第三章纵断面设计精要.ppt

第三章 纵断面设计 本章框架 第一节 概述 第二节 汽车的动力特性与纵坡 第三节 竖曲线 第四节 爬坡车道 第五节 避险车道 第六节 纵断面设计方法及纵断面图 第一节 概述 路线纵断面：沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。 在纵断面图上有两条主要的线： 一条是地面线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况； 另一条是设计线，反映了道路路线的起伏变化情况。 纵断面设计线是由直坡线和竖曲线组成的。 直坡线（均匀坡度线）有上坡和下坡，其大小用纵坡和坡长表示。 纵坡：纵断面上同一坡段两点间的高差与其水平距离的比值，以百分比计。 变坡点：不同纵坡转折处称变坡点。 《规范》规定的路基设计高程： 新建公路 高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高； 二、三、四级公路采用路基边缘高程，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘高程。 改建公路 一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的高程。 城市道路 中央分隔带边缘、中线或行车道外侧边缘。 纵断面设计的主要任务： 根据汽车的动力特性、道路等级、地形、地物、水文地质，综合考虑路基稳定、排水以及工程经济等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径等。 第二节 汽车的动力特性与纵坡 一、汽车的动力因数和最大纵坡 （一）汽车驱动力 热能－机械能（P）－曲轴扭矩M（n）－驱动轮扭矩M 发动机曲轴扭矩M 发动机特性曲线：将发动机的功率P、扭矩M以及燃油消耗率g 与发动机曲轴的转速n之间的函数关系。 如果发动机节流阀全开，则称发动机外特性曲线发动机外特性曲线。 如果节流阀部分开启，则称发动机部分负荷特性曲线。 驱动轮扭矩M 根据受力情况的不同，汽车车轮分为驱动轮与从动轮。 驱动轮上有发动机曲轴传来的扭矩M ，在扭矩的作用下驱使车轮滚动前进。 从动轮上则无扭矩的作用，它是借助驱动轮上力经车架传至从动轮的轮轴上产生运动的。 汽车的驱动力 低排挡： 高排挡 （二）汽车的行驶阻力 （空气阻力+道路阻力+惯性阻力） 空气阻力 定义：汽车迎面空气质点的压力、车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力等阻碍汽车前进的阻力。 空气阻力对汽车行驶的动力性和燃料消耗的经济性影响较大。(100km/h，1/2P) 道路阻力（滚动阻力＋坡度阻力） （1）滚动阻力 弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。 在柔性路面上的汽车行驶时不仅轮胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦要消耗部分功率。 由于路面的不平整而造成轮胎震动和撞击消耗部分功率。 （2）坡度阻力 惯性阻力 惯性阻力：汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩，用R 表示。 汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。变速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力矩。 （三）汽车行驶条件 汽车的运动方程式 当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。 驱动平衡方程式： 汽车的行驶条件 当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车就等速行驶； 当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车就加速行驶； 当驱动力小于各种阻力之和时，汽车就减速行驶，直至停车。 所以要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力，即 上式是汽车行驶的必要条件（即驱动条件）。 汽车是否正常行驶，还要受轮胎与路面之间附着条件的制约。 汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即： 根据以上汽车行驶条件，在实际工作中对路面提出了一定要求： 从宏观上讲要求路面平整而坚实，尽量减小滚动阻力，从微观上讲又要求路面粗糙而不滑，以增大附着力。 （四）汽车的动力因数 驱动平衡方程式 （五）汽车的行驶状态 （六）理想最大纵坡和不限长度最大纵坡 理想最大纵坡：设计车型在油门全开的情况下，持续以希望速度等速行驶所能克服的纵坡。 希望速度对小客车为设计速度，对载重车为汽车的最大行驶速度。 设希望速度为 ，理想最大纵坡为 ，动力因数为 ，因等速行驶，则 不限长度最大纵坡：设计车型在油门全开情况下，持续以容许速度等速行驶所能克服的纵坡。 容许速度一般为设计速度的1/2～2/3，高速路取低限，低速路取高限。 当汽车在坡度小于或等于不限长度最大纵坡的坡道上行驶时，只要初速度大于容许速度，汽车至多减速到容许速度； 当坡度大于不限长度的最大纵坡时，为防止汽