朱元東
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴陽 550081)
淺析公路連續(xù)長下坡溫控計算
朱元東
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司貴陽550081)
摘要公路設(shè)計和實際運營中連續(xù)長下坡的路段屢見不鮮,由此產(chǎn)生的交通及安全問題越來越多地被重視和研究。文中就設(shè)計和運營等方面提出有關(guān)公路長下坡與汽車制動器溫度控制等問題。通過一些簡單的試驗和有關(guān)文獻(xiàn)資料中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析和計算,總結(jié)提出公路長下坡路段坡長與制動器溫度的理論計算關(guān)系。
關(guān)鍵詞長下坡模型(汽車運營)溫度控制計算
1連續(xù)長下坡的概念
連續(xù)長下坡即為路線縱面高程持續(xù)降低,汽車行駛過程中,勢能持續(xù)降低。在高速公路上,由于路線平縱橫標(biāo)準(zhǔn)較高,且視距良好,駕駛?cè)藛T一般會根據(jù)車輛狀況、駕駛技術(shù)選擇適當(dāng)?shù)倪\營速度勻速行駛。因此,在連續(xù)長下坡路段,汽車的運營速度就要由檔位和剎車來控制。汽車下坡過程中,勢能轉(zhuǎn)換,如要保持勻速行駛,則須要有摩阻力作功產(chǎn)生熱能來抵消多余的勢能。而熱能的產(chǎn)生又會使制動器溫度升高,當(dāng)升高至一定溫度時,則會使剎車性能降低,并可能由此造成交通事故。因此,需要根據(jù)公路等級,合理設(shè)計縱坡形式,利用下坡路段的縱面,結(jié)合駕駛?cè)藛T的行駛習(xí)慣,有效控制下坡路段汽車剎車片的溫度,減少由此造成的交通事故,提高公路安全運營。
2制動器溫度控制
當(dāng)制動器溫度升高至一定溫度時,會使剎車性能降低,甚至失靈,這是下坡路段造成交通事故的主要原因。因此,高速公路除設(shè)置限速標(biāo)志外,還應(yīng)警示“連續(xù)下坡、禁止空檔滑行”,以避免產(chǎn)生長時間的剎車,使制動器溫度持續(xù)升高。
2.1溫度上升計算
溫度上升計算,采取從規(guī)范、條文說明及設(shè)計細(xì)則的一些統(tǒng)計數(shù)值中摘取相關(guān)數(shù)據(jù),從汽車行駛安全(最高溫度控制在安全范圍內(nèi))角度考慮,進(jìn)行統(tǒng)計分析研究后,求得相對應(yīng)的有關(guān)縱坡值、縱坡長度與溫度上升的比值系數(shù)。
2.2溫度下降計算
2.2.1模型
從材料特性考慮,經(jīng)簡單的研究試驗后確定溫度下降模型。模型前題條件為:200 ℃時降溫為4 ℃/s,40 ℃時為0.1 ℃/s。最低不低于40 ℃(最不利情況)。
2.2.2任意溫度時的溫度下降速度
任意溫度時的溫度下降速度(等比):
tn(4-0.1)/(200-40)-0.875
2.2.3公式推導(dǎo)
設(shè)原始溫度為t。1s后溫度為t1:
t1= t0-t0(4-0.1)/(200-40)+0.875=
t1(1-(4-0.1)/(200-40))+0.875=
t0K+0.875
公式以后設(shè):(1-(4-0.1)/(200-40))=K=0.975 625,顯然K值隨模型條件的改變而改變。
2s后溫度為t2:
t2= t1-t1(4-0.1)/(200-40)+0.875=
t1(1-(4-0.1)/(200-40))+0.875=
(t0K+0.875)K+0.875=
t0K2+0.875K+0.875
3s后溫度為t3:
t3= t2-t2(4-0.1)/(200-40)+0.875=
(t0K2+0.875 K+0.875)K+0.875=
t0K3+0.875 K2+0.875 K+0.875
Ns后溫度為tn:
tn= t0Kn+0.875 Kn-1…+
0.875 K+0.875
tn=t0Kn+0.875Kn-1/(K-1)
2.2.4研究剎車溫度下降的應(yīng)用
在長下坡路段,為保證汽車在勻速狀態(tài)下行駛,駕駛?cè)藛T須根據(jù)公路的具體情況(等級、基本路況、即時路況等),結(jié)合本身的的條件(車況、個人駕駛技術(shù)等)確定行車路段的行駛速度。而在長下坡路段,為保證以認(rèn)為安全的行駛速度勻速行駛,駕駛?cè)藛T須經(jīng)常踩剎車以保證勻速行駛。經(jīng)常踩剎車勢必引起剎車片溫度升高,而剎車片溫度升高到一定溫度時,則會造成剎車失靈現(xiàn)象。為避免剎車失靈,避免由此造成的交通事故,須控制下坡路段的剎車溫度。研究降低剎車片溫度下降,控制剎車片溫度在有效的剎車效果范圍內(nèi),顯得更加重要。
在公路相關(guān)規(guī)范中,基于一些統(tǒng)計數(shù)據(jù),已對長下坡路段剎車片溫度的升高作了相應(yīng)的描述,本文著重研究剎車片溫度下降。下面以實例來研究對比某高速公路長下坡路段的剎車片溫度的計算。見表1。
表1 汽車下坡剎車溫度計算
表1中第(1)種制動器溫度模擬檢驗:根據(jù)《貴州省高速公路安全性設(shè)計手冊》[1],參照國內(nèi)有關(guān)貨車剎車溫度計算的主要研究成果“西部項目“連續(xù)長大下坡路段安全保障技研究”中提出的溫升模型…”。貨車溫升計算模型公式:t=-383.76+158.76ln(I)+74.70ln(v)+82.27ln(L),公式中參數(shù)為:下坡坡度I %、車輛下坡速度v(km/h)和距坡頂距離L(km)。
表1中第(2)種制動器溫度模擬檢驗:根據(jù)本文提出的計算模型,其中某些數(shù)據(jù)源于《公路路線設(shè)計細(xì)則》[2]對避險車道設(shè)置間距的要求。
研究比較:
(1) 第(1)種模擬計算,在變坡點11 230位置,剎車片溫度為負(fù)值,這是永遠(yuǎn)不可能的情況,說明模型在此存在不適宜等問題。
(2) 第(1)種模擬計算,在變坡點13 760~14 812之間,按80km/h的速度下坡行駛需47s,可測試一下,當(dāng)剎車片處于180 ℃高溫時,在空氣中暴露47s后,其溫度僅降1 ℃。這種情況也是不可能的,只能說明模型計算存在問題。
收稿日期:2014-09-30
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.030