Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 72, Số 8 (10/2021), 850 865 850 Transport and Communications Science Journal DEVELOPING A PROGRAM TO CALCULATE THE SPEED AND THE OPERATION TIME OF A TRAIN ON V[.]
Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (10/2021), 850-865 Transport and Communications Science Journal DEVELOPING A PROGRAM TO CALCULATE THE SPEED AND THE OPERATION TIME OF A TRAIN ON VIETNAM RAILWAYS Do Duc Tuan*, Nguyen Duc Toan University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 09/03/2021 Revised: 26/06/2021 Accepted: 10/07/2021 Published online: 15/10/2021 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.8.1 * Corresponding author Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: +84913905814 Abstract: In calculating the train traction, after solving problems of determining and testing the mass of trains, building charts of resultant force units, and calculating the train brake, the final problem is calculating the speed and operating time of trains on sections or routes Because of the diversity of train types, the calculation volume is quite massive, takes a lot of time when using traditional methods Therefore, based on the known theory, a computer program for calculating the speed and operating time of trains applied to the Vietnamese railway industry has been developed by the Java programming language The program has functions of drawing V = f (S ) , t = f (S ) charts in run-out, traction, and braking operating modes for all types of trains on any sections or routes The program also allows computing quickly, flexibly, and conveniently with various train formation options Keywords: calculation program, operating speed, operating time, operating chart, Vietnam Railways © 2021 University of Transport and Communications 850 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (10/2021), 850-865 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN VẬN HÀNH CỦA ĐOÀN TÀU TRÊN ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM Đỗ Đức Tuấn*, Nguyễn Đức Toàn Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 09/03/2021 Ngày nhận sửa: 26/06/2021 Ngày chấp nhận đăng: 10/07/2021 Ngày xuất Online: 15/10/2021 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.8.1 * Tác giả liên hệ Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: +84913905814 Tóm tắt: Trong q trình tính tốn sức kéo đoàn tàu đường sắt, sau giải toán xác định kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu, xây dựng biểu đồ hợp lực đơn vị tính tốn hãm đồn tàu, tốn cuối đặt tính tốn vận tốc thời gian vận hành đoàn tàu khu gian tuyến đường Do tính đa dạng loại đồn tàu, nên khối lượng tính tốn lớn, chiếm nhiều thời gian tiến hành phương thức thủ công truyền thống Vì vậy, sở lý thuyết biết, ngơn ngữ lập trình Java tiến hành xây dựng chương trình tính tốn vận tốc thời gian vận hành đoàn tàu áp dụng cho ngành đường sắt Việt Nam Chương trình có chức vẽ biểu đồ V = f (S ) t = f (S ) chế độ vận hành chạy đà, kéo hãm cho loại đoàn tàu khu gian tuyến đường Chương trình cho phép tăng nhanh tốc độ, đảm bảo tính linh hoạt thuận tiện q trình tính toán với phương án lập tàu khác Từ khóa: chương trình tính tốn, tốc độ vận hành, thời gian vận hành, biểu đồ vận hành, đường sắt Việt Nam © 2021 Trường Đại học Giao thơng vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Một nội dung tốn tính tốn sức kéo đồn tàu đường sắt, tính tốn tốc độ, thời gian biểu đồ vận hành đoàn tàu khu gian tuyến đường Trên thực tế, đoàn tàu khách tàu hàng có thành phần đa dạng, cấu thành từ nhiều loại toa xe 851 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 72, Số (10/2021), 850-865 khác kéo loại đầu máy khác Việc tiến hành tính tốn theo nội dung nói cho loại đồn tàu khác cơng việc có khối lượng lớn, chiếm nhiều thời gian tiến hành phương thức thủ công truyền thống Để rút ngắn thời gian, đảm bảo tính