UTAK ÉS GÉPJÁRMŰVEK KAPCSOLATA • Az utak és gépjárművek kapcsolatának, a gépjárműmozgás dinamikájának és mozgásgeometriájának ismerete nélkülözhetetlen a biztonságos és kényelmes, gazdaságosan megépíthető útpálya kialakításához.
1
UTAK ÉS GÉPJÁRMŰVEK KAPCSOLATA • • • • •
Az út fogalomrendszere Az útpálya és részei Járművek jellemzése úttervezési szempontból Az útpályára jutó erőhatások Gépjármű-ellenállások és a szükséges vonóerő nagysága • Gépjárművek vonóereje, az ellenállások, a vonóerő és a sebesség összefüggése • Gépjárművek üzemanyag-fogyasztása és gumikopása az útpályától függően 2
UTAK ÉS GÉPJÁRMŰVEK KAPCSOLATA • Az útburkolat csúszásellenállása és szerepe az úttervezésben • A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság • Mozgás köríves pályán • Ívbe forduló gépjármű pályája: az átmeneti ív • Előzések, előzési látótávolságok
3
AZ ÚT FOGALOMRENDSZERE • Az út tervezéskor egy vonalas létesítményt kell a környezetbe illeszteni. • A közlekedő ember igényeit és a gépjárművek adta lehetőségeket messzemenően figyelembe kell venni. • A kapcsolatok azonban nem egyirányúak, hanem egymásra kölcsönösen hatnak, amely hatások sokszor korlátként jelentkeznek.
4
A jármű-ember-környezet és az út kapcsolata • A tervezőnek kell megteremteni az összhangot – a gépjárművet vezető ember fizikai és pszichikai adottságai, – a gépjármű műszaki lehetőségei, – az út által nyújtott szolgáltatás között úgy, hogy az a célnak megfelelő legtöbb igényt kielégítse a környezet legkisebb károsításával. 5
Ember-gép-pálya rendszerkapcsolat • A gépjárművezető érzékeire hatással van – –
a pálya vonalvezetése és felülete a környezeti feltételek (időjárás, forgalom)
• Ezeket feldolgozva dönt és működteti a járművet, amelyre a vezető, a pályatulajdonságok és az időjárás is hat.
• Az így irányított jármű visszahat az emberre. • Az erdészeti utak a közutaknál szerényebb műszaki jellemzőkkel rendelkeznek, ezért a használat során a gépjárművezetőktől fokozott figyelmet kívánnak. 6
Gép-ember-pálya rendszerkapcsolat
7
AZ ÚTPÁLYA ÉS RÉSZEI • Az út a vonalas létesítmények csoportjába tartozik, mivel szélessége a hosszúsághoz képest nagyon kicsi. A tervezés a pályatengely alapján történik. • Az út a vasúttal szemben szabad nyomú pálya • A kívánatosnál mélyebben fekvő részeken töltéseket, a magasabbakon bevágásokat kell készíteni. Az így elkészült földművet oldalról a rézsűk, illetve szükség esetén támfalak vagy bélésfalak zárják le. 8
Az úttervezés három fő tervcsoportja
9
Támfal
10
Bélésfal
11
Az útpálya és részei • Az útpálya víztelenítését az árokrendszer, folyókák, szivárgók, zárt csapadékvízcsatornák, áteresztők és hidak biztosítják. A földmű és a műtárgyak az út alépítményét képezik. A műtárgyak az alépítmény nem földből készült részei (pl.: támasztófalak, hidak, áteresztők stb.). • A koronaszéltől indulnak a földmű rézsűi. A töltési rézsű és a terep metszéspontját rézsűlábnak, a bevágási rézsű és a terep metszéspontját rézsűkörömnek nevezzük. 12
Hidak és áteresztők
13
Az útpálya részei
14
Az útpálya részei
15
Az útpálya részei • A pályaszerkezet és az úttartozékok (pl.: vezetőoszlop, vezetőkorlát, táblák stb.) az út felépítményét képezik. • A bevágási rézsű körömpontjától a töltési rézsű talppontjáig (rézsűláb) terjedő távolságot műszelvény-szélességnek, ennek mindkét oldalon 1-1 méterrel megnövelt értékét pásztaszélességnek nevezzük.
16
Az útpálya részei • Az útfelület azon részét, ahol a járművek közlekednek, járófelületnek nevezzük. Az egy jármű biztonságos haladásához szükséges szélesség a forgalmi sáv, vagy nyom. • Az egy forgalmi sávos utakat egynyomú vagy egyjáratú, a két forgalmi sávosokat pedig kétnyomú vagy kétjáratú utaknak nevezzük. • A forgalmi sávokhoz mindkét szélén kiegészítő sávok, padkák csatlakoznak. 17
Az útpálya részei • Járófelület kialakítása szerint az utak lehetnek – – –
pályaszerkezettel ellátott (burkolt) utak, földutak javított földutakat.
