非牛頓流體減速帶對(duì)多限速道路的適應(yīng)性研究

江許情 梅桑

【摘要】現(xiàn)存的多數(shù)減速帶在保障基礎(chǔ)安全性能的前提下，無(wú)法更好地實(shí)現(xiàn)道路行駛中的舒適性和在不同限速道路的適用性。利用非牛頓流體“遇強(qiáng)則強(qiáng)，遇弱則弱”的特性，將其運(yùn)用于減速帶，既能保障安全性，也能給駕駛者帶來(lái)更好的體驗(yàn)感。經(jīng)研究，非牛頓流體粘度的相關(guān)性質(zhì)可以有效實(shí)現(xiàn)不同限速道路對(duì)于減速帶臨界剪切應(yīng)力的要求。

【關(guān)鍵詞】非牛頓流體減速帶；粘度；舒適性

減速帶是目前現(xiàn)存的一種性價(jià)比較高的有效限速設(shè)施，一定程度上大量減少了交通事故。據(jù)資料顯示，英國(guó)、日本等國(guó)家在道路設(shè)置減速帶以后，道路車速下降15km/h以上。我國(guó)設(shè)有多種形式的減速帶，目前多用于高等級(jí)公路特殊路段、特殊建筑周圍等，但是發(fā)展至今，減速帶所附帶的一系列負(fù)面問(wèn)題也越發(fā)凸顯，它使行車舒適性下降，車輛通過(guò)時(shí)，顛簸感嚴(yán)重，對(duì)于車身有較大的傷害，并有較嚴(yán)重的噪音污染現(xiàn)象，由此對(duì)于減速帶的改進(jìn)與優(yōu)化是發(fā)展可持續(xù)交通的重要組成部分。本文提出的非牛頓流體減速帶，作為一種新型減速裝置，在保證安全性的前提下，達(dá)到道路行駛更加舒適與環(huán)境友好的目的。

一、減速帶在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀分析

我國(guó)目前比較常見(jiàn)的減速帶有道釘減速帶、熱塑震動(dòng)減速標(biāo)線、水泥臺(tái)減速帶、路面凹形槽減速帶和駝峰式減速帶等，其中駝峰減速帶最為常見(jiàn)。還有幾種比較少見(jiàn)的減速裝置，例如車輛道路阻尼限速裝置、可變鋸齒形道路交通減速帶、反光減速拱等?，F(xiàn)有的普通減速帶可大致分為橡膠制和鑄鋼制兩種。其中橡膠減速帶減震性能強(qiáng)、抗壓性極好、壽命長(zhǎng)，對(duì)車磨損少且噪音相對(duì)較小。車輛通過(guò)時(shí)駕駛?cè)梭w驗(yàn)感良好，顛簸小。橡膠減速墊破損后，基本上不能在原位置重新修復(fù)或者安裝新的減速帶，而且舊安裝位置留下的螺釘對(duì)車輛輪胎磨損大，影響行人步行經(jīng)過(guò)的體驗(yàn)感，甚至存在安全隱患。

減速帶在歐洲、美國(guó)等一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家使用亦非常廣泛。英國(guó)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始便把駝峰減速路障陸續(xù)應(yīng)用于英國(guó)的部分公路事故多發(fā)路段，并取得了較好的效果，有效減少了交通事故的發(fā)生，是較早采用道路強(qiáng)制減速帶的國(guó)家之一。近年來(lái)，減速丘、新型瓦楞形減速帶等新形式的減速帶也相繼問(wèn)世。

