Топография типичных маршрутов движения САТС для строительства рассматривается нами на примере исследования дорожных условий эксплуатации подвижного состава в Москве и Московской области (в Московском транспортном регионе). Характеристики дорог на этой территории можно считать идентичными характеристикам дорог, пролегающих через большинство территорий России, за исключением горных районов.

Дорожные условия подразделяются на две подгруппы: внегородские и городские.

Обе подгруппы описываются общими классификационными признаками с некоторыми различиями их значимости. Сложность внегородских условий эксплуатации характеризуется прежде всего величинами углов подъёмов и спусков, их взаимным расположением, протяженностью маршрутов, видом и состоянием дорожного покрытия. Городские условия эксплуатации характеризуются в первую очередь продольным профилем дорог, интенсивностью движения, числом вынужденных остановок на 1 км.

Маршруты движения САТС в строительстве в соответствии с видами перевозок строительных грузов по условиям эксплуатации автотранспортных средств, работающих в технологическом цикле "грузоотправитель - грузополучатель", следует подразделить на четыре основные группы:

- маршруты между предприятиями строительной индустрии, по которым перевозят керамзит, цемент;

- маршруты от предприятий строительной индустрии к строительным объектам, по которым перевозят железобетонные изделия, кирпич, металлоконструкции;

- маршруты из карьеров на промышленные предприятия и строительные объекты, по которым перевозят щебень, песок, гравий;

- маршруты со строительных объектов к местам отвала и утилизации, по которым перевозят грунт, строительный мусор.

При рассмотрении условий эксплуатации САТС для строительства вне города и в городе определены отличительные особенности реальных маршрутов в соответствии со специализацией перевозок:

Перевозки керамзита осуществляются, как правило, по дорогам с асфальтобетонным покрытием и отличаются хорошими подъездами к местам погрузки и выгрузки; среднее расстояние перевозок на городских маршрутах движения САТС - L _cp . равно 12 - 25 км, на внегородских маршрутах среднее расстояние перевозок - L _cp достигает 100 км и более.

Перевозки железобетонных изделий осуществляются в худших условиях, связанных с наличием необорудованных соответствующим образом подъездных дорог к строительным объектам; и хотя длина таких участков не превышает одного процента от общей протяженности маршрута, это во многих случаях при водит к возникновению внезапных отказов подвижного состава, разрушению элементов перевозимых строительных конструкций. На этих участках, обычно длиной от 100 до 1000 м с фунтовым (в лучшем случае щебеночным) покрытием наблюдается значительное число выбоин, неровностей, просто насыпанного строительного мусора и т.п. Среднее расстояние перевозок на загородных маршрутах при этих перевозках равно около 90 км, городских - 23 км.

Перевозки щебня, песка, гравия осуществляются САТС в основном из карьеров. Каждый маршрут при этом следует разделить на два основных участка: первый участок - трасса внутри карьера и выезд из него, второй участок - трасса от карьера до места выгрузки у грузополучателя. Первый участок составляет небольшую длину по отношению ко всей протяженности маршрута и относится в большинстве случаев к самой тяжелой категории сложности условий эксплуатации, представляя собой наиболее трудный для движения САТС участок маршрута. Дорожное покрытие на нем, как правило, состоит из материала, добываемого в том же карьере. Особо тяжелыми являются участки выезда подвижного состава из песчаных карьеров, тем более, что на некоторых из них угол подъёма достигает более 10%. В лучшем состоянии по сравнению с песчаным карьером находится выезд из каменного карьера, где дорожное покрытие представляет собой хорошо укатанный щебень. Наиболее легкими из рассматриваемых маршрутов являются трассы с гравийным покрытием, имеющие меньший коэффициент сопротивления качению, а места загрузки гравием оборудованы дорогами с незначительными уклонами.

Совокупность маршрутов движения САТС со строительными грузами достаточно многочисленна. Городские маршруты, как правило, перекрывают друг друга, то есть перевозки осуществляются по одним и тем же дорогам и отличаются лишь некоторыми особенностями, связанными с характером перевозимого груза, а внегородские - разделением по топографическим зонам.

