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

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 3: Thiết kế đường cong nằm

1. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 3 THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG CONG NAÈM 3.1. Ñaëc ñieåm chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ treân ñöôøng cong naèm. 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, löïc naøy vuoâng goùc vôùi höôùng chuyeån ñoäng, taùc ñoäng leân oâ toâ vaø haønh khaùch, laøm cho xe deã bò laät hoaëc tröôït khi xe chaïy nhanh ôû caùc ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, laøm cho vieäc ñieàu khieån xe gaëp khoù khaên hôn vaø haønh khaùch coù caûm giaùc khoù chòu. Ngoaøi ra, ôû nhöõng ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, do taùc duïng cuûa löïc ly taâm C, loáp xe seõ bò bieán daïng theo chieàu ngang taïi choã tieáp xuùc vôùi maët ñöôøng, söùc caûn laên ñoái vôùi oâ toâ taêng leân, loáp xe choùng hao moøn hôn. Vì vaäy khi thieát keá ñöôøng coá gaéng söû duïng ñöôøng cong coù baùn kính lôùn trong ñieàu kieän cho pheùp. Khi xe chaïy trong ñöôøng cong, taïi troïng taâm cuûa oâ toâ chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm vaø troïng löôïng baûn thaân cuûa oâ toâ (Hình 3.1). C Yñ in G α Hình 3.1 Caùc löïc taùc duïng vaøo oâ toâ khi xe chaïy trong ñöôøng cong Löïc ly taâm C xaùc ñònh theo coâng thöùc: mv 2 G v 2 C === === R g R trong ñoù: m – khoái löôïng oâ toâ; v - toác ñoä xe chaïy, m/s; R – baùn kính ñöôøng cong, m; G – troïng löôïng cuûa oâ toâ, kG; g – gia toác troïng tröôøng, g = 9,81m/s 2; Töø hình veõ, ta coù: Trang 1
2. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Yñ = Ccos α ± Gsin α Yñ – toång hôïp caùc löïc laøm oâ toâ tröôït ngang; α - goùc nghieâng cuûa beà maët ñöôøng so vôùi höôùng naèm ngang; daáu (+) töông öùng vôùi tröôøng hôïp khi xe chaïy treân nöûa laøn xe phía löng ñöôøng cong vaø daáu (-) khi xe ôû phía buïng ñöôøng cong. Vì α raát nhoû neân coù theå xem cos α ≈ 1, sin α ≈ tang α = i n – ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng. Do ñoù: G v 2 Y v 2 Y === ±±± Gi ⇒⇒⇒ === ±±± i g R n G gR n Ñaët: Y v 2 === === ±±± i G gR n - heä soá löïc ngang; Do ñoù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong coù daïng: v2 R = ,m g() ± in Neáu V tính baèng km/h thì: V 2 R = ,m 127() ± i n Trong tính toaùn, neáu laáy heä soá trung bình = 0,08, ta coù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong naèm toái thieåu khoâng caàn boá trí sieâu cao laø: V 2 Rmin = , m 127(),0 08 − in Trong ñieàu kieän haïn cheá, neáu laáy heä soá = 0,15, ta coù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong naèm toái thieåu khi coù boá trí sieâu cao laø: 2 sc V Rmin = , m 127(),0 15 + isc 3.2. Sieâu cao vaø boá trí sieâu cao. 3.2.1 Khaùi nieäm veà sieâu cao: Khi xe chaïy trong ñöôøng cong, nhöõng xe chaïy beân nöûa phía ngoaøi tim ñöôøng (phía löng ñöôøng cong) keùm oån ñònh hôn nhöõng xe chaïy phía buïng ñöôøng cong. Vì vaäy, ñeå ñaûm baûo an toaøn vaø tieän lôïi trong vieäc ñieàu khieån oâ toâ ôû caùc Trang 2
3. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ñöôøng cong baùn kính nhoû thì phaûi laøm sieâu cao, töùc laø laøm cho maët ñöôøng coù ñoä doác ngang nghieâng veà phía buïng cuûa ñöôøng cong (Hình 3.2). LCT (LSC) K0 iSC i1 ) C S L ( T C L i1 i1 Hình 3.2 Sieâu cao treân ñöôøng cong Ñoä doác sieâu cao caàn thieát ñeå xe chaïy vôùi toác ñoä V treân ñöôøng cong baùn kính R coù theå tính theo coâng thöùc: V 2 i = − 0,15 sc 127R Tuy nhieân, theo quy trình cuûa Vieät Nam thì: 2% ≤ i sc ≤ 8% 3.1.2 Boá trí sieâu cao: (Phöông phaùp chuyeån tieáp daàn töø traéc ngang hai maùi sang traéc ngang moät maùi). Chuyeån töø maët caét ngang hai maùi (ngoaøi ñöôøng thaúng) sang maët caét ngang moät maùi (trong ñoaïn ñöôøng cong troøn) noùi chung ñöôïc thöïc hieän daàn treân ñoaïn ñöôøng cong chuyeån tieáp L CT . Trong tröôøng hôïp khoâng coù ñöôøng cong chuyeån tieáp thì thöïc hieän treân ñoaïn noái sieâu cao L SC . Trình töï chuyeån tieáp töø maët caét ngang hai maùi sang maët caét ngang moät maùi ñöôïc thöïc hieän nhö hình 3.3 vaø theo trình töï sau: - Treân ñoaïn thaúng daøi 10m tröôùc khi vaøo ñöôøng cong chuyeån tieáp (hoaëc ñoaïn noái sieâu cao), chuyeån daàn ñoä doác ngang leà ñöôøng phía löng ñöôøng cong cho baèng ñoä doác ngang maët ñöôøng. Trang 3
4. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Laáy tim phaàn xe chaïy laøm taâm, quay nöûa phaàn xe chaïy phía löng ñöôøng cong cho ñeán khi ñaït ñöôïc maët caét ngang moät maùi coù ñoä nghieâng baèng ñoä doác ngang maët ñöôøng. - Laáy meùp trong phaàn xe chaïy (khi chöa môû roäng) laøm taâm, quay caû maët ñöôøng cho tôùi khi traéc ngang ñöôøng coù ñoä nghieâng baèng ñoä doác sieâu cao quy ñònh. 2 i 0 = 1 1 i i i 1 1 i C S i 1 1 1 i i i 3 2 2 2 i i i 5 2 i 10m 4 2 1 3 5 5 3,4 4 1,2 2 2' Hình 3.3 Chuyeån tieáp töø traéc ngang hai maùi sang traéc ngang moät maùi Chieàu daøi ñoaïn noái sieâu cao L sc ñöôïc xaùc ñònh töø hình veõ 3.4: (B + ).isc I = Bi sc = L sc ip => Lsc = ,m ip isc I ip sc L B Hình 3.4 Sô ñoà xaùc ñònh chieàu daøi ñoaïn noái sieâu cao trong ñoù: ip – ñoä doác phuï treân ñoaïn noái sieâu cao; Trang 4
5. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ñoái vôùi ñöôøng v tt ≤ 40km/h: ip = 1%; ñoái vôùi ñöôøng v tt ≥ 60km/h: ip = 0,5%; B – chieàu roäng phaàn xe chaïy (maët ñöôøng), m; - ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong, m; isc – ñoä doác sieâu cao, %. LÒ ®−êng phÇn gia cè lm cïng ®é dèc v cïng h−íng víi dèc siªu cao, phÇn lÒ ®Êt kh«ng gia cè phÝa l−ng ®−êng cong dèc ra phÝa l−ng ®−êng cong. C¸c phÇn xe ch¹y riªng biÖt nªn lm siªu cao riªng biÖt. §o¹n nèi siªu cao: Siªu cao ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch quay phÇn xe ch¹y ë