隨著對(duì)減速帶重要作用的逐漸認(rèn)識(shí)，我國(guó)很多地區(qū)公路管理部門(mén)和維護(hù)單位也開(kāi)始大量使用減速帶對(duì)車速進(jìn)行強(qiáng)制控制，起到了預(yù)防交通事故的作用。就目前我國(guó)減速帶使用情況來(lái)看，減速帶對(duì)車輛損害較大，且具有較強(qiáng)的顛簸感，行人的出行舒適度下降，且減速帶壽命較短。近年來(lái)，一些國(guó)家也一直在探索新型減速裝置，而非牛頓流體減速裝置也是其研究重點(diǎn)對(duì)象之一。比如西班牙Badennove公司近期新推出的非牛頓流體減速帶，在普通減速帶有效控制車速的基礎(chǔ)上，有效地解決了減速帶造成的車身顛簸對(duì)于車身的損傷，并達(dá)到最終降低交通事故，逼迫機(jī)動(dòng)車減速的效果。而國(guó)內(nèi)目前對(duì)于非牛頓流體應(yīng)用于減速帶的實(shí)例還未出現(xiàn)過(guò)，因此，對(duì)于非牛頓流體減速帶的研究至關(guān)重要。

二、非牛頓流體減速帶原理

非牛頓流體減速帶的特性體現(xiàn)于非牛頓流體本身“遇強(qiáng)則強(qiáng)，遇弱則弱”的特性，其粘度不同于牛頓流體，會(huì)隨著剪切應(yīng)力的改變而改變。在達(dá)到臨界剪切速率下，該混合液瞬間凝固，堪比正常的混凝土減速帶，這恰好可以實(shí)現(xiàn)道路需求的強(qiáng)制性減速效果，然而，當(dāng)車輛以低速駛過(guò)時(shí)，其粘度則變化不大，不會(huì)產(chǎn)生突變，車輛行駛就像駛過(guò)液體一樣，不會(huì)產(chǎn)生顛簸感，行車舒適性提高，且避免了車輛顛簸對(duì)周圍產(chǎn)生的噪音污染。本文重點(diǎn)研究的問(wèn)題則是關(guān)于該減速帶的自適應(yīng)性問(wèn)題，研究表明，非牛頓流體制作材料，根據(jù)比例不同，可以達(dá)到不同的剪切速率下有不同的極限反應(yīng)粘度，而剪切速率由機(jī)動(dòng)車行駛經(jīng)過(guò)速度決定，因此通過(guò)不同比例濃度的材料混合，充分利用材料的性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)不同路段對(duì)于最高限速的要求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

三、非牛頓流體減速帶現(xiàn)狀

據(jù)資料顯示，近年來(lái)在非牛頓流體減速帶領(lǐng)域的創(chuàng)新研究層出不窮，大部分的研究思路是對(duì)現(xiàn)存減速帶不夠人性化的優(yōu)化。現(xiàn)存的非牛頓流體減速帶由于經(jīng)濟(jì)或技術(shù)問(wèn)題，多數(shù)都沒(méi)有投入大量生產(chǎn)與運(yùn)用，但其形式多樣，有基于非牛頓流體的可沉降減速帶，非牛頓流體可調(diào)式減速帶等，其核心都是將現(xiàn)有減速帶中的混凝土部分改成液態(tài)的非牛頓流體，以此降低車輛駛過(guò)減速帶時(shí)車輪抬起的高度，使行駛過(guò)程更加平順，增強(qiáng)駕駛員與乘坐者的舒適度，有效地減少噪音。但是在非牛頓流體材料的比例研究領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間，在具有不同限速的路段，通過(guò)具體探究非牛頓流體材料的成分配比與相應(yīng)臨界剪切應(yīng)力的關(guān)系，從而更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)減速帶的對(duì)口化、專一化，是我們問(wèn)題研究的關(guān)鍵。不同路段采用不同比例材料混合制成非牛頓流體，使其極限剪切應(yīng)力與該路段的限速相對(duì)應(yīng)，以更好地實(shí)現(xiàn)減速帶的人性化和能動(dòng)性。

四、結(jié)語(yǔ)

關(guān)于非牛頓流體材料的混合比例與臨界剪切應(yīng)力值的具體關(guān)系還有待深究，本文旨在通過(guò)材料濃度的不同配比，在原普通減速帶作用的基礎(chǔ)上提高駕車的舒適性，降低噪聲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)展可持續(xù)交通。

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