道路勘测设计第2章PPT学习教案

1、会计学1 道路勘测设计第道路勘测设计第2章章 2 第1页/共63页 3 一 、车辆类型、尺寸、重量和构造 1 车辆类型 汽车可分为客车和货车两大类。客车包括小客车 （轿车）、面包车、公共汽车（小型、中型和铰接式） 等。货车可进一步分为卡车（轻型、中型和重型）和组 合式货车（各种拖挂式货车）两类。 第2页/共63页 4 （1） 小客车 小客车为二轴-四轮车辆，可坐26人，主要作为个人交 通工具。按重量和尺寸大小，可分为小型、中型和重型三 种。其重量变动于6.818kN 范围内；车身长度在 3.55.6m之间，前后轴的中心距变动于2.33.1m之间，车 身后缘到后轴的长度（后悬距离）为0.61.5

2、m之间；车身 宽度为1.62.0m，高度为1.151.65m之间。 （2） 面包车 面包车通常由小客车或轻型卡车的底盘改装而成，可乘 坐615人。 （3） 公共汽车 小型公共汽车通常有1525个座位，供短途运输用，其 车身长约为5.57.6m，宽为2.02.5m。中型公共汽车可 为二轴或三轴，车身长912m，宽2.42.6m，约有45个 座位。把半挂车固定地联结在二轴中型公共汽车上，便组 成铰接式公共汽车。其长度约为1618m，宽度为2.6m， 包括站立乘客在内约可容纳100人以上。 第3页/共63页 5 （4）卡车 卡车系指载货区和动力设备装在共同的车架上不能分开的货 车（图2-1(a)）。

3、卡车包括二轴四轮（轻型卡车）、二轴六轮、 三轴（双后轴）和四轴（三后轴）卡车四种。轻型卡车的总重 量般小于45kN，二轴六轮卡车的总重量大都在45180kN范 围内，而三轴和四轴卡车的总重量可高达260300kN。 （5） 组合式货车 组合式货车由牵引车或卡车同一个或多个挂车组合而成，可 总称为拖挂车。牵引车和挂车通过铰接方式联结时，彼此可相 对转动，因而也可称为铰接车。组合式货车的总重量一般可达 到400500 kN，通常用于长途运输。挂车有两种：后端有一 个轴或多个轴但前端无轴的半挂式，其前端放在牵引车的后端 上，并把一部分重量传给前面牵引车；前后各有一个轴或多个 轴的全挂式，由卡车或带半

4、挂车的牵引车拖带，但不把重量转 给前面。 第4页/共63页 6 第5页/共63页 7 轴距后悬前悬 第6页/共63页 8 2 车辆的重量 车辆的重量通过车轴和车轮传递给道路和桥梁结构物。 汽车前轴的轴型都为单轴，后轴的轴型可采用单轴、双联轴 或三联轴。前轴两侧的车轮都由单轮胎组成，而后轴两侧的 轮胎可由单轮胎或双轮胎组成。 车辆重量大小，主要影响到对道路和桥梁的结构承载能 力的要求。重量特性主要由车辆总重和轴重以及轴型和轮型 表征。车辆总重或轴重越大，对道路和桥梁结构承载能力的 要求越高，同时，在使用过程中对道路和桥梁的损坏越严重 ，因而，所建工程的造价（投资）和工程的运营（维护）费 用便越高

5、。为了兼顾道路建设和运营部门及道路使用者双方 的利益和便利，对道路上行驶车辆的总重和轴重的最高值进 行定量限制。 第7页/共63页 9 各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限 定。单轴最大允许轴重变动于80130kN；双联轴最大允许 轴重变动于140210kN；三联轴最大允许轴重变动于 180270 kN。卡车的最大允许总重变动于240400kN；半 挂式和全挂式货车的最大允许总重变动于360500kN。我 国公路部门规定的单轴最大允许轴重为60kN（每侧单轮胎 ）或100kN（每侧双轮胎），双联轴最大允许轴重为100kN （每侧单轮胎）或180kN（每侧双轮胎），三联轴最大允 许轴重

6、为120kN（每侧单轮胎）或220kN（每侧双轮胎）； 卡车和单拖挂货车的最大允许总重为400kN，双拖挂或三 拖挂货车的最大允许总重为460kN。 我国公路标准规定具体内容在路基路面课程中讲述。 第8页/共63页 10 3 汽车的构造 第9页/共63页 11 传动系、行驶系、转向系、制动系 发动机、离合器、变速箱、万向传动轴、差速器、车辆、驱 动轮、制动器等。 第10页/共63页 12 机械式传动系一般组成及布置示意图 传动系 第11页/共63页 13 传动系： 外特性曲线 燃料热能 活塞、曲 轴机械能 作功 第12页/共63页 14 传动系：作用： （1）保证起步时工作平稳。 （2）行进中

