BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯƠNG Ô TÔ, HỆ CAO ĐẲNG

Chng THIT K CC YU T HèNH HC NG ễ Tễ 1.1 Các vấn đề chung 1.1.1 c im s chuyn ng ca ụ tụ ng cong nm Khi chuyn ụng ng cong ngoi vic khc phc cỏc iu kin nh trờn ng thng, xe cũn phi chu thờm nhng iu kin bt li: - Xe phi chu thờm lc ly tõm, t trng tõm ca xe, theo phng bỏn kớnh, chiu hng ngoi ng cong Lc cú xu hng y xe v phớa lng ng cong v c xỏc nh theo cụng thc: mv Gv = F= ; R gR (2.19) Trong ú: G - Trng lc ca xe ụ tụ, kN; V - Tc ụ xe chy, m/s; R- Bỏn kớnh ng cong trờn bỡnh , m; g - Gia tc trng trng c ly bng 9,81m/s2 Lc ly tõm cú th gõy lt xe, trt ngang, lm cho vic iu khin xe khú khn, gõy khú chu cho hnh khỏch, lm h hng hng húa Lm tiờu hao nhiờn liu, mũn sm lp - Khi xe chy ng cong, chim ng nhiu hn ngoi ng thng Vỡ vy, cho xe chy m bo cỏc iu kin v kh ụng hc b rụng mt ng ng cong phi ln hn b rụng mt ng ngoi ng thng - Xe chy ng cong d b cn tr tm nhỡn, nht l bỏn kớnh ng cong nh, on ng o Tm nhỡn ban ờm ca xe ng cong b hn ch vỡ ốn pha chiu thng trờn on ngn hn 1.1.2 Lực ngang hệ số lực ngang Xột trng hp xe cú trng lc G, tc v chy vo ng cong cú bỏn kớnh R, mt ng nghiờng so vi mt phng nm ngang mụt gúc , (ụ dc ngang mt ng in); theo hỡnh v (hỡnh v 2.4) ta cú: + Trng lc bn thõn ca xe G cú phng thng ng v cú chiu t trờn xung; + Lc ly tõm F cú phng nm ngang, chiu cú xu hng kộo xe v phớa lng ng cong xột nh hng ca cỏc lc n iu kin xe chy, ta tin hnh tng hp cỏc lc tỏc dng ti trng tõm ca xe theo phng song song vi mt ng y' Gsin Fsin G y R Fcos F Gcos i Hỡnh 2.4 Xe chy ng cong cú bỏn kớnh R Hp lc theo phng song song vi mt ng (Lc ngang Y): Y = F cos mG sin Gv Y= cos mG sin gR (2.2) Trong ú: Y- l lc ngang; F- lc ly tõm; G- trng lc; - gúc nghiờng mt ng vi ng nm ngang Du ca cụng thc (2.20): du cụng + trng hp cu to mt ng hai mỏi xe trờn ln phớa lng ng cong; du tr - cu to ton bụ phn xe chy ca mt ng nghiờng mụt mỏi hng tõm ng cong cu to mt ng cú siờu cao Vỡ nh nờn: cos 1, sin tg = in ụ dc ngang mt ng Thay vo (2.20) ta cú: Y = Gv mG ì in gR Chia c hai v ca biu thc trờn cho G ta cú: t (2.21) Y v2 = misc G gR Y = : H s lc ngang G Xỏc nh h s lc ngang: c xỏc nh theo iu kin: n nh chng lt; chng trt ngang ca xe chy ng cong; m bo thoi mỏi, ờm thun cho hnh khỏch trờn xe xe chy vo ng cong v iu kin tit kim nhiờn liu v sm lp xe Kt qu nghiờn cu thc nghim, hnh khỏch trờn xe ụ tụ vo ng cong cú h s khỏc nhn thy: - Nu 0,10: khụng cm thy cú ng cong; - Nu = 0,15: hi cm thy cú ng cong; - Nu = 