Bài giảng môn học thiết kế đường ô tô: Chương 3 - Thiết kế đường cong nằm

Khi xe chaïy treân ñöôøng cong, ñieàu kieän xe chaïy cuûa oâ toâ khaùc haún so vôùi khi xe chaïy treân ñöôøng thaúng: chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm C höôùng ra ngoaøi ñöôøng cong, [r]

CHƯƠNG

THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG NẰM 3.1 Đặc điểm chuyển động ô tô đường cong nằm

Khi xe chạy đường cong, điều kiện xe chạy ô tô khác hẳn so với xe chạy đường thẳng: chịu tác dụng lực ly tâm C hướng ngồi đường cong, lực vng góc với hướng chuyển động, tác động lên ô tô hành khách, làm cho xe dễ bị lật trượt xe chạy nhanh đường cong có bán kính nhỏ, làm cho việc điều khiển xe gặp khó khăn hành khách có cảm giác khó chịu

Ngồi ra, đường cong có bán kính nhỏ, tác dụng lực ly tâm C, lốp xe bị biến dạng theo chiều ngang chỗ tiếp xúc với mặt đường, sức cản lăn ô tô tăng lên, lốp xe chóng hao mịn

Vì thiết kế đường cố gắng sử dụng đường cong có bán kính lớn điều kiện cho phép

Khi xe chạy đường cong, trọng tâm ô tô chịu tác dụng lực ly tâm trọng lượng thân tơ (Hình 3.1)

G

C

α

in

Hình 3.1 Các lực tác dụng vào ô tô xe chạy đường cong

Lực ly tâm C xác định theo công thức:

R v g G R mv C

2

==== ====

trong đó:

m – khối lượng tơ; v - tốc độ xe chạy, m/s; R – bán kính đường cong, m; G – trọng lượng ô tô, kG;

g – gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2;

Yñ = Ccosα ± Gsinα

Yđ – tổng hợp lực làm ô tơ trượt ngang;

α - góc nghiêng bề mặt đường so với hướng nằm ngang;

dấu (+) tương ứng với trường hợp xe chạy nửa xe phía lưng đường cong dấu (-) xe phía bụng đường cong

Vì α nhỏ nên xem cosα ≈ 1, sinα ≈ tangα = in – độ dốc ngang

của mặt đường Do đó: n n i gR v G Y Gi R v g G

Y==== ±±±± ⇒⇒⇒⇒ ==== ±±±±

Đặt: n i gR v G Y ±±±± ==== ==== µ µ - hệ số lực ngang;

Do cơng thức tính bán kính đường cong có dạng:

(µ i ),m g v R n ± =

Neáu V tính km/h thì:

(µ i ),m

127 V R n ± =

Trong tính tốn, lấy hệ số trung bình µ = 0,08, ta có cơng thức tính bán kính đường cong nằm tối thiểu khơng cần bố trí siêu cao là:

( in)

V R − = 08 , 127

min , m

Trong điều kiện hạn chế, lấy hệ số µ = 0,15, ta có cơng thức tính bán

kính đường cong nằm tối thiểu có bố trí siêu cao là:

( sc)

sc i V R + = 15 , 127

min , m

3.2 Sieâu cao bố trí siêu cao

3.2.1 Khái niệm siêu cao:

đường cong bán kính nhỏ phải làm siêu cao, tức làm cho mặt đường có độ dốc ngang nghiêng phía bụng đường cong (Hình 3.2)

K0

LCT(LSC)

iSC

i1

i1 i1

LCT(L SC)

Hình 3.2 Siêu cao đường cong

Độ dốc siêu cao cần thiết để xe chạy với tốc độ V đường cong bán kính R tính theo cơng thức:

0,15 127R

V i

2 sc = −

Tuy nhiên, theo quy trình Việt Nam thì: 2% ≤ isc≤ 8% 3.1.2 Bố trí siêu cao:

(Phương pháp chuyển tiếp dần từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang mái) Chuyển từ mặt cắt ngang hai mái (ngoài đường thẳng) sang mặt cắt ngang mái (trong đoạn đường cong trịn) nói chung thực dần đoạn đường cong chuyển tiếp LCT Trong trường hợp khơng có đường cong

chuyển tiếp thực đoạn nối siêu cao LSC

Trình tự chuyển tiếp từ mặt cắt ngang hai mái sang mặt cắt ngang mái thực hình 3.3 theo trình tự sau:

- Lấy tim phần xe chạy làm tâm, quay nửa phần xe chạy phía lưng đường cong đạt mặt cắt ngang mái có độ nghiêng độ dốc ngang mặt đường