7、换挡。 （3）传动系不至于过载。 1-飞轮 2-从动盘 3-压盘 4-膜片弹簧 第13页/共63页 15 传动系：作用：减速增扭 第14页/共63页 16 传动系： 第15页/共63页 17 传动系： 第16页/共63页 18 n一、汽车的驱动力 n汽车的动力来源： n汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。 n在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和传 动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭矩驱动 汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力 ，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。 第17页/共63页 19 燃料热能活塞机械能产生有效功率P 曲轴 产生每分钟n的转速旋转 产生发动机曲轴

8、扭矩M 离合器变速器传动轴主传动器差速器等驱动轮 产生驱动轮扭矩MK 第18页/共63页 20 1、汽车的驱动力 功率(P)，发动机功率,单位千瓦(Kw)或马力（hp）, 1hp = 0.7457 kW. 扭矩(M),表征汽车牵引力的大小,单位牛顿.米或千克.米 , 1千克.米=9.8牛顿.米 燃油消耗(ge),发动机每小时产生每千瓦功率消耗的燃油 量，单位（克/千瓦/小时） 转速(n)，单位 转/分钟 有一个简单的公式可以表明功率、牵引力和速度的关系 ： 功率 （P)(牵引力)扭矩(M)速度(V) 第19页/共63页 21 发动机转速特性曲线（发动机转速特性曲线），油门全开 时称发动机外特性

9、曲线，否则称发动机部分负荷特性曲线 。 发动机外特性曲线 M n N n min n max n max P max M 汽油发动机外特性 第20页/共63页 22 n(1)发动机曲轴扭矩M 及发动机转速特性 )( 9549 kW nM P 9549 nM 1000 r2 60 n r M N T r M 第21页/共63页 23 n发动机转速特性经验公式： )()()( 3 3 2 21max kw n n n n n n PP NNN 功率 )()( )( 2 2 max max mNnn nn MM MM M MN N 扭距 式中：Mmax最大扭矩（Nm）； n MN最大功率所对应的扭矩

10、， n nN最大功率所对应的转速（r/min）； n nM最大扭矩所对应的转速(rmin)； N N n P M max 9549 第22页/共63页 24 (2)驱动轮扭矩Mk n ii n n k k 0 )h/km( nr 377. 0 1000 60n rr2V n 车速V与发电机转速关系： 第23页/共63页 25 (3) 汽车的驱动力 )N( V N 3600M V n 377. 0 r M r M T TT Tk 第24页/共63页 26 有关计算的汇总： (1)M和N的关系（公式2-1） (2)r和V的关系（公式2-5） nrn rnrV k 377. 0 1000 60 2

11、1000 60 2 V n r 377. 0 (3)T和V的关系（公式2-6,2-7） V nM r M r M T TTk 377. 0 T TT V P v n n P V nM T 36009549377. 0377. 0 第25页/共63页 27 2、汽车的行驶阻力 汽车在道路上行驶时须克服各种阻力，如滚动阻力、空气阻力 、坡度阻力、弯道阻力和惯性阻力等。这些阻力一方面与道路 的特性有关，如路面平整程度、坡度、弯道曲率半径等，另一 方面则随车辆的运行特性而变，如车辆总重、行驶速度、速度 变化速率、车身迎风面积和外廓线形等。 第26页/共63页 28 2 w vKA 2 1 R n式中：

12、K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； n 空气密度，一般=1.2258（Ns2m4）； n A汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2） ； n v汽车与空气的相对速度（ms），可近似地 取汽车的行驶速度。 第27页/共63页 29 (N) 15.21 KAV R 2 w 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。 第28页/共63页 30 n (2) 道路阻力 n道路阻力是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。 n（1）滚动阻力 n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。在柔性路面上汽车行驶

13、时汽车的不仅轮 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（路面支反力前移，与车轮重力形成 反向力矩）。另外，由于路面的不平整而造成轮胎震 动和撞击引起部分功率的消耗。 第29页/共63页 31 n 滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时 ，其值可用下式计算。 n RfGfcos n 由于坡道倾角一般较小，认为cos1，则 n Rf=Gf （N） n式中：Rf滚动阻力（N）； n G车辆总重力（N）； n f滚动阻力系数，它与路面类型、 轮胎结构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在 一定类型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面 状况有关的常数，见表2-4。 第30

