بخشی از مقاله
خلاصه
به دست آوردن ضریب اصطکاک جانبی در قوس های افقی به ویژه در ترکیب شیب طولی و قوس افقی جهت طراحی جاده ها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. ضریب اصطکاک جانبی در حالت ترکیب قوس افقی و شیب طولی متفاوت از فرمول اصلی آشتو محاسبه می شود و ممکن است بیشتر یا کمتر محاسبه گردد. هدف مطالعه انجام شده - توسط یکی از مراکز علمی - به دست آوردن رابطه ی بین ضریب اصطکاک و شیب طولی در قوس های افقی در سه بعد و ارائه مدل های جدیدی برای تخمین ضریب اصطکاک جانبی برای وسایل نقلیه مختلف می باشد. روش مورد استفاده، شبیه سازی مسئله در نرم افزارهای CarSim و TrackSim ، سپس آنالیز رگرسیونی خطی روی نتایج بدست آمده با استفاده از نرم افزار SPSS و پس از آن ارائه مدل های خطی برای به دست آوردن ضریب اصطکاک جانبی است. سه نوع خودروی Sedan، SUV و کامیون دومحوره به همراه بار در نظر گرفته شدند. دو رفتار متفاوت شبیه سازی برای رانندگی در نظر گرفته شد. در یکی راننده قوس را با سرعت ثابت طی کرده - بدون ترمز - و در دیگری راننده وقتی از سرازیری عبور می کند، ترمز می گیرد. همچنین ضریب اصطکاک جانبی برای هر محور وسایل به طور مجزا مطالعه گردید. به علاوه ضریب اصطکاک جانبی در سرازیری و سربالایی برای انواع وسایل نقلیه بررسی گردید. به عنوان نتیجه مطالعات می توان ذکر کرد که ضرورت دارد مدل های ارائه شده در طراحی ضریب اصطکاک جانبی در راه های شهری و تجاری با توجه - به نوع وسیله غالب - مورد توجه طراح قرار گیرد و بحرانی ترین حالت در برای طراحی قوس در نظر گرفته شود.
کلمات کلیدی: ضریب اصطکاک جانبی، شیب طولی،ترمز، قوس افقی
1. مقدمه
براساس نتایج پژوهش های انجام شده قوس های افقی جز خطرناک جاده محسوب می شوند.[1] میزان تصادفات در قوس های افقی 1/5 تا 4برابر از بخش مستقیم بیشتر است - خصوصاً در شعاع های کمتر از 200 متر - .[3] قوس های افقی از دو جهت برای وسایل نقلیه خطر ایجاد می کنند: - 1 سر خوردن - لغزش - ؛ - 2 غلتیدن به سمت خارج قوس - واژگونی - .
خطر تصادف در قوس افقی وقتی در شیب طولی قرار می گیرد بیشتر می شود. لازم به ذکر است ترکیب قوس افقی و قوس قائم در طراحی راه هایی اعم از راه های کوهستانی یا تبادلات رخ می دهد..[15]
شیب های طولی - خصوصاً سرازیری ها - توزیع وزن بر روی تایرها را تغییر داده و در نتیجه عملکرد نیرو و شتاب وسیله نقلیه را طی حرکت به طور دینامیکی تحت تأثیر قرار می دهند و به همین علت شیب های طولی باعث افزایش ضریب اصطکاک جانبی لازم و کاهش ضریب اصطکاک جانبی موجود و درنتیجه کاهش ایمنی می گردند.[4]
ضریب اصطکاک جانبی، ضریب اصطکاک جانبی لازم نیز خوانده می شود که نشان دهنده اصطکاک جانبی لازم برای وسایط نقلیه است، لیکن اصطکاک جانبی موجود نشان دهنده ی ماکزیمم اصطکاک تایر وسیله با روسازی در حین عبور می باشد.[2] اختلاف بین اصطکاک جانبی موجود با اصطکاک جانبی لازم ، به عنوان حاشیه ایمنی شناخته می شود. اگر اصطکاک جانبی لازم بیشتر از اصطکاک جانبی موجود باشد - حاشیه ایمنی منفی باشد - ، وسیله نقلیه می لغزد - سر می خورد - .[ 4 ]
هیچ یک از آیین نامه های ارائه شده در حال حاضر شامل اثر شیب در طرح هندسی قوس های افقی نمی باشند. انجمن راه ها و اداره حمل ونقل آمریکا - آشتو - در "کتاب سبز" - آشتو - 2011 یک مدل "نقطه -متمرکز"برای معادلات اساسی قوس تنظیم کرد. محدودیت این مدل این است که نمی تواند نتایج جامعی از ضریب اصطکاک جانبی ارائه دهد. مثلاً این مدل برای قوس های افقی سه بعدی نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد یا نمی تواند توزیع نیروهای اعمال شده روی تایر ها را - جهت مشخص کردن ضریب اصطکاک جانبی - ، در نظر بگیرد در حالی که اصطکاک جانبی می تواند اختلاف زیادی بین محورها داشته باشد[14]؛
بنابراین بیشتر محققان اشاره داشته اند که مدل های بیان شده نیاز به آنالیز رفتار دینامیکی وسیله طی عبور دارند.[13]
در پژوهش انجام گرفته، اثر ترمز بر اصطکاک جانبی و همچنین اصطکاک جانبی برای هر محور وسیله جداگانه آنالیز می شود.[ 1] در مطالعه انجام شده 112 آزمایش شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت. این مطالعات با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی CarSim و TrackSim برای آنالیز دینامیکی رفتار وسایل در پاسخ به شرایط هندسی جاده ، انجام گردید.
