Du lịch sinh thái Chương 2
Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 9 CHƯƠNG 2 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi xe chạy. Trong khi chuyển động, xe chịu các lực cản khác nhau: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực cản leo dốc. 2.1.1 Lực cản lăn Lực cản là do sự biến dạng của lốp xe và mặt đường khi bánh xe tác dụng lên mặt đường và do mặt đường không bằng phẳng gây ra. Khi xe chạy trên đường, mặt đường tương đối cứng, không bị lún lầy, thì lực c ản tỷ lệ với trọng lượng xe. GfP f = (daN) (2.1) P f lực cản lăn (daN) G tải trọng tác dụng trên bánh xe (daN) () hkmkhiVVxf hkmkhiVf f /60105.41 /60 25 0 0 ≥+ < = − hệ số lực cản lăn (2.2) Hệ số lực cản lăn phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe (cấu tạo và áp suất không khí trong lốp xe, lốp xe càng cứng thì f càng nhỏ) và phụ thuộc vào loại mặt đường (độ bằng phẳng và độ cứng của mặt đường, mặt đường càng bằng phẳng, càng cứng thì f càng nhỏ). Ngoài ra hệ số f còn phụ thuộc vào tốc độ xe ch ạy, tốc độ xe chạy tăng thì f cũng tăng. Tuy nhiên, khi tốc độ hkmV /60≤ thì f thay đổi ít, khi đó f chỉ phụ thuộc vào loại mặt đường và tình trạng mặt đường (kí hiệu f 0 ). Bảng 2-1 hệ số lực cản lăn Loại mặt đường f 0 Bê tông xi măng và bê tông nhựa - Ở trạng thái tốt - Ở trạng thái bình thường 0.014-:-0.018 0.018-:-0.022 Mặt đường nhựa bằng phẳng 0.02-:-0.025 Đá dăm, cấp phối đá dăm còn tốt 0.03-:-0.040 Đá lát 0.035-:-0.045 Đường đất - Chặt, khô và bằng phẳng - Ẩm ướt và không bằng phẳng 0.030-:-0.060 0.070-:-0.15 Đường cát - Khô - Ẩm 0.15-:-0.30 0.08-:-0.10 Khi vận tốc xe chạy trong khoảng hkmVhkm /150/60 ≤≤ thì hệ số lực cản lăn là f v ( ) 25 0 105.41 Vxfff v +== f 0 hệ số lực cản lăn khi hkmV /60≤ Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 10 V vận tốc xe chạy (km/h) 2.1.2 Lực cản không khí Lực cản không khí khi xe chuyển động do những nhân tố sau gây nên - Áp lực của không khí đối với mặt trước của thân xe. - Lực ma sát của không khí đối với mặt ngoài thân xe. - Lực hút chân không hình thành sau thân xe. Lực cản không khí phụ thuộc vào tốc độ xe chạy, mật độ của không khí, hình dạng và độ trơn của bề mặt thân xe. 13 6.3 2 2 2 2 V KF V KFFvcP w === ρ (N) (2.3) ρ cK = hệ sộ lực cản không khí c là hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào hình dạng và độ trơn bề mặt thân xe. ( ) 42 /125.10 mNs= ρ mật độ không khí ở độ cao mực nước biển F diện tích cản không khí, tuỳ thuộc vào loại xe chạy Xe con hiện đại F=0.8BH (m 2 ) Xe buýt và xe tải F=0.9BH (m 2 ) B, H chiều rộng và chiều cao lớn nhất của thân xe. v Vận tốc xe chạy (m/s). V Vận tốc xe chạy (Km/h) so với môi trường không khí. V = V xe - V kk Khi xe chạy xuôi gió. V = V xe + V kk Khi xe chạy ngược gió. Bảng 2-2 Diện tích xe, hệ số lực cản không khí Loại xe F (m 2 ) K (Ns 2 /m 4 ) Xe tải nặng Xe tải vừa Xe buýt Xe con Xe đua 6.0 3.0-:-4.0 