Chuong2 thiet ke duong

CHƯƠNG SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG 2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG KHI XE CHẠY Chuyển động ô tô đường chuyển động phức tạp - tịnh tiến đường thẳng, quay đường cong đứng, lượn đường cong nằm dao động chuyển động mặt đường không phẳng Tất đặc điểm chuyển động chưa vận dụng hết vào việc xác định yếu tố tuyến đường, thiết kế đường, người ta giả định ô tô chuyển động không dao động mặt đường hồn tồn phẳng, rắn khơng biến dạng Khi xe chạy đường động phải tiêu hao lượng để khắc phục lực cản đường Các lực cản xe chạy bao gồm: sức cản lăn, sức cản khơng khí, sức cản qn tính sức cản dốc (Hình 2.1) Điều kiện để xe chạy lực kéo động sinh phải khắc phục tất lực cản : Pk ≥ ∑ Pcản Pk Pw Pi Pj Pf Pf α Hình 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô chuyển động Pk – Lực kéo; Pf – Lực cản lăn; Pw - Lực cản khơng khí Pi – Lực cản lên dốc; Pj – Lực cản quán tính 2.1.1 LỰC CẢN 2.1.1.1 Lực cản lăn Pf: Khi xe chạy, điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường xuất lực cản lăn Lực ngược chiều chuyển động xe, cản trở chuyển động ô tô Lực cản lăn sinh ma sát bánh xe với mặt đường, sinh biến dạng lốp xe biến dạng mặt đường, xe bị xung kích chấn động mặt đường không phẳng ma sát ổ trục xe xe chạy 45 Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn tất bánh xe P f tỉ lệ thuận với trọng lượng G (kG) ô tô: Pf = f.G (kG) Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng lốp xe, tốc độ xe chạy chủ yếu phụ thuộc vào loại mặt đường (Bảng 2.1) (Thường lấy f=0,02 tính tốn thiết kế yếu tố hình học đường) Bảng 2.1 Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường Loại mặt đường + Bê tông xi măng bê tông nhựa + Đá dăm đen + Đá dăm Hệ số f 0,01 – 0,02 0,02 – 0,025 0,03 – 0,05 Loại mặt đường + Lát đá + Đất khô phẳng + Đất ẩm không phẳng + Đất cát rời rạc Hệ số f 0,04 – 0,05 0,04 – 0,05 0,07 – 0,15 0,15 – 0,30 Thực nghiệm thấy tốc độ 50Km/h hệ số cản lăn thực tế khơng thay đổi, khoảng tốc độ 50-150Km/h tăng theo công thức sau: fv = f.[1+0,01(V-50)]; với vận tốc tính Km/h Hình 2.2 Quan hệ hệ số cản lăn với vận tốc ô tô áp suất lốp xe 2.1.1.2 Lực cản khơng khí Pw Khi xe chạy, lực cản khơng khí gây phản lực khối khơng khí phía trước, ma sát thành xe với khơng khí hai bên khoảng chân khơng phía sau tơ hút lại Theo khí động học, lực cản khơng khí khơng có gió xác định theo cơng thức: 46 Pw = k.F.v2 (kG) Trong đó: k – hệ số sức cản khơng khí phụ thuộc vào mật độ khơng khí hình dạng xe: tơ tải k = 0,06–0,07; ô tô bus k = 0,04 – 0,06; xe k = 0,025 – 0,035 F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn ô tô) (m2) F = 0,8.B.H (B H chiều rộng chiều cao ô tô m) v – vận tốc tương đối xe kể tốc độ gió, thường tính tốn với vận tốc gió khơng, v vận tốc xe chạy tính tốn (m/s) Trong kỹ thuật, thường vận tốc xe chạy tính km/h, ta có : Pw = kFV 13 V – vận tốc xe chạy, km/h Lực cản lên dốc Pi Là trọng lượng thân ô tô gây xe chuyển động mặt phẳng nằm nghiêng 2.1.1.3 Pi α G α Hình 2.3 Lực cản lên dốc Pi Ta có: Pi = ± G sinα Do α nhỏ1 nên sinα ≈ tgα = i i – độ dốc dọc đường Do đó: Pi = ± G i Khi xe lên