Модуль 1. Зависимость автомобильного транспорта от погодных и климатических условий
Тема 1-2. Влияние гидрометеорологической среды на условия эксплуатации транспортных средств
1. Введение.
2. Осадки.
3. Гололедо-изморозевые отложения.
4. Видимость.
5. Температура.
6. Ветер.
Автомобили различного назначения широко используются на промышленных предприятиях, в коммунальном, специальном и гидротехническом строительстве, на открытых горных разработках, в сельскохозяйственном производстве и т.д. Функционирование автотранспортной системы в течение всего года осуществляется на открытом воздухе. Гидрометеорологические факторы оказывают влияние на процесс транспортировки пассажиров и грузов, условия содержания дорог и дорожно-строительные работы. Неблагоприятные гидрометеорологические явления и условия погоды, оказывающие влияние на работу автотранспорта можно разделить на следующие категории:
1) ухудшающие видимость (туман, дождь, снег);
2) изменяющие сцепление с дорожным покрытием (жидкие и твердые осадки, гололедо-изморозевые отложения);
3) изменяющие парусность автотранспортного средства (ветер);
4) затрудняющие эксплуатацию транспортного средства (экстремальные температуры воздуха).
Атмосферные осадки, выпадающие на земную поверхность, делятся на три типа: обложные, ливневые и моросящие.
Обложные осадки выпадают непрерывно или с короткими перерывами, в течение длительного времени без резких колебаний в их интенсивности.
Ливневые осадки отличаются внезапностью их начала и окончания, кратковременностью и резкими колебаниями интенсивности.
Моросящие осадки – это выпадение очень мелких капель воды или мелких снежных крупинок.
По видам осадков различают твердые и жидкие осадки.
К твердым осадкам относят: обложной снег, ливневой снег, обложной мокрый снег, ливневой мокрый снег, снежную крупу, снежные зерна, ледяную крупу, град, ледяной дождь.
К жидким осадкам относят: обложной дождь, ливневой дождь, морось.
Наблюдения за осадками производят визуально и с помощью специальных приборов – осадкомеров (предназначен для сбора в любое время года и последующего измерения количества выпавших жидких и твердых осадков на гидрометеорологических станциях и постах), плювиографов (предназначен для измерения и регистрации в течение суток количества выпадающих жидких атмосферных осадков), снегомерных реек, снегомеров.
Визуально определяют вид осадков, время их начала и окончания, определение количества осадков и их интенсивности производят с помощью приборов.
Осадки оказывают значительное влияние на работу дорожно-транспортного комплекса, особенно в зимнее время.
На мокром покрытии снижается коэффициент сцепления автомобиля с дорожным покрытием, в зависимости от толщины слоя воды и скорости движения автомобиля возможно возникновение явления аквапланирования – полной или частичной потери сцепления с дорожным покрытием, вызванной присутствием водяного слоя, отделяющего шины движущегося транспортного средства от дорожной поверхности, что приводит к потере управляемости автомобилем. Критическая скорость появления аквапланирования находится в пределах 70—100 км/ч. В реальных условиях скорость, при которой колесо может «всплыть», зависит от множества факторов (ровности и шероховатости дорожного покрытия, толщины слоя воды, конструкции протектора шины, величины его износа, давления в шине, состояния подвески и пр.) и может быть даже 40 км/ч.
Снизить вероятность аквапланирования возможно при соблюдении государственных стандартов при строительстве и эксплуатации дорог. Наличие луж на поверхности дорожного покрытия является его конструктивным дефектом. Для своевременного отвода воды с поверхности дороги необходимо соблюдать принцип поперечного уклона дорожного покрытия. Наличие уклона не менее 4 % (4 см уклона на 1 метр) позволяет своевременно удалять осадки в дренажные системы, тем самым улучшая сцепление шин с дорогой . Использование специальных дождевых шин, имеющих направленное строение протектора и глубокие водоэвакуационные каналы позволяет также снизить риск аквапланирования.
При выпадении осадков уменьшается скорость движения как отдельного автомобиля, так и транспортного потока в целом.
