一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法转让专利
申请号 : CN202011104900.2
文献号 : CN112195697B
文献日 : 2022-02-15
发明人 : 王习进 , 谢春生 , 王刚 , 陈志峰 , 冯仲彬
申请人 : 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法,其特征在于:包括下述步骤,a、测量作为研究对象的风电场进场道路的弯道工点地形图;
b、基于实测的弯道工点平面图,以弯道转向圆心作为坐标原点O、以大件运输车辆进场方向(1)为Y轴正方向,以直圆点(2)位于X轴上为原则建立直角坐标系;
c、根据实测弯道工点平面图确定直线段道路宽度b(3),弯道实测外半径R外(4),弯道宽度b1(5)以及弯道转向角参数α0(6),圆直点(7);
d、根据风机大件尺寸确定半挂车控制宽度B1,后轴轴距L,牵引车牵引点的牵引半径R1;
假设大件外轮廓线与道路外边线重合,确定牵引车牵引点的牵引半径为:R1=R外‑B1/2;
e、建立平面坐标系内半挂车运动轨迹的函数迭代关系;
所述步骤e具体步骤如下:e1半挂车从坐标系第三象限直线驶入第四象限进行圆周运动,牵引车在进入第四象限圆周运动的任意i时刻,牵引车铰接牵引点A坐标为此时半挂车后轴中点B点坐标为 i时刻刚性杆AB与X轴夹角为αi,于是牵引点A点在坐标XOY中表示如下式:xAi=‑R1 cos(βi) (1)yAi=‑R1 sin(βi) (2)xBi=xAi‑cos(αi)l (3)yBi=yAi‑sin(αi)l (4)以牵引点绕圆心转动一个微小Δβ角度作为i+1时刻,根据半挂车转弯过程的原理,在i+1时刻,牵引点A的坐标为(xAi+1,yAi+1),半挂车后轴中心点B坐标记为(xBi+1,yBi+1),有以下关系:
yBi+1=(xBi+1‑xAi)tan(αi)+yAi (5)
2 2 2
(xAi+1‑xBi+1) +(yAi+1‑yBi+1) =l (6)根据B点运动规律,有边界条件|xAi|<|xBi+1|<|xBi|或|xBi|<|xBi+1|<|xAi|根据以上两式以及边界条件推导出:将xBi+1代入式(5)得到yBi+1;
下一个步长
根据以上两个步长间的关系,赋予初始β值,根据进场路弯道实测外半径R外以及半挂车控制宽度B1,即可得到牵引点牵引半径R1,给定连续步长Δβ依次迭代,即可得到半挂车最后一排后轴中点B在牵引车进入圆曲线后的轨迹坐标;
R1为牵引车牵引点的牵引半径;
β为牵引点与圆心的连线与x轴的夹角;
α为半挂车简化刚性杆AB与x轴的夹角;
l为半挂车牵引点至最后一排后轮中点的距离;
k为进场路弯道出口直线段在XOY坐标系中的斜率;
输入牵引点初始坐标 为(R1,0),初始β为0°,初始α为90°,给定初始迭代步长Δβ,进行迭代计算,由式(1)(2)计算出牵引点 由半挂车牵引点至最后一排后轮中点的距离l以及代入初始α0由式(7)、式(5)计算挂车后轴中点继而由式(8)计算α1,然后进入下一个迭代步骤,依次计算得到半挂车后轴中点在坐标系内的运动轨迹坐标;
e2牵引点A驶出弯道后直线行驶阶段:在牵引车驶出圆曲线后,以弯道出口牵引点A轨迹由圆曲线转为直线处交点作为初始坐标 牵引点A直线运动的斜率为一常数k,设定直线段牵引步长Δx,牵引点A运动满足以下关系:xAi+1=xAi+Δx (9)yAi+1=yAi+kΔx (10)在A点牵引下后轴中点B与A的相对关系仍满足式(5)、式(7)和式(8),给定迭代步长Δx,得到B点在A点直线牵引下的轨迹坐标f、减小迭代步长试算,步上设置为上一次试算步长的一半,重复e步骤的计算结果,将计算的B点坐标连续导入CAD生成B点轨迹多线段,当每两次计算生成的多线段最大间距小于0.1m时,认为上一次迭代步长计算的结果满足工程精度要求;