dốc lấy dấu “+” xe xuống dốc lấy dấu “-“ Khi xe lên dốc lực ngược chiều chuyển động, xe xuống dốc chiều chuyển động Lực cản quán tính Pj 2.1.1.4 (Độ dốc lớn theo TCVN 4054-05 imax=11% từ góc αmax =6,28o) 47 Phát sinh xe tăng giảm tốc Bao gồm sức cản quán tính chuyển động tịnh tiến tơ có khối lượng m sức cản quán tính phận quay ô tô Khi xe tăng tốc lực qn tính ngược chuyển động tơ, cản trở chuyển động; xe giảm tốc, lực quán tính chiều chuyển động Do ta có: Pj = ± m.j Trong đó: m – khối lượng ô tô m=G/g; G – trọng lượng ô tô, g – gia tốc trọng trường; J – gia tốc ô tô J=dv/dt; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian; Vì ngồi chuyển động tịnh tiến xe có chuyển động quay bánh xe, trục xe nên phải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ=1,03-1,07 Pj = ±δ G dv g dt Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc t S Xe TOYOTA CAMRY 2.4 Hình 2.4 Gia tốc J theo V chuyển số Hình 2.5 Thời gian T quãng đường tăng tốc S theo V 2.1.2 LỰC KÉO VÀ QUÁ TRÌNH SINH RA SỨC KÉO Khi xe chạy, nhiên liệu cháy động cơ, biến nhiệt thành tạo công suất làm quay trục khuỷu, tạo mô men quay M trục động chuyền qua hộp số, trục đăng tới cầu xe tạo mô men quay trục chủ động Mk sinh lực kéo Pk bánh xe chủ động 48 Hình 2.6 Q trình sinh sức kéo tơ 1: Động 2: Ly hợp 3: Hộp số 4: Trục đăng 5: Cầu xe 6: Bánh xe Công suất hiệu dụng N động tạo nên mô quay M trục khuỷu động : N= M w (mã lực) 75 Trong : w : vận tốc góc trục quay: w= 2π n 60 n : số vòng quay tính v/phút Do M= 716,2.N (kG.m) n Từ tính mơ men quay bánh xe chủ động: Mk=M.ik.η.io (kG.m) Trong đó: ik: tỉ số truyền hộp số, thay đổi theo số cài xe io: tỉ số truyền cầu xe, phụ thuộc vào loại xe η: hệ số hiệu dụng cấu truyền động + η=0.8 ÷ 0.85 xe tải + η=0.85 ÷ 0.9 xe con, xe du lịch Pk= Mk rk  Pk= M io ik η (kG) rk Bán kính rk phụ thuộc vào áp lực lốp xe, cấu tạo lốp tải trọng tác dụng lốp xe Thường rk=(0,93-0,96)r 49 Xe TOYOTA CAMRY 2.4 Hình 2.7 Biểu đồ đặc tính ngồi công suất Ne (mã lực), mô men quay Me(kG.m)theo số vòng quay động ne(v/ph) Hình 2.8 Lực kéo động Pk theo chuyển số vận tốc xe chạy V (km/h) 2.2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC Lực kéo sinh để khắc phục tất lực cản đường Để xe chuyển động Pk ≥ ∑ Pcản Như vậy, phương trình chuyển động ô tô Pk=Pf + Pw + Pi + Pj Hay G dv Pk = fG ± Gi + kFV ± δ Đặt kFV P − D= k 13 = f ± i ± δ dv G g dt 13 g dt D - gọi nhân tố động lực ô tô, học D có nghĩa sức kéo đơn vị trọng lượng xe Khi chuyển động mặt sức kéo là: D=f±i 50 dv = điều kiện chuyển động ô tơ dt Trong phương trình vế trái biểu diễn yếu tố phụ thuộc vào ô tô, vế phải biểu diễn yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường Biểu đồ biểu diễn đường D = f(v) ứng với chuyển số khác loại ô tô gọi biểu đồ nhân tố động lực loại tơ (Hình 2.9) Hình 2.9 Biểu đồ nhân tố động lực xe TOYOTA Camry 2.4 Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực Xác định vận tốc xe chạy thực tế lớn biết tình trạng đường : D=f ± i ± J.