Общая характеристика особенностей дорожных условий для САТС, используемых в строительстве, установленная по классификационным признакам.

Типовое сочетание классов дорожных условий эксплуатации при внегородских перевозках насчитывает 6 сочетаний, а при городских перевозках 3 сочетания. Количественные характеристики типичных, применительно к рассматриваемому региону, маршрутов движения САТС при перевозках строительных грузов всей выявленной номенклатуры могут быть взяты по проектной документации дорожной сети, если таковая не устарела и дорожная обстановка не успела достаточно резко измениться.

В нашем случае характеристики реальных маршрутов сняты режимометрической аппаратурой, установленной на специальном автомобиле - лаборатории.

Так как определяющее влияние на величины эксплуатационных показателей оказывает дорога своим макропрофилем и состоянием дорожного покрытия, классификация дорожных условий эксплуатации в первую очередь проводится по этим параметрам.

Акад. Д.П. Великанов подразделял автомобильные дороги по типу рельефа местности на равнинные, холмистые и высокогорные. Дороги вне города, кроме высокогорных, разделялись на четыре группы по техническим категориям и качеству покрытия полотна дороги. Предлагалось определять по каждой группе нормативы эксплуатационных показателей: скорость движения, расход топлива и др.

СНиП 02.05.02-85 разделяет автомобильные дороги страны на шесть групп - 1а, 16, II, III, IV, V. В основе деления лежит пропускная способность дорог. Каждая категория дорог имеет свои нормируемые значения углов уклонов, радиусов выпуклых и вогнутых кривых в профиле и радиусов поворотов в плане, поперечных уклонов. Для каждой категории дорог оговаривается расчётная скорость движения и вид дорожного покрытия.

Наиболее полная качественная классификация дорожных условий эксплуатации в целом дана в "Положении о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта". В нем условия эксплуатации подразделяются на пять категорий в зависимости от рельефа местности, вида дорожного покрытия и места расположения дороги (в загородной зоне, пригородной и в городах с населением до 100 тысяч человек, в городах с населением свыше 100 тысяч человек). Рельеф местности в зависимости от расположения над уровнем моря делится на равнинный (до 200 м), слабохолмистый (от 200 до 300 м), холмистый (от 300 до 1000 м), гористый (от 1000 до 2000 м) и горный (свыше 2000 м).

Дорожные покрытия подразделяются на шесть групп:

- цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

- битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

- щебень, гравий без обработки, дегтебетон;

- булыжник, колотый камень, фунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами;

- грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами;

- естественные грунтовые дороги, временные внутрикарьерные и отвальные дороги, подъездные пути, не имеющие твердого покрытия.

Однако, качественная оценка условий эксплуатации не позволяет связать их с эксплуатационными характеристиками АТС. Поэтому необходимо оценивать условия эксплуатации с помощью количественных оценок. В качестве таковых зачастую выступают статистические параметры законов распределения геометрических характеристик маршрута.

Однако, ряд исследователей, изучавших профиль дороги и его влияние на параметры движения АТС считают, что вероятностные характеристики не могут быть использованы для расчётов параметров движения АТС. По их утверждению кривые распределения уклонов макропрофиля близки к нормальному закону, характеристиками которого являются математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение и которых недостаточно для объективного моделирования дороги. Поэтому, вследствие своей инерционности, параметры движения АТС будут существенно зависеть от последовательности чередования участков модели дороги: подъёмов и уклонов, а также от их взаимного расположения.

Перевозки строительных грузов осуществляются по дорогам не только с различными покрытиями, но и в различном его состоянии, что оказывает существенное влияние на величину коэффициента сопротивления качению. Поэтому для классификации дорожных условий в строительстве необходим такой показатель, который учитывал бы не только параметры макропрофиля дороги, вид и состояние дорожного покрытия, имел бы связь с показателями эффективности АТС, не входил бы в противоречие с уже существующей в нормативной документации классификацией условий эксплуатации и делением дорог на технические категории, а кроме того, учитывал бы коэффициент сопротивления качению каждого участка маршрута, зависящий не только от микропрофиля дороги, но и от свойств применяемых шин.