g、由步骤f生成的B点轨迹多线段通过CAD的偏移命令得到半挂车上任一点的轨迹,通过半挂车外轮廓轨迹线与进场路的平面边界判断半挂车的通过性,若半挂车外轮廓轨迹线位于弯道内侧边线以内,则判断通过;若半挂车外轮廓轨迹线位于弯道内侧边线以外,则判断通过性不满足要求,需要对弯道内侧进行加宽处理;
h、由步骤g判断通过性不满足要求的弯道,在弯道加宽净区域增加0.5~2.0m的宽度进行改造设计,然后重复步骤g进行通过性判断,直到满足通过性要求。
说明书 :
一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法
技术领域
背景技术
场址基本位于河谷、高山地带。随着西南地区高海拔山区风电场核准建设的推进,道路运输
条件成为山区风电场发展的制约因素,山区地形崎岖不平,坡陡弯急,风机大件运输是山区
风电场建设中的一个瓶颈难题。
向灵活,轴距较大的半挂车进行运输,一些后托式运载叶片的半挂车甚至长达30多米,挂车
越长,牵引车与挂车后轮内轮差越大,就需要更大的弯道内侧加宽值。进场路通常需要借用
现有的一些道路进行改造,山区既有道路通常是四级以及更低标准的道路,弯道半径较小、
转弯宽度远远不满足大件运输半挂车的运输要求,需要对弯道进行加宽改造,由于山区地
形较陡,改造工程量较大,风电场进场道路在山区风电场的建设中是重要的制约因素,相比
沿海及平原地区占据总投资的比例较大。
机大件属于超长设备,风电场进场道路属于特殊道路范畴,目前国内没有直接可以参照的
规范,没有具体的弯道设计指标可供参考。
路最小转弯半径不小于50米,这样的指标适用于平原地区,不适用于山区运输的实际情况。
机运输过程中局部弯道不满足运输要求需要进行二次改造的情况,影响运输效率。部分学
者对半挂车转向进行分析,计算出了半挂车转向进入稳态转向时的最大通道宽度,采用该
指标指导弯道加宽设计有两点弊端:第一对于转向角不大的弯道,半挂车转向并未进入稳
态阶段,采用统一的稳态指标会导致加宽值过大,出现设计富余量过大,增加改造投资;第
二对于进入稳态转向的弯道,该方法无法解决从现有路宽到最大加宽值应该如何过渡的问
题。
发明内容
改造设计,提高设计效率,保障风机大件运输的顺畅,保证大件运输环节的工期,降低工程
造价,节省项目投资。
距小于0.1m时,认为上一次迭代步长计算的结果满足工程精度要求;
侧边线以内,则判断通过;若半挂车外轮廓轨迹线位于弯道内侧边线以外,则判断通过性不
满足要求,需要对弯道内侧进行加宽处理;
任意i时刻,牵引车铰接牵引点A坐标为 此时半挂车后轴中点B点坐标为
i时刻刚性杆AB与X轴夹角为αi,于是牵引点A点在坐标XOY中表示
如下式:
yBi+1),有以下关系:
次迭代,即可得到半挂车最后一排后轮中点在牵引车进入圆曲线后的轨迹坐标;
轴距l以及代入初始α0由式(7)、式(5)计算挂车后轴中点 继而由式
(8)计算α1,然后进入下一个迭代步骤,依次计算
得到挂车后轴中点在坐标系内的运动轨迹坐标;
常数k,设定直线段牵引步长Δx,牵引点A运动满足以下关系:
行驶轨迹可直观对进场路弯道通过性进行判断,能为通过性不满足的弯道改造设计提供直
观、准确的参考标准,避免以往设计中出现二次改造或者设计尺度过大的情况,提高了设计
效率以及设计成果的准确性,同时也保障了风机大件的畅通运输,提高了运输效率,保证风
机大件运输环节的工期,同时减少了山区进场路改造的工程量,降低了工程造价,节省了工
程投资,具有较高的经济和社会效益。
变的风机的大件参数及运输车辆参数,具有普适性,可在山区风电场进场道路弯道通过性
判断及设计改造技术领域广泛推广应用。
附图说明:
点、B1‑半挂车控制宽度(运输大件宽度大于车身宽度时取运输大件宽度)、L‑半挂车轴距、