• A pályaszerkezettel rendelkező utak járófelületét, az alépítmény földanyagától eltérő anyagokból készülő, tervezett vastagságú pályaszerkezettel erősítjük meg. • A pályaszerkezet felső, útburkolat rétegének szélessége a burkolatszélesség. 18
Az útpálya részei • Az útburkolat és a padka kialakítása oldalirányban eséssel történik, a vízelvezetés biztosítására. Az esés mértékét %-ban adjuk meg. Ez azt jelenti, hogy 100 vízszintes egységre hány egység magasságcsökkenés jut.
19
Az útpálya részei • Az útépítési gyakorlatban a rézsű hajlását a hajlásszög kotangensével adjuk meg, úgy hogy a nevezőbe 4 kerül (pl.: 5/4, 6/4).
20
Járművek jellemzése úttervezési szempontból • Az erdészeti utakat a következő járművek és munkagépek veszik igénybe: – tehergépkocsik, – traktorvontatású pótkocsik, – személygépkocsik, – autóbuszok, – erdészeti munkagépek, – fogatos járművek, – motorkerékpárok, kerékpárok. 21
Tehergépkocsik • Erdészeti utak tervezésénél mértékadó jármű a pótkocsis tehergépkocsi, amely hatással van: – a pályaszerkezet vastagságára és anyagára: nagy tengelysúly miatt, – a magassági vonalvezetésre: kisebb gyorsító képességük és emelkedőn való fokozatos lelassulásuk miatt, – helyszínrajzi ívek minimális sugarára: nagy fordulási sugaruk miatt, – az ívekben jelentkező pályaszélesítés nagyságára. 22
Tehergépkocsik
23
Traktorvontatású pótkocsik • A rövidebb hosszúságú és alacsonyabb kiépítési színvonalú kiszállítóutak közlekedési eszköze. • A közúton való közlekedésben forgalmi szempontból hátrányos szerepet játszanak, elsősorban az alacsony haladási sebességük miatt. 24
Személygépkocsik • Nagy sebességük miatt közutaknál mértékadók az utak vízszintes vonalvezetésénél, a szükséges forgalmi sávok számának meghatározásánál. • Az erdészeti üzem vitelét szolgáló személyszállítás többnyire terepjáró személygépkocsikkal történik. Erdészeti utakon a vízszintes és magassági vonalvezetés tervezésekor a tehergépkocsik igényét vesszük alapul. A személygépkocsik a közutakon megszokottnál kisebb sebességgel közlekedhetnek kielégítő biztonsággal. 25
Autóbuszok • Nagy tengelysúlyuk miatt a tehergépkocsikhoz hasonlítanak, de sebességük nagyobb. • Erdészeti utak autóbuszforgalma elsősorban a turisták szállításából adódik. • Az autóbusz-forgalom hatására a pályaszerkezet igénybevétele jelentősen megnő a nagy tengelysúlyok miatt. Ezért hatásukat a pályaszerkezet méretezésénél figyelembe kell venni. 26
Erdészeti munkagépek • Munkaterületre való fel- és levonulásuk az erdészeti utakon történik. • Az útkeresztmetszet kialakításánál a gépek zavartalan mozgását biztosító űrszelvényre fokozott figyelmet kell fordítani. • A nagy tengelysúlyú gépeket a pályaszerkezet méretezésénél is számításba kell venni.
27
Fogatos járművek • Részvételük az erdészeti anyagmozgatásban elenyésző. • A vasabroncsos szekér és a lópatkó sarokvasa néhány útburkolatra – különösen a vékony aszfaltburkolatokra – nagyon kedvezőtlen hatást gyakorol a felület megbontásával. Ezért ezeken a burkolatokon a vasabroncsos lovasszekér forgalma nem kívánatos.
28
Motorkerékpárok, kerékpárok • Az erdőben dolgozók és a turisták közlekedésükhöz motorkerékpárokat, segédmotoros kerékpárokat és kerékpárokat is igénybe vesznek. • Az egyre jobban terjedő túramotorozásra az erdészeti utakat felkészíteni nem lehet, ezért azok forgalma nem kívánatos. • Ezek forgalma általában nem jelentős. A forgalombiztonságra gyakorolt kedvezőtlen hatásukat csak az úthasználók fokozott figyelmével lehet ellensúlyozni. 29
Technikai rádiusz • Úttervezési szempontból ezt az értéket az első tengely közepén mérjük. Nagyságát a tengelytávolság (a) és a kerék síkjának legnagyobb elfordulási szöge (α) szabja meg. – Tengelycsonk Rtmin=a/sinα;
és
szekérkormányzásnál:
– Alvázcsuklós kormányzásnál, ha a csukló a tengelytávolság felében van: Rtmin=a/2tgα.