- Lấy mép phần xe chạy (khi chưa mở rộng) làm tâm, quay mặt đường trắc ngang đường có độ nghiêng độ dốc siêu cao quy định

2

5

1

1 2' 1,2

3,45

i

1

i

2

iSC

i

1

i

2

i1

i

=0

i

1

i

1

i

2 2i

i

1

i

2

10m

Hình 3.3 Chuyển tiếp từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang mái

Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc xác định từ hình vẽ 3.4:

I = Bisc = Lscip => ( ) ,m

i i ∆ B L

p sc sc

+ =

isc

ip

B

I

Lsc

Hình 3.4 Sơ đồ xác định chiều dài đoạn nối siêu cao

đối với đường vtt≤ 40km/h: ip = 1%;

đối với đường vtt≥ 60km/h: ip = 0,5%;

B – chiều rộng phần xe chạy (mặt đường), m;

∆ - độ mở rộng mặt đường đường cong, m; isc – độ dốc siêu cao, %

- Lề đ−ờng phần gia cố làm độ dốc h−ớng với dốc siêu cao, phần lề đất khơng gia cố phía l−ng đ−ờng cong dốc phía l−ng đ−ờng cong

- C¸c phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt - Đoạn nối siêu cao:

Siờu cao c thực cách quay phần xe chạy phía l−ng đ−ờng cong quanh tim đ−ờng để phần xe chạy có độ dốc, sau tiếp tục quay quanh tim đ−ờng tới lúc đạt độ dốc siêu cao Tr−ờng hợp đ−ờng có dải phân cách siêu cao đ−ợc thực cách quay xung quanh mép mép mặt đ−ờng

- Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đ−ợc bố trí trùng với đ−ờng cong chuyển tiếp Khi khơng có đ−ờng cong chuyển tiếp, đoạn nối bố trí nửa đ−ờng cong nửa đ−ờng thẳng

Để giải vấn đề tâm lý cho người lái xe, với đường cong ôm vực, người ta thiết kế mặt đường có độ dốc siêu cao ngược (mặt đường có độ dốc nghiêng phía lưng đường cong), độ dốc siêu cao ngược không vượt 4%

3.3 Đường cong chuyển tiếp

3.3.1 Khái niệm đường cong chuyển tiếp (ĐCCT):

Khi xe chạy từ đoạn đường thẳng có bán kính ∞ vào đoạn đường cong có bán kính R, điều kiện xe chạy bị thay đổi đột ngột: chịu tác dụng lực ly tâm C làm cho xe chạy ổn định, hành khách cảm giác khó chịu, người lái xe thường giảm tốc độ

Khi Vtt ≥ 60 km/h phải bố trí đ−ờng cong chuyển tiếp để nối từ đ−ờng

thẳng vào đờng cong tròn ngợc lại

Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo thực tế xe chạy, hai đầu đoạn đường cong trịn người ta bố trí đoạn ĐCCT Đoạn ĐCCT có tác dụng:

- Thay đổi góc ngoặt bánh xe trước cách từ từ để đạt góc quay cần thiết đầu đường cong tròn

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm

- Làm cho tuyến đường hài hịa, lượn đều, gãy khúc Do làm cho xe chạy an tồn êm thuận

3.3.2 Phương trình đường cong chuyển tiếp dạng clotoic:

Đoạn ĐCCT thiết kế với điều kiện:

Xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn z, có hai trường hợp: - Khi chiều dài đường cong K nhỏ cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11a) Ta có:

z = DH = DE + EH

Trong đó: DE = OD – OE; OD = R1 – bán kính đường cong theo quỹ đạo xe

chaïy OE = R1.cosα/2;

2 α K)sin (S 2 α AMsin AF

EH = = = −

Do ta có: ( ) ,m

2 α sin K S 2 α cos R

z + −

     − =

- Khi chiều dài đường cong K lớn cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11b) Ta có: 

     −−−− ==== cos R z 1 α

α1 – góc giới hạn cung đường trịn có chiều dài cự ly tầm nhìn S

Quỹ đạo xe chạy

K D E H A F α (S-K)/2 S R1 a) K R1 α s z b)

Hình 3.11 Sơ đồ xác định khoảng cách z

a) Khi S > K; b) Khi S < K

B/2 1,5m R R1 1 R S 180 π α ==== ;       − −

= 1,5m

2 B R R1

- Khi thiết kế phải kiểm tra tầm nhìn Các chỗ khơng đảm bảo tầm nhìn phải dỡ bỏ ch−ớng ngại vật (chặt cây, đào mái taluy …) Ch−ớng ngại vật sau dỡ bỏ phải thấp đ−ờng nhìn 0,30 m Tr−ờng hợp thật khó khăn, dùng g−ơng cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độ cấm v−ợt xe