道路勘测设计第三版纵断面设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）滚动阻力 产生功率消耗原因： ①轮胎变形时，材料内部摩擦； ②柔性路面变形，产生摩擦； ③路面不平整造成震动和撞击。
滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其 值可用下式计算。
Rf＝Gfcosα
α一般较小，认为cosα≈1，则 Rf=Gf （N）
式中：Rf——滚动阻力（N）； G——车辆总重力（N）； f——滚动阻力系数， 与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，如水泥沥青
v——汽车与空气的相对速度（m／s），可近似地取汽车的行驶速度。
将车速v（m／s）化为V（km／h）并化简，得
Rw
KAV2 21.15
(N)
对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空 气阻力为其牵引车的20%折算。
V=100km/h时，一半的功率用来克服空气阻力
2．道路阻力
道路阻力：由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度 而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。
T
Mk r
MT r
0.377 n V
MT
N 3600
V
T
(N)
N Mn 9549
(kW)
二、汽车的行驶阻力
1．空气阻力
迎面空气质点的压力＋车后的真空吸力＋空气质点与车身摩擦力＝ 空气阻力。
Rw
1 2
KAv 2
式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）； A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；
平移质量的惯性力
G R I1 ma g a
旋转质量的惯性力矩
RI2
I d dt
惯性阻力计算：
G RI g a
(N)
式中：δ——惯性力系数（或旋转质量换算系数）。
δ＝l＋δ1＋δ2ik2 式中：δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数，δ1=0.03～0.05；
δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数， 小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；
本章主要内容：
纵断面的概念及组成要素 最大纵坡和最小纵坡 坡长限制和缓和坡段 平均纵坡和合成坡度 竖曲线要素与竖曲线最小半径
视觉分析与平、纵配合
纵断面设计方法、步骤及成果
第一节 概 述
定义：沿道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。
纵断面设计：研究路线线位高度及坡度、坡长变化情 况的过程。
任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。
路面f＝0.01－0.02，土路f＝0.07－0.15。
（2）坡度阻力
汽车在倾角为α的道路上行驶：车重G产生水平分力Gsinα，上坡时阻 碍汽车行驶；下坡时助推汽车行驶。计算式：
Ri=Gsinα
因α较小，认为sinα≈tgα＝i，则
Ri=Gi （N）
式中：Ri——坡度阻力 （N）；
G——车辆总重力（N）；
功率N与产生的扭矩M的关系：
N M n 2r M n （kW )
r 60 1000 9549
M 9549 N n
T r
(N • m)
N－有效功率
M
发动机转速特性曲线：
N-n曲线（功率曲线）、M-n曲线（扭矩曲线）
2．驱动轮扭矩Mk
发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ik）和主传动器 （速比i0）两次变速
依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理 条件以及工程经济性等。
路线纵断面图构成：
地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线； 设计线：路线上各点路基设计高程的连线。 变坡导线：变坡点间的连线
路线纵断面图构成：
地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线； 设计线：路线上各点路基设计高程的连线。 变坡导线：变坡点间的连线
i ——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。
滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与 汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以 RR表示
RR=G（f+i）
式中：f+i——统称道路阻力系数。
3．惯性阻力
汽车的质量：平移质量
旋转质量
克服质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻
力，用RI表示。
纵断面设计内容：坡度及坡长
竖曲线
路堤
路堑
第二节 汽车的动力特性
(一).行驶力学 1.汽车的驱动力 2.汽车的行驶阻力 3.汽车的行驶条件
一、汽车的驱动力
汽车的动力来源： 汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。 汽油燃烧－热能－机械能P－曲轴扭矩M－驱动轮Mk－驱动车轮
汽车传动系统：
1．发动机功率N\曲轴扭矩M 及发动机转速n的关系
地面高程：中线上地面点高程。 设计高程：两种规定 公路： 城市道路：
路基
一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。
设计标高
设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。 设计标高
城市道路：行车道中线 中央分隔带中线
设计标高
路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。
路堤：设计高程大于地面高程。
路堑：设计高程小于地面高程。
驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即
T≤Gk
式中：——附着系数，
取决于:路面的粗糙和潮湿泥泞程度，
轧胎的花纹和气压，
车速和荷载等；
Baidu Nhomakorabea
Gk——驱动轮荷载， 小汽车=(0.5～0.65)G;
载重车=(0.65～0.80)G.