30
Technikai rádiusz
31
Az útpályára jutó erőhatások • Útpályára merőlegesen ható erő
• Útpálya síkjába eső erők • Útfelületre ható szívóerő
• Kerekeken fellépő túlterhelések • Dinamikus terheléseket okozó erő
32
Útpályára merőlegesen ható és az útpálya síkjába eső erők • Az útpályára merőlegesen ható erő a járművek teljes terheléséből származik és a kerekek közvetítésével a kerékfelfekvés felületén adódik át az útpályára. • Az útpálya síkjába eső erők: – hosszirányú: vonóerő és fékezőerő – keresztirányú erők: az útfelület oldaleséséből, valamint ívben haladó járműnél a centrifugális erő hatásából adódik. Eseti jelleggel oldalszél hatásából. 33
Az útpálya felületére ható szívóerők • Az út felületére ható szívóerő, amelynek okai: – a gépkocsi mögötti légritka térbe benyomuló levegő, – a gumiabroncs és a burkolat között összenyomódott levegő gyors kiterjedése.
• A szívóerő nagysága függ a jármű sebességétől, a pálya egyenetlenségeitől és a gumiabroncs belső nyomásától. • Átlagos értéke: 50 kN/m2. 34
Túlterhelések • Kerekeken fellépő túlterhelések: – az útfelület oldaleséséből, – az útpálya emelkedéséből, – az ívben való haladásnál fellépő centrifugális erő hatásából, – a motor forgatónyomatékából, – a pótkocsi vontatásánál fellépő nagyobb vonóerő-igényből.
• Az ívekben alkalmazott túlemelés csökkenti a centrifugális erő hatásából adódó túlterhelést és növeli az ívben haladó jármű biztonságát. 35
Dinamikus terhelések • A pálya-egyenetlenségek miatt a jármű kerekei dinamikus erővel támadják az útpályát. • Dinamikus erő nagysága függ: – a jármű súlyától,
– a kerékabroncstól, – a jármű sebességétől, – a jármű építésétől, főleg a rugózásától,
– a burkolat fajtájától és minőségétől. 36
Dinamikus terhelések • A dinamikus hatás forrásai a pályafelület egyenetlenségei. • Mivel a várható dinamikus igénybevétel és az útfelület egyenetlenségeit kifejező hullámok összefüggésben vannak, ezért a felület minőségének jellemzése a hullámok nagyságának és előfordulásuk gyakoriságának megadásával történik. • A hullám mélységét hullámmérő kerékkel mérik. A megengedett hullám nagyságát és számát előírások tartalmazzák. 37
Gépjármű-ellenállások • A mozgással szemben fellépő ellenállások az alábbiak: – Gördülési ellenállás – Emelkedési ellenállás
– Légellenállás – Összekapcsolási ellenállás – Kanyarulati ellenállás
38
Gördülési ellenállás • A pályaegyenetlenségek leküzdéséből, illetve a pálya és a járószerkezet alakváltozási munkáiból tevődik össze. • Szilárd burkolaton a gumiabroncs gördülési ellenállása az abroncs alakváltozásától függ. • Ez a helyzet azonban a kisebb teherbírású pálya esetén módosul. Ha a belső nyomást csökkentjük, növekszik az abroncs felülete, tehát csökken a fajlagos nyomás, azaz a pályában előidézett alakváltozási munka, amely esetünkben az ellenállás zömét teszi ki. 39
Gördülési ellenállás
40
Gördülési ellenállás • A gördülési ellenállás arányos a gördülési ellenállás tényezőjével és a jármű súlyával.
Eg= w*Q
Eg - gördülési ellenállás (kN) w – gördülési ellenállás tényezője (0,01-0,15) Q – jármű súlya (kN)
• Egynemű talajokon a gumiabroncs gördülési ellenállási tényezője a benyomódás „y” (cm) függvényében:
w= (20+6y)/1000 41
Emelkedési ellenállás • Nagysága az emelkedőn felfelé haladó jármű súlyának pályairányú összetevője:
ahol:
e% E e Q1 Q sinα Q tgα Q 100
Ee - az emelkedési ellenállás (kN) Q1 – járműsúly pályairányú összetevője Q - a jármű súlya (kN) α - a pálya hajlásszöge e% - a pálya emelkedője
• Lejtőn az Ee negatív, tehát a járműre gyorsító erő hat. 42
Emelkedési ellenállás
43
Légellenállás • Függ a jármű sebességének négyzetétől és a mozgásra merőleges felület nagyságától:
El C F v
2
ahol:El - a légellenállás értéke (kN) C - a légellenállási tényező (0,0015-0,0060) F - a jármű homlokfelülete (m2 ) v - a sebesség (km/h) 44
Összekapcsolási és kanyarulati ellenállás • Az összekapcsolási ellenállás abból adódik, hogy a két vagy több egységből álló járműszerelvényeknél nagyobb gördülési (szorzó:1,08-1,10) és légellenállás (szorzó: 1,32-1,59) lép fel. • A kanyarulati ellenállás az ívekben fellépő centrifugális erő okozta fokozott gumiabroncskopásban és üzemanyag-fogyasztásban nyilvánul meg. A szorzó értéke az oldaleséssel fel nem vett szabad oldalgyorsulás (0,5-1,5 m/s2) függvényében: 1,05-1,15. 45
Gépjármű-ellenállások • A járművekre ható összes ellenállás értékét: – kis sebességeknél a gördülési és emelkedési ellenállás,
E E g Ee El
– nagyobb sebességeknél pedig mértékadóan a légellenállás adja.
46
