2 Аналіз конструктивної реалізації принципів трасування з використанням різноманітних кривих

При різкій зміні кривизни траси поперечна сила, що діє на транспортний засіб, змінюється стрибками, що підвищує ймовірність скидання автомобіля з проїзної частини, його перекидання і викликає дискомфорт у пасажирів. Для того, щоб кривизна траси змінювалася плавно, в місці сполучення елементів траси дороги з різною кривизною (пряма і кругова крива, кругові криві різних радіусів або спрямовані в різні сторони кругові криві) використовуються перехідні криві.

Введення перехідних кривих викликає зсув основної кругової кривої всередину кута. Ця обставина має враховуватися при призначенні кутів повороту і радіусів кривих, так як величина бісектриси збільшується на величину зсування кривої всередину кута. Частина основної кривої при цьому замінюється перехідною кривою. Розбивка перехідної кривої можлива лише за умови

2β<α, (2.1)

де β – кут перехідної кривої, градус;

α – кут повороту траси дороги, градус.

Якщо ця умова не виконується, повинна бути зменшена довжина перехідної кривої або збільшений радіус R.

При проектуванні самопояснюючих і саморегулюючих автомобільних доріг перехідні криві перетворюються з допоміжного елемента кривих малих радіусів в самостійний і основний елемент траси дороги в плані і профілі. Для того щоб забезпечувати безпечний та зручний рух і надавати трасі властивості самопояснення перехідна крива повинна мати такі властивості:

– закономірність кривизни має бути узгоджена як з постійною, так і з непостійною швидкістю руху;

– конструктивна можливість влаштування досить довгих перехідних кривих

– плавність. Причому, не тільки геометрична і зорова, але і функціональна.

Для вирішення тих ситуацій, в яких з проблемами плавності не здатна впоратися клотоїда, необхідні перехідні криві з нелінійної закономірністю зміни кривизни.

Нелінійний закон зміни кривизни забезпечує:

– узгодження форми кривої з топографічними умовами і просторовими обмеженнями;

– архітектурно-ландшафтне проектування доріг у рівнинній, пересіченій та гірській місцевості;

– плавну зміну ступеня наростання відцентрового прискорення;

– узгодження параметрів кривої зі змінними режимами руху автомобілів.

2.1 Особливості руху автомобіля по кривій

Перш ніж розпочати аналіз перехідних кривих різних типів необхідно ознайомитися з особливостями руху автомобіля по кривим [5].

На автомобіль, що рухається по криволінійній ділянці дороги, у точці кривій, радіус кривизни якої дорівнює R, діє відцентрова сила C:

_(2.2)

де m — маса автомобіля, кг;

V - його швидкість.

Відцентрова сила, перпендикулярна до напрямку руху, чинить на автомобіль, на водія й на пасажирів перекидаючий зсуваючий вплив. Вона ускладнює також умови керування автомобілем.

На кривих малих радіусів відцентрова сила викликає деформацію шин у поперечному напрямку. При цьому збільшується витрата палива й підвищується зношування шин. У нічний час проїзд криволінійних ділянок ускладнюється тим, що світло фар висвітлює дорогу перед автомобілем на меншу відстань, ніж на прямих ділянках.

Всі зазначені негативні фактори проявляються тим сильніше, чим менше радіус, кривої у плані. Тому безпека, зручність і економічність руху автомобілів з розрахунковою швидкістю можливі тільки при призначенні досить великих радіусів кривих.

У загальному виді вираз для визначення радіуса кругових кривих у плані може бути отримане з наступних міркувань.

При русі по кривій на автомобіль діють дві сили, прикладені до його центра ваги: відцентрова сила С, спрямована в зовнішню сторону закруглення; вага автомобіля G (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Силы, действующие на автомобиль при движении по кривой

Проектуючи обидві сили на напрямок поперечного уклону проїзної частини дороги, одержуємо:

_(2.3)

де g – прискорення вільного падіння, м/с²;

i – поперечний ухил,

Оскільки кут α малий (cos α ≈ 1), його впливом можна зневажити.

Тоді

_(2.4)

Звідси знаходимо, що:

_(2.5)

Це рівняння показує, що необхідна величина радіуса закруглення залежить не від абсолютної величини поперечної сили Y, а від її відношення до ваги автомобіля:

_(2.6)

Це відношення було запропоновано називати коефіцієнтом поперечної сили [13]. Для практичного використання виразу для визначення мінімального радіуса закруглення необхідно нормувати припустиму величину коефіцієнта поперечної сили . Даний коефіцієнт є критерієм стійкості автомобіля.

Граничні припустимі значення коефіцієнта поперечної сили визначають із урахуванням впливів, що чинить на автомобіль поперечна сила при проїзді по кривій малого радіуса.

Умова стійкості проти заносу є найважливішим для безпечного руху автомобіля по кривій. Зсуву автомобіля вбік під дією відцентрової сили перешкоджає зчеплення шин з покриттям.

Для стійкості автомобіля на кривій проти заносу необхідно, щоб дотримувалася умова

(2.7)

де – коефіцієнт поперечного зчеплення.

Величини коефіцієнтів зчеплення в поздовжньому і поперечному напрямках зв’язані між собою залежністю:

(2.8)

При розрахунках виходять із величини поздовжнього зчеплення , рівної 0,7 або 0,8 . У цьому випадку відповідно коефіцієнт поперечного зчеплення становить 0,7 або 0,6 .

Стійкість автомобіля проти перекидання забезпечується перевищенням значення утримуючого моменту над перекидаючим. Встановлено, що для стійкості автомобіля проти перекидання необхідно, щоб коефіцієнт поперечної сили не перевищував 0,6. У нормальних умовах і при звичайних швидкостях руху коефіцієнт поперечної сили не досягає цього значення. Випадки перекидання звичайно бувають викликані наїздом колеса автомобіля на перешкоду при заносі.

Зручність поїздок для пасажирів при русі автомобіля по кривій також визначається значенням коефіцієнта поперечної сили. При в’їзді на криву водій і пасажир відчувають діючу на них відцентрову силу, що нахиляє їх убік. Тому важливо, щоб величина відцентрової сили не перевищувала значення, при якому проїзд по кривій стає неприємним.

Дані дослідів показують, що при коефіцієнті поперечної сили μ = 0,1 пасажир, що не дивиться на дорогу, не може розрізнити, чи рухається автомобіль по кривій чи по прямій ділянці дороги. При = 0,15 рух по кривій відчувається слабко, а при = 0,2, уже ясно відчуваючи рух, пасажир усе ще майже не відчуває незручностей. При =0,3 в’їзд із прямої ділянки на криву відчувається як поштовх, що нахиляє пасажира вбік. Тому вважають, що для забезпечення зручності проїзду по дорозі для пасажирів величина коефіцієнта поперечної сили на кривих не повинна перевищувати 0,14-0,17, а в складних умовах – 0,2. Такі значення прийнято забезпечувати на криволінійних ділянках доріг і у світовій практиці.

Гранично допустимі значення коефіцієнту поперечної сили представлені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Залежність допустимих максимальних значень коефіцієнту поперечної сили від різних вимог стійкості і використання автомобіля

Показники	Гранично допустимі значення μ на покритті
	сухому φ=0,6	вологому φ=0,4	покритому льодом φ=0,2
1	2	3	4
Стійкість проти перевертання	0,60	0,60	0,60
Стійкість проти заносу	0,36	0,24	0,12
Забезпечення комфортної поїздки для пасажирів	0,15	0,15	0,15
Економічність експлуатації автомобіля	0,10	0,10	0,10