4.5-:-7.0 1.4-:-2.6 1.0-:-1.5 0.64-:-0.74 0.54-:-0.69 0.24-:-0.49 0.15-:-0.29 0.10-:-0.15 2.1.3 Lực cản quán tính Khi xe chuyển động (xe chuyển động tịnh tuyến, các bộ phận trong xe chuyển động quay) có gia tốc (tăng hoặc giảm tốc) phải chịu lực cản quán tính tác dụng (cản lại chuyển động khi xe tăng tốc và thúc đẩy chuyển động khi xe hãm phanh giảm tốc độ). δδ dt dv g G dt dv mP j == (2.4) m Khối lượng xe (kg) G Trọng lượng của xe (daN) g gia tốc trọng trường (m/s 2 ) dt dv gia tốc chuyển động tịnh tiến Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 11 δ hệ số xét đến lực cản quán tinh của các bộ phận chuyển động quay 2 04.1 k ni += δ 05.003.0 ÷=n đối với xe con 07.005.0 ÷=n đối với xe tải i k tỷ số truyền động của hộp số. 2.1.4 Lực cản leo dốc Vì độ dốc của đường rất nhỏ nên góc α nhỏ. iGP l h GGtgGP i i . sin = =≈= αα (2.5) G s i n G c o s G h l Hình 2-1 2.1.5 Lực cản trên đường Lực cản leo dốc và lực cản quán tính không luôn luôn có (trừ khi leo dốc hoặc thay đổi tốc độ). Lực cản lăn và lực cản không khí luôn có khi xe chạy. Do đó, tổng hai lực cản này còn có tên là lực cản trên đường. Xe con và xe tải nhẹ 2 000625.0000073.000453.0 CFVGVGP ++= ñ (2.6) Xe tải 2 0004756.00000653.000345.0 CFVGVGP ++= ñ (2.7) 2.2 Phương trình chuyển động của ô tô và biểu đồ nhân tố động lực 2.2.1 Quá trình sinh ra lực kéo. η 0 iiMM kdck = (2.8) Bảng 2-3 η Loại xe 0,90 Xe tải hai trục 0,80 Xe tải 3 trục 0,92 Xe con 2.2.2 Nhân tố động lực G PF D wk − = (2.9) F k lực kéo P w lực cản không khí Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 12 D V (km/h) 0 V 1 D1 V 2 D2 Hình 2-2 2.3 Sức bám bánh xe với mặt đường dt dv g if G PF D v wk . δ +±= − = (2.10) f v hệ số lực cản lăn i độ dốc dọc (+ lên dốc, - xuống dốc) - Nếu 0= dt dv , xe chuyển động đều - 0≠ dt dv , xe chuyển động nhanh hoặc chậm dần đều - Điều kiện để xe chuyển động D > 0 2.4 Tầm nhìn xe chạy Chiều dài tầm nhìn được tính từ ánh mắt của người lái xe có vị trí được qui định: - Cao 1m tính từ mặt phần xe chạy. - Cách mép phần xe chạy bên tay phải 1.5m Vật chướng ngại trong tính toán chiều dài tầm nhìn được qui định, khi là vật tĩnh có chiều cao 0.10m trên mặt đường, khi là xe chạy ngu ợc chiều có chiều cao 1.2m 2.4.1 Các loại tầm nhìn Tầm nhìn dọc theo đường - Tầm nhìn ban ngày. - Tầm nhìn ban đêm: là khoảng cách mà người lái xe nhìn thấy được nhờ vào góc chiếu sáng của đèn ô tô. Tầm nhìn bên: là khoảng không gian dọc hai bên đường để người lái xe quan sát được rõ. Tầm nhìn bên được xét đến cho các đoạn đường có thể có người hoặc súc vật từ đường bên đi vào đường ô tô và được qui định. - Tầm nhìn bên 25m đối với đường c ấp I và II. - Tầm nhìn bên 15m đối với đường cấp khác. 2.4.2 Mục đích tính tầm nhìn xe chạy Trị số tầm nhìn xe chạy dùng để xác định bán kính nhỏ nhất của đường cong đứng lồi và xác định bán kính nhỏ nhất của đường cong đứng lõm đảo bảo tầm nhìn về ban đêm. Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 13 Dựa vào tầm nhìn xe chạy yêu cầu xác định được phạm vi phải dỡ bỏ chướng ngại vật hoặc phải cắt gọt mái dốc nền đường đào ở phía bụng đường cong bằng (đường cong trên bình đồ) hay ở nút giao thông. Các chướng ngại vật phải dỡ bỏ để có chiều cao thấp hơn 0.3m so với tầm nhìn người lái xe (cao hơn mặt đường 1m (1,2m)) 2.4.3 Các sơ đồ tầm nhìn a. Tầ m nhìn hãm xe Là đoạn đường đủ để người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật cố định có chiều cao 0.1m, sau đó thực hiện hãm phanh và dừng xe cách vật cản một đoạn an toàn (l at = 5m). tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định được xét cho mọi tuyến đường có dải phân cách hướng xe chạy được chọn để tính toán các yếu tố của tuyến đường trên bình đồ và trắc dọc. t 123 lll S () at vd athxlt l if kVV lSvlllS + ±+ +=++=++= ϕ 2546.3 2 321 (m) trong đó l 1 là quãng đường xe chuyển động ứng với thời gian phản ứng tâm lí l 2 chiều dài đoạn hãm phanh (m) l 3 chiều dài đoạn an toàn (m) S h chiều dài đoạn đường thực hiện hãm phanh v vận tốc xe chạy (m/s) V vận tốc xe chạy (Km/h) k là hệ số xét đến hiệu quả của bộ phận hãm phanh ( 2,1=k xe con, 4,1:3,1 −−=k xe tải và xe buýt) d ϕ hệ số bám theo phương dọc Bảng 2-4 hệ số bám Tình trạng áo đường Giá trị d ϕ Nhám và khô 0.7 và lớn hơn Ít nhám và khô 0.6 Ẩm ướt 0.5 Có bùn 0.2-:-0.3 f v hệ số lực cản lăn i độ dốc ở đoạn xe thực hiện hãm phanh. i lấy dấu (+) khi xe lên dốc và dấu (–) khi xe xuống dốc. l at là khoảng cách an toàn lấy l at = 5m Ghi chú: tầm nhìn S 1 được làm tròn đến bội số của 5 Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 14 Bảng 2-5 Yêu cầu hệ số bám dọc cho các đoạn đường Điều kiện chuyển động Đặc trưng của các đoạn đường Trị số d ϕ tối thiểu Thuận tiện Đoạn đường thẳng, đường vòng có bán kính lớn hơn 1000m, độ dốc dọc 00 0 30≤ , lề đường có gia cố, không giao cắt cùng mức với đường ô tô khác và lưu lượng xe chạy nhỏ 0.45 Khó khăn Đoạn đường vòng có bán kính 250- 1000m, độ dốc từ 00 0 6030 ÷ , đường có lưu lượng xe chạy trung bình 45.050.0 ÷ Nguy hiểm Đoạn đường không đảm bảo tầm nhìn, độ dốc lớn hơn độ dốc dọc tính toán, vùng nút giao thông cùng mức. Đường có lưu lượng xe chạy cao. 0.6 Bảng 2-6 Trị số S 1 được dùng trong thiết kế không được nhỏ hơn giá trị trong bảng sau Cấp thiết kế của đường I II III IV V VI Tốc độ thiết kế V (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 Tầm nhìn hãm xe S 1 (m) 210 150 100 75 75 40 40 30 30 20 Tầm nhìn trước xe ngược chiều S 2 (m) - - 200 150 150 80 80 60 60 40 tầm nhìn vượt xe S vx (m) - - 550 350 350 200 200 150 150 100 b. Tầm nhìn trước xe ngược chiều Tầm nhìn trước xe chuyển động ngược chiều là đoạn đường để hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe và hai tài xế cùng nhìn thấy nhau, cùng thực hiện hãm phanh và dừng lại cách nhau một khoảng an toàn (m). Tầm nhìn thấy xe