Giới thiệu Phơng pháp đo v các kết quả xác định hệ số bám bánh xe với ray trong vận hnh PGS. TS. vũ duy lộc Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT Tóm tắt: Bi báo giới thiệu phơng pháp v những kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám của bá nh xe với ray của đon tầu chuyển động ở vận tốc đến 200km/h. Summary: The article is an introduction of test results and method of evaluating the adhesion coefficient between wheel and rail of the train moving with the speed up to 200km/h. i. đặt vấn đề Nâng cao tốc độ chuyển động đoàn tầu cần giải quyết một loạt vấn đề cơ bản để đảm bảo an toàn vận hành, đó là phải đảm bảo lực hãm nhỏ hơn hoặc bằng lực bám của bánh xe với ray. Lực bám phụ thuộc vào hệ số bám, tải trọng trục Vì vậy cần nghiên cứu, xác định quan hệ giữa hệ số bám thí nghiệm với hệ số bám tính toán. Từ kết quả nghiên cứu hệ số bám xác định lực hãm hợp lý và hoàn thiện thiết bị chống lết bánh xe khi hãm. ii. Nội dung Với mục đích phản ánh sự ổn định đợc thực hiện trong vận hành những thay đổi kết quả nghiên cứu theo giới hạn xác định của hệ số bám bánh xe với ray trong chu kỳ theo dõi, trên cơ sở đó hiệu chỉnh những chỉ tiêu nhận đợc và mối quan hệ trong tính toán. Bảng 1 Trị số của hệ số bám (v) phụ thuộc vào tải trọng trục (tấn) Loại Tốc độ toa xe (km/h) 6 10 15 20 22 20 0,131 0,126 0,121 0,116 0,113 Hầu hết những nghiên cứu thử nghiệm quá trình bám bánh xe với ray khi hãm phụ thuộc vào thời gian hãm. Trong những năm 1970, tập san đã giới thiệu 1500 thí nghiệm trên chiều dài khu gian hơn 30.000km để xây dựng quan hệ hệ số bám phụ thuộc vào tốc độ, tải trọng trục đối với các loại đoàn tầu khách, hàng và đầu máy. 100 0,097 0,094 0,090 0,086 0,084 Hàng 120 0,093 0,090 0,085 0,082 0,088 40 0,138 0,130 0,124 0,122 120 0,107 0,102 0,097 0,090 140 0,102 0,098 0,094 0,088 Khách 160 0,092 0,094 0,090 0,082 200 0,087 0,080 0,076 Để thuận tiện cho sử dụng khi tính toán hãm trong điều kiện cho phép, hệ số bám bánh xe với ray giới thiệu trong bảng 1. Những kinh nghiệm vận hành và nghiên cứu chuyên dùng thực hiện trên các tuyến đờng sắt thấy rằng, tỷ lệ giữa lực bám và lực hãm đoàn tầu theo kết quả tính toán nhận đợc những giá trị rất tản mạn (thờng không theo quy luật), có khoảng 10% sác xuất bánh xe bị trợt trong vận hành (hình 1). P = 0,17 - 0,0015 (q o - 5). v + 576 4v +576 Trong trờng hợp chung, giới hạn lực bám bánh xe với ray cũng nh hệ số bám yêu cầu phải lớn hơn lực hãm và hệ số ma sát (xác định theo lý thuyết của sác xuất và biến dạng dẻo kim loại). Hệ số bám phụ thuộc loại đoàn tầu, điều kiện môi trờng xung quanh, hớng vận chuyển, vật liệu chế tạo guốc hãm và tốc độ vận hành. Từ kết quả thí nghiệm của nhà máy chế tạo toa xe trong những điều kiện vận hành OAO, ngời ta đã chế tạo một loại toa xe mới có tổng trọng 57,9 tấn (tải trọng trục q o = 14,475tấn), toa xe đợc trang bị hãm đĩa có bán kính đĩa hãm r = 237mm, bán kính bánh xe R = 475mm, có thiết bị chống lết bape - 4, van hãm loại 182 - 01, có thiết bị thông báo áp lực loại N o 115A chế tạo tại OAO -". Hình 1. Giới thiệu hệ số bám bánh xe với ray, phụ thuộc vo tốc độ chuyển động của đon tầu trên khu đoạn: trong đó: Hệ số bám tính toán; Hệ số bám theo kết quả hãm dừng tầu; o Hệ số bám theo kết quả lực hãm trên một trục. k 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 60 80 100 120 140 160 180 200 V, km/s 0,12 Mỗi xi lanh hãm toa xe nối trực tiếp với hệ thống truyền động (xem hình 2) tạo thành lực ép K trên hai má hãm theo hai phía đĩa hãm của bộ trục bánh. Để đo trị số lực nén K, ngời ta đã sử dụng đát trích kẹp chặt trên cá hãm. Mục đích để xác định điểm phù hợp với trị số ứng suất kéo, nén trên những phía khác nhau của chi tiết. Căn cứ vào sơ đồ giới thiệu ở trên, ngời ta xác định đợc lực nén K, lực hãm B T , hệ số ma sát trên cơ sở biến dạng uốn của biên treo. Bánh xe Lực hãm B T Giá chuyển Đ át trích đo lực nén K Xi lanh hãm Đ át trích đo lực hãm B T Đ ĩa hãm Má hãm Quan g treo Hình 2. Trong thí nghiệm đã sử dụng loại đát trích có dải từ 0 ữ 10KG/cm 2 , độ sai lệch không P k , KG/cm 2 quá 0,5% để đo áp lực. Phân tích biểu đồ cho thấy, áp suất xilanh hãm lớn nhất 4,1KG/cm 2 , thời gian nạp đầy xilanh hãm 4,9 giây, toa xe đợc trang bị guốc hãm comporits loại max 140 - 42 - 70. 5 Trong chu kỳ đầu tiên thực hiện 34 thí nghiệm đánh giá mức độ bám bánh xe với ray khi hãm ở tốc độ 80 ữ 200km/h, có 26 thí nghiệm trị số lực bám đạt đợc nằm trong giới hạn cho phép, 5 thí nghiệm nhận đợc giá trị lực bám lớn nhất, khoảng 20 ữ 30% trờng hợp thiết bị tự động chống lết làm việc, 3 trờng hợp cặp trục bánh xe bị trợt với chiều dài từ 30 ữ 50mm. Thực tế trong mỗi trờng hợp giá trị cuối cùng áp suất đạt đợc của xilanh hãm vợt quá giá trị tính toán. Kết quả ghi lại của 1 trong 26 thí nghiệm khi trị số trợt bộ trục bánh lớn nhất do hãm có quan hệ với thiết bị chống lết. Rõ ràng, trong trờng hợp ở khu vực bị lết, sự bám giảm tạo điều kiện phát triển lết, còn sau khi bánh xe đợc hãm có lực hãm nhỏ hơn lực bám thì bánh xe tự khôi phục lại chuyển động quay. Giá trị hệ số bám khi thí nghiệm bằng khoảng 75% giá trị tính toán. Khi lực hãm bằng lực bám, một trong những cặp bánh xe giảm sự quay, trong thời gian đó tồn tại một trục bánh xe nào đó quay xung quanh nó. Dới tác dụng của lực hãm tác dụng vào cặp trục bánh làm giảm gia tốc chuyển động với trị số lớn nhất là 15 km/h/s (4m/s 2 ) thì sự trợt tơng đối xẩy ra khoảng 8%. Điều đó phù hợp với nhịp làm việc của thiết bị chống lết, đóng van cung cấp gió ép vào xilanh hãm và mở van xả gió ép xi lanh hãm ra ngoài trời cho đến khi sự trợt bộ trục bánh giảm đến ngỡng (mức ) quy định. Sau đó van xả đóng, mở van cung cấp và quá trình hãm đợc lặp lại. Kiểm tra tốc độ quay mỗi bộ trục bánh xe, xác định những trị số của số lần trợt bánh xe, giảm gia tốc và so sánh những trị số nhận đợc với những ngỡng cho trớc có hơn 40 lần cho mỗi cặp bánh xe quay khi tốc độ chuyển động toa xe đến 200km/giờ. (Khi hãm toa xe của đoàn tầu vận hành với tốc độ cao, trang bị guốc hãm gang hãm suất có thể lấy Bánh xe = 90 ữ 100%). Kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám bánh xe với ray đoàn tầu khách khi hãm với tốc độ bắt đầu hãm đến 200km/h giới thiệu trong bảng 2. áp suất gió ép ống hãm chính 4 3 2 1 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 t, s áp suất gió xilanh hãm Hình 