linh hoạt thuận tiện q trình tính tốn với phương án lập tàu khác nhau, cần xây dựng chương trình tính tốn tổng hợp nhằm đáp ứng yêu cầu đặt Chương trình cho phép quy đổi mặt cắt dọc tuyến đường, xác định cách định lượng tốc độ kỹ thuật, thời gian chạy biểu đồ tốc độ vận hành V = f (S ) , biểu đồ thời gian vận hành t = f (S ) đoàn tàu khu gian tuyến đường kể trắc dọc thực tế trắc dọc quy đổi CƠ SỞ TÍNH TỐN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN VẬN HÀNH CỦA ĐOÀN TÀU 2.1 Quy đổi (nắn thẳng) trắc dọc tuyến đường Khi tính tốn tốc độ thời gian vận hành đoàn tàu vẽ đồ thị tốc độ đoàn tàu V = f ( S ) thời gian vận hành khu gian t = f ( S ) , cần quy đổi (nắn thẳng) trắc dọc đường Phương pháp quy đổi (nắn thẳng) dùng đường dốc tương đương thay cho số đoạn dốc thực tế, liền nhau, có độ dốc xấp xỉ Chiều dài đoạn dốc quy đổi tổng chiều dài đoạn dốc thay Độ dốc id đoạn dốc dốc quy đổi hiệu độ cao điểm cao điểm thấp đoạn dốc chia cho chiều dài Sd đoạn dốc quy đổi Chỉ phép quy đổi đoạn dốc gần có độ dốc dấu trị số gần Không quy đổi trắc dọc đoạn đường ga đồn tàu dừng ga Nếu đoạn dốc tương đối dài có đoạn dốc ngắn (ngắn chiều dài đồn tàu) có độ dốc khác biệt so với độ dốc đoạn dốc bên, đoạn dốc phải quy đổi với đoạn dốc dài bên cạnh có độ dốc gần với Sau quy đổi, đoạn dốc quy đổi phải dài chiều dài đoàn tàu 2.1.2 Quy đổi độ dốc Độ dốc đoạn đường sau quy đổi xong tính sau [1- 6]: H − H1 id = 1000 , ‰ Sd hay: n id = ii Si i =1 n S i =1 (1) n = i S i =1 i Sd i ,‰ (2) i đó: H H - chiều cao điểm đầu điểm cuối đoạn dốc quy đổi, m; n S d = Si - chiều dài đoạn dốc quy đổi, m; Si - chiều dài đoạn dốc thực tế thứ i, m; ii –độ dốc i =1 thực tế chiều dài đoạn dốc Si, ‰ Trắc dọc sau quy đổi thay cho trắc dọc thực tế để tính tốc độ đồn tàu tất nhiên có sai số, cần độ dốc quy đổi id không chênh lệch lớn so với độ dốc thực tế, đoạn dốc 852 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (10/2021), 850-865 không lớn sai số khơng q lớn Để đảm bảo tính tốn xác, tính tốn sức kéo qui định: đoạn dốc quy đổi, đoạn dốc thực tế phải phù hợp với điều kiện sau quy đổi Kiểm nghiệm độ dốc quy đổi Mỗi phần tử trắc dọc quy đổi hay không, phải thỏa mãn điều kiện sau [1- 6]: Si 2000 2000 ,m = id − ii i (3) đó: Si - chiều dài phần tử độ dốc đoạn dốc quy đổi, m; 2000 - số kinh nghiệm i = id − ii - trị số tuyệt đối hiệu đại số độ dốc quy đổi với độ dốc thực tế đoạn dốc quy đổi, ‰ Điều có nghĩa hiệu số giá trị công học để thắng lực cản đơn vị độ dốc đoạn quy đổi độ dốc phần tử ban đầu chiều dài phần tử khơng lớn 2.000 Jun kN trọng lượng đoàn tàu [4] Ngoài quy đổi cần ý: tuyến đường sắt nhà ga, đường dốc động năng, đường dốc hạn chế đường dốc khác cần kiểm nghiệm khối lượng kéo, không ghép đoạn dốc khác để quy đổi Sau quy đổi trắc dọc tuyến theo độ đốc, phải xét đến ảnh hưởng đường cong, đường hầm tính độ dốc quy đổi tổng hợp 2.1.3 Quy đổi đường cong thành độ dốc Việc quy đổi thực theo nguyên lý là: sức cản phụ gây đường cong phải sức cản phụ sinh độ dốc quy đổi đường cong Sức cản phụ đường cong tính theo công thức thực nghiệm [1- 6]: r = C , N/kN R (4) đó: C - số thực nghiệm; R - bán kính đường cong, m Nếu chiều dài đoạn đường cong Sr , cơng để khắc phục sức cản đơn vị do đường cong sinh [1- 6]: Ar = r Sr , Jun (5) Chia công cho chiều dài đoạn quy đổi Sd, có đường cong quy đổi ta giá trị lực cản trung bình đoạn quy đổi Lực thay độ dốc giả định, mà ảnh hưởng lên đồn tàu tương đương với ảnh hưởng đường cong S C Sr ir = r r = ,‰ (6) Sd R Sd Nếu đoạn dốc quy đổi có nhiều đường cong 853 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 72, Số (10/2021), 850-865 C Srj C = Sd j =1 R j S d m ir = Srj m R j =1 ,‰ (7) j đó: S r j - chiều dài cung đường cong thứ j đoạn dốc quy đổi, m; R j - bán kính đường cong thứ j đoạn dốc quy đổi, m; Sd - chiều dài đoạn dốc quy đổi, m; m - số lượng đoạn cong đoạn dốc quy đổi a Đối với khổ đường 1.000 