Осадки оказывают значительное влияние на состояние и условия эксплуатации дорожного полотна.
Грунтовые дороги при сильных дождях выходят из строя, движение по ним прекращается. На склонах и в глубоких выемках при ливнях имеется опасность сильного засорения дорог в результате эрозии почвы. На асфальтовых дорогах сильные или продолжительные дожди, являясь причиной скользкости, затрудняют движение в летнее время. Увлажненное покрытие увеличивает вероятность заноса в 7 раз. В весенне-осенний период наибольшее скольжение создается при переохлажденном дожде. Изменение дорожных условий в связи с осадками (уменьшение коэффициента сцепления и ограничение видимости) приводит к повышению утомляемости водителя и к увеличению времени его реакции на дорожные ситуации.
Осадки в зимний период могут привести к образованию снежных заносов. Характер переноса снега при метелях определяет ветровой режим. Снежные заносы образуются в случаях существенного изменения скорости метелевого потока препятствиями, находящимися на расстоянии, когда создаваемая ими ветровая тень достигает полотна дороги, и зависят от формы поперечного профиля дороги, при которой создаются зоны затишья, вихревые зоны с возвратным направлением ветра, пульсацией скоростей метелевого потока, а также при повышенной шероховатости и наличии микронеровностей дороги. Снежные заносы снижают скорость движения транспортных средств на дороге и уменьшают пропускную способность дорог (пропускная способность – это максимальное число автомобилей, которое может пропустить участок дороги в единицу времени в одном или двух направлениях в рассматриваемых дорожных и погодно-климатических условиях) . Если дорога заносится снегом, то изменяется ширина проезжей части, снижается коэффициент сцепления колеса с дорожным покрытием, в случае если дорога полностью заносится снегом возникают заторы, перерывы в движении. Это имело место в ряде регионов РФ в зимний период 2012 -2013 года.
3 Гололедо-изморозевые отложения
Гололедо-изморозевые отложения являются причиной возникновения зимней скользкости.
Гололед – слой льда, образующийся на любых предметах при отрицательной температуре воздуха. Причина образования гололеда – намерзание капель переохлажденных дождя или мороси. Переохлажденные осадки находятся в жидкой фазе, но имеют отрицательную температуру. Термодинамическое состояние таких частиц очень неустойчиво и при соприкосновении с предметами они мгновенно замерзают, т.е. переходят в твердое состояние. Чем мельче капли влаги и ниже температура воздуха, тем менее плотным и прозрачным является слой гололеда. Образование гололеда наиболее вероятно при температуре воздуха от 0 °С до -3° С и при наличии ветра.
Гололедица – это лед на поверхности земли, причинами образования которого могут быть:
- замерзание мокрого снега, дождя или мороси при соприкосновении с сильно охлажденной поверхности земли;
- замерзание слоя воды на поверхности земли в результате наступления похолодания после оттепели или после выпадения дождя.
Зернистая изморось – снеговидная форма обледенения в виде рыхлого матово-белого осадка. Образуется при намерзании на предметы капель переохлажденного тумана. Появлению это вида атмосферного явления благоприятствует небольшой мороз от (-2 °С до -7° С), густой туман и ветер.
Кристаллическая изморось – пушистый слой кристаллов льда, нарастающих на тонких предметах в туманную погоду при штиле или слабом ветре. Образуется при сублимации водяного пара – физическом процессе перехода пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу. Легко осыпается при ветре или небольшом встряхивании предметов. Температура воздуха при образовании кристаллической изморози ниже - 15 °С.
Иней – белые кристаллы, покрывающие поверхность наземных предметов. Это явление возникает в тех случаях, когда температура предметов опускается ниже 0°С. Образование инея происходит не при замерзании, а непосредственно из водяного пара в результате выделения его в виде твердых кристаллов. Иней появляется в ясные ночи, а зимой - и днем, в тихую погоду или при слабом ветре.