ngược chiều được xét cho đường cấp thấp (một làn xe chạy hoặc đường hai làn xe không đủ rộng) () () () at dd at d l if kVV if kVV l if kVV S + ±+ += ±+ +++ ±+ += ϕϕϕ 1278.12546.32546.3 222 2 (m) Ghi chú: S 2 được làm tròn đến bội số của 5 và không nhỏ hơn giá trị trong bảng trên. c. Tầm nhìn vượt xe Là đoạn đường có chiều dài đủ để người lái xe con vượt qua xe tải đi cùng chiều ở phía trước bằng cách đi qua làn xe chạy ngược chiều và quay trở về làn xe cũ an toàn trong điều kiện có xe chạy ngược chiều khi thực hiện vượt xe. Tầm nhìn vượt xe được xét cho các đường ô tô có hai làn xe chạy, lưu lượ ng xe lớn và thành phần xe chạy phức tạp (nhiều loại xe chạy có tốc độ khác nhau). Để đơn giản việc xác định S vx người ta xét cho trường hợp độ dốc dọc của đường i=0 và bỏ qua hệ số lực cản lăn f. Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 15 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +++ − + = 4 2 111 21 13 2 2546.3 . ll VkV VV VV S at d vx ϕ (m) V 1 ; V 2 ; V 3 vận tốc xe chạy của các xe (Km/h) k 1 hệ số hãm phanh của xe con; k 1 = 1.2 l at khoảng cách an toàn; l at = 5m l 4 chiều dài của xe con; l 4 = 3m (thực tế lấy 5m) Tầm nhìn vượt xe làm tròn đến bội số của 5 và không nhỏ hơn giá trị trong bảng trên. Ví dụ1: Xác định tầm nhìn vượt xe, biết vận tốc xe hkmV hkmV hkmV xe xe xe /55 /50 /100 3 2 1 = = = mx x x S vx 4151.413325 5.0254 1002.1 6.3 100 . 50100 10055 2 1 == ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +++ − + = với hkmV hkmV hkmV /55 /50 /100 3 2 1 = = = mmx x x S vx 4453.444325 5.0254 1002.1 6.3 100 . 55100 10050 2 2 ≈= ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +++ − + = với hkmV hkmV hkmV /50 /55 /100 3 2 1 = = = Ví dụ 2: Tính tầm nhìn đảm bảo cho xe con chạy với vận tốc 80km/h trên đoạn đường có dãy phân cách, có độ dốc dọc 0=i , hệ số bám 5.0= d ϕ Cho mặt đường bê tông nhựa ở trạng thái bình thường. Đường cấp III, địa hình đồi và đồng bằng. () () () m x S xxVxff l if kVV S t v at vd t 8573,845 002576.05.0254 802.1 6.3 80 02576.0)80105.41(020.0105.41 2546.3 2 2525 0 2 ≈=+ ±+ += =+=+= + ±+ += −− ϕ Do đường cấp III, địa hình đồi và đồng bằng, nên vận tốc thiết kế bằng 80km/h. Tra tiêu chuẩn 4054-05 [] mS t 100= Chọn giá trị để thiết kế là 100m. Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 16 Tài liệu tham khảo [1]. Đỗ Bá Chương – Thiết kế đường ô tô – tập I – NXB Giáo dục – năm 1998 [2]. Nguyễn Đình Huân, Nguyễn Văn Mùi – Thiết kế đường ô tô – Phần 1 – Phòng giáo trình đại học Bách Khoa, thành phố Hồ Chí Minh – năm 2006. [3]. 22TCN 4054-2005 Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế. . lực 2. 2.1 Quá trình sinh ra lực kéo. η 0 iiMM kdck = (2. 8) Bảng 2- 3 η Loại xe 0,90 Xe tải hai trục 0,80 Xe tải 3 trục 0, 92 Xe con 2. 2 .2 Nhân. (2. 9) F k lực kéo P w lực cản không khí Chương 2 Sự chuyển động của ô tô trên đường 12 D V (km/h) 0 V 1 D1 V 2 D2 Hình 2- 2 2. 3