Определение и прогнозирование момента образования гололеда на покрытии

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский Государственный Технический Университет

Кафедра «Автомобильный транспорт» 
 

Реферат по дисциплине «Аппаратурное обеспечение  транспортных средств» на тему:

«Определение  и прогнозирование  момента образования  гололеда на покрытии» 
 
 

                                                                  Выполнил:

                                                                                        студентка гр. АБ – 514

                                                                         Симонова Д.А.

                                                                  Проверил:

                                                                     Жирков Р.А. 
 
 

Волгоград – 2010

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………...31 Виды зимней скользкости………………………………………………………4 2 Изменение условий движение и транспортно-эксплуатационных характеристик дорог в зимний период…………………………………………..8 2.1 Причины изменения условий движения и причиненный ущерб……8  2.2 Требования к состоянию проезжей части дорог……………………..9 2.3 Особенности зимнего содержания дорог……………………………12 3 Определение момента образования гололеда………………………………..14 4 Методы борьбы с гололедом……………………………………………….....16 5 Прогнозирование момента образования гололед …………………….22 Заключение……………………………………………………………………….29 Список использованной литературы…………………………………………...30 Приложение А……………………………………………………………………31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Проблема  зимнего содержания автомобильных  магистралей является весьма актуальной, так как величина их грузонапряженности, интенсивности и скорости движения постоянно возрастает. Среди основных задач зимнего содержания автомагистралей можно выделить разработку требований к состоянию проезжей части, обоснование норм потребности в машинах и материалах и их номенклатуры, сроков ликвидации зимней скользкости, расстояний между складами химических материалов и др.  Принципиальных различий в технологии зимнего содержания автомагистралей разных стран нет. Для ликвидации зимней скользкости за рубежом используют хлориды, как твердые, так и жидкие, а для предотвращения снежных заносов применяют различные виды защит. Очистка автомагистралей от снега везде производится путем его механического удаления за пределы земляного полотна. Значительные различия наблюдаются в уровне развития служб прогнозирования неблагоприятных погодных условий и предупреждения дорожников и участников движения о состоянии проезда по автомагистрали, рекомендуемым режимам движения и т.п.    Значительную часть рекомендаций по зимнему содержанию автомобильных дорог с двумя полосами движения можно перенести на автомагистрали. Тем не менее, специфика конструктивных и геометрических элементов последних требует детальной проработки и обоснования большинства положений по их эксплуатации в зимний период. Это вызвано рядом особенностей автомагистралей: значительными размерами земляного полотна и проезжей части; наличием разделительной полосы, транспортных развязок в разных уровнях, путепроводов и мостов, формирующих большие снегосборные площади; большой протяженностью участков с различными типами ограждений, нарушающими режим снегопередувания; высокой интенсивностью движения автомобилей и т.п.

     1 Виды зимней скользкости  

     Зимняя  скользкость включает в себя все  виды снежно-ледяных образований  на поверхности дороги, приводящие к снижению коэффициента сцепления: различные виды естественного обледенения, которые в метеорологии объединяют понятием гололедицы, и искусственное  обледенение в виде снежного наката. Формирование зимней скользкости на автомобильных дорогах зависит от метеорологических условий и теплофизических свойств дорожной одежды. Частота ее появления зависит от климатических условий и колеблется от 5 до 50 случаев в году. Наиболее общим случаем является образование гололеда на покрытии в результате замерзания капель дождя, мороси, тумана непосредственно на покрытии или в приземном слое воздуха, в котором при пониженной температуре содержится паровоздушная смесь в состоянии, близком к насыщению. Ледяная корка образуется в зимний период при температуре воздуха от +4 до — 20°С: 55% случаев приходится на период О...-5°С; 80% на период +2... ...-6Х; 90% на период +2... ... - 15°С. Относительная влажность воздуха со оказывает важное влияние на формирование условий льдообразования. Гололед на покрытиях в 95% случаев возникает при w=70÷100%, 90% случаев при со w=80÷100%. При высокой влажности и отрицательной температуре в приземном воздухе до -5 °С еще содержится незамерзшая вода в виде капель диаметром около 2 мм. Чем холоднее воздух, тем меньше диаметр не-замерзших частиц: при t_в = -10 °С в воздухе находится морось - незамерз-шая парообразная вода диаметром частиц около 0,3 мм; при t_в =-30 °С парообразная влага представляет собой переохлажденный туман.