Отметим, что инструментальные наблюдения ведутся только за отложением гололеда (измеряется обледенение проводов на специальном гололедном станке). Наблюдения за остальными явлениями производят визуально (определяется вид явления, его интенсивность, время появления и исчезновения)
Гололедо-изморозевые отложения на покрытии автомобильных дорог оказывают влияние на дорожные условия в части уменьшения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорогой . Ухудшают общую обстановку атмосферные явления (дождь, морось, снегопад, туман), сопровождающиеся отложением льда. Во время гололеда увеличивается количество дорожно-транспортных происшествий. Основная опасность при движении на скользком обледенелом покрытии состоит в том, что из-за различий в дорожных условиях скользкость может проявиться не на всем протяжении дороги , а на ее отдельных участках. При этом водитель не всегда быстро перестраивается на новые режимы движения. Управление автомобилем в экстремальных условиях приводит к эмоционально-психологическим перегрузкам водителей.
Скользкость приводит к значительному снижению скорости движения одиночных автомобилей и транспортных потоков, а, следовательно, к снижению пропускной способности дорог и увеличении стоимости перевозок.
Одним из условий безопасности транспортного средства является достаточная видимость дорожного объекта. Правилами дорожного движения запрещается движение автомобиля в условиях недостаточной видимости (недостаточная видимость - видимость дороги менее 300 м в условиях тумана, дождя, снегопада и тому подобного, а также в сумерки). Статистика показывает, что не менее 15 % ДТП происходит в условиях тумана или осадков. В условиях тумана снижается скорость движения автомобилей и транспортных потоков в целом, увеличивается время реакции водителя на различные изменения дорожной ситуации. Величина снижения скорости определяется интенсивностью движения на дороге и дальностью видимости.
Неблагоприятными погодными условиями, затрудняющими работу автотранспорта, являются экстремальные значения температуры воздуха.
При низких отрицательных температурах осложняется эксплуатация автотранспортных средств – затрудняется запуск двигателя, возникает необходимость прогрева масла, утепления радиаторов и аккумуляторов, увеличивается расход топлива.
Экстремально высокие температуры воздуха также неблагоприятно влияют на эксплуатацию автомобилей и состояние дорожного полотна. При повышении температуры воздуха до +25 ºС и выше асфальтовое полотно автодорог становится мягко пластичным и может повреждаться движущимся транспортом.
С 1967 года введено деление автомобильного бензина на зимний и летний виды.
Бензин зимнего вида предназначен для использования в северной климатической зоне всесезонно, а в средней климатической зоне – с 1 октября по 1 апреля. Бензин летнего вида используют в южной климатической зоне всесезонно, а в средней – с 1 апреля по 1 октября. Таким образом, в северной и южной климатических зонах круглогодично используется только по одному виду бензина, а в средней климатической зоне – два вида.
Пусковые свойства бензина улучшаются по мере увеличения содержания низкокипящих фракций. Однако при этом увеличивается склонность бензинов к образованию паровых пробок. Возникновение паровых пробок в системе питания двигателя — наиболее часто встречающаяся неполадка в работе двигателя в жаркую погоду. При нагревании бензина в системе питания двигателя (в основном, в зоне расположения бензонасоса) его низкокипящие углеводороды испаряются, образуя пары, объем которых примерно в 150-200 раз больше объема жидкого бензина. Подача бензина в цилиндры двигателя из-за снижения массовой производительности бензонасоса уменьшается, горючая смесь обедняется, что приводит к потере мощности или, в случае сильного обеднения, к прекращению работы двигателя. Внешние проявления возникновения паровых пробок такие же, как и при засорении топливопроводов. С целью устранения этих явлений для выпускаемых бензинов установлены ограничения на содержание в них низкокипящих фракций. Давление насыщенных паров бензина бусловливает образование в некоторых случаях паровых и паровоздушных пробок. Величина давления насыщенных паров зависит от температуры, поэтому в летний период и в жарких регионах опасность возникновения паровых и паровоздущных пробок сильно возрастает. В бензинах летнего вида давление насыщенных паров ограничивается меньшей величиной, чем в бензинах зимнего вида.