0,20: cm thy ang i vo ng cong v hi khú chu; - Nu = 0,30: cm thy ngi nh dt v mụt bờn v xe nh sp b lt Kt lun: tiờu chun Vit Nam chn tớnh toỏn Rmin : = 0,15 1.2 Thit k bỡnh 1.2.1 Bỏn kớnh ng cong nm 1.2.1.1 Bỏn kớnh ti thiu Khỏi nim: Bỡnh tuyn ng nu iu kin a hỡnh cho phộp, ngi thit k luụn tỡm cỏch phúng tuyn thng cho xe chy c an ton ờm thun, trng hp a hỡnh hn ch (i, nỳi hoc gp vt chng ngi) thỡ tuyn phi c chuyn hng bỏm a hỡnh theo cỏc nh, ni gia cỏc cỏnh tuyn ca nh ú l ng cong cú bỏn kớnh R: + Nu ng cong cú R ln thỡ m bo cho xe chy an ton, ờm thun v k thut; + Nu ng cong cú R nh ng bỏm sỏt a hỡnh, iu kin an ton xe chy b hn ch nhiu Bỏn kớnh ng cong nm nh nht m bo cho xe chy an ton ti thiu cho phộp theo tc thit k yờu cu (theo cp ng) gi l bỏn kớnh ti thiu (ký hiu Rmin) Xỏc nh bỏn kớnh ti thiu:Xột trng hp xe cú trng lc G, tc v chy vo ng cong cú bỏn kớnh R, mt ng nghiờng so vi mt phng nm ngang mụt gúc , (ụ dc ngang mt ng in); theo hỡnh v (hỡnh v 2.4) ta cú: + Trng lc bn thõn ca xe G cú phng thng ng v cú chiu t trờn xung; + Lc ly tõm F cú phng nm ngang, chiu cú xu hng kộo xe v phớa lng ng cong xột nh hng ca cỏc lc n iu kin xe chy, ta tin hnh tng hp cỏc lc tỏc dng ti trng tõm ca xe theo phng song song vi mt ng y' Gsin Fsin G y R Fcos F Gcos i Hỡnh 2.4 Xe chy ng cong cú bỏn kớnh R Hp lc theo phng song song vi mt ng (Lc ngang Y): Y = F cos mG sin Y= Gv cos mG sin gR (2.20) Trong ú: Y- l lc ngang; F- lc ly tõm; G- trng lc; - gúc nghiờng mt ng vi ng nm ngang Du ca cụng thc (2.20): du cụng + trng hp cu to mt ng hai mỏi xe trờn ln phớa lng ng cong; du tr - cu to ton bụ phn xe chy ca mt ng nghiờng mụt mỏi hng tõm ng cong cu to mt ng cú siờu cao Vỡ nh nờn: cos 1, sin tg = in ụ dc ngang mt ng Thay vo (2.20) ta cú: Y = Gv mG ì in gR Chia c hai v ca biu thc trờn cho G ta cú: t (2.21) Y v2 = misc G gR Y = : H s lc ngang Ta cú cụng thc tớnh bỏn kớnh ng cong nm: G v2 R= g ( isc ) (2.22) Chuyn v cú th nguyờn (m/s) sang V cú th nguyờn (km/h) v g = 9,81m/s 2, cụng thc (2.22) cú dng: R= V2 , (m) 127( i sc ) (2.23) Trong ú: V- Tc ụ xe chy tớnh toỏn (km/h) c xỏc nh i vi tng cp ng; in- ụ dc ngang ca mt ng (%); - H s lc ngang Xỏc nh h s lc ngang: c xỏc nh theo iu kin: n nh chng lt; chng trt ngang ca xe chy ng cong; m bo thoi mỏi, ờm thun cho hnh khỏch trờn xe xe chy vo ng cong v iu kin tit kim nhiờn liu v sm lp xe Kt qu nghiờn cu thc nghim, hnh khỏch trờn xe ụ tụ vo ng cong cú h s khỏc nhn thy: - Nu 0,10: khụng cm thy cú ng cong; - Nu = 0,15: hi cm thy cú ng cong; - Nu = 0,20: cm thy ang i vo ng cong v hi khú chu; - Nu = 0,30: cm thy ngi nh dt v mụt bờn v xe nh sp b lt Kt lun: tiờu chun Vit Nam chn tớnh toỏn Rmin : = 0,15 Vn tc xe chy: i vi tng cp ng l tc thit k ca cp ng ú Theo TCVN 4054 2005 bỏn kớnh ng cong nm c phõn cỏc loi nh sau: gh + Bỏn kớnh ti thiu gii hn Rmin : L bỏn kớnh nh nht, khụng cú trng hp no nh hn, ỏp dng trng hp khú khn, ú mt ng phi b trớ nghiờng thp v phớa bng ng cong cú tr s ln nht iscmax (E siờu cao) T cụng thc (2.23) xy du cụng (+), ta cú: gh R V2 = ,m 127( + iscmax ) (2.24) Trong ú: V- Tc ụ tớnh toỏn, km/h; iscmax- ụ dc siờu cao ln nht ca mt ng,%; - H s lc ngang, tớnh toỏn ly = 0,15 tt + Bỏn kớnh ti thiu thụng thng Rmin L tr s bỏn kớnh nh nht khuyờn dựng tr lờn, ú mt ng c b trớ siờu cao, ta cú: tt R V2 = ,m 127( + isc tt ) (2.25) Trong ú: V- Tc ụ tớnh toỏn cụng thờm 20, km/h; isctt - ụ dc siờu cao thụng thng ca mt ng : isctt = 4%; - H s lc ngang tt + Bỏn kớnh ti thiu khụng lm siờu cao Rmin L bỏn kớnh nh nht khụng lm siờu cao, mt ng mỏi osc Rmin = V2 ,m 127( in ) (2.26) Trong ú: V- Tc ụ tớnh toỏn, km/h; in - ụ dc ngang ca mt ng , - H s lc ngang, tớnh toỏn ly = 0,08 Tiờu chun thit k ng ụtụ Vit Nam 4054 : 05 quy nh Rmin Bng 2.3 Bỏn kớnh ng cong nm ti thiu Cp ng I II VTK(km/h) 120 100 III 80 IV 60 60 V VI 40 40 30 30 20 60 125 600 60 125 600 30 60 350 30 60 350 15 50 250 Bỏn kớnh ng cong nm (m) - Ti thiu gii hn - Ti thiu thụng thng - Ti thiu khụng siờu cao 650 400 250 125 125 1000 700 400 250 250 5500 4000 2500 1500 1500 Khi thit k bỡnh chn bỏn kớnh cho phự hp vi a hỡnh v c gng ci thin iu kin xe chy trờn ng: Nu iu kin a hỡnh thun li chn R cng ln cng tt; Nu iu kin a hỡnh tng i thun li chn R t ti thiu thụng thng tr lờn; Nu iu kin a hỡnh c bit khú khn chn R t ti thiu gii hn tr lờn * Nguyờn tc la chn bỏn kớnh ng cong: - Ln hn cỏc giỏ tr gii hn Rmin; - Phự hp vi a hỡnh v bỏn kớnh ỏp dng cng ln cng tt (thng R=3 n ln Rmin); - m bo s ni tip gia cỏc ng cong; - m bo b trớ c cỏc yu t ng cong nh : chuyn tip, siờu cao; m bo phi hp hi ho cỏc yu t ca tuyn, phi hp tuyn ng vi cnh quan 1.2.2 Cỏc yu t k thut trờn ng cong nm 1.2.2.1 Siờu cao - on ni siờu cao a Siờu cao * Khỏi nim v2 in Ta cú cụng thc tớnh h s lc y ngang : = gR c Is In In In In Mun cú h s nh cú th cú nhiu bin phỏp: Tng bỏn kớnh R bin phỏp ny khụng phi lỳc no cng thc hin c vỡ ph thuục vo iu kin a hỡnh Gim tc xe chy y l bin phỏp khụng thớch hp vỡ gim iu kin tin nghi trờn ng Bin phỏp hu