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 3 THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG NẰM

3.1 Đặc điểm chuyển động của ô tô trên đường cong nằm

Khi xe chạy trên đường cong, điều kiện xe chạy của ô tô khác hẳn so với khi xe chạy trên đường thẳng: chịu tác dụng của lực ly tâm C hướng ra ngoài đường cong, lực này vuông góc với hướng chuyển động, tác động lên ô tô và hành khách, làm cho xe dễ bị lật hoặc trượt khi xe chạy nhanh ở các đường cong có bán kính nhỏ, làm cho việc điều khiển xe gặp khó khăn hơn và hành khách có cảm giác khó chịu

Ngoài ra, ở những đường cong có bán kính nhỏ, do tác dụng của lực ly tâm C, lốp xe sẽ bị biến dạng theo chiều ngang tại chỗ tiếp xúc với mặt đường, sức cản lăn đối với ô tô tăng lên, lốp xe chóng hao mòn hơn

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

Khi xe chạy trong đường cong, tại trọng tâm của ô tô chịu tác dụng của lực ly tâm và trọng lượng bản thân của ô tô (Hình 3.1)

G

C

Y đ

α

i n

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

Lực ly tâm C xác định theo công thức:

R

v g

G R

mv C

2 2

====

====

trong đó:

m – khối lượng ô tô;

v - tốc độ xe chạy, m/s;

R – bán kính đường cong, m;

G – trọng lượng của ô tô, kG;

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

Từ hình vẽ, ta có:

Yđ = Ccosα ± Gsinα

Yđ – tổng hợp các lực làm ô tô trượt ngang;

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

dấu (+) tương ứng với trường hợp khi xe chạy trên nửa làn xe phía lưng đường cong và dấu (-) khi xe ở phía bụng đường cong

Vì α rất nhỏ nên có thể xem cosα ≈ 1, sinα ≈ tangα = in – độ dốc ngang của mặt đường

Do đó:

n 2 n

2

i gR

v G

Y Gi

R

v g

G

Đặt:

n

2

i gR

v G

Y

±±±±

====

====

µ

µ - hệ số lực ngang;

Do đó công thức tính bán kính đường cong có dạng:

g

v R

n

2

±

= Nếu V tính bằng km/h thì:

(µ i ),m 127

V R

n

2

±

=

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

( i n)

V R

−

=

08 , 0 127

2

Trong điều kiện hạn chế, nếu lấy hệ số µ = 0,15, ta có công thức tính bán kính đường cong nằm tối thiểu khi có bố trí siêu cao là:

( sc)

sc

i

V R

+

=

15 , 0 127

2

3.2 Siêu cao và bố trí siêu cao

3.2.1 Khái niệm về siêu cao:

Khi xe chạy trong đường cong, những xe chạy bên nửa phía ngoài tim

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

K 0

L CT (L SC )

i SC

i 1

i 1

i 1

L C (LSC )

Hình 3.2 Siêu cao trên đường cong

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

0,15 127R

V i

2

Tuy nhiên, theo quy trình của 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 một mái)

Chuyển từ mặt cắt ngang hai mái (ngoài đường thẳng) sang mặt cắt ngang một mái (trong đoạn đường cong tròn) nói chung được thực hiện dần trên đoạn đường cong chuyển tiếp LCT Trong trường hợp không có đường cong chuyển tiếp thì thực hiện trên đoạn nối siêu cao LSC

Trình tự chuyển tiếp từ mặt cắt ngang hai mái sang mặt cắt ngang một mái được thực hiện như hình 3.3 và theo trình tự sau:

- Trên đoạn thẳng dài 10m trước khi vào đường cong chuyển tiếp (hoặc đoạn nối siêu cao), chuyển dần độ dốc ngang lề đường phía lưng đường cong cho bằng độ dốc ngang mặt đường

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

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

2 4 5 3 1

1 3 5 4 2 2' 1,2

3,45

i SC

i 1

=0

10m

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

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

I = Bisc = Lscip => ( )

m , i

.i

∆ B L

p

sc sc

+

=

i p

B

Lsc

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

ủoỏi vụựi ủửụứng vtt ≤ 40km/h: ip = 1%;

ủoỏi vụựi ủửụứng vtt ≥ 60km/h: ip = 0,5%;

B – chieàu roọng phaàn xe chaùy (maởt ủửụứng), m;

∆ - ủoọ mụỷ roọng maởt ủửụứng trong ủửụứng cong, m;

isc – ủoọ doỏc sieõu cao, %

- Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần lề

đất không gia cố phía lưng đường cong dốc ra phía lưng đường cong

- Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt

- Đoạn nối siêu cao:

Siêu cao được thực hiện bằng cách quay phần xe chạy ở phía lưng đường cong quanh tim đường để phần xe chạy có cùng một độ dốc, sau đó vẫn tiếp tục quay quanh tim đường tới lúc đạt độ dốc siêu cao Trường hợp đường có dải phân cách giữa siêu cao được thực hiện có thể bằng cách quay xung quanh mép trong hoặc mép ngoài mặt đường

- Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp Khi không có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và một nửa trên đường thẳng

ẹeồ giaỷi quyeỏt vaỏn ủeà taõm lyự cho ngửụứi laựi xe, vụựi nhửừng ủửụứng cong oõm vửùc, ngửụứi ta thieỏt keỏ maởt ủửụứng coự ủoọ doỏc sieõu cao ngửụùc (maởt ủửụứng coự ủoọ doỏc nghieõng veà phớa lửng ủửụứng cong), ủoọ doỏc sieõu cao ngửụùc khoõng ủửụùc vửụùt quaự 4%

3.3 ẹửụứng cong chuyeồn tieỏp

3.3.1 Khaựi nieọm veà ủửụứng cong chuyeồn tieỏp (ẹCCT):

Khi xe chaùy tửứ ủoaùn ủửụứng thaỳng coự baựn kớnh baống ∞ vaứo ủoaùn ủửụứng cong coự baựn kớnh baống R, ủieàu kieọn xe chaùy bũ thay ủoồi ủoọt ngoọt: chũu taực duùng cuỷa lửùc ly taõm C laứm cho xe chaùy keựm oồn ủũnh, haứnh khaựch caỷm giaực khoự chũu,

vỡ vaọy ngửụứi laựi xe thửụứng giaỷm toỏc ủoọ

Khi Vtt ≥ 60 km/h thì phải bố trí đường cong chuyển tiếp để nối từ đường thẳng vào đường cong tròn và ngược lại

ẹeồ ủaỷm baỷo tuyeỏn ủửụứng phuứ hụùp vụựi quyừ ủaùo thửùc teỏ xe chaùy, ụỷ hai ủaàu ủoaùn ủửụứng cong troứn ngửụứi ta boỏ trớ ủoaùn ẹCCT ẹoaùn ẹCCT coự taực duùng:

- Thay ủoồi goực ngoaởt cuỷa baựnh xe trửụực moọt caựch tửứ tửứ ủeồ ủaùt ủửụùc goực quay caàn thieỏt ụỷ ủaàu ủửụứng cong troứn

- Giaỷm mửực ủoọ taờng lửùc ly taõm

- Laứm cho tuyeỏn ủửụứng haứi hoứa, lửụùn ủeàu, ớt gaừy khuực Do ủoự laứm cho xe chaùy ủửụùc an toaứn vaứ eõm thuaọn

3.3.2 Phửụng trỡnh ủửụứng cong chuyeồn tieỏp daùng clotoic:

ẹoaùn ẹCCT ủửụùc thieỏt keỏ vụựi ủieàu kieọn:

- Toỏc ủoọ xe chaùy treõn ủửụứng thaỳng baống toỏc ủoọ xe chaùy treõn ủửụứng cong

Xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn z, có hai trường hợp:

- Khi chiều dài đường cong K nhỏ hơn cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11a)

Ta có:

z = DH = DE + EH Trong đó: DE = OD – OE; OD = R1 – bán kính của đường cong theo quỹ đạo xe

2

α K)sin (S

2

1 2

α AMsin AF

2

α sin K S 2

1 2

α cos 1 R









 −

=

- Khi chiều dài đường cong K lớn hơn cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11b)

Ta có: 









 −−−−

====

2 cos 1 R

1

α

α1 – góc giới hạn bởi cung của đường tròn có chiều dài bằng cự ly tầm nhìn S

Quỹ đạo xe chạy

K

E H

0

A F

α

(S-K)/2

S

R 1 a)

K

0

R 1

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

R 1

1 1

R

S 180 π









 −

−

2

B R

R1

- Khi thiết kế phải kiểm tra tầm nhìn Các chỗ không đảm bảo tầm nhìn phải dỡ

bỏ các chướng ngại vật (chặt cây, đào mái taluy …) Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phải thấp hơn đường nhìn 0,30 m Trường hợp thật khó khăn, có thể dùng gương cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độ hoặc cấm vượt xe

-oOo -