     По  характеру образования различают  пять групп обледенения поверхности  автомобильных дорог. К первой группе относят все виды обледенения, возникающие с понижением температуры воздуха и замерзания имеющейся на покрытии воды. Это гидратационный тип гололедообразования, который возникает от внезапного снижения температуры воздуха до 0 °С и ниже, когда замерзает вода, находящаяся на покрытиях после дождя, таяния снега, поверхностного стока. Осадки при этом могут отсутствовать. Другой путь обледенения мокрого покрытия-выпадение мокрого снега или дождя при положительной температуре воздуха и дальнейшее замерзание при понижении температуры до отрицательных значений. Область образования льда зависит от толщины пленки воды, отрицательной температуры воздуха t_в, скорости ветра υ_B, теплового сопротивления дорожной конструкции R. Время промерзания или время льдообразования в этом случае

Т= аh_ГR/t_BК_B,,

     где а - коэффициент, учитывающий гидрофобные свойства покрытия; h_Г -толщина гололеда; К_в - коэффициент, учитывающий скорость ветра, возрастающий с увеличением υ_в . Скорость гололедообразования зависит от тепловых свойств.одежды и полотна. Чем «теплее» дорожная конструкция (больше R), тем медленнее остывает покрытие после внезапного похолодания, тем продолжительнее время промерзания воды на покрытиях. Толщина слоя льда в этом случае может быть от 1 мм до 2-3 см и зависит от микрошероховатости и ровности покрытий, слоя воды. Этот тип гололедицы характерен очень низким коэффициентом сцепления (около 0,08—0.15), однородностью стекловидного льда, однородностью структуры по всей толщине ледяного слоя. Плотность льда достигает 0,9 г/см³.

     Ко  второй группе относят те виды обледенения, которые образуются на сухой поверхности в результате кристаллизации водяного пара из воздуха и образования инея при радиационном охлаждении покрытия ниже температуры точки росы. Температурный диапазон образования инея от — 7 до — 40 °С. Образование инея возможно при относительной влажности воздуха 80-100% в ясную безветренную погоду, при которой имеет место отрицательный баланс тепла. Осадки при этом отсутствуют.

     К третьей группе относят виды скользкости, возникающие при замерзании осадков, выпадающих на покрытие, охлажденное ниже температуры замерзания воды, в результате чего образуется твердый налет. Различают налет зернистый и ледяной. Зернистый налет возникает при намерзании на переохлажденное покрытие влаги из тумана в начале оттепели, создается ледяная корка с шероховатой поверхностью. Ледяной налет образуется из-за замерзания капель воды при кратковременном дожде или мороси на охлажденном покрытии, когда температура воздуха не более — 2... — 3 ⁰С. Длительный дождь приводит к прогреванию верхних слоев покрытия, и капли воды не замерзают.

     К четвертой группе относят те виды обледенения, которые возникают при выпадении на покрытие переохлажденных капель влаги. Жидкая фаза на сухом или мокром покрытии образуется за счет выпадения капель переохлажденной жидкости из приземного слоя. Переохлажденные дожди наблюдаются при температуре до — 5 ⁰С, а переохлажденная морось-до -10 °С. Температура переохлажденных капель в зависимости от их диаметра может изменяться от — 1 до -10 °С. Крупные капли воды (диаметром более 2-3 мм) при ударе о покрытие быстро растекаются и промерзают, образуя практически однородную структуру ледяной корки. Мелкие капли (диаметром 1-2 мм и менее) с меньшей температурой промерзания медленнее садятся на покрытие, они удлиняют период льдообразования. Однако скорость образования гололеда высокая-1-5 ч. Льдообразование возникает сразу на больших территориях. Толщина корки льда небольшая обычно 1-3 мм, реже до 5 мм, плотность льда 0,7-0,9 г/см³. Это гидратационное гололедообразование. К этой же группе относят конденсационный тип гололедообразования, когда на покрытие оседают не переохлажденные капли жидкости,: а кристаллы льда и мороси. Характерная особенность метеорологических условий для этого типа гололеда: оттепель после длительных морозов; слабоморозная погода (2_В ?= — 1.. .6 °С) и туманы; низкая положительная температура (7_в== +4... + 1 °С) и туманы при температуре дорожных покрытий

     Пятую группу составляют те виды скользкости, которые образуются от уплотнения на покрытии слоя снега, т. е. искусственная скользкость. Снег обладает свойством изменять свои физические характеристики (плотность, прочность) под воздействием колес движущегося автомобиля. Процесс формирования снежного наката включает три стадии:

1. механическое уплотнение снега,в результате образуется пакат плотностью 0,35-0,5 г/см³.При этом коэффициент сцепления колеса с покрытием может достигать 0,20-0,25;
2. постепенное формирование льдана его поверхности в результате периодического замерзания и оттаивания верхнего слоя наката. Тонкая пленка воды образуется от трения колес автомобиля по поверхности уплотненного снега; затем происходит кристаллизация ее в лед за счет большой теплоемкости снежных отложений. Плотность такого отложения 0,6-0,65г/см³;
3. дальнейшее уплотнение и промерзание наката до превращения его в сплошной лед плотностью 0,9 г/см³.Коэффициент сцепления снижается до 0,1-0,15.