δ xe chuyển động J=0 ⇒ D=f ± i Có f, i ⇒ Dtt =f ± i ⇒ Vmax thực tế Khi từ D gióng sang ngang cắt biểu đồ hai điểm có điểm bên phải có giá trị ổn định dùng để xác định Vmax thực tế Trường hợp thường áp dụng cho đường cải tạo nâng cấp tính tốn khai thác đường Xác định điều kiện cần thiết đường để đảm bảo tốc độ xe chạy cân yêu cầu D=f ± i ± J.δ xe chuyển động J=0 ⇒ D=f ± i Chọn loại xe đặc trưng cho đoạn đường xét (chiếm % lưu lượng lớn nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực loại xe 51 Có V dựa vào biểu đồ nhân tố động lực suy D, vào loại mặt đường có f ⇒ imax=D-f Trường hợp thường áp dụng cho việc thiết kế đường Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc lớn quy định tương ứng với cấp hạng kỹ thuật đường Cũng theo phương pháp xác định khả khởi động chân dốc Muốn khởi động xe phải bắt đầu chuyển số I, lúc có D max tính gia tốc [ ] g dv = D − ( f ± i) max dt δ gia tốc đủ để khởi động không nhỏ 1,5m/s2 Xác định chiều dài cần thiết đoạn tăng tốc, giảm tốc Xe chạy với tốc độ cân v ứng với điều kiện đường D1=f1 ± i1 chuyển sang tốc độ cân v2 có gia tốc dv/dt có điều kiện D2=f2 ± i2 g g dv = [ D − (f ± i)] = (D − D ) δ dt δ δv.dv ⇒ ds = v.dt = ( D − D )g v v V2 − V2 δ v.dv i +1 i ⇒S = ∫ ds = ∫ =∑ t, g g v (D − D ) 254(D − D ) v i i +1 1 Viết theo biểu thức cuối có nghĩa ta phân chênh lệch tốc độ nhiều phân tố tổng hợp dần lại Từ vẽ biểu đồ vận tốc trắc dọc 2.3 LỰC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG Khi ô tô chuyển động có lực tác dụng lên bánh xe chủ động bị động Tại bánh xe chủ động mô men M k tác dụng lên mặt đường lực kéo P k theo định luật III Newton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe lực T theo phương ngang phương, ngược chiều độ lớn với P k Nhờ có T mà điển tiếp xúc bánh xe mặt đường trở thành tâm quay tức thời bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T lực bám bánh xe mặt đường Ngồi bánh chủ động chịu trọng lượng G k theo phương thẳng đứng đè lên mặt đường, mặt đường tác dụng lại bánh xe lực R theo phương 52 thẳng đứng lệch tâm đoạn a (do trình chuyển động bánh xe bị biến dạng xô phía trước) (a/rk=f) V 29M1 - 1369 Gk Mk r V Pk R rk R a B Gt T a T P rk r A Lực tác dụng lên bánh chủ động Lực tác dụng lên bánh xe bị động Hình 2.10 Các lực tác dụng lên bánh xe Về chất: T lực ma sát trượt bánh xe mặt đường, phụ thuộc vào: + áp suất bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc bánh xe + Tính chất bề mặt tiếp xúc mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn) + Tình trạng mặt đường (khơ, hay ẩm, bẩn) Do lực bám T lực bị động, P k xuất T xuất hiện, P k lớn T lớn, T tăng đến giá trị T max mà thơi (gọi lực bám lớn nhất), lúc tăng P k lên điểm tiếp xúc khơng tâm quay tức thời nũa, bánh xe bị quay chỗ trượt theo quán tính xe chuyển động Đối với bánh xe bị động, lực P đặt tâm bánh xe, phản lực tiếp tuyến đường T ngược chiều chuyển động, ta có R=Gt P=T a.R = P.rk ==> P = (a/rk)Gt = f.Gt Trong Gt thành phần trọng lực tác dụng lên trục bị động Như điều kiện chuyển động bình thường xe lực bám Pk ≤ Tmax Bằng thực nhiệm người ta tính lực bám lớn bánh xe với mặt đường theo công thức sau : Tmax=ϕ.Gk (kG) Gk : thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động Xe : Gk=(0,5 ÷ 0,55)G Xe tải : Gk=(0,65 ÷ 0,7)G ϕ: hệ số bám bánh xe mặt đường 