147425 (Проектирование автомобильных дорог), страница 2

Наибольший продольный уклон, преодолеваемый автомобилем, определяется из условия его движения на подъем на III передаче. При этом принимается допущение, что движение автомобиля происходит с равномерной (расчетной) скоростью. Наибольший продольный уклон при этих условиях:

, (3)

гдеД_max – динамический фактор;

f – коэффициент сопротивления качению;

i_max – продольный уклон дороги, ‰.

Динамический фактор:

, (4)

гдеG – вес автомобиля, Н.

Р_а – сила тяги, кН;

Р_W – сила сопротивления воздуха, Н.

Сила тяги при скорости автомобиля на III передаче:

, (5)

К_р – коэффициент размерности (К_р=9,55);

η – механический коэффициент полезного действия трансмиссии автомобиля (для грузовых двухосных автомобилей принимается равным 0,9, для трехосных – 0,80, для легковых автомобилей – 0,92);

n_v – частота вращения коленчатого вала, об./мин.

Расчет наибольшего продольного уклона для расчетного грузового автомобиля выполняется с использованием математической зависимости эффективной мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала, предложенной С. Д. Лейдерманом:

, (6)

гдеN_{e mах} – максимальная мощность двигателя, кВт;

λ – отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля со скоростью V к частоте вращения при максимальной скорости;

a, b, c – эмпирические коэффициенты уравнения, значения которых для грузовых автомобилей:

– с карбюраторными двигателями – а=b=c=1;

– с дизельными двигателями – а=0,87; b=1,13; с=1.

Наибольший продольный уклон при движении грузового автомобиля на III передаче определяется в следующей последовательности:

По графикам динамических характеристик автомобилей [4, 6, 7] находится скорость автомобиля на III передаче V_III.

Далее определяется частота вращения коленчатого вала двигателя при скорости автомобиля V_III по формуле:

, (7)

гдеn_v – частота вращения коленчатого вала, об./мин;

V_III – скорость движения автомобиля, км/ч;

i₀ и i_k3 – передаточные числа главной передачи и коробки передач;

r_k – радиус качения колес автомобиля, м.

Определяется максимальная частота вращения коленчатого вала при движении автомобиля на прямой передаче по формуле:

, (8)

гдеn_max – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля на прямой передаче, об./мин;

V_max – максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче, км/ч;

i₀ и i_k4(5) – передаточные числа главной передачи и прямой передачи;

r_k – радиус качения колес автомобиля, м.

Находится отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при скоростях V_III и V_max:

, (9)

Определяется частота вращения коленчатого вала двигателя N_V по формуле (6).

Определяется необходимая для вычисления динамического фактора сила тяги при скорости автомобиля на III передаче по формуле (5).

Сила сопротивления воздуха:

, (10)

гдеF – лобовая площадь автомобиля, F=0,77∙В∙Н;

В – ширина автомобиля, м;

Н – высота автомобиля, м;

К – коэффициент обтекаемости автомобиля, кг/м² (для легковых автомобилей K=0,05 – 0,30, для грузовых – K=0,5 – 0,7).

Далее определяется наибольший продольный уклон, который обеспечит движение автомобиля с постоянной скоростью на III передаче:

, (11)

, (12)

гдеf₀ – коэффициент сопротивления качению, принимается для дорог I и II категории 0,01 – 0,02, III и IV категории – 0,015 – 0,025;

f_V – то же, при скорости движения автомобиля от 50 до 150 км/ч.

Полученное значение уклона проверяется по условию сцепления. Динамический фактор при мокром и грязном покрытии определяется по формуле:

, (13)

гдеφ – коэффициент сцепления колеса с покрытием (φ =0,2);

G_сц – давление на заднюю ось (тележку), Н.

. (14)

Для движения автомобиля без пробуксовки необходимо, чтобы выполнялось условие:

. (15)

Для расчета максимальных продольных уклонов, преодолеваемых легковым автомобилем, используются графики динамических характеристик легковых автомобилей [4, 6, 7]. Находится максимальное значение динамического фактора и скорости движения легкового автомобиля на каждой передаче.

По формуле (3) вычисляются максимальные значения продольных уклонов. Результаты расчетов записываются в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты расчетов максимальных продольных уклонов, преодолеваемых легковым автомобилем

Полученные расчетом величины i_max для грузового и легкового автомобилей сравниваются с i_max для данной технической категории дороги, приведенными в СНиП 2.05.02-85 (табл. 10).

3.2.3 Определение нормативных радиусов для проектирования кривых в плане

Радиус кривой в плане, при котором возможно движение автомобиля с расчетной скоростью при условии устройства виража, переходных кривых и уширения проезжей части, определяется по формуле:

, (16)

гдеV – расчетная скорость движения для данной категории дороги, км/ч;

i_в – поперечный уклон проезжей части на вираже (принимается в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85, табл. 8);

μ – коэффициент поперечной силы, принимаемый по графику (рисунок 2).