     На  процесс образования данного  вида обледенения влияет температура  воздуха: если она ниже -10°С, уплотнение снега замедляется. Быстрее всего  формируется слой наката при температуре  воздуха, близкой к 0 °С. При малой  скорости ветра снег откладывается  на проезжей части, если скорость выше 6 м/с, имеет место перенос снега, что препятствует его отложению  на дороге. Быстрому уплотнению снега  способствует высокая интенсивность  движения. При этом коэффициент сцепления  достигает минимальных значений - 0,03-0,15. Сцепные качества покрытий снижаются не только из-за образования снежного наката, но и отложения на них рыхлого, особенно влажного снега, когда коэффициент сцепления может составлять всего 0,1-0,2. Большое разнообразие условий образования зимней скользкости на дорогах существенно усложняет разработку методов ее прогнозирования и технологии ликвидации. 

     2 Изменение условий движение и  транспортно-эксплуатационных характеристик  дорог в зимний период 

     2.1 Причины изменения условий движения и причиненный ущерб  

     Под воздействием неблагоприятных погодно-климатических  факторов в зимний период изменяются транспортно-эксплуатационные характеристики автомагистралей, а также условия  движения. Основными из них являются гололед, снежный накат и рыхлый снег. Наибольшие помехи для движения создает гололед, образующийся в результате замерзания выпадающих осадков или конденсируемой на поверхности покрытия влаги и имеющий толщину 1-3 мм и плотность до 0,7 г/см3. Коэффициент сцепления колеса автомобиля с обледенелым покрытием снижается до 0,10. Для ликвидации гололеда необходимо полностью разрушить ледяную пленку, используя для этого механические, тепловые, электрические или химические способы. Как показывают исследования, зимняя скользкость приводит к снижению скорости движения транспортных средств в 2-2,5 раза, их производительности на 30-40% и увеличению себестоимости перевозок на 25-30%. Одновременно зимняя скользкость является причиной до 40% дорожно-транспортных происшествий. Отмечено также, что риск быть вовлеченным в ДТП при гололеде в 6 раз больше, чем при сухом покрытии в летнее время. В темное время суток на неосвещенной дороге при дожде и обледенелом состоянии проезжей части уровень аварийности в 50-60 раз выше, чем в светлое время суток при сухом покрытии. Среди ДТП, возникающих из-за скользкости, наиболее типичными являются опрокидывание и встречное столкновение, а также наезды транспортных средств на пешеходов.  В результате проведенных исследований на автомобильных дорогах специалистами было установлено, что средняя длительность различных состояний покрытия составляет: сухое - 68,2%, мокрое - 13,85%, гололед - 7,7% и снежный накат - 10,3% от длительности зимнего периода. С учетом этой длительности (если принять опасность возникновения ДТП при сухом состоянии покрытия за 1) вероятность происшествий при гололеде повышается в 9,71 раза. Относительная аварийность в зимний период значительно превышает аварийность в другие периоды года, хотя интенсивность движения в эти месяцы на 25-30% ниже, чем летом. Изменение относительной аварийности на автомагистралях России в зависимости от времени года показано в таблице 1.

     Таблица 1 – Изменение относительной аварийности на дорогах России

     Приведенные данные показывают, что зимнему содержанию дорог необходимо уделять большое внимание ввиду того, что потери на них из-за перерывов в движении, снижения скоростей и повышения аварийности при зимней скользкости высокие. 

     2.2 Требования к состоянию проезжей части дорог 

     Одним из основных условий, гарантирующих  высокий уровень удобства и безопасности движения на дорогах в зимний период их эксплуатации, является степень обеспеченности дорожных служб машинами для их зимнего содержания. В большинстве стран мира расчет потребного количества машин ведется с учетом реальных погодно-климатических условий каждой магистрали или группы магистралей, сформированных по региональному признаку. В среднем на российских автомобильных дорогах парк основных машин для зимнего содержания составляет на 100 км с 4 полосами движения: 23 отвальных снегоочистителя, 1 роторный снегоочиститель, 6 солераспределителей и 5 снегопогрузчиков. В таблице 2 приведены укрупненные нормативы потребности в машинах для борьбы с гололедом.

     Таблица 2 – Нормативы потребности в машинах для борьбы с гололедом