53 ý nghĩa hệ số bám ϕ - Hệ số bám ϕ phụ thuộc vào độ mài mòn lốp xe đặc biệt phụ thuộc vào tình trạng mặt đường độ nhám lớp mặt - Khuyến khích sử dụng loại mặt đường có độ phẳng cao, vật liệu lớp mặt cứng, đồng đều, mòn để tăng độ bám mặt đường - Tình trạng mặt đường phải tốt, mặt đường bẩn ẩm ướt lực bám giảm nhiều, bánh xe dễ bị trơn trượt, làm an toàn chạy xe - Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình tham khảo giá trị ϕ sau: Bảng 2.2 Các giá trị hệ số bám dọc φ Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số bám Khơ Rất thuận lợi 0,7 Khơ Bình thường 0,5 ẩm bẩn Không thuận lợi 0,3 Theo điều kiện lực bám, để xe chuyển động thì: Pk ≤ Tmax=ϕ.Gk Mà D= Pk − Pw ϕ Gk − Pw ⇒ Pk = D.G + Pw ⇒ D ≤ G G Kết hợp với điều kiện chuyển động tơ mặt lực kéo ta có f ±i ±δ ϕ Gk − Pw dv ≤D≤ điều kiện chuyển động chung xe g dt G Biểu thức ϕ Gk − Pw đặc tính động lực tính theo lực bám ký hiệu Db ta G có: Db = ϕ Gk − Pw dv = f ±i ±δ G dt Khi xác định độ dốc ib theo lực bám tính cho trường hợp xe lên dốc chuyển động đều, ta có: Db = f + ib ; ib = Db – f Vậy xe vượt dốc phải đảm bảo điều kiện ib ≥ ik Theo định luật bảo toàn chuyển động khối tâm hệ phân tích q trình chuyển động tơ sau: 54 Khi khởi động, áp lực nước khí nén bên động lực trong, tự khơng thể làm cho khối tâm hệ di chuyển Chuyển động thực nhờ động truyền mô men quay Mk cho bánh chủ động Khi tiếp điểm B bánh chủ động có khuynh hướng trượt phía sau (sang trái) lực bám T sinh hướng phía trước (sang phải) Nhờ có lực ngồi mà trọng tâm ô tô chuyển động sang phải Còn bánh bị động (bánh dẫn) tác dụng vào bánh bị động mô men quay Mk mà lực P đặt vào trục bánh Dưới tác dụng lực P, bánh điểm A tiếp xúc với mặt đường bị trượt phía trước Khi lực ma sát hướng phía sau tác dụng vào bánh xe lực cản lại chuyển động Nếu khơng có lực bám T lực khơng đủ lớn để thắng sức cản bánh bị động, tơ khơng thể di chuyển phía trước Lúc bánh chủ động quay chỗ (sa lầy) 2.4 SỰ HÃM XE VÀ CỰ LY HÃM XE Khi xử lý tình giao thơng đường người lái xe thường phải vào khoảng cách tới chướng ngại vật để ước tính cường độ hãm phanh cho xe vừa kịp dừng lại trước chúng Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng cách cho người lái xe trường hợp Do đó, xét điều kiện an tồn chạy xe, chiều dài hãm xe có ý nghĩa quan trọng Khi hãm phanh bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh mô men hãm Mh mô men sinh lực hãm phanh Ph V 29K1 - 0026 Gk r Mh T B Ph rk Mh Gt rk r T A Ph Hình 2.11 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe Lực hãm phanh Ph có tác dụng có đủ sức bám lốp xe với mặt đường, khơng xe trượt mặt đường bánh xe khơng quay Vì lực hãm có ích lớn lực bám lớn nhất, nghĩa là: Ph = Tmax = ϕ Gh Trong đó: ϕ - hệ số bám Gh – trọng lượng hãm, tất bánh xe bố trí phận hãm phanh nên trọng lượng hãm trọng lượng toàn G xe 55 Ngoài lực hãm phanh Ph, hãm xe lực cản khác tham gia vào trình hãm, hãm xe, xe chạy chậm nên lực cản khơng khí P w khơng đáng kể, lực cản lăn Pf lực qn tính Pj bỏ qua để tăng an toàn Do tổng lực hãm lúc gồm lực hãm phanh P h lực cản dốc Pi , nghĩa là: ∑Phãm = Ph + Pi = ϕG ± iG = G(ϕ ± i) đó: i – độ dốc dọc