508
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Воронежская государственная лесотехническая академия
Сухопутный транспорт леса Проектирование переходных кривых и зон плитного покрытия
колесопровода на лесовозных автомобильных дорогах
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 250301 – Лесоинженерное дело
Воронеж 2004
2
УДК 630*37
Курьянов В.К. Проектирование переходных кривых и зон плитного покрытия колесопровода на лесовозных автомобильных дорогах: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Сухопутный транспорт леса» для студентов специальности 250301 – Лесоинженерное дело / В.К. Курьянов, В.Н. Харин, Д.В. Щекалев Е.А. Аникеев, - Воронеж. гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 2004. – 20 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Рецензент |
профессор кафедры транспорта леса и инженерной |
|
геодезии ВГЛТА В.Н. Макеев |
Ответственный редактор |
заведующий кафедрой вычислительной техники |
|
ВГЛТА, д-р техн. наук, проф. В.Е. Межов |
3
Цель работы
Целью данной лабораторной работы является ознакомление с принципами проектирования трассы переходной кривой и зон плитного покрытия колесопровода лесовозных автомобильных дорог (ЛАД), на основе гладкой составной многоцентровой кривой (ГСМК), учитывая особенности рельефа и ландшафта местности, а также приобретение практических навыков по их расчету вручную и с использованием ЭВМ.
Задание по лабораторной работе
Ознакомиться с методикой проектирования трассы переходной кривой, на основе гладкой составной многоцентровой кривой (ГСМК) и зон плитного покрытия колесопровода лесовозных автомобильных дорог.
Экспериментально исследовать (с помощью ЭВМ) и построить в масштабе по данным, полученным в результате работы программы, трассу переходной кривой и зоны колейного покрытия криволинейного участка лесовозной автомобильной дороги, выбрав по заданию преподавателя один из вариантов таблицы 1.
1. Теоретическое введение
При проектировании лесовозных автомобильных дорог любого типа необходимо учитывать специфические особенности ландшафта места вывозки древесины. Такие, как наличие болот, географические особенности рельефа местности, глинистые участки, площадь которых в отдельных районах колеблется в пределах 1/3 от общей лесистой территории, большое количество пней, корней и т.д.
Совокупность данных ограничивающих факторов является причиной устройства значительного числа криволинейных участков, с преимущественно малыми радиусами. На их преодоление затрачивается достаточно большое количество времени, и осуществляется оно, как правило, на пониженных скоростях.
Повороты также представляют собой один из наиболее опасных участков трассы, поскольку при движении по ним проявляется действие центробежных сил, выталкивающих движущийся по кривой транспорт в сторону от центра криволинейного участка. Торможение в повороте может привести к складыванию элементов автопоезда, что может стать причиной аварии.
4
В настоящее время проектирование криволинейных участков производится с образованием элементов виража и отгона виража, обеспечивающих сопряжение криволинейных участков движения с прямолинейными. Замена в плане виража и его отгонов на составной вираж, составленный из сопрягаемых дуг окружностей разных радиусов, помогает более строго решать задачу учета действия центробежных сил на всем протяжении составного виража.
Для оптимизации ряда факторов, определяющих эффективность использования сухопутного транспорта леса при вывозке древесины, на криволинейных участках лесовозных автомобильных дорог в качестве переходной кривой была выбрана гладкая составная многоцентровая кривая (ГСМК) (рис 1). Она представляет собой кривую, состоящую из дуг окружностей разного радиуса, таких, что переход от предыдущей к последующей будет образовывать ступеньку небольшой высоты h<ε. Таким образом можно построить составной вираж, состоящий из сопрягаемых дуг окружностей разных радиусов. Высота ε выбирается из условия соответствия естественным дефектам дорожного покрытия (не более 1-2 см). Наиболее приемлемым способом построения ГСМК является равнохордовый, суть которого заключается в том, что все хорды секторов составного виража равны между собой и постоянны.
5
R – радиус сектора гладкой составной многоцентровой кривой;
U - длина хорды сектора гладкой составной многоцентровой кривой;
C – длина дуги сектора гладкой составной многоцентровой кривой;
γ – величина центрального угла сектора гладкой составной многоцентровой кривой.
Рисунок 1 - Иллюстрация к равнохордовому алгоритму Проектирование поворотов начинается с построения упрощенной модели
в виде трассы – кривой, представляющей собой геометрическую ось дороги, расположенную посередине плоскости, соединяющей бровки земляного полотна
6
(бровка – линия сопряжения откосов и поверхности земляного полотна дороги). Как правило, криволинейный участок в плане представляется двумя симметричными кривыми - ГСМК. На рисунке 2 представлены три возможных варианта сходимости данных кривых, в зависимости от поставленных начальных условий. Зоны колейного покрытия располагаются симметрично трассе, по обе ее стороны. В качестве примера рассмотрим способ устройства трассы переходной кривой для дороги с односторонним движением.