hiu l chn s hng in mang du tr cú ngha l phn xe chy cú ụ dc nghiờng v phớa tõm ng cong, vi tr s hp lý ln in trờn mt ng hai mỏi, ụ nghiờng bt thng phn xe chy mụt mỏi v phớa tõm ng cong (bng ng cong) gi l siờu cao isc (E) Vy siờu cao cú tỏc dng v c hoc l gim lc ngang, lm cho xe chy an ton W R r òn ngưt Isc In Ls c 0% In L1 ngư Đờ congư chuyển tiếp L2 gưco Đườn -In In Bm Hỡnh 2.7 B trớ siờu cao ng cong nm Siờu cao lm gim hiu qu xu ca lc ly tõm, nhng phi cú gii hn nht nh xe khụng b trt ngang mt ng trn hoc cỏc xe chuyn ụng trờn ng cong khụng t c tc an ton theo bỏn kớnh Theo TCVN 4054 : 2005 ụ dc ti a siờu cao l 8% Cụng thc tớnh isc: Trong ú: T V2 V2 R= isc = 127 ì( + i sc ) 127 R V- tc xe chy (km/h); (2.28) R- bỏn kớnh ng cong nm (m); - h s lc y ngang Quy nh tr s siờu cao isc - ụ dc siờu cao ly theo bỏn kớnh ng cong nm v tc ụ thit k theo Bng 2.5 (Bng 13 TCVN4054 : 2005) ụ dc siờu cao ln nht khụng quỏ % v nh nht khụng di % - L ng phn gia c lm cựng ụ dc v cựng hng vi dc siờu cao, phn l t khụng gia c phớa lng ng cong dc phớa lng ng cong; - Cỏc phn xe chy riờng bit nờn lm siờu cao riờng bit Bng 2.5 dc siờu cao ng vi theo bỏn kớnh ng cong nm v tc thit k 650 ữ 80 400 ữ 45 250 ữ 27 800 ữ 100 ụ dc siờu cao, % Bỏn kớnh ng cong nm, m 1000 1500 2000 2500 3500 ữ 150 ữ 200 ữ 250 ữ 3500 ữ 5500 0 450 ữ 500 500 ữ 550 550 ữ 650 650 ữ 800 800 ữ 1000 1000 ữ 4000 4000 275 ữ 300 300 ữ 350 350 ữ 425 425 ữ 500 500 ữ 650 650 ữ 2500 2500 60 125 ữ 150 150 ữ 175 175 ữ 200 200 ữ 250 250 ữ 300 300 ữ 1500 1500 40 100ữ 60 75ữ 350 600 150ữ 25 250 Tc ụ thit k, Vtk, km/h 120 100 80 60ữ 75 75ữ 100 50ữ 75 30 30ữ 50 20 25ữ 50 50ữ 75ữ 15 Khụng lm siờu cao 5500 350 b on ni siờu cao (LSC) * Khỏi nim: on ni siờu cao l on ú mt ct ngang ng c bin i mụt cỏch iu hũa t dc ngang thụng thng mỏi v dc ngang mụt mỏi nghiờng thp v phớa bng ng cong (cú ụ dc l (E) isc %) S chuyn húa s to mụt ụ dc dc ph thờm if * Cụng thc tớnh: on ni siờu cao c tớnh theo cụng thc: Lsc = Bm ì(i n + isc ) ; (m) 2i f (2.29) Trong ú: Bm: chiu rụng mt ng (tra bng & TCVN4054 - 2005) isc: ụ dc siờu cao (%); in: ụ dc ngang mt ng if: ụ dc nõng siờu cao vi: V < 60 km/h => if = 1%; V 60 km/h => if = 0,5% Vi ng cú tc ụ thit k V 60 km/h ta phi b trớ t ng cong chuyn tip: LCT = V3 (m) 23,5 R Khi tớnh toỏn vi ng cú tc ụ thit k V 60 km/h thỡ ta tớnh giỏ tr L sc v LCT, giỏ tr no ln hn s c s dng lm on ni siờu cao ụ dc siờu cao (i sc) v chiu di on ni siờu cao (Lsc) ph thuục vo bỏn kớnh ng cong nm (R) v tc ụ thit k (V tk), khụng c nh hn cỏc giỏ tr quy nh Bng 2.6 (Bng 14 TCVN4054 : 2005) Bng 2.6 dc siờu cao (isc) v chiu di on ni siờu cao (L) R, m 650 ữ 800 isc L, m 0,08 125 Tc ụ thit k, Vtk, km/h 100 80 R, m isc L, m R, m isc 400 ữ 450 0,08 120 250 ữ 275 0,08 800 ữ 1000 0,07 110 450 ữ 500 0,07 105 275 ữ 300 1000 ữ 1500 0,06 95 500 ữ 550 0,06 90 1500 ữ 2000 0,05 85 550 ữ 650 0,05 2000 ữ 2500 0,04 85 650 ữ 800 0,03 85 0,02 85 120 2500 ữ 3500 3500 ữ 5500 65 ữ 75 75 ữ 100 100 ữ 600 60 isc L, m 110 R, m 125 ữ 150 0,07 70 0,07 100 150 ữ 175 0,06 60 300 ữ 350 0,06 85 175 ữ 200 0,05 55 85 350 ữ 425 0,05 70 200 ữ 250 0,04 50 0,04 85 425 ữ 500 0,04 70 250 ữ 300 0,03 50 800 ữ 1000 0,03 85 500 ữ 650 0,03 70 300 ữ 1500 0,02 50 0,02 70 1000 ữ 4000 0,02 0,06 0,05 0,04 0,03 35 30 25 20 30 ữ 50 0,02 12 75 ữ 350 50 ữ 75 0,06 0,05 0,04 0,03 650 ữ 2500 33 27 22 17 0,02 11 85 L, m 15 ữ 50 0,06 0,05 20 15 50 ữ 75 0,04 10 75 ữ 150 0,03 Chỳ thớch: 1) L - Chiu di on ni siờu cao hoc chiu di on cong chuyn tip xỏc nh theo iu 5.5.4 v 5.6.1 2) Tr s chiu di L bng ỏp dng i vi ng hai ln xe i vi ng cp I v II nu ng cú trờn hai ln xe thỡ tr s trờn nhõn vi 1,2 i vi ba ln xe; 1,5 i vi bn ln xe v i vi ng cú trờn ln xe Nu giỏ tr tớnh c cú tr s nh hn tr s quy nh bng 2.6 thỡ ly giỏ tr bng 2.6 tớnh li if Nu giỏ tr tớnh c cú tr s ln hn tr s quy nh bng 2.6 thỡ ly giỏ tr ln * B trớ on ni siờu cao: on ni siờu cao, on ni m rụng u c b trớ trựng vi ng cong chuyn tip Khi khụng cú ng cong chuyn tip, cỏc on ni ny b trớ mụt na trờn ng cong v mụt na trờn ng thng Nh vy i vi ng cú Vtk 40 km/h, khụng b trớ ng cong chuyn tip thỡ on ni siờu cao c b trớ trựng vi on ni m rụng v c b trớ na ngoi ng thng v na ng cong Vi ng cú Vtk 60 km/h on ni siờu cao, on ni m rụng u c b trớ trựng vi ng cong chuyn tip Lsc Lw Lct * S bin i mt ng on ni siờu cao - Trong on ni siờu cao, siờu cao c thc hin bng cỏch quay phn xe chy v l gia c (nu cú) phớa lng ng cong quanh tim ng nghiờng thp dn v phớa bng ng cong n t ụ dc ngang mt ng (on L 1), sau ú tip tc quay ton bụ mt ng v l gia c quanh tim ng n t ụ dc siờu cao isc (on L2) - Trng hp ng cú di phõn cỏch gia siờu cao c thc hin cú th bng cỏch quay xung quanh mộp hoc mộp ngoi mt ng Din bin nõng siờu cao v s tớnh chiu di Lsc theo phng phỏp quay quanh tim ng: Hỡnh 2.8 Din bin nõng siờu cao theo phng phỏp quanh tim ng Nh vy din bin ca on ni siờu cao gm hai on c bn: on L1, L2 on L1: on mt ng bin i t ụ dc mỏi i n sang ụ dc mỏi in, bng cỏch ly tim lm trc quay 