đường Gọi v1 v2 (m/s) tốc độ ô tô trước sau hãm phanh Theo ngun lý bảo tồn lượng cơng tổng lực hãm A sinh chiều dài hãm xe S h phải động W tiêu hao tốc độ ô tô giảm từ v1 xuống v2 , tức là: G(ϕ ± i)Sh = m v12 − v 22 G v12 − v 22 = g Do tính chiều dài hãm xe: Sh = v12 − v 22 g (ϕ ± i ) Trong thực tế cự ly hãm lý thuyết S h khơng thực được, hãm xe với cường độ cao, bánh xe ngừng quay bắt đầu trượt, đặc biệt đường ẩm ướt Ngoài bánh xe bị hãm hoàn tồn bánh trước khơng lái bánh sau bị trượt ngang nguy hiểm Do chiều dài hãm xe thực tế lớn so với lý thuyết người ta phải đưa vào công thức hệ số sử dụng phanh k Theo thực nghiệm nên lấy k = 1,2 với ô tô k = 1,3 – 1,4 với ô tô tải tơ bt Do ta có: S h = k v12 − v 22 g (ϕ ± i ) Nếu tốc độ xe tính km/h thì: V12 − V22 S h = k ,m 254( ϕ ± i ) Khi hãm xe, xe dừng lại hẳn V2 = 0, đó: k.V Sh = ,m 254( ϕ ± i ) Theo định luật bảo toàn chuyển động khối tâm hệ phân tích q trình hãm phanh ô tô sau: Để hãm phanh, người lái phanh cho má phanh áp chặt vào tang quay gắn liền với bánh xe, lực ma sát má phanh tang quay sinh mô men hãm Mh Lực ma sát má phanh tang quay lực trong, tự khơng làm thay đổi chuyển động 56 khối tâm tức không hãm xe chạy Nhưng ma sát má phanh tang quay làm cho bánh xe quay chậm lại làm cho ma sát bánh xe với mặt đường tăng lên Lực bám hãm lực ngồi, có chiều ngược với chiều chuyển động, làm cho khối tâm xe phải chuyển động chậm dần nghĩa bị hãm lại 2.5 TẦM NHÌN XE CHẠY Để đảm bảo xe chạy an tồn, người lái xe ln ln cần phải nhìn thấy rõ đoạn đường phía trước để kịp xử lý tình giao thơng tránh chỗ hư hỏng, chướng ngại vật, vượt xe,… Chiều dài đoạn đường tối thiếu cần nhìn thấy phía trước gọi tầm nhìn chạy xe Khi thiết kế đường cần phải đảm bảo tầm nhìn Trở ngại tầm nhìn xảy chỗ đường vòng bình đồ xảy chỗ đỉnh dốc lồi trắc dọc (Hình 2.12) Tim đườ ng a) Qũ y đạo xe chạy Vù ng n trởtầ m nhìn b) Vù ng n trởtầ m nhìn Hình 2.12 Khái niệm tầm nhìn a) Trên bình đồ; b) Trên trắc dọc Cần phải xác định chiều dài tầm nhìn tối thiểu S tùy thuộc vào số tình giao thơng đường theo sơ đồ sau đây: 2.5.1 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1: S1 lpu Sh l0 Hình 2.13 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ Ơ tơ gặp chướng ngại vật xe chạy, người lái xe cần phải nhìn thấy chướng ngại vật kịp dừng xe trước (Hình 2.13) 57 Theo hình vẽ ta có: S1 = lpu + Sh + l0 Trong đó: Lpu – chiều dài xe chạy thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, thời gian từ lúc lái xe nhận chướng ngại vật đến tác động hãm xe phát huy hiệu hãm hoàn toàn, thiết kế đường quy định thời gian 1s, đó: lpu = v.t = v (m) v – tốc độ ô tô trước hãm phanh, m/s; Sh – Chiều dài xe chạy trình hãm xe, S h = k v2 ,m 2g ( ϕ ± i ) l0 – Cự ly an toàn, thường lấy từ – 10m; S1 = v + k Do đó: v2 + l0 , m 2g( ϕ ± i ) Nếu vận tốc V tính km/h thì: V V2 S1 = + k + l0 , m 3,6 254( ϕ ± i ) 2.5.2 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 2: Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều xe kịp dừng lại trước cách an tồn (Hình 2.14) S2 1 lpu1 Sh1 2 Sh2 l0 lpu2 Hình 2.14 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ Theo hình vẽ ta