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第四章 纵断面设计 第4-1节 概 述 通过公路中线的竖向剖面称为路线纵断面图。由于地形、地物、地质、水文等自然因素的影响以及满足经济性的要求，公路路线在纵断面上不可能从起点至终点是一条水平线，而是一条有起伏的空间线。纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力性能、公路等级和性质、当地的自然地理条件以及工程经济等，来研究这条空间线形的纵坡大小及其长度。它是公路设计的重要内容之一，而且将直接影响到行车的安全和迅速、工程造价、运营费用和乘客的舒适程度。 图1-3-1为公路路线纵断面示意图。在纵断面图上，通过路中线的原地面上各桩点的高程，称为地面标高，相邻地面标高的起伏折线的连线，称为地面线。设计公路的路基边缘相邻标高的连线，称为设计线，设计线上表示路基边缘各点的标高，称为设计标高。在同一横断面上设计标高与地面标高之差，称为施工高度。当设计线在地面线以上时，路基构成填方路堤；当设计线在地面线以下时，路基构成挖方路堑。施工高度的大小直接反映了路堤的高度和路堑的深度。 公路纵断面设计线由直线和竖曲线两种线形要素所组成，它是根据汽车的动力性能、地形条件、路基临界高度以及运输与工程经济等方面的要求，通过技术、经济以及视觉效果等多方面的比较后定出来的，反映了公路路线的起伏变化情况。直线有上坡和下坡，是用高 差、水平长度及纵坡度表示的。纵坡度i表征匀坡路段坡度的大小，用高差h与水平长度l 之比量度，即i=h／l(％)。在直线的纵坡转折处为了平顺过渡，须设置一定长度的竖曲线来进行缓和。 第4-2节 汽车行驶特性 一、概述 公路设计足以满足汽车行驶要求为前提的。因此，在公路线形设汁时，首先需要研究汽车在公路上的行驶特性以及对公路设计的具体要求，通过综合考虑人、车、路和环境等方面的各种因素，通过综合设计来达到汽车行驶的安全、迅速、经济、舒适和美观的要求。由于公路线形设计与汽车的行驶特性密切相关，因而汽车行驶特性是公路线形设计的理论基础。 汽车行驶持性是在分析汽车运动规律的基础上，研究汽车的主要使用性能及分析影响汽车主要使用性能的各种因素。就公路线形设计而言，主要从以下几个方面保证。 1．汽车行驶的稳定性 汽车行驶稳定性是指汽车在公路上安全地行驶，并在行驶中在外部因素作用下，汽车不致失去控制而产生滑移、倾覆、倒溜的性能。行驶稳定性对减轻驾驶员的劳动强度，提高乘客的安全感与舒适程度，减少装载货物的损坏等都具有重要意义。因此．路线线形设计时，要在研究汽车行驶稳定性的基础上，合理地设置公路的纵坡度、横坡度和平曲线以及提高车轮与路面间的摩阻力。 2．尽可能地提高车速 汽车行驶速度是确定公路几何线形的基本依据，同时也是影响工程费用和运输效率的主要因素，它对缩短行程时间，提高汽车运输周转率、节约燃料、减少轮胎磨耗都具有重要意义，因而是公路质量反映在运输经济上的主要指标。为了提高车速，充分发挥汽车行驶的动力性能，因此在路线设计中要根据《公路工程技术标准》的要求，严格控制平曲线半径，最大纵坡及其坡长，合理地设置超高和缓和曲线．保证平、纵面有足够的视距，并尽可能地采用大半径曲线及平缓的纵坡。 3．满足行车舒适 为满足行车舒适的要求，在公路路线设计时要对平曲线、竖曲线的最小半径加以限制．以免汽车产生离心力过大而引起驾驶员和乘客的不舒适，同时要正确地进行平、纵面线形组合，以及与周围环境景观的协调配合，以增进驾驶员和乘客在视觉上、心理上的舒适感。此外，路面平整、少尘，并对公路进行绿化以美化路容也很重要。 本章主要研究汽车的牵引力和行驶阻力，汽车的动力待性，行驶稳定性，以及汽车动力特性对纵坡设计的影响。 二、 汽车的牵引力与行驶阻力 （一）、汽车的牵引力 1．发动机曲轴扭矩M 汽车在公路上行驶，必须要有足够的牵引力来克服各种行驶阻力。汽车行驶的牵引力来自发动机．发动机里的热能转化为机械能，产生有效功率N，从而使发动机的曲轴在旋转过程中产生扭矩M。有效功率N与扭矩M之间的关系如下： 式中：N——发动机的有效功率，kw； M——发动机曲轴的扭矩，N·m； n——曲铀的转速，r／min。 2．驱动轮扭矩Mk 发动机曲轴的扭矩M经过离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器和半轴等一系列的变速和传动，传给汽车的驱动轮，产生有效扭矩Mk，驱动汽车行驶。 如图1-1-1所示，当离合器接合时，发动机曲轴的扔矩射随着经过变速器(变速比ik)和主减速器(变速比i0)两次变速，若考虑传动系统的机械效率为ηm，则传到汽车驱动轮上的有效扭矩为： 式中：Mk——汽车驱动轮扭矩，N·m； M——发动机曲轴扭矩，N·m； ik——随档