1/2 phn xe v l phớa bng ng cong, chiu di L1 c tớnh theo cụng thc: L1 = Bm ìin (m) if (2.30) Trong on ny na mt ng v l ng gia c phớa bng ng cong gi nguyờn ụ dc ngang mt ng L t gi nguyờn nh quy nh; Mụt na mt ng phớa lng v l ng gia c phớa lng ng cong cú ụ dc ngang c tớnh theo cụng thc: il = x ìi f Bm ìin (%); Bm (2.31) x - khong cỏch t u on ni n mt ct cn tớnh toỏn ụ nghiờng on L2: l on m mt ng v l gia c chuyn bin t ụ dc mụt mỏi i m v ụ dc siờu cao isc nghiờng v phớa bng ng cong, bng cỏch ly tim lm trc quay ton bụ phn xe v l phớa bng ng cong L2 = Lsc - L1; ib = x ìi f Bm (2.32) (%); (2.33) Trong ú ib l ụ dc ngang siờu cao ca mt ng ti v trớ tớnh toỏn (%) Tớnh ụ m rụng ca mt ng ti mụt cc bt k on thuục L1 v L2: ụ m rụng ti cc ú: wx = x ìw ' ; Lsc (2.34) Trong ú: w = w/2 nu m rụng c bờn bng v lng ng cong w = w nu m rụng c bờn bng hoc lng ng cong 1.2.2.2 M rng phần xe chạy - on ni m rng a M rụng phầnưxeưchạy * Khỏi nim: Khi xe chy trờn ng thng, qu o chuyn ụng ca bỏnh xe trc trc v sau ca xe l nh nhau, nhng xe chy vo ng cong thỡ qu o chuyn ụng ca cỏc bỏnh xe l cỏc ng cong khỏc nhau, bỏnh ngoi ca trc trc chuyn ụng vi qu o cú bỏn kớnh ln nht, bỏnh xe ca trc sau chuyn ụng vi qu o cú bỏn kớnh nh nht, vỡ vy xe chy ng cong s chim mụt phn mt ng nhiu hn so vi xe chy ng thng m bo iu kin xe chy trờn ng cong cng nh trờn ng thng v m bo an ton xe trỏnh nhau, nhng ng cong cú bỏn kớnh nh cn phi m rng phn xe chy * Cụng thc tớnh xỏc nh ụ m rụng ta t xe iu kin bt li nh hỡnh v A' L D' e1 C' e2 A D L C R B O Hỡnh 2.5 S xỏc nh m rng mt ng ng cong nm - Tớnh e2 : e = R R L2 10 Chọn loại tầng mặt áo đờng:ưTừưýưnghĩa,ưcấpưhạngưkỹưthuậtưcủaưđờng,ư luưlợngưxeưchạyưvàưtốcưđộưxeưchạyưthiếtưkế,ưđồngưthờiưcóưxétưđếnưđiềuư kiệnưkhíưhậu,ưkhảưnăngưcungưcấpưvậtưliệu,ưkhảưnăngưcôngưnghệưthiưcông,ư khảưnăngưduyưtuưbảoưdỡngưmàưchọnưloạiưtầngưmặtưthíchưhợp Trênưtầngưmặtưáoưđờng,ưtuỳưtheoưcấpưhạngưđờng,ưđợcưbốưtríưcácưlớpưtạoưnhám, haoưmòn,ưtạoưphảngưthíchưhợp Chọnưloạiưtầngưmặtưáoưđờngưtheoưbảngưsau: Cấp Loại thiết tầng kếưcủa mặt Vậtưliệuưvàưcấuưtạoưtầngưmặt đờng Thờiưhạn Sốưxeưtiêu tính chuẩnưtíchưluỹ toán trongưthờiưhạn (năm) tínhưtoánư(xe CấpưI,ư Cấpư -BTXMưkhôngưcốtưthépưhoặcưcốt ư20ư II,ưcấpư caoư thépưliênưtục(ư1ưlớp) năm IIIưvàư A1 -BTNưchặtưhạtưmịn,ưhạtưvừaưlàm IV CấpưI,ư Cấpư II,ưIVư caoư lớpưtrên,ưhạtưvừa,ưhạtưthôưlàmưlớpư ư10ư mặtưdới - BTNưnguội,ưtrênưcóưlángư năm - tiêuưchuẩn/làn) >ưưư4.106 >2.106 nhựa 58 >1.106 Thấmưnhậpưnhựa 47 >0,1.106 3ư-ư4