có: S2 = lpu1 + Sh1 + l0 + Sh2 + lpu2 (m) Trong đó: lpu1, lpu2 - chiều dài xe xe chạy thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự ta có: l1 = v1 58 l2 = v2, (m) v1, v2 – vận tốc xe xe 2, m/s; Sh1, Sh2 - chiều dài xe xe chạy suốt trình hãm phanh S h1 = k v12 ,m 2g ( ϕ + i ) S h2 = k v 22 ,m 2g( ϕ − i ) (giả thiết xe lên dốc xe xuống dốc) l0 – Cự ly an toàn, thường lấy từ – 10m; Do đó: S = v1 + v + k v12 v 22 +k + l0 , m 2g ( ϕ + i ) 2g ( ϕ − i ) Nếu xe chạy tốc độ V1 = V2 = V, vận tốc V tính km/h thì: V V 2ϕ S2 = +k + l0 , m 1,8 127 ϕ − i ( ) 2.5.3 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3: Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều xe, xe chạy trái phải kịp lái xe để tránh xe cách an tồn khơng giảm tốc độ (Hình 2.15) l2/2 S3 a/2 r a 1 r l1 l2 lo l3 l'1 Hình 2.15 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ Theo hình vẽ ta có: S3 = l1 + l2 + l0 + l3 + l’1 (m) Trong đó: l1 l’1 - chiều dài xe xe chạy thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự ta có: l1 = v1, l’1=v2 (m) v1 v2 – vận tốc xe xe 2, m/s; 59 l2 - chiều dài xe chạy thời gian lái tránh xe 2, theo hình vẽ 2.15, xét tam giác vng nội tiếp nửa vòng tròn bán kính r, ta có: a a2  l2  a    =  2r −  = ar − ≈ ar 2   2 đó: a – khoảng cách trục xe, m; r – bán kính tối thiểu xe lái ngoặt tính theo điều kiện ổn định chống trượt ngang, m; r= V2 127(ϕ n − in ) với φn hệ số bám ngang φn=0,6φ (thường lấy φn=0,3-0,35) in độ dốc ngang mặt đường (in=2-4%) từ ta có: l = ar , m l3 – đoạn đường xe thời gian xe lái tránh, ta có: t= ⇒ l3 = l l2 = v1 v v2 v l2 = 2 v1 v1 ar , m S3 = v1 + v + ar + Do đó: v2 v1 ar + l , m Nếu xe chạy tốc độ V1 = V2 = V, km/h thì: S3 = V + ar + l , m 1,8 2.5.4 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 4: Hai xe chiều vượt nhau, xe chạy nhanh bám theo xe chạy chậm với khoảng cách an toàn S h1-Sh2 quan sát xe trái chiều, xe vượt xe quay an tồn (Hình 2.16) Vận tốc xe v 1, v2 v3 (v1>v2) thường lấy v2=v3=vtk xe chạy nhanh xe 15km/h Xe chạy đến mặt cắt 0-0 bắt kịp xe quay cách xe khoảng cách an toàn Sh2+l0 Toàn q trình vượt xe khơng thay đổi tốc độ 60 S4 Sh1-Sh2 Sh2+l0 1 l1 l2 l3 l' Hình 2.16 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ Ta có: S4 = l1 + l2 +l’2 + l3, m Trong đó: l1 - chiều dài xe chạy thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự ta có: l1 = v1, m * Tính l1+l2 : Thời gian xe chạy đến mặt cắt 0-0 thời gian xe chạy đến mặt cắt 0-0 v ( S − S h ) + v l1 l1 + l l − ( S h1 − S h ) = ⇒ l = h1 v1 v2 v1 − v Thay l1=v1 , khai triển Sh1 Sh2 ; rút l1+l2 ta có v12 kv (v +v ) l1 + l = + 1 v1 − v 2 g (ϕ ± i ) * Tính l’2 : Thời gian mà xe từ mặt cắt 0-0 xe thuận thời gian xe từ mặt cắt 0-0 đến cách xe khoảng cách Sh2+l0 S +l l 2' l 2' − ( S h + l ) S h + l v1 = = ⇒ l 2' = v1 h = v1 v2 v1 − v v1 − v v1 − v  kv 22  + l0    g (ϕ ± i )  * Tính l3 : Trong thời gian xe chạy quãng đường l 1+l2+l’2 xe chạy quãng đường l3 Như ta có: l l1 + l + l 2' v = ⇒ l = (l1 + l + l 2' ) v3 v1 v1 Thay , , vào ta có S = (l1 + l + l 2' ).(1 + v3 ) v1 61 Thay + vào viết gọn lại ta có  v kv (v + v ) v1 S4 =  + 1 + g (ϕ ± i ) v1 − v  v1 − v  kv 22   v + l  .