phÝa l−ng ®−êng cong quanh tim ®−êng ®Ó phÇn xe ch¹y cã cïng mét ®é dèc, sau ®ã vÉn tiÕp tôc quay quanh tim ®−êng tíi lóc ®¹t ®é dèc siªu cao. Tr−êng hîp ®−êng cã d¶i ph©n c¸ch gi÷a siªu cao ®−îc thùc hiÖn cã thÓ b»ng c¸ch quay xung quanh mÐp trong hoÆc mÐp ngoi mÆt ®−êng. §o¹n nèi siªu cao, ®o¹n nèi më réng ®Òu ®−îc bè trÝ trïng víi ®−êng cong chuyÓn tiÕp. Khi kh«ng cã ®−êng cong chuyÓn tiÕp, c¸c ®o¹n nèi ny bè trÝ mét nöa trªn ®−êng cong v mét nöa trªn ®−êng th¼ng. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà taâm lyù cho ngöôøi laùi xe, vôùi nhöõng ñöôøng cong oâm vöïc, ngöôøi ta thieát keá maët ñöôøng coù ñoä doác sieâu cao ngöôïc (maët ñöôøng coù ñoä doác nghieâng veà phía löng ñöôøng cong), ñoä doác sieâu cao ngöôïc khoâng ñöôïc vöôït quaù 4%. 3.3. Ñöôøng cong chuyeån tieáp. 3.3.1 Khaùi nieäm veà ñöôøng cong chuyeån tieáp (ÑCCT): Khi xe chaïy töø ñoaïn ñöôøng thaúng coù baùn kính baèng ∞ vaøo ñoaïn ñöôøng cong coù baùn kính baèng R, ñieàu kieän xe chaïy bò thay ñoåi ñoät ngoät: chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm C laøm cho xe chaïy keùm oån ñònh, haønh khaùch caûm giaùc khoù chòu, vì vaäy ngöôøi laùi xe thöôøng giaûm toác ñoä. Khi V tt ≥ 60 km/h th× ph¶i bè trÝ ®−êng cong chuyÓn tiÕp ®Ó nèi tõ ®−êng th¼ng vo ®−êng cong trßn v ng−îc l¹i. Ñeå ñaûm baûo tuyeán ñöôøng phuø hôïp vôùi quyõ ñaïo thöïc teá xe chaïy, ôû hai ñaàu ñoaïn ñöôøng cong troøn ngöôøi ta boá trí ñoaïn ÑCCT. Ñoaïn ÑCCT coù taùc duïng: - Thay ñoåi goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc moät caùch töø töø ñeå ñaït ñöôïc goùc quay caàn thieát ôû ñaàu ñöôøng cong troøn. - Giaûm möùc ñoä taêng löïc ly taâm. - Laøm cho tuyeán ñöôøng haøi hoøa, löôïn ñeàu, ít gaõy khuùc. Do ñoù laøm cho xe chaïy ñöôïc an toaøn vaø eâm thuaän. 3.3.2 Phöông trình ñöôøng cong chuyeån tieáp daïng clotoic: Ñoaïn ÑCCT ñöôïc thieát keá vôùi ñieàu kieän: - Toác ñoä xe chaïy treân ñöôøng thaúng baèng toác ñoä xe chaïy treân ñöôøng cong. Trang 5
6. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Phöông trình ÑCCT phuø hôïp vôùi quõy ñaïo xe chaïy trong thöïc teá, baùn kính ñöôøng cong thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc (Hình 3.5a) vaø ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc: L ρ === A α trong ñoù: LA – Chieàu daøi khung xe, m; α - goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc; ρ - baùn kính ñöôøng cong taïi ñieåm tính toaùn, m. LA α R Daïng Parabole baäc 3 Daïng Lem-nit-cat (hoa thò) Daïng Clo-to-ic a) b) Hình 3.5 a) Sô ñoà tính toaùn quay xe treân ñöôøng; b) Caùc daïng ÑCCT. Ngoaøi ñöôøng thaúng, α = 0, taêng daàn khi vaøo ñöôøng cong vaø taïi tieáp ñaàu cuûa ñöôøng cong troøn coù baùn kính baèng R, α = α0 vaø ta coù: L α === A 0 R Neáu xe chaïy vôùi toác ñoä khoâng ñoåi v (m/s), toác ñoä quay goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc khoâng ñoåi laø ω, goïi S laø chieàu daøi ñoaïn ñöôøng xe chaïy ñöôïc treân ÑCCT, t laø thôøi gian xe chaïy töông öùng, ta coù: S ωS. t === ; α=== ω t. === v v Thay vaøo treân, ta coù: L v. ρ=== A ω.S Vì L A, v, ω laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng ñoåi, do ñoù: Trang 6
7. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ L v. A === const === C ω C Do ñoù: ρ === S Phöông trình treân laø cô sôû ñeå thieát keá ÑCCT. Noù chính laø phöông trình ñöôøng cong daïng clotoic (Hình 3.5b). Haèng soá C coù theå xaùc ñònh töø ñieàu kieän: khi S = L (taïi cuoái ÑCCT) thì ρ = R vaø ta coù: C = R.L = A 2 trong ñoù: A – thoâng soá clotoic; L – chieàu daøi ÑCCT. 1. Tìm phöông trình ñöôøng cong chuyeån tieáp(ÑCCT): ds dα Caùc giaû thieát: v = = const ω = = const dt dt Caàn tìm lieân heä S=f( ρ) l l.dρ Vì goùc α coù giaù trò nhoû neân α = tgα = ⇒ dα = − ρ ρ 2 dα dα .dl ρ Maø ω = ⇒dt = = − dt ω ω.ρ2 .lv dρ dρ ds = v.dt = − . = C.(− ) ω ρ 2 ρ 2 S ρ dρ ⇒ ds = C.(− ) ∫ ∫ 2 0 ∞ ρ C ⇒ S = ρ Phöông trình treân laø cô sôû ñeå thieát keá ÑCCT. Noù chính laø phöông trình ñöôøng cong daïng clotoic (Hình 3.5b). Haèng soá C coù theå xaùc ñònh töø ñieàu kieän: khi S = L (taïi cuoái ÑCCT) thì ρ = R vaø ta coù: C = R.L = A 2 trong ñoù: A – thoâng soá clotoic; L – chieàu daøi ÑCCT. C 2. Chuyeån phöông trình S = sang phöông trình tham soá ρ x= f 1(S) y= f2(S) dx=dS.cos ϕ Trang 7
8. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ dy=dS.sin ϕ Ñieàu kieän bieân: ρ = ∞→ ϕ = 0; x=0, y=0 dS dS dϕ = = ⇒ S.dS = C.dϕ ρ C S S ϕ ∫ S.dS = ∫ C.dϕ 0 0 S 2 = C.ϕ 2 S 2 S 2 S ϕ = = = .2 C .2 ρ.S .2 ρ ϕ 2 ϕ 4 S 4 S 8 dx = cosϕ.dS = 1( − + − )dS = 1( − + − )dS !2 !4 2!.4.C 2 4!.16.C 4 x S S 4 S 8 x = dx = 1( − + − )dS ∫ ∫ 2 4 0 0 2!. .4 C 4!.16.C S 5 S 9 S 13 x = S − + − + 40.C 2 3456.C 4 599040.C 6 ϕ 3 ϕ 5 S 2 S 6 S10 dy = sinϕ.dS = (ϕ − + − )dS = ( − + − )dS !3 !5 .2 C 3!.8.C 3 5!.32.C 5 x S S 2 S 6 S 10 y = dy = ( − + − )dS ∫ ∫ 3 5 0 0 .2 C !.3 .8 C !.5 32.C S 3 S 7 S 11 y = − + − .6 C 336.C 3 42240.C 5 Döïa vaøo phöông trình treân ta xaùc ñònh ñöôïc toïa ñoä caùc ñieåm treân ÑCCT. Ñaëc ñieåm cuûa ÑCCT daïng Clotoic laø neáu hai ñöôøng cong chuyeån tieáp thoûa maõn caùc ñieàu kieän: S1=K.S 2, R1=K.R 2, A1 = C1 = K. C1 = K.A2 thì chuùng ñoàng daïng vôùi nhau theo heä soá tyû leä laø K. Coù nghóa laø: x1=K.x 2, y 1=K.y 2 döïa vaøo ñaëc ñieåm naøy chuùng ta coù theå tính toïa ñoä cuûa ñöôøng cong Clotoic baát kyø theo moät ñöôøng cong ñaõ coù toïa ñoä vaø theo heä soá tyû leä laø K ñaõ bieát. Trong thöïc teá ngöôøi ta ñaõ laäp saün baûng toïa ñoä ñöôøng cong Clotoic coù A=1 Vôùi ñöôøng cong Clotoic coù thoâng soá A thì ñoàng daïng vôùi ñöôøng cong ôû trong baûng laäp saün theo heä soá tyû leä laø K=A hay: S=A.S b, x=A.x b, y=A.y b 3. Chieàu daøi ÑCCT nhoû nhaát: a. Ñieàu kieän 1: Toác ñoä taêng gia toác ly taâm I khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp. Trang 8
9. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Chieàu daøi ÑCCT ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän ñeå löïc ly taâm taêng daàn daàn khoâng gaây caûm giaùc khoù chòu cho haønh khaùch khi xe chaïy vaøo ñöôøng cong. Muoán vaäy toác ñoä taêng gia toác ly taâm I khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp coù theå gaây khoù chòu cho haønh khaùch. Gia toác ly taâm phaûi taêng töø töø, thay ñoåi töø alt =0 ôû ngoaøi v2 ñoaïn thaúng ñeán trò soá cöïc ñaïi a lt = khi vaøo ñeán ñöôøng cong troøn. Thôøi gian R xe chaïy treân ñoaïn ÑCCT coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc: L t = v 3 3 alt v  V  1 Ñoä taêng gia toác ly taâm I = = ≤ []I 0 ⇒ L ≥   . t L.R  6,3  []I 0 .R Do ñoù chieàu daøi ÑCCT coù theå xaùc ñònh: V 3 L ≥ 47.[]I 0 .R trong ñoù: v – toác ñoä cuûa oâ toâ, m/s. V(km/h) 3 R(m), [I 0 ] = 3,0 ÷ 6,0 m / s 3 Theo TCVN 4054-05 thì [I 0 ] = 5,0 m / s b. Ñieàu kieän 2: Ñuû ñeå boá trí ñoaïn noái sieâu cao. c. Ñieàu kieän 3: Thoâng soá A thoûa maõn ñieàu kieän: R R 2 A2 R A > ⇒ A2 > ⇒ L = > 3 9 R 9 * Chieàu daøi ÑCCT nhoû nhaát ñöôïc choïn baèng giaù trò lôùn nhaát trong ba ñieàu kieän treân. 4. Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát: - Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát khi ñöôïc boá trí ñoái xöùng xaùc ñònh theo ñieàu kieän sau: S L α ϕ = ⇒ ϕ = max = .2 ρ max .2 R 2 Lmax = α.R Trong ñoù: α: goùc ngoaëc cuûa höôùng tuyeán tính baèng radian - Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát khi ñöôïc boá trí khoâng ñoái xöùng xaùc ñònh nhö sau: S L ϕ = ⇒ ϕ = 1 .2 ρ 01 .2 R ϕ02 = α −ϕ01 Trang 9
10. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ L L = .2 R.ϕ = .2 R.(α − 1 ) 2max 02 2.R L2max = .2 R.α − L1 3.3.5. Phöông phaùp caém ÑCCT vaø ñöôøng cong troøn: Caùc yeáu toá ñaõ bieát: chieàu daøi ÑCCT ñöôïc choïn; vò trí caùc ñænh chuyeån höôùng; goùc ngoaëc α cuûa höôùng tuyeán; Giaù trò baùn kính ñöôøng cong troøn. y y' (NC) 0 ϕ0 α R (TC) K 0 x' 0 y (TÑ) O' α O ϕ0 (NÑ) B C A Ñ x t AB X0 T0 Caùc kích thöôùc trong hình ñöôïc tính nhö sau: tAB =y 0.cotg ϕ0 L ϕ = 0 2.R Chuù yù: trong tröôøng hôïp caém ÑCCT ñöôïc boá trí ñoái xöùng thì phaûi kieåm tra ñieàu α kieän sau: ϕ ≤ 0 2 α T = ()R.cosϕ + y .tg + x − R.sinϕ 0 0 0 2 0 0 x0,y 0: laø toïa ñoä cuûa ñieåm cuoái ÑCCT hay ñieåm ñaàu cuûa ñöôøng cong troøn. Caùch caém ÑCCT (loaïi ñöôøng cong coù hai ÑCCT ôû hai ñaàu ñoái xöùng) α - Böôùc 1: Kieåm tra ñieàu kieän ϕ ≤ . 0 2 - Böôùc 2: Tính giaù trò T 0, x 0, y 0. - Böôùc 3: Ño töø Ñ theo höôùng tuyeán moät ñoaïn T 0 ta xaùc ñònh ñöôïc ñieåm O (NÑ). Trang 10
11. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Böôùc 4: Töø ñieåm O ño ngöôïc laïi Ñ moät ñoaïn x 0 ta xaùc ñònh ñöôïc ñieåm A - Böôùc 5: Taïi A ño theo höôùng vuoâng goùc vôùi OÑ moät ñoaïn y 0 ta xaùc ñònh ’ ñöôïc O (TÑ ct ). Xaùc ñònh toïa ñoä x,y cuûa ñieåm trung gian cuûa ñöôøng cong chuyeån tieáp theo caùc haøm: x n = f 1(n S), y n = f 2(n S) (n = 1,2,3 ). Cöï ly giöõa caùc ñieåm trung gian S = (5- 20)m. Moät caùch ñuùng ñaén laø cöï ly giöõa caùc ñieåm trung gian neân xaùc ñònh theo ϕ vì ñoä cong cuûa ñöôøng cong luoân thay ñoåi. - Böôùc 6: Taïi A ño veà O moät ñoaïn tAB ñöôïc B . Keû BO’ laø tieáp tuyeán ñöôøng cong troøn coøn laïi keùo daøi ñöôïc O’x. Taïi O ’ ño theo höôùng vuoâng goùc vôùi O’x ta xaùc ñònh ñöôïc O ’y laø heä truïc toïa ñoä vuoâng goùc ñeå xaùc ñònh caùc ñieåm chi tieát trong ñöôøng cong troøn cô baûn. Caém caùc ñieåm chi tieát treân ñöôøng cong troøn Xaùc ñònh cöï li cuûa caùc ñieåm thuoäc ñöôøng cong troøn (l), ñöôïc choïn tuøy thuoäc vaøo baùn kính R (m) theo quy ñònh sau: R ≥ 500m l = 20m R < (100 ñeán 500)m l = 10m R < 100m l = 5m l Xaùc ñònh goùc β chaén cung β = R α 0 = α − 2ϕ0 Chieàu daøi coøn laïi cuûa ñöôøng cong troøn K0=R. α0 Duøng phöông phaùp toïa ñoä vuoâng goùc, söû duïng caùc coâng thöùc sau: x= Rxsin( n β ) yRx=(1 − cos( n β )) 3.4. Môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong. 3.4.1 Khaùi nieäm vaø tính toaùn ñoä môû roäng: Khi xe chaïy treân ñöôøng cong, moãi baùnh xe chuyeån ñoäng theo quyõ ñaïo rieâng, chieàu roäng daûi ñöôøng maø oâ toâ chieám treân phaàn xe chaïy roäng hôn so vôùi khi xe chaïy treân ñöôøng thaúng (Hình 3.6). Trang 11
12. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ A e LA B C 0 R D Hình 3.6 Sô ñoà xaùc ñònh ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong Ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän xe chaïy treân ñöôøng cong töông ñöông nhö treân ñöôøng thaúng, ôû caùc ñöôøng cong coù baùn kính nhoû caàn phaûi môû roäng phaàn xe chaïy theâm chieàu roäng E. Xeùt chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ trong ñöôøng cong nhö hình veõ, hai tam giaùc vuoâng ABC vaø CBD ñoàng daïng, do ñoù ta coù: AB BC = BC BD trong ñoù: BC = L A – chieàu daøi töø ñaàu xe tôùi truïc baùnh xe sau, m; AB = e – chieàu roäng caàn môû theâm cuûa 1 laøn xe, m; BD = AD – AB = 2R – e ≈ 2R L2 Do ñoù: e === A 2R Coâng thöùc treân ñöôïc xaùc ñònh theo sô ñoà hình hoïc maø chöa xeùt ñeán khaû naêng thöïc teá khi xe chaïy, khi xe chaïy vôùi toác ñoä cao, ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: L2 0,05.V e = A + ,m 2R R Ñoä môû roäng maët ñöôøng E cho ñöôøng coù 2 laøn xe seõ laø: L2 0,1.V E = 2e = A + ,m R R trong ñoù: V – toác ñoä xe chaïy, km/h. 3.4.2 Boá trí ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong: Trang 12
13. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Phaàn môû roäng ñöôïc boá trí ôû phía buïng ñöôøng cong. Khi gaëp khoù khaên (ví duï coù vaùch ñaù ôû phía buïng) thì cho pheùp boá trí ôû phía löng hoaëc boá trí ñoàng thôøi ôû phía buïng vaø phía löng (Hình 3.7). E . K T LC 0 Hình 3.7 Boá trí môû roäng treân ñöôøng cong + §é më réng ®−îc ®Æt trªn diÖn tÝch phÇn lÒ gia cè. D¶i dÉn h−íng (v c¸c cÊu t¹o kh¸c nh− ln phô cho xe th« s¬, ) ph¶i bè trÝ phÝa tay ph¶i cña ®é më réng. NÒn ®−êng khi cÇn ph¶i më réng, ®¶m b¶o phÇn lÒ ®Êt cßn Ýt nhÊt l 0,5 m. + §o¹n nèi më réng lm trïng víi ®o¹n nèi siªu cao hoÆc ®−êng cong chuyÓn tiÕp. Khi kh«ng cã hai yÕu tè ny, ®o¹n nèi më réng ®−îc cÊu t¹o: Mét nöa n»m trªn ®−êng th¼ng v mét nöa n»m trªn ®−êng cong. Trªn ®o¹n nèi, më réng ®Òu (tuyÕn tÝnh). Më réng 1m trªn chiÒu di tèi thiÓu 10m. 3.5. Noái tieáp caùc ñöôøng cong treân bình ñoà. 3.5.1 Hai ñöôøng cong cuøng chieàu: (laø hai ñöôøng cong coù taâm quay veà moät phía). Hai ñöôøng cong cuøng chieàu coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau hoaëc giöõa chuùng coù moät ñoaïn thaúng cheâm tuøy theo töøng tröôøng hôïp cuï theå: - Neáu hai ñöôøng cong cuøng chieàu khoâng coù sieâu cao hoaëc coù cuøng ñoä doác sieâu cao thì coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau vaø ta coù ñöôøng cong gheùp (Hình 3.8a). - Neáu hai ñöôøng cong cuøng chieàu gaàn nhau maø khoâng coù cuøng ñoä doác sieâu cao: + Giöõa chuùng phaûi coù moät ñoaïn thaúng cheâm m ñuû daøi ñeå boá trí hai ñoaïn L +++ L ÑCCT hoaëc hai ñoaïn noái sieâu cao (Hình 3.8b), töùc laø: m ≥≥≥ 1 2 2 trong ñoù: L 1 vaø L 2 – chieàu daøi ÑCCT hoaëc ñoaïn noái sieâu cao cuûa hai ñöôøng cong, m. + Neáu chieàu daøi ñoaïn thaúng cheâm giöõa hai ñöôøng cong khoâng coù hoaëc khoâng ñuû thì toát nhaát laø thay ñoåi baùn kính ñeå hai ñöôøng cong tieáp giaùp nhau vaø coù cuøng ñoä doác sieâu cao cuõng nhö ñoä môû roäng theo ñoä doác sieâu cao vaø ñoä môû Trang 13
14. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ roäng lôùn nhaát. Tæ soá baùn kính giöõa hai ñöôøng cong keà nhau trong ñöôøng cong gheùp khoâng ñöôïc lôùn hôn 1,3 laàn. Ñ1 TC 1=TÑ 2 Ñ2 TC 2 a) TÑ 1 R1 R2 02 01 c) b) 02 R2 m TC 1 TÑ 2 Ñ2 TC 2 Ñ1 Ñ1 TC 1 TC 2 m TÑ 2 Ñ2 TÑ 1 TÑ 1 R1 R1 R2 1 0 01 02 Hình 3.8 Boá trí noái tieáp caùc ñöôøng cong treân bình ñoà a,b) Ñöôøng cong cuøng chieàu; c) Ñöôøng cong ngöôïc chieàu + Neáu vì ñieàu kieän ñòa hình khoâng theå duøng ñöôøng cong gheùp maø vaãn phaûi giöõ ñoaïn thaúng cheâm ngaén thì treân ñoaïn thaúng ñoù phaûi thieát keá maët caét ngang moät maùi (sieâu cao) töø cuoái ñöôøng cong naøy ñeán ñaàu ñöôøng cong kia. 3.5.2 Hai ñöôøng cong ngöôïc chieàu: (laø hai ñöôøng cong coù taâm quay veà hai phía khaùc nhau). - Hai ñöôøng cong ngöôïc chieàu coù baùn kính lôùn khoâng yeâu caàu laøm sieâu cao thì coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau. - Tröôøng hôïp caàn phaûi laøm sieâu cao thì chieàu daøi ñoaïn thaúng cheâm phaûi ñuû daøi ñeå coù theå boá trí hai ñoaïn ÑCCT hoaëc hai ñoaïn noái sieâu cao (Hình 3.8c). 3.6. Ñaûm baûo taàm nhìn treân ñöôøng cong naèm. Taàm nhìn treân ñöôøng cong naèm ñöôïc kieåm tra ñoái vôùi caùc oâ toâ chaïy treân laøn xe phía buïng ñöôøng cong vôùi giaû thieát maét ngöôøi laùi xe caùch meùp maët ñöôøng 1,5m vaø ôû ñoä cao caùch maët ñöôøng 1,0m (töông öùng vôùi tröôøng hôïp xe con). Trang 14
15. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Muoán ñaûm baûo ñöôïc taàm nhìn S treân ñöôøng cong caàn phaûi xaùc ñònh ñöôïc phaïm vi phaù boû chöôùng ngaïi vaät caûn trôû taàm nhìn, thöôøng duøng hai phöông phaùp: 3.6.1 Phöông phaùp ñoà giaûi: Treân bình ñoà ñöôøng cong naèm veõ vôùi tæ leä lôùn (Hình 3.9), theo ñöôøng quyõ ñaïo xe chaïy, ñònh ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái cuûa nhöõng daây cung coù chieàu daøi baèng chieàu daøi taàm nhìn S seõ ñöôïc caùc tia nhìn töông öùng (11’=22’=33’=44’= ). Veõ ñöôøng cong bao nhöõng tia nhìn naøy ta coù ñöôøng giôùi haïn nhìn. Trong phaïm vi cuûa ñöôøng bao naøy taát caû caùc chöôùng ngaïi vaät ñeàu phaûi ñöôïc phaù boû nhö caây coái, nhaø cöûa, 4 1' 3 z 2' 2 3' 1 Ñöôøng giôùi haïn nhìn Quyõ ñaïo xe chaïy 4' 1, 5m Hình 3.9 Sô ñoà xaùc ñònh taàm nhìn theo phöông phaùp ñoà giaûi 3.6.1 Phöông phaùp giaûi tích: Caàn xaùc ñònh khoaûng caùch caàn ñaûm baûo taàm nhìn taïi ñieåm chính giöõa ñöôøng cong z. Trong phaïm vi ñöôøng cong troøn, ñöôøng giôùi haïn nhìn veõ theo ñöôøng troøn caùch quyõ ñaïo xe chaïy moät khoaûng caùch laø z. Töø hai ñaàu cuûa ñöôøng cong, keùo daøi veà hai phía moãi beân moät ñoaïn baèng S treân quyõ ñaïo xe chaïy. Töø hai ñieåm cuoái cuûa hai ñoaïn thaúng naøy veõ ñöôøng thaúng tieáp xuùc vôùi ñöôøng troøn treân ta seõ coù ñöôøng giôùi haïn nhìn (Hình 3.10). z S K 1, 5m Ñöôøng giôùi haïn nhìn Quyõ ñaïo xe chaïy Hình 3.10 Xaùc ñònh ñöôøng giôùi haïn nhìn theo phöông phaùp giaûi tích Trang 15
16. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Xaùc ñònh khoaûng caùch caàn ñaûm baûo taàm nhìn z, coù hai tröôøng hôïp: - Khi chieàu daøi ñöôøng cong K nhoû hôn cöï ly taàm nhìn S (Hình 3.11a). Ta coù: z = DH = DE + EH Trong ñoù: DE = OD – OE; OD = R 1 – baùn kính cuûa ñöôøng cong theo quyõ ñaïo xe α 1 α chaïy. OE = R 1.cos α/2; EH = AF = AMsin = (S − K)sin 2 2 2  α  1 α Do ñoù ta coù: z = R 1− cos  + ()S − K sin ,m 1  2  2 2 - Khi chieàu daøi ñöôøng cong K lôùn hôn cöï ly taàm nhìn S (Hình 3.11b)  α1  Ta coù: z === R 1 1−−− cos   2  α1 – goùc giôùi haïn bôûi cung cuûa ñöôøng troøn coù chieàu daøi baèng cöï ly taàm nhìn S. K K /2 ) . -K α b) (S . D α a) A E z s F H R1 R1 S 0 Quyõ ñaïo xe chaïy 0 Hình 3.11 Sô ñoà xaùc ñònh khoaûng caùch z. a) Khi S > K; b) Khi S < K R R1 1,5m B/2 180 S.  B  α1 === ; R 1 = R −  − 5,1 m π R. 1  2  R – Baùn kính ñöôøng cong, m; B – Chieàu roäng maët ñöôøng, m. Trang 16
17. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Khi thiÕt kÕ ph¶i kiÓm tra tÇm nh×n. C¸c chç kh«ng ®¶m b¶o tÇm nh×n ph¶i dì bá c¸c ch−íng ng¹i vËt (chÆt c©y, ®o m¸i taluy ). Ch−íng ng¹i vËt sau khi dì bá ph¶i thÊp h¬n ®−êng nh×n 0,30 m. Tr−êng hîp thËt khã kh¨n, cã thÓ dïng g−¬ng cÇu, biÓn b¸o, biÓn h¹n chÕ tèc ®é hoÆc cÊm v−ît xe. oOo Trang 17