Выбор рационального сочетания автомобиля - тягача и прицепного состава, т.е. оптимального автопоезда, предполагает наличие значительного количества соответствующих данных о дорожных условиях по большому разнообразию маршрутов для перевозок строительных грузов, что на практике достаточно затруднено. Поэтому желательно, располагая существующей информацией о типичных дорогах, выбрать такой способ классификации их по признакам, связывающим эти маршруты с обобщёнными показателями эксплуатационных свойств, который наиболее полно определял бы эффективность САТС для строительства.

В качестве дополнения к классификации условий эксплуатации, приведенных в упомянутых выше нормативных документах, предлагается использовать для оценки сложности маршрута комплексный показатель, учитывающий кроме параметров профиля, также и величину коэффициента сопротивления качению, обусловленную видом и состоянием дорожного покрытия, и взаимное расположение подъёмов и спусков:

Н _{ψ nj} , H' _{ψ cj} , H" _{ψ cj} - величина суммарного дорожного сопротивления, выраженная в метрах перепада, соответственно на i -том подъёме или i -том спуске с углом уклона от 0 до f ( f - коэффициент сопротивления качению, выраженный в % уклона), j -том спуске с уклоном от f до 3%, j -м спуске с уклоном от 3% и более;

Н _nj , H _ci , H' _cj , H" _cj - соответственно величина i -го подъёма, i -го спуска

с углом уклона от 0 до f , j -го спуска от f до 3%, j -го спуска более 3% углами уклонов, выраженная в метрах перепада;

H _f - величина коэффициента сопротивления качению, выраженная в метрах перепада подъёма;

l _{п , с} , l ' _cj , l " _cj - длина i -го подъёма или спуска с углом уклона от 0 до f ; j -го

спуска с углом уклона от f до 3%; j -го спуска с углом уклона более 3 %;

m ₁ ,m ₂ ,m ₃ - число интегральных подъёмов и спусков;

к ₁ , к ₂ , к ₃ - число следующих друг за другом участков с суммарным дорожным сопротивлением одного знака;

S - длина маршрута;

а, b, с, d, e, f- степенные константы (относительного влияния геометрических параметров продольного профиля дороги и величины коэффициента сопротивления качению на эксплуатационные характеристики автомобиля: а =0,5; b =0,5; с =0,25; d=0,5; е=0,1; f =0,5).

Коэффициент сопротивления качению представлен в этом показателе в метрах дополнительного подъёма, увеличивающего угол при подъёме и уменьшающего при спуске.

Комплексный показатель сложности маршрута П _ψ позволяет количественно охарактеризовать дорожные условия в зависимости от рельефа местности, вида и состояния дорожного покрытия. Данная количественная оценка справедлива для внегородских и городских условий эксплуатации САТС.

Первая категория условий эксплуатации:

а) дороги Иа,б категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в равнинной местности. Показатель сложности П _ψ не превышает 100;

б) дороги Иа,б категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в слабохолмистой и холмистой местности, дороги II, III категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетвори тельном состоянии в равнинной местности и II, III категорий в хорошем состоянии в слабохолмистой местности. П _ψ изменяется от 100 до 130;

в) дороги II, III категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в холмистой местности и в удовлетворительном состоянии в слабохолмистой местности, дороги Иа,б категорий в хорошем и удовлетворительном состоянии в гористой местности, дороги IV категории с битумоминеральным покрытием в равнинной местности. П _ψ изменяется от 130 до 150.

Вторая категория условий эксплуатации - дороги Иа,б категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии, дороги II, III категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии соответственно в горной и гористой местностях, дороги IV категории с битумоминеральным покрытием в слабохолмистой, холмистой и гористой местности, дороги IV , V категорий с булыжным, колото - каменным, грунтовым, обработанным вяжущими материалами, покрытиями в равнинной и слабохолмистой местности. П _ψ изменяется от 150 до 170.

Третья категория условий эксплуатации - дороги II , III категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в горной местности, дороги IV категории с щебеночным или гравийным без обработки покрытием в гористой и горной местности, тех же категорий, но с булыжным или грунтовым, обработанным вяжущими материалами, покрытием в равнинной и слабохолмистой местности. П _ψ изменяется от 170 до 200.

Четвертая группа - дороги IV , V категорий с булыжным, колото - каменным, грунтовым, обработанным вяжущими материалами, покрытием в горной местности, дороги V категории с грунтовым, улучшенным или укрепленным местными материалами, в холмистой, гористой и горной местности. П _ψ изменяется от 200 до 220.

Пятая категория условий эксплуатации - естественные грунтовые дороги V категории, подъездные пути, не имеющие твердого покрытия, в равнинной, слабохолмистой, гористой, холмистой, горной местностях. П _ψ превышает 220.

Данную классификацию можно представить в виде таблицы, предварительно обозначив составные ее элементы принятыми в нормативной документации условными знаками. Тогда пятая категория условий эксплуатации в таблице (Табл. 2.2) будет выглядеть следующим образом:

V-Д ₆ -Р ₁ ,Р ₂ ,Р ₃ ,Р ₄ ,Р ₅ .

Условные обозначения, принятые в Табл. 2.2, расшифровываются следующим образом:

/а, /б, //, ///, IV, V - технические категории дорог по СНиП 02.05.02-85;

Таблица 2.2

Классификация условий эксплуатации

Р ₁ ,Р ₂ ,Р ₃ ,Р ₄ ,Р ₅ - тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря) соответственно равнинный (до 200 м), слабохолмистый (от 200 до 300 м), холмистый (от 300 до 1000 м), гористый (от 1000 до 2000 м), горный (свыше 2000 м);

Д ₁ ,Д ₂ ,Д ₃ ,Д ₄ ,Д ₅ ,Д ₆ - дорожные покрытия соответственно:

- цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

- битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

- щебень или гравий без обработки, дегтебетон;

- булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

- грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами;

- лежневое и бревенчатое покрытие;

- естественные фунтовые дороги;

- временные внутрикарьерные и отвальные дороги;

- подъездные пути, не имеющие твердого покрытия;

- х,у — состояние покрытия - соответственно хорошее и удовлетворительное.

Количественная оценка дорожных условий выявила необходимость переноса некоторых сочетаний рельефа местности и дорожного покрытия с учётом деления дорог на технические категории из одной категории условий эксплуатации в другую. Так в I -ю категорию из II-ой перенесены дороги Иа,б категории с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в гористой местности и дороги четвертой категории с покрытием из битумоминеральных смесей в равнинной местности. Из третьей категории условий эксплуатации во вторую перенесены дороги Иа,б технических категорий с асфальтобетонным покрытием в хорошем и удовлетворительном состоянии в горной местности, дороги IV, V категорий с булыжным, колото - каменным, грунтовым, обработанными вяжущими материалами, покрытиями в равнинной, слабохолмистой местностях и в четвертую категорию условий эксплуатации - те же дороги, но в горной местности.

Из четвертой категории в третью перенесены дороги V технической категории с грунтовым, улучшенным или укрепленным местными материалами, покрытием в равнинной и слабохолмистой местностях.

После оценки степени сложности маршрутов, появляется возможность для каждого из них определить путем математического моделирования движения САТС по заданному маршруту, наиболее эффективные модели базовых автомобилей - тягачей и полную массу транспортных единиц в целом, применительно к каждому виду перевозок, а затем, учитывая специфику транспортных условий эксплуатации, рассчитать вместимость кузовов каждой транспортной единицы и разработать требования к эксплуатационным и потребительским свойствам САТС для строительства на основе оптимальности компоновочных схем.