(1 + )  v1  g (ϕ ± i )   Cơng thức tính đơn giản hơn, người ta dùng thời gian vượt xe thống kê đường Trị số trường hợp bình thường, khoảng 10s, trường hợp cưỡng bức, xe đông, khoảng 7s Lúc chiều dài tầm nhìn theo sơ đồ có trường hợp - Bình thường S4=6.V - Cưỡng S4=4.V VẬN DỤNG CÁC SƠ ĐỒ TẦM NHÌN : Sơ đồ 1: Là sơ đồ cần phải kiểm tra tình đường Quy trình Việt Nam quy định Các tầm nhìn tính từ mắt người lái xe có vị trí: chiều cao 1,00 m bên phần xe chạy, xe ngược chiều có chiều cao 1,20 m, chướng ngại vật mặt đường có chiều cao 0,10 m Sơ đồ : Thường áp dụng cho đường dải phân cách trung tâm dùng để tính tốn bán kính đường cong đứng Sơ đồ : Khơng phải sơ đồ bản, sử dụng quy trình nhiều nước Sơ đồ : Là trường hợp nguy hiểm, phổ biến xảy đường có xe Khi đường có dải phân cách giữa, trường hợp khơng thể xảy Tuy vậy, đường cấp cao, tầm nhìn phải kiểm tra với ý nghĩa bảo đảm chiều dài nhìn cho lái xe an tâm chạy với tốc độ cao Bảng 2.3 [1] Các giá trị tầm nhìn tối thiểu xe chạy đường Cấp đường Tốc độ thiết kế (km/h) Tầm nhìn hãm xe S1 (m) Tầm nhìn trước xe ngược chiều S2 (m) Tầm nhìn vượt xe SVX (m) I II III IV V 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 210 150 100 75 75 40 40 30 30 20 80 80 60 - - 200 150 150 60 40 - - 550 350 350 200 200 150 150 100 2.6 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐOÀN XE KÉO MC 62 VI Trong tính tốn sức kéo ô tô, thấy phần lớn chiều dài đường không sử dụng hết lực kéo ô tô, vùng đồng Vì vậy, sử dụng moóc kéo sau xe biện pháp hữu hiệu để nâng cao suất đoàn xe tận dụng lực kéo, tiết kiệm nhiên liệu chuyên chở TCVN 4054-05 quy định xe dài xe moóc tỳ, chiều rộng phủ bì 2,50 m, cao 4,00 m toàn chiều dài 16,5m Khi đoàn xe có xe lớn lưu thơng, tham khảo tiêu chuẩn nước khác Theo tiêu chuẩn Mỹ, đoàn xe kéo mc khơng rộng q 2,6m, khơng cao q 4,0m đoàn xe dài (mang ký hiệu WB-114) khơng dài q 35m Về chuyển động đồn xe kéo moóc có ý sau đây: - Về u cầu an tồn, tất mc đại có bố trí phanh hãm trục moóc - Lực cản lăn lực cản lên dốc xe đơn phải tính với trọng lượng toàn đoàn xe - Hệ số lực cản khơng khí lớn nhiều so với xe đơn tốc độ đồn xe chạy chậm nên trị số tuyệt đối không tăng đáng kể - Trong lực cản quán tính ý tới quán tính quay phận mc Ta có phương trình chuyển động đồn xe kéo mc kFV β dv Pk = (G + nQm )( f ± i ) + + (G + nQm ) 13 g dt Trong n - số moóc Qm- Trọng lượng mc β - Hệ số kể đến qn tính quay mc Trường hợp vận tốc đồn xe thấp, lực cản khơng khí coi khơng đáng kể, chuyển động dv/dt=0 ta có phương trình Pk=(G+nQm).(f±i) Căn phương trình trên, biết điều kiện đường f i, xác định số hàng kéo theo moóc yêu cầu mc xác định tính độ dốc dọc tối đa khắc phục Thường đồn xe kéo mc phải có dự trữ định lực kéo : chuyển số trực tiếp phải khắc phục dốc từ 1-1,5%, chuyển số II phải khắc phục độ dốc tối đa đường Khi xe kéo moóc, lực kéo động P k trọng lượng phải kéo khác đi, nhân tố động lực nhỏ nhiều 63 D' = Pk − Pw P − Pw G G = k →⇒ D ' = D (G + nQm ) G (G + nQm ) (G + nQm ) ⇒ D = D' (G + nQm ) G Như vậy, trị số nhân tố động lực phải tính lại có kéo mc theo quan hệ 2.7 TÍNH HAO TỔN NHIÊN LIỆU VÀ HAO MỊN LỐP TRÊN ĐƯỜNG 