14、页/共63页 32 n（2）坡度阻力 第31页/共63页 33 n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 第32页/共63页 34 n3惯性阻力 n平移质量的惯性力 n旋转质量的惯性力矩 a g G maR 1 I dt d IR 2I 汽车行驶速度变化（加速或减速）时，车辆受到运动惯性阻 力的作用。此惯性阻力是车辆重量及加速或减速速率的函数 。 第33页/共63页 35 惯性阻力计算： )N(a g G RI n式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数） 。 n l12ik2 n式中：1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一 般1=0.030

15、.05； n 2表示发动机飞轮惯性力的影响系数， 一般小客车2=0.050.07，载重汽车2=0.04 0.05； n ik变速箱的速比。 第34页/共63页 36 式中，Rm为车辆总行驶阻力。在车辆下坡或减速行 驶时，式中的坡度阻力或惯性阻力为负值。 由上述各项阻力的关系式可以看出，除空气阻力外 ，其它各项阻力均与车辆的总质量成正比；而除了坡 度阻力和惯性阻力外，其它各项阻力还与车辆的行驶 速度或速度平方成正比。因此，车辆总质量和行驶速 度是影响行驶阻力大小的两项最主要的因素。 IRw RRRR 综合上述各项阻力，车辆在路上的总行驶阻力为： 第35页/共63页 37 n三、汽车的运动方程式与

16、行驶条件 a g G ) if (G 15.21 KAV r M U 2 T 第36页/共63页 38 第37页/共63页 39 汽车行驶的充分条件： 第38页/共63页 40 驱动轮荷载； 附着力系数 即：同时满足 条件一：驱动力大于等于总阻力 K GF 条件二：驱动力小于等于附着力 FTR G 第39页/共63页 41 a g G ) if (GRT W 第40页/共63页 42 为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的 评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得 a g ) if ( G RT W G RT D W nD称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上 ，满载情况下，每单位

17、车重克服道路阻力和惯性阻 力的性能。 G15.21 KAV Gr UM G R G T D 2 TW 第41页/共63页 43 n 海拔荷载修正系数: a g ) if (D 第42页/共63页 44 n式中：海拔系数，见图2-5 n称为动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为 G G 第43页/共63页 45 n式中：海拔系数，见图2-5 第44页/共63页 46 第45页/共63页 47 二、汽车的行驶状态 a g ) if (D )D( g a 由 得 n 当=D时: a0 等速行驶 n 当D时： 减速行驶 0)( D g a 0)D( g a if 式中：道路阻力系数， 第46页/共63页

18、 48 第47页/共63页 49 max max nr377. 0 V n汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路 面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（ 即临界速度Vk）。 第48页/共63页 50 某档动力特性图 max D K V V max V max max 377. 0nr V 第49页/共63页 51 三、汽车的爬坡能力 2 22 Im 2 Im Im 1 1cos arcsin f fDfD axax ax a g ) if (D n汽车的爬坡能力：是指汽车在良好路面上等速行 驶时克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。 ， a=0，则 i=D-f 第50页/共63页

19、 52 四、汽车的加、减速行程 n设初速V1，终速V2，则 )0(vdv a 1 dsa 2 1 2 1 V V V V VdV a 1 12.96 1 vdv a 1 S 第51页/共63页 53 第四节汽车的行驶稳定性 第52页/共63页 54 n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部 因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向， 不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。 n 稳定性：纵向 n 横向 n表现：倾覆滑移 第53页/共63页 55 n纵向稳定性： 表现：倾覆 n 滑移（倒溜） 第54页/共63页 56 n横向稳定性： 表现：倾覆 n 滑移（侧滑） 第55页/共63页 5

20、7 倾覆： 滑移： g h l tgaii 2 00 G G tgaii k k G aGsin 第56页/共63页 58 n临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零 。 n Z1L - Gl2cos0 + Ghgsin0=0 n Z1L = Gl2cos0 - Ghgsin0=0 g 2 0 h l tg 1纵向倾覆 ： g 2 0 h l i 条件：匀速、 惯性阻力为0， 低速，忽略空 气阻力和滚动 阻力 第57页/共63页 59 n临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力 n GsinGk n因为sin tg= i，则纵向滑移临界状态 条件： G G tgi k n纵向滑移的极限状态倒溜发生条件： n GsinG n i = tg = n结论：当坡道倾角或道路纵坡度ii时， 汽车可能产生纵向滑移。 第58