ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NẰM NGANG ĐẦU MÁY D14E

BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO Nội dung thuyết trình Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E Cơ sở tính toán động lực học theo phương nằm ngang của đầu máy D14E Xác định và đánh gi

Trang 1

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NẰM NGANG ĐẦU MÁY

D14E

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE

VÀ TÀU ĐIỆN METRO

Chuyên ngành : Đầu máy toa xe và tàu điện metro

Trang 2

Nội dung thuyết

trình

Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E

Cơ sở tính toán động lực học theo phương nằm ngang của đầu máy D14E

Xác định và đánh giá kết quả

Tổng Quan Bài Thuyết Trình

Trang 3

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E

 Đầu máy Diesel D14E được sản xuất tại công ty

cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu, được nhập

về Việt Nam từ năm 2002, có 5 chiếc do xí nghiệp

Đầu máy Hà Lào quản lý

 Ký hiệu đầu máy : D14E

- Công thức trục : Co- Co

- Công suất tối đa : 975 KW

- Công suất định mức : 774 KW

 Các kích thước chính

- Chiều dài của đầu máy tính cả đầu đấm móc nối : 17300 mm

- Chiều cao đầu máy tính từ mặt ray : 4764 mm

- Chiều rộng đầu máy : 3250 mm

- Khoảng cách giữa 2 trục trong 1 giá chuyển hướng : 1800 mm

- Chiều cao của tâm đầu đấm đến bề mặt ray : 880  10mm

1.1 Tổng quan về đầu máy Trung Quốc D14E

Trang 4

 Đầu máy D14E bao gồm các bộ phận trên và dưới

Bộ phận phía trên bao gồm thân xe và các thiết bị

liên quan khác Các giá chuyển hướng được bố trí tại

cả 2 đầu phía dưới, két nhiên liệu nằm ở giữa Các

khoang ắc quy được lắp ở sườn trái và phải của két

• Cabin điều khiển

1.2 Kết cấu tổng thể đầu máy D14E

Trang 5

 Giá chuyển hướng của đầu máy D14E là loại giá

chuyển hướng 3 trục, trên mỗi giá chuyển hưóng có 3

động cơ điện kéo tương ứng với từng trục của bánh xe,

các động cơ điện kéo này được treo tựa trục, một đầu

tựa cố định trên trục bánh xe, một đầu được treo trên

giá chuyển hướng

 Liên kết giữa giá chuyển hướng với bệ của đầu

máy thông qua 2 hệ lò xo, hệ lò trung ương gồm 4

lò xo cao su và hệ lò xo bầu dầu gồm 12 lò xo

tròn

 Đặc điểm của loại giá chuyển hướng này là không có cối

chuyển hướng việc liên kết giữa giá chuyển hướng và giá

xe đầu máy thông qua các thanh kéo, giảm chấn thuỷ lực

ngang Trên giá chuyển hướng đầu máy D14E còn bố trí 2

giảm chấn thuỷ lực ngang về 2 phía của giá chuyển hướng

1.3 Giá chuyển hướng đầu máy D14E

Trang 6

 Khung giá chuyển hướng: Khung giá được chế tạo từ

thép tấm bằng phương pháp hàn, gồm 2 xà dọc cạnh và 3

xà ngang liên kết với nhau Các xà dọc và xà ngang này

được chế tạo từ thép tấm có chiều dày từ 8 đến 12 mm,

bên trong có các gân gia cường

 Trục bánh xe đầu máy D14E gồm : trục xe, 2 bánh xe

có mâm bánh đúc liền và bánh răng truyền động Tất cả

các chi tiết này được chế tạo bằng thép đúc sau đó gia

công chính xác

 Hệ thống lò xo trung ương trên đầu máy D14E : là các

lò xo cao su được bố trí trên đầu máy bao gồm 08 cái lắp

trên hai giá chuyển, trên mỗi giá chuyển hướng có 04 lò

xo cao su được bố trí đối xứng nhau

Cấu taọ bộ trục bánh xe

1.3 Giá chuyển hướng đầu máy D14E

1.3.1 Khung giá chuyển hướng

Trang 7

 Hệ thống lò xo bầu dầu: Trong một giá chuyển hướng của đầu máy D14E

có 12 lò xo tròn bầu dầu

 Hệ thống bầu dầu: Bầu dầu của đầu máy D14E là loại bầu dầu ổ bi Trong

mỗi bầu dầu có bố trí 2 ổ bi trụ, điều này giúp cho đường kính ổ bi và

đường kính cổ trục giảm nhỏ, cho phép hạ thấp trọng tâm bộ phận chạy của

đầu máy, tạo điều kiện tăng tốc độ đầu máy

 Hệ thống hãm giá chuyển hướng: Thiết bị hãm lắp trên mỗi giá chuyển

hướng gồm có 6 blốc hãm được lắp vào 6 bánh xe Ngoài ra trên đầu máy

D14E còn có bố trí hệ thống hãm tay để sử dụng khi hệ thống hãm JZ – 7

gặp trục trặc

 Hệ thống giảm chấn thuỷ lực : Trong một giá chuyển hướng có hai giảm

chấn thủy lực ngang và 4 giảm chấn thuỷ lực thẳng đứng

1.3.2 Bầu dầu và Hệ thống hãm Đầu máy

Trang 8

Động cơ Diesel CAT 3508 là một loại động cơ tốc độ cao với 8 xi lanh được bố trí theo hình chữ V