2. مروری بر مطالعه های گذشته
در سال 1978 مطالعه ای روی اثر ترکیب شیب قائم و قوس افقی بر ایمنی صورت پذیرفت و نتیجه بر آن شد که شیب طولی اثر ناچیزی روی ضریب اصطکاک جانبی ارد و فرمول آشتو تقریباً مستقل از شیب طولی می باشد و معادله زیر برای تخمین اصطکاک جانبی در نظر گرفته شد:[5]
:G شیب طولی
:R شعاع قوس افقی - متر - :e دور - شیب عرضی -
:v سرعت متوسط - کیلومتر بر ساعت - :g شتاب جاذبه - متر بر مجذور ثانیه -
در سال 1994 اثر خیلی از فاکتور ها از قبیل شیب در تعیین مینیمم قوس افقی در نظر گرفته شدو نتیجه بر این شد که رابطه زیادی بین شعاع قوس افقی و شیب طولی وجود دارد. [13] شعاع حداقل قوس افقی باید در شیب طولی با
سرعت بالا، افزایش یابد. دو جدول برای ضریب اصطکاک جانبی در سربالایی تهیه شد. بر اساس آن ها وقتی وسیله به بالا حرکت می کند، نیروی افقی بیشتری به آن وارد می شود و انتظار ضریب اصطکاک افقی بیشتر را داریم. همچنین ضریب اصطکاک جانبی با شیب طولی رابطه معکوس دارد.
در سال 1988 هم ضریب اصطکاک جانبی موجود وسیله در قوس تعیین شد. بر این اساس قوس در سرازیری ایمن تر از سربالایی شناخته شد در حالی که نرخ تصادفات ضد این موضوع را نشان می داد.[16] بنابراین نتیجه این شد که عامل بحرانی در سرازیری ها ترمز است و تحقیقات بیشتری روی آنالیز اثر ترمز روی ضریب اصطکاک جانبی لازم باید انجام داد.
در سال 2000 میلادی یک سری ضریب اصطکاک جانبی ارائه شد. بر این اساس یک قوس افقی تند قرار گرفته در یک سرازیری بحرانی تر از سربالایی است چون راننده قصد ترمز گرفتن را دارد.[ 13 ] همچنین بیان شد که اصطکاک جانبی بستگی به سرعت، شعاع، نرخ تغییر دور، نوع وسیله وشیب جاده دارد.
در سال 2000 مدلی برای تخمین 85% ضریب اصطکاک جانبی براساس سرعت عملکردی و سرعت قوس ارائه شد. به علاوه تحقیقات مهمی انجام شد که نشان داد ضریب اصطکاک جانبی در شیب و قوس 15% بیشتر از مقدار پیش بینی شده در آشتو برای قوس های افقی می باشد.
3. روش تحقیق
-3-1 فرآیند شبیه سازی
این مطالعه توسط یکی از مراکز علمی صورت گرفته است و در آن دونوع مختلف سواری و یک نمونه کامیون در شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته است: Sedan کلاس E، Suv کلاسE وکامیون دو محوره به همراه بار 6789 کیلوگرم. عملکرد وسایل نقلیه تحت شرایط هندسی مختلف جاده و در سرعت های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفتند. سرعت های طراحی 40،70،100، و 130 کیلومتر در ساعت برای سواری و 40،70 و 100 کیلومتر در ساعت برای کامیون ها در نظر گرفته شدند. ماکزیمم نرخ دور 8 درصد درنظر گرفته شد و حداقل شعاع قوس های افقی مطابق فرمول اساسی آشتو برابر 41،168،394 و 832 متر - به ترتیب سرعت طراحی - در نظر گرفته شد. طول تأمین بر بلندی - - Lr برابر 65،41،52، و82 متر و طول حذف شیب مخالف - - Lt برابر 10/25 ،13 ،16/25 و 20/5 متر در نظر گرفته شد.
حداکثر ضریب اصطکاک جاده برای شبیه سازی ها 0/8 فرض شده است. در نهایت شیب های طولی -9%، -6% ، -3% ، 0، %3 ، 6% و %9 برای سواری ها و شیب های -6%، -%3،0، 3% و %6 برای کامیون ها در نظر گرفته شد. شیب 9 و -9% برای کامیون ها به خاطر سرعت کم کامیون ها در سربالایی و سرازیری در نظر گرفته نشد.
دونوع رفتار رانندگی در مطالعه تعریف شده است: در رفتار اول راننده قوس را با سرعت ثابت - بدون ترمز - طی می کند و در رفتار دوم راننده در سرازیری از ترمز استفاده می کند. رفتار اول - عدم استفاده از ترمز - می تواند نتایج مطلوبی را در سربالایی ها و سرازیری های خفیف بدهد اما این نوع رانندگی در سرازیری های تند غیر ممکن است چون راننده در سرازیری تند معمولاً از ترمز برای کنترل شتاب وسیله استفاده می کند. پس وضعیت دوم با شرایط ترمز به اندازه 1 مگاپاسکال و زمان عکس العمل ترمز 0/5 ثانیه در نظر گرفته شد.