mm Mơ hình tổng qt quy đổi đường cong đoạn dốc quy đổi [1- 6]: 425 m Srj (8) ir = ,‰ Sd j =1 R j đó: C - số thực nghiệm, C = 425 Nếu đường cong góc tâm tạo cung đường cong ir = 7,5 m j , ‰ Sd j =1 (9) đó: j - góc tâm tạo cung đường cong thứ j, độ (˚) b Đối với khổ đường 1.435 mm [1- 6]: 700 m Srj ir = ,‰ Sd j =1 R j (10) đó: C - số thực nghiệm, C = 700 ir = 12, m j , ‰ Sd j =1 (11) Độ dốc chung cho đoạn quy đổi độ dốc đường cong id ,r = id + ir , ‰ (12) 2.1.4 Quy đổi đường hầm thành độ dốc Lực cản khơng khí đơn vị đường hầm đoạn dốc quy đổi chuyển đổi thành độ dốc quy đổi idh [4, 7]: idh = dh Sd Sdh ,‰ (13) đó: S dh - chiều dài đoạn hầm đoạn dốc quy đổi, m; Sd - chiều dài đoạn dốc quy đổi, m; dh - sức cản đơn vị khơng khí đường hầm, N/kN 854 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (10/2021), 850-865 k hay: idh = 0, 00013Ldhi , ‰ (14) i =1 đó: Ldhi - chiều dài hầm thứ i độ dốc quy đổi, m; Vdh - tốc độ đoàn tàu hầm, km/h 2.1.5 Độ dốc quy đổi tổng qt đoạn dốc quy đổi Mơ hình quy đổi tổng quát trắc dọc tuyến đường: iqd = id + ir + idh , ‰ (15) Khi tính độ dốc quy đổi iqd cần phân biệt tính dốc lên dốc xuống, cơng thức iqd có liên quan đến hướng chuyển động đoàn tàu Người ta quy định, dốc lên dương dốc xuống âm 2.2 Xây dựng đồ thị tốc độ V = f (S ) thời gian vận hành t = f (S ) 2.2.1 Quy định chung Đồ thị tốc độ đồ thị thời gian vận hành vẽ dựa sở biểu đồ hợp lực đơn vị (lực gia tốc lực giảm tốc) theo trắc dọc quy đổi phương pháp đồ thị phương pháp giải tích Giãn cách tốc độ chọn theo quy ước, khoảng giãn cách lực gia tốc (hoặc giảm tốc) giữ nguyên không đổi Đồ thị tốc độ cần lập theo phương án: dừng đỗ không dừng đỗ tất điểm phân giới Để tận dụng tối đa động đoàn tàu, tốc độ bắt đầu lên dốc phải đạt trị số tối đa, không vượt tốc độ cấu tạo đầu máy, toa xe Tốc độ cho phép lớn hạn chế khoảng cách hãm tính tốn tốc độ cho phép lớn đường khu đoạn Khi đoàn tàu hàng xuống dốc cao dài cần phải tiến hành hãm chu kỳ, thời gian từ lúc nhả hãm tới lúc hãm lại không ngắn tổng thời gian cấp gió đồn tàu thời gian chạy khơng tương ứng Khi đoàn tàu qua ga qua điểm chạy chậm, phải lấy tốc độ thông qua quy định xét tới chiều dài đoàn tàu Khi đoàn tàu chạy đến gần điểm phân giới dừng tàu, tốc độ lúc bắt đầu hãm không vượt trị số tính tốn 2.2.2 Quy trình tính tốn xây dựng biểu đồ vận hành V = f (S ) thời gian chạy đoàn tàu khu gian t = f (S ) Sử dụng trắc dọc thực tế khu đoạn tuyến đường tiến hành quy đổi sử dụng trắc dọc quy đổi Khối lượng đoàn tàu vào khối lượng đồn tàu tính quy định Tổng công ty đường sắt Việt Nam (đối với đoàn tàu khách, tàu hàng khách hàng hỗn hợp ) 855 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (10/2021), 850-865 Vẽ đồ thị V = f (S ) thời gian chạy đoàn tàu khu gian t = f (S ) chế độ vận hành đoàn tàu xác định Khi thay đổi khối lượng đoàn tàu cần vẽ lại đồ thị tốc độ thời gian chạy tàu XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BIỂU ĐỒ VẬN HÀNH CỦA ĐỒN TÀU 3.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình Kế thừa nội dung [8 - 10], ngơn ngữ lập trình Java, tiến hành xây dựng chương trình tính tốn biểu đồ vận hành đồn tàu với lưu đồ thuật tốn thể hình Hình Lưu đồ thuật tốn tính tốn biểu đồ vận hành đồn tàu 856 ... TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN VẬN HÀNH CỦA ĐOÀN TÀU 2.1 Quy đổi (nắn thẳng) trắc dọc tuyến đường Khi tính tốn tốc độ thời gian vận hành đoàn tàu vẽ đồ thị tốc độ đoàn tàu V = f ( S ) thời gian vận hành. .. trình Java tiến hành xây dựng chương trình tính tốn vận tốc thời gian vận hành đoàn tàu áp dụng cho ngành đường sắt Việt Nam Chương trình có chức vẽ biểu đồ V = f (S ) t = f (S ) chế độ vận hành. .. chế độ vận hành đoàn tàu xác định Khi thay đổi khối lượng đoàn tàu cần vẽ lại đồ thị tốc độ thời gian chạy tàu XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BIỂU ĐỒ VẬN HÀNH CỦA ĐOÀN TÀU 3.1 Lưu đồ thuật tốn chương