• Dung tích buồn cháy : 34,5 l

• Vòng quay định mức : 1800 vòng/phút

• Vòng quay không tải nhỏ nhất : 720 vòng/phút

1.4 Động cơ DIEZEL

Trang 9

Trang 10

 Các nguyên tắc tính toán: Việc tính toán động lực học D14E, trước tiên phải nắm được kết

cấu tổng thể của đầu máy nhất là thứ tự truyền lực của đầu máy xuống đường và việc bố trí các thiết bị trên khung giá chuyển

 Tính toán động lực học bao gồm 3 bài toán:

- Tính toán động lực học theo phương thẳng đứng

- Tính toán động lực học theo phương nằm ngang

- Tính động lực học khi đi qua đường cong

 Trong mỗi bài toán đều có các bước:

+ Thành lập mô hình

+ Viết hệ phương trình cân bằng hoặc hệ phương trình dao động

+ Lập trình để giải các bài toán trên máy tính

+ Phân tích kết quả tính toán và kết luận

Chương 2: Cơ sở tính toán động lực học theo

phương nằm ngang Đầu máy D14E

2.1 Các nguyên tắc tính toán:

Trang 11

 Đầu máy D14E là đầu máy có hai hệ lò

xo, mô hình dao động của nó trên mặt

phẳng ngang được biểu diễn như hình 2.1

bao gồm 9 vật thể là thân xe có khối

lượng MC, hai khung giá chuyển hướng

mỗi cái có khối lượng MT và sáu trục

bánh xe mỗi trục có khối lượng MK.

• Hệ phương trình dao động gồm có 18

phương trình vi phân cấp 2 không thuần

nhất

• Xét sự cân bằng của tất cả các lực tác

dụng lên các trục bánh , theo nguyên lí

D’allambert ta viết được hệ phương trình:

Trang 12

 Dao động sàng ngang của các trục bánh:

2.2 Thành lập phương trình dao động ngang của đầu máy D14E.

- Các trục bánh trên giá chuyển hướng trước:

0

1 1

2 2

1 3

2 4

5 2

2 6

2

6  C ( y  y  l   y ) 

y

Trang 13

 Phương trình dao động của 2 khung giá chuyển hướng:

*/ Dao động sàng ngang của 2 khung giá chuyển hướng

1 1 1 1

3

2

1 2

2 1

1 1

2 1

T

Y

C C

T Y T

T T K

Y

T K

Y T

T T K

Y T

T

) l L ( y y

K

) L y y

( C ) l

y y

(

C

) y y

( C ) l

y y

( C

2 2

6

2

2 5

2 2

2 4

2 2

T

Y

C C

T Y T

T T K

Y

T K

Y T

T T K

Y T

T

) l L ( y y

K

) L y y

( C ) l

y y

(

C

) y y

( C ) l

y y

( C

3 2

1 1

1

2

1

2 1 1

3

2

1 2

2 2 1

1

2 2 1

T Y

T T T K

T Y T

T T K

T

Y

C T

X T

K X

T K

X T

K X

T

) l L ( y y

l

K

) l

y y

( l C ) l

y y

(

l

C

) (

b C ) (

b

C

) (

b C ) (

b C

2 2 2

4

2 2

Trang 14

 Phương trình dao động của thân đầu máy:

 Tập hợp tất cả các phương trình dao động ngang của các trục bánh xe, của khung giá chuyển hướng

và của thân xe đã viết ở trên, ta được hệ phương trình dao động ngang của toa xe:

N

F Y C Y K Y

*/ Phương trình dao động ngang của thân đầu máy

1 1

T Y C

C T

Y

C C

T Y C

C T

Y C

C

l L y

y K l

L y

y

K

L y y

C L

y y

C y

1 1

2

2 1 1

2

1

2 1

1 1

T Y

C C

T Y

C T

X C

T X

C C

T Y C

C T

Y C

C

) l L ( y y

) l L

(

K

) l L ( y y

) l L

(

K

) (

b C ) (

b

C

) L y y

( L C ) L y y

( L C

Trang 15

Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính toán tính năng động lực học theo phương nằm

ngang Đầu máy D14E3.1 Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E:

- Các hệ phương trình dao động nằm ngang đều có dạng ma trận:

- Nghiệm của các phương trình này như đã thấy đều gồm hai phần biểu diễn dao động

tự do và dao động cưỡng bức: Z =

- Quá trình giải bao gồm 3 bước, đó là:

+ Tìm Z1 biểu diễn dao động tự do

+ Xét ổn định của dao động tự do

+ Tìm Z2 biểu diễn dao động cưỡng bức

Trang 16

ngang Đầu máy D14E3.1 Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E

3.1.1 Nghiệm biểu diễn dao động tự do.

- Là nghiệm của phương trình vi phân cấp 2 thuần nhất (có vế phải bằng không):

Biến đổi hệ này bằng cách nhân cả hai vế với

Phương trình (2-19* ) sẽ tương đương với hệ phương trình vi phân

cấp 1:

2

1 1

1

U      (a) (2-21)

2 1

U   (b)

Z C M Z K M

Trang 17

3.1.1 Nghiệm biểu diễn dao động tự do.

Tìm nghiệm của (2-18) dưới dạng: U  U0et (2-25)

i

t

ie CUU

2

1 (2-27)

Nghiệm Z1 của phương trình dao động tự do sẽ gồm các phần rử (n+1) đến 2n của các

véc tơ Uhay nói cách khác nó là nửa dưới của véc tơ U

Trang 18

Theo (2-27) dao động tự do của mỗi vật thể trong hệ nhiều bậc tự do bằng

tổng các dao động họ hình sin có tần số và biên độ khác nhau:

3.1.2 Xét ổn định của hệ dao động tự do.

 Z e ,t Z e( i j i)t

Trong đó: i = i +ji là nghiệm thứ i của các phương trình đặc trưng mà

phần thực i của nó chỉ số mũ của biên độ dao động thứ i:

-Nếu i = 0 biên độ dao động không đổi, dao động thứ i sẽ là điều hoà

-Nếu i < 0 biên độ giảm dần theo thời gian, dao động sẽ tắt dần

-Nếu i > 0 biên độ dao động tăng dần theo thời gian, dao động sẽ không

ổn định

- Dao động tự do của một hệ gọi là mất ổn định khi có ít nhất

một dao động thành phần rơi vào trạng thái không ổn định

Trang 19

ngang Đầu máy D14E3.2 Hàm mục tiêu của bài toán dao động:

Hàm mục tiêu của bài toán dao động thẳng đứng và dao động ngang

của đầu máy chỉ là chỉ tiêu êm dịu hay còn gọi là chỉ số Sperling Chỉ

số này tính theo công thức :

- (f) là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tần số

Bảng Chỉ tiêu êm dịu theo Sperling

Trang 20

ngang Đầu máy D14E3.3 Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang

- Sử dụng bài toán nghiên cứu dao động ngang đã lập trình bằng ngôn ngữ MATLAB, ta tính chỉ tiêu

êm dịu theo phương ngang khi tốc độ tăng từ 5 đến 100km/h ( Bảng 3 Trang 33 bản thuyết trình )

- Từ bảng 3 ta vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa chỉ số êm dịu theo phương ngang và vận tốc

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Trang 21

Trang 22

Hình 3 -4 Dao động tổng thân xe và giá chuyển D14E ở V=40km/h

Để khảo sát sự mất ổn định của các dao động ngang chúng ta xét dấu của phần thực của nghiệm

phương trình đặc trưng (các giá trị riêng) Bảng 4

là các giá trị riêng ứng với tốc độ tới hạn VK (tốc

độ chuyển từ ổn định sang mất ổn định

Từ bảng 4 ta thấy:

Khi tốc độ đầu máy D14E tăng từ 0 đến 100 km/h phần thực của vectơ riêng đều âm, hay nói cách khác là dao động của hệ là ổn định

Khi tốc độ tăng đến 153 km/h thì có xuất hiện phần thực lớn hơn 0, hệ dao động mất ổn định

Trang 23

-0.01 -0.005 0 0.005 0.01

Trang 24

Trang 25

-0.005 0 0.005 0.01 DAO DONG TONG

-1 0 1

Trang 26

0 0.5

Trang 27

ngang Đầu máy D14E

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trên đây là toàn bộ kết quả các bài toán khảo sát tính năng động lực học theo phương ngang

của đầu máy D14E Qua tính toán ta thấy:

- Trong khoảng tốc độ chạy của mình ( từ 0 đến 100 km/h) thì phần thực của vectơ riêng đều có

giá trị âm, nên hệ sẽ ổn định trong quá trình vận hành

- Với V = 153 km/h thì phần thực của giá trị riêng lớn hơn 0, hệ dao động mất ổn định.

Trang 28

TRÂN TRỌNG CẢM ƠN THẦY CÔ TRONG HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tính Toán Động Lực Học Theo Phương Nằm Ngang Đầu Máy D14E
Tác giả	Vũ Đình Hiếu
Người hướng dẫn	Th.S. Yên Văn Thực
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Đầu Máy Toa Xe Và Tàu Điện Metro
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	1,15 MB