Рисунок 2 – График зависимости коэффициента поперечной силы от скорости движения автомобиля [1]

Значение коэффициента поперечной силы µ должно удовлетворять одновременно условиям устойчивости автомобиля против опрокидывания, устойчивости против заноса, удобства пассажиров при проезде по кривой и экономичности работы автомобиля.

Рекомендуется для определения радиуса, не требующего переходных кривых и виража, принимать для дорог I и II категорий µ=0,05 и для дорог III категории (и ниже) – µ=0,1.

При определении наименьшего радиуса, применяемого на трудных участках, в зависимости от сложности вписывания кривой может быть допущена величина μ=0,15 – 0,20. При сравнительно простых условиях проектирования следует принимать μ=0,10, особенно для дорог высокой категории.

По условию видимости в ночное время минимальный радиус кривой вычисляется по формуле:

, (17)

гдеS₁ – расстояние видимости поверхности дороги, определенное по СНиП 2.05.02-85 (табл. 10) для заданной расчетной скорости движения, м;

α – угол расхождения пучка света фар (α ≈ 2°).

Наименьшие радиусы кривых в плане без устройства виража рассчитываются по формуле:

, (18)

гдеi₁ – поперечный уклон проезжей части, ‰ (определяется по СНиП 2.05.02-85, табл. 7).

Вычисленные радиусы кривых в плане сравниваются с приведенными в СНиП 2.05.02-85.

3.2.4 Определение расстояний видимости

В теории проектирования дорог предложено несколько схем видимости по условиям движения автомобилей и расположению автомобилей и препятствий на дороге. Принципиально различают следующие группы:

1. Схемы, предусматривающие остановку автомобиля перед препятствием или встречным автомобилем.

Расчетное расстояние видимости поверхности дороги находится из выражения:

. (19)

гдеV – расчетная скорость движения по проектируемой автомобильной дороги;

К_э – коэффициент, учитывающий эффективность тормозов (для легкового автомобиля принимается К=1,3; для грузовых и автобусов – К=1,85);

φ₁ – коэффициент продольного сцепления, принимается равным 0,50;

l₀ – зазор безопасности, принимаемый равным 5 – 10 м.

Расчетное расстояние видимости встречного автомобиля находится по формуле:

. (20)

2. Схемы, исходящие из объезда автомобилем препятствия или обгона попутного автомобиля с заездом на смежную полосу движения.

Расстояние видимости из условия обгона:

. (21)

гдеV₁ и V₂ – соответственного скорости обгоняющего и обгоняемого автомобиля. Для расчетов принимаются расчетные скорости для легкового и грузового автомобилей при принятой технической категории;

l_а – средняя длина автомобиля, м, принимается 5 – 7 м.

На пересечениях дорог в городских условиях необходимо обеспечение достаточной боковой видимости придорожной полосы.

Минимальное необходимое расстояние боковой видимости:

, (22)

гдеV_п – скорость движения пешехода или транспортного средства по пересекающей дороги, км/ч, для пешехода – 7 – 10 км/ч, для транспортного средства – 20 – 30 км/ч.

Расстояния боковой видимости на пересечении дорог сравнивают с расчетными, которые определяют с учетом скоростей движения на пересекающихся дорогах, продолжительности ориентирования водителя и времени его реакции:

, (23)

гдеV – скорость движения;

t_ор – продолжительность ориентирования водителя, с;

t_р – время реакции водителя, равное 1,5 с;

К_э – характеристика эксплуатационного состояния тормозной системы автомобиля (принимается не менее 1,4);

– коэффициент продольного сцепления;

i – продольный уклон (при спуске – с минусом);

– расстояние от остановившегося автомобиля до кромки проезжей части пересекаемой дороги: = 5 м.

Продолжительность ориентирования рассчитывают с учетом местных условий движения:

, (24)

гдеt_o – наименьшая продолжительность ориентирования в оптимальных условиях (для автомобильных дорог t_o = 1,4 с, для населенных пунктов 1,8 с);

К₁ – коэффициент, учитывающий наличие стоящих на обочинах пересекаемой дороги автомобилей (если остановка или стоянка автомобилей в пределах пересечений разрешена, то К₁=0,32; при запрещении остановки К₁=0);

К₂ – коэффициент, учитывающий плотность движения на пересекаемой дороге:

К₃ – коэффициент, учитывающий интенсивность движения на дороге, с которой определяется расстояние боковой видимости:

Вычисленные расстояния видимости сравниваются с приведенными в СНиП 2.05.02-85.

3.2.5 Определение наименьших радиусов вертикальных кривых для сопряжения переломов продольного профиля

Радиусы вертикальных выпуклых кривых определяются из условия обеспечения видимости поверхности дороги:

, (25)

гдеh – возвышение глаза водителя легкового автомобиля над поверхностью дороги, в расчетах принимается равным 1,2 м.

Обеспечение видимости встречного автомобиля: