山区高速公路车辆下行最大纵坡及坡长限制分析

算行车速度较低时为 90 *95 较高时为 80 或 更低一些 计算理想最大纵坡~ 不限长度最大纵坡的 车速见表 3
58. 30 2. 50 12. 50 23. 74 2. 20 0. 80
46. 00 6. 67 9. 67 31. 33 4. 00 2. 33
计算车型小客车选择桑塔纳 载重汽车选择解
放 CA141 其主要技术性能参数见表 2 表 2 车辆的主要技术性能参数
车型 产地
桑塔纳 SATANA
解放 CA141
度阻力 Fs 为
Fs =
tano
Gcoso
-
Cf z EA V 2 21. 14
由于道路纵坡一般较小9故有 tano p9coso
19则坡度阻力可简化为
Fs
p
G
-
Cf z EA V 2 21. 14
( 6)
]. 5 惯性阻力
根据车辆运动方程9汽车加( 减) 速运动时9作用
于车轮上的阻力矩转换为加( 减)速的阻力为
动 机 的 最 大 转 速; S/ 为 活 塞 的 行 程 ( m ) ; VH 为 车 辆
的排气量( 1) O
发动机产生的制动力矩转换为制动轮上的力矩
为
MK =
Mezk z0 7k
Ft =
MK RK
=
Mezk z0 1. 041k 7k
=
-
11.
25+
z 0 z K VS/ 10. 941K
VHz k z 0 1k 7k
( 2)
式中: Mk 为制 动 轮 的 扭 矩 ( N m ) ; RK 为 制 动 轮 的
动 力 半 径9约 为 制 动 轮 工 作 半 径 的 1. 04 倍; 1k 为 制
动轮的工作半径(m) ; z0 为主传动器的变速比; zK 为
变速箱的变速比; 7K 为发动机的机械效率O
]. 2 空气阻力
1.
5+ 0.
138>
2.
6 5z 0 z K VS/ 301K
VH =
-
11.
7+
z 0 z K VS/ 10. 521K
VH
式 中: Me 为 发 动 机 的 制 动 力 矩 ( N
( 1) m ) ; P1 为 活 塞
顶 部 的 负 压 力; Cm 为 活 塞 的 平 均 运 动 速 度; nM 为 发
78 480 3 500 0. 852 0. 200 4. 311 0. 481 6. 390 0. 82 1. 737 5E-01 4. 078 5E-02 0. 01
4 车辆行驶速度
车辆运行速度除与驾驶员的驾驶技术和车辆性
能有关外 还与公路及其路侧的外部特征~ 气候~ 其 它车辆的运行有关 根据国内外一些观测资料 在计
中国高速公路是从 20 世纪 70 年代开始规划论 证 20 世纪 80 年代部分省~ 市~ 自治区开始建设 20 世纪 90 年代迅速发展G 到 1999 年底 全国已建成通 车的高速公路达 11 000 km 以上G 为适应高速公路的 建设 < 公路工程技术标准> ( 以下简称< 标准> D 在 80 年代 ( 1981~ 1988 年D 修 订 了 两 次 20 世 纪 90 年 代 ( 1997 年D 修订了一次G 不到 20 年修订了 3 次 一方 面说明中国重视总结高速公路建设中出现的新问题~ 新情况 另一方面说明标准的修订滞后于工程实践G
Fza = Cfz A
0 2
V
2 a
1 2
>
1. 225ECfz AV2
Cf z EA V2 21. 14
(N)
1 3. 6
2
=
( 3)
E= ( 1-2. 26> 10-5H) 5. 3 正向空气阻力为
Fz = Cf
A
0 2
V 2a
1 2
>
1. 225ECf
AV2
Cf EAV2 21. 14
(N)
1 3. 6
] 车辆下行的受力分析
]. ] 制动力矩 从减少发动机磨损\ 节约费用角度考虑9发动机
惯性制动力矩仅计泵气和摩擦损耗阻力矩O 其制动 力矩为
Me= -9. 8> 0. 796P1VH9P1= 1. 5+ 0. 138Cm9
Cm= 310S/ nM
又
V=
1K n M 2. 65zБайду номын сангаасzK
则 Me = - 7. 8>
纵坡和坡长进行了分析 提出了下行理想最大纵坡~ 一般最大纵坡~ 极限最大纵坡和坡长限制分析
值 供公路设计人员及标准修订时参考G
关键词: 山区高速公路; 车辆下行; 最大纵坡; 坡长限制
中图分类号: U412. 3
文献标识码: A
The Maximum Longitudinal slope and Its Length of Mountain-expressway under the Condition of vehicle/ s Driving Down
Cf z EA V2 21. 14
f-
FJ =
Cf EAV2 21. 14
+
1.
05 >
G-
G
-
Cf z EA V2 21. 14
p
G g
8
d2 dt2
=
70
交通运输工程学报
2001 年
D CfxEAV2 21. 14
+
G-
Cf EAV2 21. 14
( 1. 05f-PD i
G g
8
d2x dt2
计9取 coso 19则车轮的阻力为
FR= 1. 05>
Gco
s
o-
Cf z EA V2 21. 14
f
1. 05
G-
Cf z EA V2 21. 14
f
( 5)
式中:G 为汽车重量(N); f 为滚动阻力系数O
]. 4 坡度阻力
设坡度为 p( 坡 度 角 为 o) 9汽 车 重 量 为 G9则 坡
上海大众汽车有限公司 第一汽车制造厂
G/ N nN/ 1 min-1
Cf x Cf A/ m2 1/ m z0 7k CfxA/ 21. 14 Cf A/ 21. 14 f
13 158 5 600 0. 380 0. 260 1. 898 0. 287 4. 111 0. 90 3. 412 5E-02 2. 334 8E-02 0. 01
第1卷 第2期 2001 年 6 月
交通运输工程学报 Journal of Traffic and Transportation Engineering
Vol. 1 No. 2 June 2001
文章编号: 1671-1637( 2001D 02-0068-06
山区高速公路车辆下行最大纵坡及坡长限制分析
( 8D
3 计算车型选取
根据对西安到宝鸡高速公路~ 西安至铜川一级 公路~ 西安至潼关高速公路的历年交通量调查结果 经整理得车型比例见表 1 在高速公路营运中 车型 以小客车为主导 占车辆总数的 46 而且随着国 家鼓励私人购车政策的陆续出台 小客车在高速公 路中的比例还会提高 因而 完全以标准载重汽车作 为主导车型 对山区高速公路建设会导致工程量过 大 工程造价过高 路线最大纵坡的确定应充分考虑 小客车占车辆总数近一半的情况 对小客车应以理 想最大纵坡为限 载重汽车则应综合考虑动力性能~ 车型比例~ 实载率等因素( 见表 1D
[ ] FJ =
G g
+
J1 1R 1
+
J2 1R 2
d2 dt2
设
8=
1+
J1 1R 1 m
+
J2 1R 2 m
则
FJ =
8
G g
d2 dt2
( 7)
2 车辆的运动方程
下行车辆受到发动机惯性制动力\ 空气阻力\ 滚 动阻力\ 坡度阻力\ 惯性阻力作用9其受力平衡方程 为
F= Fza + FR - Fs
Abstract: In the construction of expressWay in mountain area the contradiction of the maximum longitudinal slope With engineering s Volume and cost is Very prominent. If the construction standard Was executed strictly the engineering Volume of high fill and deep excaVation Will be Very big many long span bridges and tunnels must be constructed from the point of Vehicle dynamics and the maximum longitudinal slope and its length of mountain-expressWay under the condition of Vehicle s driVing doWn are analyZed. The concepts of ideal maximum longitudinal slope general maximum longitudinal slope and the limitation maximum longitudinal slope are put forWard. And their length is determined to proVide a reference for highWay designer. \ey words: mountain-expressWay; Vehicle driVing doWn; maximum longitudinal slope; limitation of slope length
为简化计算9不考虑空气阻力产生的侧向力\ 纵
摆力矩\ 横摆力矩\ 摇摆力矩对车辆纵向行驶的影
响O 由于风向的不确定性及风速与车辆行驶速度相
比较小9对纵向行驶的车辆9其气流与车辆的相对运
动速度按车辆行驶速度计9流入角按最不利情况 0
计; 空气密度 0 的气温 T 取 15C 9气压的影响用海
拔修正系数考虑9则空气的升力为
2
=
( 4)
式中: E 为海拔修正系数; H 为海拔高度( m); V 为
车辆 行 驶 速 度 ( km/h); A 为 汽 车 横 向 正 截 面 积
( m2) ; Cf 为正向空气阻力 系 数; Cfz 为 升 向 空 气 阻 力
系数O
]. 3 车轮阻力
在正常的道路行驶条件下9不考虑车辆的穿水
阻力\ 轴承摩擦力9前轮前束阻力按滚动阻力的 5%
SHl f ez-Tong1 YANG Shco-wez2
( 1. Shaanxi proVince ~ighWay Design and SurVey Institute Xi/ an 710068 China; 2. School of ~ighWay Chang/ an UniVersity Xi/ an 710064 ChinaD
第2期
石飞荣9等: 山区高速公路车辆下行最大纵坡及坡长限制分析
69
现行< 标准 中没有分上\ 下行考虑9对全幅公路 断面是适宜的9但对高速公路进入山区后为减少工 程数量\ 保护环境而采用的分幅断面9存在单向只上 或只下坡的运行特点9用一个最大纵坡度要求9显然 不妥O 因而9探索车辆下行公路纵断面采用技术指 标9为纵断面设计提供参考数据9是十分必要的O
表 1 已通车高速公路的车型比例
路段名称
车型
西安至潼关 西安至铜川 西安至宝鸡 平均值
高速公路 一级公路 高速公路
小客车
车 型 占 大客车
客~ 货 车 合计的 百分比
小货车 中货车
/
大货车
拖挂车
38. 6 10. 3 6. 8 36. 3 5. 4 2. 7
40. 9 6. 9 10. 4 33. 6 4. 8 3. 4
石飞荣1 杨少伟2
( 陕西省公路勘察设计院 陕西 西安 710068; 2. 长安大学 公路学院 陕西 西安 710064D
摘 要: 山区高速公路建设中 路线最大纵坡与工程量~ 工程造价的矛盾十分突出 若严格执行标准
会出现大量高填~ 深挖路基~ 长大桥梁及隧道G 从车辆动力学角度对山区高速公路车辆下行的最大
目前 国内已建成的高速公路大多位于经济较
发达的平原~ 微丘区 公路纵断面设计基本不受最大 纵坡控制G 在今后相当长的一个时期内 高速公路的 建设将转向到山岭区G 面对山岭区地形~ 地貌~ 地质 条件复杂~ 工程量艰巨~ 环境保护工作难度大等因 素 如何做到安全~ 经济~ 舒适~ 美观~ 利于环境保护 公路纵断面设计将起着举足轻重的作用G 从国外已 建成的高速公路来看 纵断面设计能因地制宜 采用
低填~ 浅挖路基 坡长~ 坡度运用充分考虑了地形~ 地 貌条件 纵坡大于 5 7 的段落较多 个别段落 纵坡甚至达到 10 坡长亦比< 标准> 规定大得多G
收稿日期: 2000-09-25 作者简介: 石飞荣( 1963-D 男 陕西府谷人 陕西省公路勘察设计院高级工程师 硕士 从事道路勘测设计研究.