2.7.1 Tính hao tổn nhiên liệu: Lượng tiêu hao nhiên liệu tiêu quan trọng ảnh hưởng đến giá thành vận tải, tiêu để tính tốn kinh tế - kỹ thuật chon phương án tuyến Nhiên liệu tiêu hao để sản công vận chuyển nên lượng tiêu hao phụ thuộc vào điều kiện đường sá Về lý thuyết, lượng tiêu hao nhiên liệu cho xe chạy 100km đường tính theo cơng thức: Q100 = q e N.100 q N = e , lít/100km 1000.V γ 10.V γ đó: qe – tỉ suất tiêu hao nhiên liệu, tức số nhiên liệu cần tiêu hao để sinh mã lực (g/mã lực giờ), qe phụ thuộc vào số vòng quay động cơ, tỷ số chuyền động độ mở bướm xăng Trong tính tốn thường giả thiết bướm xăng mở hoàn toàn thường lấy q e = 250 - 300 g/mã lực giờ; γ – dung trọng nhiên liệu, g/lít N – cơng suất hiệu dụng động ô tô sản sinh để khắc phục lực cản đường, mã lực V – tốc độ xe chạy, km/h; N= Pk V 3,6.75.η đó: Pk - lực kéo sản sinh để cân với lực cản η - hệ số hiệu dụng động ô tô; V – tốc độ xe chạy, km/h; Khi xe chạy cân ta có Pk=ΣPcản 64 ΣPcản – tổng lực cản xe chạy với tốc độ đều, KFv ∑ Pcaûn= 13 + G( f ± i ) η - hệ số hiệu dụng động ô tô; Các số 3,6 75 – quy đổi đơn vị công suất mã lực; Do ta có cơng thức tính lượng tiêu hao nhiên liệu: Q100 =  KFv  qe + G ( f ± i ) , lít / 100km  2700.η.γ  13  Từ công thức ta thấy tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện đường cụ thể chất lượng mặt đường độ dốc dọc đường (f i) Hình 2.17 Sự phụ thuộc hao tổn nhiên liệu Q vào tốc độ V chuyển số trực tiếp, mặt đường cấp cao chủ yếu Khi xe chạy thành phố, giao thông người lái xe phải tăng tốc, giảm tốc (điều kiện), dừng xe trước đèn tín hiệu làm cho tiêu hao nhiên liệu tăng lên Thực nghiệm chứng minh tiêu hao nhiên liệu tối ưu xe chạy với vận tốc từ 50÷ 100 Km/h Tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào loại xe, chất lượng xe Thường lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình với xe từ 10-17 lít/100km ; xe tải từ 23-34 lít/100km, xe đại tiết kiệm nhiên liệu Khi thiết kế đường cần có biện pháp hạ thấp tiêu hao nhiên liệu cách hạn chế thay đổi lực cản đường phạm vi nhỏ, phối hợp đoạn dốc để sử dụng động tích lũy tơ vượt dốc, 65 2.7.2 Hao mòn săm lốp: Mức độ hao mòn lốp thành phần đáng kể tính tốn giá thành vận doanh, hao mòn lốp phụ thuộc vào tốc độ xe chạy Khi tốc độ xe chạy lớn, lốp bị nóng lên lực xung kích lớn nên hao mòn lốp nhiều xe chạy chậm Sự hao mòn lốp phụ thuộc vào loại chất lượng mặt đường, mặt đường cứng phẳng tuổi thọ lốp cao ngược lại Khi xe chạy đường cong, lực đẩy ngang làm biến dạng lốp xe, tăng lực cản lên lốp xe chóng hao mòn nhiên liệu tiêu hao nhiều Hình 2.18 Sự hao mòn lốp phụ thuộc vào tốc độ V CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Các lực tác dụng xe chạy, phân tích q trình sinh sức kéo tơ Phương trình chuyển động tô, biểu đồ nhân tố động lực ứng dụng thiết kế yếu tố hình học đường ô tô Lực bám bánh xe với mặt đường Hệ số bám ϕ vai trò thiết kế yếu tố hình học đường ô tô Điều kiện chuyển động chung ô tô lực kéo lực bám Hãm xe cự ly hãm xe an toàn Khái niệm tầm nhìn xe chạy, sơ đồ tầm nhìn tính tốn, ứng dụng chiều dài tầm nhìn thiết kế yếu tố hình học đường tơ Hao tổn nhiên liệu hao mòn săm lốp 66