Вначале необходимо сформировать набор радиусов ГСМК таким образом, чтобы разность суммы центральных углов секторов ГСМК и половины величины
i |
− α = 0 . Разработанный для этой |
угла поворота трассы была равна нулю, т.е. ∑γ i |
|
i=1 |
2 |
цели алгоритм № 1 - формирование расчетных элементов ГСМК – представлен ниже. Для определения основных элементов ГСМК (тангенса, биссектрисы, длины, координат конечных точек радиусов ГСМК) и местоположения зон колейного покрытия используются алгоритмы №2 и №3.
2. Формирование расчетных элементов ГСМК
Входным вектором параметров, необходимых для определения величин расчетных элементов ГСМК, является:
-Скорость движения v, км/ч;
-Поперечное сопротивление µ;
-Разница высот соседних векторов h, рекомендуется назначать в пределах 0.01 м;
-Продольный уклон iпрод, ‰, определяет величину хорды сектора ГСМК (Ui = h / iпрод);
-Ширина проезжей части t, м;
7
|
i |
− α = 0 ; |
а - вариант сходимости ГСМК, когда |
∑γ i |
|
|
i=1 |
2 |
|
i |
− α < 0 ; |
б - вариант сходимости ГСМК, когда |
∑γ i |
|
|
i=1 |
2 |
|
i |
− α > 0 . |
в - вариант сходимости ГСМК, когда |
∑γ i |
|
|
i=1 |
2 |
Рисунок 2 – Варианты сходимости ГСМК
8
-Радиус кольцевого сектора Rk, м;
-Угол поворота трассы α, град;
1. На основе равнохордового алгоритма построения гладкой составной многоцентровой кривой вычисляется первоначальный набор радиусов ГСМК.
i
2.Определяется сумма центральных углов секторов ∑γ i ГСМК.
i=1
3. Если условие сходимости двух веток ГСМК выполняется, т.е.
∑γ i |
− α = 0 , |
i |
|
i=1 |
2 |
то пункт 7.
|
i |
− α < 0 |
|
|
4. |
Если ∑γ i |
(рисунок 2б), то значение кругового радиуса необходимо |
||
|
i=1 |
2 |
|
|
|
|
|
i |
− α = 0 , затем выполняется |
увеличивать с заданным шагом до тех пор, пока ∑γ i |
||||
|
|
|
i=1 |
2 |
пункт 7. |
|
|
|
|
|
i |
− α > 0 |
|
|
5. |
Если ∑γ i |
(рисунок 2в), то к первоначальному набору секторов до- |
||
|
i=1 |
2 |
|
|
бавляются новые сектора, величины радиусов которых равны значению кругового радиуса, а величины центральных углов – значению центрального угла последнего сектора ГСМК.
6. Увеличение количества секторов продолжается до тех пор, пока
i |
− α < 0 , затем пункт 4. |
∑γ i |
|
i=1 |
2 |
7. Выполняется процедура формирования окончательной таблицы расчетных элементов ГСМК, с сортировкой радиусов по убыванию величин.
3. Моделирование трассы переходной кривой на основе гладкой составной многоцентровой кривой
Входным вектором параметров, необходимых для определения координат конечных точек радиусов и величин основных элементов ГСМК:
-Данные сформированной таблицы расчетных элементов ГСМК;
-Угол поворота трассы α.
1.Координаты конечных точек радиусов гладкой составной многоцентровой кривой Xк и Yк определяются по формуле
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
γ |
|
|
i−1 |
|
(1) |
||
Xк |
= U |
|
sin |
|
|
к |
+ ∑γ i |
+ Xi−1 |
|||
к |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
i=1 |
|
|
||
|
|
|
γ |
|
|
|
i−1 |
|
(2) |
||
Yк |
= Uк |
cos |
|
|
к |
+ ∑γ i |
+ Yi−1 |
||||
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|||
2. Координаты i – х точек радиусов гладкой составной многоцентровой кривой Xi и Yi определяются по формуле
|
|
|
γ |
i |
i−1 |
|
|
Xi |
= Ui |
sin |
|
+ ∑γ i |
|
+ Xi−1 |
|
|
|
||||||
|
|
2 |
i=1 |
|
|
||
|
|
|
γ |
i |
i−1 |
|
|
Yi |
= Ui |
cos |
|
+ ∑γ i |
|
+ Yi−1 |
|
|
|
||||||
|
|
2 |
i=1 |
|
|
||
3.Вычисляем значение тангенса Т
Т= Y + Xк
кtg 90o − α
2
4.Определяем величину биссектрисы Б
Б = |
|
Xк |
|
|
||
|
90 |
o |
− |
α |
||
|
||||||
|
sin |
|
|
|||
|
|
|
|
|
2 |
|
(3)
(4)
(5)
(6)
10
i
∑γ i - сумма центральных углов;
i=1
Xk, Yk – координаты конечной точки i – го радиуса; АО – длина ГСМК (КГСМК); Т – тангенс ГСМК; Б – биссектриса ГСМК;
Рисунок 3 - Иллюстрация к алгоритму построения трассы переходной кривой на основе ГСМК
5.Вычисляем длину КГСМК гладкой составной многоцентровой кривой
i |
− α |
i |
− α < 0 ) |
по формуле (случай, когда ∑γ i |
= 0 или ∑γ i |
||
i=1 |
2 |
i=1 |
2 |