8‑牵引点A圆周运动阶段轨迹线、9‑牵引点A直线运动阶段轨迹线、10‑牵引点A圆周运动阶
段B点的轨迹线、11‑牵引点A驶出弯道直线运动阶段B点的轨迹线、12‑通过偏移生成大件运
输半挂车转向过程内侧外轮廓线、13‑弯道工点内侧道路边线、14‑大件运输半挂车转向过
程内侧外轮廓线超出弯道工点内侧道路边线的区域,即净加宽区、15‑在大件运输半挂车转
向过程内侧外轮廓线基础上偏移富余安全距离(0.5m~2.0m)后生成的轮廓线、16‑大件运
输半挂车转向过程内侧外轮廓线偏移安全距离后超出弯道工点内侧道路边线的区域,即为
设计加宽区。
后轴中点。
具体实施方式
距小于0.1m时,认为上一次迭代步长计算的结果满足工程精度要求;
侧边线以内,则判断通过;若半挂车外轮廓轨迹线位于弯道内侧边线以外,则判断通过性不
满足要求,需要对弯道内侧进行加宽处理;
此时半挂车后轴中点B点坐标为 i时刻刚性
杆AB与X轴夹角为αi,于是牵引点A点在坐标XOY中表示如下式:
yBi+1),有以下关系:
次迭代,即可得到半挂车最后一排后轮中点在牵引车进入圆曲线后的轨迹坐标;
轴距l以及代入初始α0由式(7)、式(5)计算挂车后轴中点 继而由式
(8)计算α1,然后进入下一个迭代步骤,依次计算
得到挂车后轴中点在坐标系内的运动轨迹坐标;
常数k,设定直线段牵引步长Δx,牵引点A运动满足以下关系:
3‑道路宽度b,4‑弯道外半径R外,5‑弯道宽度b1,6‑弯道转向角α0,7‑圆直点。该工点3‑道路宽
度b为四级路标准宽度6.5m,弯道外半径R外为25m,弯道宽度b1为8.3m,转向角α0为120°。
R外‑B1*1/2为22.85m。
点B在牵引点A驶入弯道进行圆周运动时刚体AB的运动;第二阶段是牵引点A驶出弯道直线
行驶条件下刚体AB的运动。进而在标准坐标系内可简化为半挂车牵引点A从坐标系第三象
限直线驶入第四象限进行圆周运动最后再直线驶出的过程。
驶阶段牵引点A与半挂车后轴中点B的相对运动关系满足式(5)、式(7)、式(8)、式(9)、式
(10)。
Δβ(试算采用1°),进行迭代计算,由式(1)(2)计算出牵引点 由
后轴距l以及代入初始α0由式(7)(5)可计算挂车后轴中点 继而由
式(8)计算α1,然后进入下一个迭代步骤,依次计算
即可得到挂车后轴中点在坐标系内的运动轨迹坐
标。
点A直线运动的斜率为一常数k,附图工点k为‑0.5774,设定直线段牵引步长Δx,牵引点A运
动满足式(9)、(10),在A点牵引下后轴中点B与A的相对关系仍满足式(5)(7)(8),给定迭代
步长Δx,(初始试算步长可设置为0.5m),可以得到B点在A点直线牵引下的轨迹坐标
批量输入CAD得到B点的多线段轨
迹线,当相邻迭代步长B点轨迹多线段间距小于0.1m时视为计算精度满足要求。如图5为迭
代步长Δβ等于0.5°时的轨迹线(10),与迭代步长为1°时生成的轨迹线最大间距为0.076m,
满足精度要求。
批量输入CAD得到B点的多线段轨
迹线,当相邻迭代步长B点轨迹多线段间距小于0.1m时视为计算精度满足要求。如图5为迭
代步长Δx等于0.25m时的轨迹线(11),与迭代步长为Δx等于0.5m时生成的轨迹线最大间
距为0.082m,满足精度要求。
件塔筒的外轮廓为控制因素,对以上第5、6步生成的轨迹线进行偏移,可生成大件运输半挂
车内侧外轮廓线(12)。由该轮廓线位于道路内侧边线以外判定该弯道工点不满足大件运输
通过性要求,需进行加宽设计。
(15)偏移轨迹线超出道路内边线(13)的区域为设计加宽区域(16)。如图可见该加宽区为平
滑渐变的加宽区,在预留1.0m作为富余宽度的条件下,设计加宽区域最大径向加宽宽度为
4.5m,最大加宽宽度在靠出口侧。
发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。