路面类型
干燥
路面状况
潮湿
泥泞
冰滑
水泥混凝土路面
0.7
0.5
总变速比为：γ=i0·ik；
变速的目的：增加扭矩
传动效率为：ηT<1.0；
传到驱动轮上的扭矩Mk为：
Mk=MγηT
驱动轮上的转速nk为：
nn nk i0ik
车速V与发动机转速关系：
V 2 r n 60 0.377 nr
1000
(km / h)
3．汽车的驱动力
大 驱 动 力 与 高 速 不 可 兼 得
ik——变速箱的速比。
汽车的总行驶阻力R为：
R=Rw十RR十RI
三、汽车的运动方程式与行驶条件
1．汽车的运动方程式
驱动力＝各阻力之和，称为驱动平衡。其驱动平衡方程 式（也称汽车的运动方程式）为
T=R=Rw+RR+RI
代入表达式，汽车的运动方程式为：
U MT KAV2 G(f i) G a
r 21.15
g
U－负荷率（节流阀部分开启），一般U＝80－90％
2．汽车的行驶条件
汽车在道路上行驶:
驱动力＝行驶阻力时，汽车就等速行驶； 驱动力 >行驶阻力时，汽车就加速行驶； 驱动力 <行驶阻力时，汽车就减速行驶，直至停车。
汽车行驶的必要条件（即驱动条件） ：
T≥R
汽车行驶的充分条件：
滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其 值可用下式计算。
Rf＝Gfcosα
α一般较小，认为cosα≈1，则 Rf=Gf （N）
式中：Rf——滚动阻力（N）； G——车辆总重力（N）； f——滚动阻力系数， 与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，如水泥沥青
v——汽车与空气的相对速度（m／s），可近似地取汽车的行驶速度。
将车速v（m／s）化为V（km／h）并化简，得
Rw
KAV2 21.15
(N)
对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空 气阻力为其牵引车的20%折算。
V=100km/h时，一半的功率用来克服空气阻力
2．道路阻力
道路阻力：由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度 而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。
T
Mk r
MT r
0.377 n V
MT
N 3600
V
T
(N)
N Mn 9549
(kW)
二、汽车的行驶阻力
1．空气阻力
迎面空气质点的压力＋车后的真空吸力＋空气质点与车身摩擦力＝ 空气阻力。
Rw
1 2
KAv 2
式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）； A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；
平移质量的惯性力
G R I1 ma g a
旋转质量的惯性力矩
RI2
I d dt
惯性阻力计算：
G RI g a
(N)
式中：δ——惯性力系数（或旋转质量换算系数）。
δ＝l＋δ1＋δ2ik2 式中：δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数，δ1=0.03～0.05；
δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数， 小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；
本章主要内容：
纵断面的概念及组成要素 最大纵坡和最小纵坡 坡长限制和缓和坡段 平均纵坡和合成坡度 竖曲线要素与竖曲线最小半径
视觉分析与平、纵配合
纵断面设计方法、步骤及成果
第一节 概 述
定义：沿道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。
纵断面设计：研究路线线位高度及坡度、坡长变化情 况的过程。
任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。
路面f＝0.01－0.02，土路f＝0.07－0.15。
（2）坡度阻力
汽车在倾角为α的道路上行驶：车重G产生水平分力Gsinα，上坡时阻 碍汽车行驶；下坡时助推汽车行驶。计算式：
Ri=Gsinα
因α较小，认为sinα≈tgα＝i，则
Ri=Gi （N）
式中：Ri——坡度阻力 （N）；
G——车辆总重力（N）；
功率N与产生的扭矩M的关系：
N M n 2r M n （kW )
r 60 1000 9549
M 9549 N n
T r
(N • m)
N－有效功率
M
发动机转速特性曲线：
N-n曲线（功率曲线）、M-n曲线（扭矩曲线）
2．驱动轮扭矩Mk
发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ik）和主传动器 （速比i0）两次变速
依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理 条件以及工程经济性等。
路线纵断面图构成：
地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线； 设计线：路线上各点路基设计高程的连线。 变坡导线：变坡点间的连线
路线纵断面图构成：
地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线； 设计线：路线上各点路基设计高程的连线。 变坡导线：变坡点间的连线
i ——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。
滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与 汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以 RR表示
RR=G（f+i）
式中：f+i——统称道路阻力系数。
3．惯性阻力
汽车的质量：平移质量
旋转质量
克服质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻
力，用RI表示。
纵断面设计内容：坡度及坡长
竖曲线
路堤
路堑
第二节 汽车的动力特性
(一).行驶力学 1.汽车的驱动力 2.汽车的行驶阻力 3.汽车的行驶条件
一、汽车的驱动力
汽车的动力来源： 汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。 汽油燃烧－热能－机械能P－曲轴扭矩M－驱动轮Mk－驱动车轮
汽车传动系统：
1．发动机功率N\曲轴扭矩M 及发动机转速n的关系
地面高程：中线上地面点高程。 设计高程：两种规定 公路： 城市道路：
路基
一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。
设计标高
设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。 设计标高
城市道路：行车道中线 中央分隔带中线
设计标高
路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。
路堤：设计高程大于地面高程。
路堑：设计高程小于地面高程。
驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即
T≤Gk
式中：——附着系数，
取决于:路面的粗糙和潮湿泥泞程度，
轧胎的花纹和气压，
车速和荷载等；
Baidu Nhomakorabea
Gk——驱动轮荷载， 小汽车=(0.5～0.65)G;
载重车=(0.65～0.80)G.
路面类型
干燥
路面状况
潮湿
泥泞
冰滑
水泥混凝土路面
0.7
0.5
总变速比为：γ=i0·ik；
变速的目的：增加扭矩
传动效率为：ηT<1.0；
传到驱动轮上的扭矩Mk为：
Mk=MγηT
驱动轮上的转速nk为：
nn nk i0ik
车速V与发动机转速关系：
V 2 r n 60 0.377 nr
1000
(km / h)
3．汽车的驱动力
大 驱 动 力 与 高 速 不 可 兼 得
ik——变速箱的速比。
汽车的总行驶阻力R为：
R=Rw十RR十RI
三、汽车的运动方程式与行驶条件
1．汽车的运动方程式
驱动力＝各阻力之和，称为驱动平衡。其驱动平衡方程 式（也称汽车的运动方程式）为
T=R=Rw+RR+RI
代入表达式，汽车的运动方程式为：
U MT KAV2 G(f i) G a
r 21.15
g
U－负荷率（节流阀部分开启），一般U＝80－90％
2．汽车的行驶条件
汽车在道路上行驶:
驱动力＝行驶阻力时，汽车就等速行驶； 驱动力 >行驶阻力时，汽车就加速行驶； 驱动力 <行驶阻力时，汽车就减速行驶，直至停车。
汽车行驶的必要条件（即驱动条件） ：
T≥R
汽车行驶的充分条件：