Учитывая противоречивые требования к фракционному составу бензина в части содержания низкокипящих фракций с позиций обеспечения пуска двигателя, с одной стороны, и образования паровых пробок, обледенения карбюратора и потерь на испарение – с другой, вырабатываются зимний и летний виды бензина.
Скорость прогрева двигателя и динамика разгона автомобиля зависят от температуры выкипания 50% бензина, которая для зимних бензинов не должна превышать 100 °С, а для летних – 110 °С. Полнота испарения бензина в двигателе зависит от температур перегонки 90 % бензина и конца его кипения. Если эти температуры чрезмерно велики, то бензин не успевает полностью испариться во впускном трубопроводе двигателя и поступает в цилиндры в жидком виде. В результате с трущихся поверхностей смывается смазка и усиливается износ деталей. Кроме того, поскольку неполностью испарившийся бензин сгорает медленно и недостаточно полно, повышается нагарообразование в камере сгорания двигателя.
Зимние бензины рассчитаны на всесезонное применение в северных и северо-восточных районах страны и в период с 1 октября по 1 апреля – в средней климатической зоне. Они позволяют осуществить пуск холодного двигателя без предварительного разогрева до температуры воздуха - 30 °С и избежать образования паровых пробок в системе питания до температуры воздуха 30 °С.
Летние бензины рассчитаны на всесезонное применение в южных районах страны и в период с 1 апреля до 1 октября - в средней климатической зоне. При использовании летнего бензина паровые пробки могут возникать при температуре воздуха выше 45-50°С, а пуск холодного двигателя возможен до температуры воздуха – 10°С.
Зимний сорт бензина нежелательно применять летом. При высоких температурах окружающей среды в результате высокой испаряемости возможно образование воздушно-газовых пробок в топливных трубопроводах, что негативно влияет на работу двигателя. Летний бензин затруднит холодный пуск двигателя при низкой температуре окружающего воздуха. Для зимних условий используются бензины с более легкими фракциями в составе, чтобы во время запуска при низких температурах обеспечить более высокую испаряемость бензина и в итоге более легкий пуск двигателя. Летние же сорта бензина не требуют этого, поэтому летние бензины имеют более тяжелый фракционный состав, чем зимние.
Для летних сортов бензина температура испарения легких фракций должна быть не выше 55°С. Для зимних сортов бензина температура испарения должна быть 70°С. При этом объем легких фракций должен быть равен 10% от общего объема. Бензин с октановым числом 98 бывает только летним. Вопрос бензин заливать зимой, актуален , когда автомобиль ставится на стоянку на открытом воздухе или в не отапливаемом помещении. За время стоянки двигатель достаточно сильно остынет, а в некоторых случаях просто промерзнет. Если зима выдалась относительно теплая, резких понижений температуры не наблюдается, можно заливать бензин с любым рекомендованным октановым числом. Если же температура на улице довольно низкая, следует заливать бензин с меньшим рекомендованным октановым числом. Это облегчит пуск холодного двигателя в сильный мороз. Некоторые автомобили могут потреблять только высокооктановый бензин, например 95-ый. В очень сильный мороз можно залить 92-ой бензин. Но длительная эксплуатация на бензине низкого сорта может привести к ускоренному износу двигателя. Поэтому при повышении температуры за бортом следует залить рекомендованный сорт топлива.
Зимний и летний виды бензина имеют оптимальный фракционный состав для определенных температурных условий и позволяют без осложнений эксплуатировать автомобили в различное время года.
Во все сезоны года неблагоприятным для функционирования автотранспорта является ветер со скоростью 15 м/с и более. Ветер наносит серьезные повреждения защитным полосам вдоль дорог, может вызвать завалы леса на дорогах. При сильном ветре сдуваются реагенты с дороги, а при сильном встречном ветре снижается скорость движения автомобилей. При больших скоростях ветра (в том числе, при шквалах) и при большой скорости движения транспорта на автомобили действуют значительные аэродинамические силы, возникающие при боковом ветре. Это может вызвать опрокидывание автомобиля. Очень опасны сильные порывы ветра.
Вернуться на первую страницу к СОДЕРЖАНИЮ