3. Giới thiệu biểu đồ nạp đầy gió xilanh hãm khi hãm khẩn V,km/h 220 200 180 160 140 120 100 80 20 40 60 0 -20 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 5 , 5 5 4 , 5 4 3 , 5 3 2 , 5 2 0 , 5 1 1 , 5 0 -0,5 2 , 2 2 1 , 8 1 , 6 1 , 4 1 , 2 1 0 , 8 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 -0,2 P, atm BT Tốc độ chuyển động của tr ụ c bánh Hình 4. Ghi kết quả thí nghiệm với sự trợt tơng đối không lớn của bộ trục bánh Bảng 2 Với guốc hãm chất dẻo loại 140-42-70 Tốc độ bắt đầu hãm áp suất ống hãm chính kG/cm 2 áp suất xilanh hãm kG/cm 2 Vị trí đứng km+c C - số cột mốc Đờng hãm Hệ số tính toán lực nén vP Hệ số bám thực tế bánh xe trên ray p P = p / K 100 4,92 3,55 480,9 0,39 0,100 0,926 109 4,95 1,13 586,9 0,38 0,096 0,914 154,7 4,90 4,10 1554,1 0,28 0,067 0,705 155 4,93 4,11 1404,7 0,29 0,064 0,728 184,2 4,89 1,04 1778 0,33 0,077 0,854 82,2 4,80 4,00 282,3 0,49 0,130 1,130 99 4,8 4,00 387,7 0,51 0,131 1,202 100,7 4,85 4,04 412,2 0,49 0,126 1,161 141 4,80 4,01 1036,4 0,34 0,082 0,837 162 4,90 4,00 1596 0,28 0,066 0,691 125 4,83 4,00 939,4 0,29 0,072 0,713 84 4,93 4,08 378,4 0,35 0,093 0,830 157,9 4,99 4,16 1112,4 0,41 0,098 1,032 198,8 4,95 4,08 1792 0,39 0,089 1,011 202,2 4,94 4,07 1862,3 0,39 0,089 1,023 Để thuận lợi cho nghiên cứu thực tế, ta đặt hệ số P xác định bằng tỉ lệ tơng ứng giữa hệ số bám thí nghiệm P với hệ số bám tính toán [ K ] trong những điều kiện giống nhau về tốc độ chuyển động và tải trọng: P = K p Trong một loại 15 thí nghiệm giới thiệu trên bảng, hệ số hãm (hãm suất) trung bình là 0,374 = P v , sai lệch lớn nhất so với P v là 30%, hệ số bám trung bình P = 0,092 bằng khoảng 90% hệ số bám tính toán K = 0,9176. iii. Kết luận 1. Nghiên cứu và chuẩn bị thiết bị đo tổng hợp cho phép nâng cao độ chính xác và đánh giá đúng giá trị lực nén guốc hãm (đĩa hãm) và lực hãm khi hãm cũng nh động lực học quá trình hãm với sự trợt trong thời gian ngắn. 2. Những kết quả đo thực tế nhận đợc cho phép đánh giá điều kiện bám bánh xe với ray trên khu gian so với hệ số bám tính toán và những kết quả đo trong điều kiện của những năm trên đây. 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0 40 80 120 160 V, km/h 1 2 3 Hình 5. Đồ thị hệ số bám bánh xe với ray phụ thuộc vo tốc độ Hệ số bám tính toán (k); 2,3 - hệ số bám thực tế tơng ứng với lực nén K = 2,1tấn/tr ụ c và K = 2,85tấn/tr ụ c 3. Kết quả nghiên cứu là cơ sở xác định hệ số bám bánh xe với ray và hợp lý hoá sử dụng thiết bị chống lết bộ trục bánh xe. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. КАЗАРИНОВ В.М ВУКОЛОВЛА. КОЭФФИЦЕЛТЫ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИПРИ ТОРМОЖЕНИИ. ТРУДЫ ВНИИЖТ“ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТО-ТОРМОЗНОИ ТЕХНИКИ НА ЖЕЛЗНЫХ ДОРОГАХ СССР. ВЫП 212.1961. [2]. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИИ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИИ В.Г ИНОЗЕМЦЕВ М.Д. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ и ТЕПЛОВОЗНАЯ ТЯГА 1994. [3]. КАЗАРИНОВ В.А ПОВЫЫЩЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ В РЕЖИМАХ ПОЕЗДОВ. ВНИИЖТ ВЫП 604.М.Транепорм. 1979. [4]. Казаринов А.В. ВЫбОР ОПМИЦАЛЬНОГО РАСЪЕМНОГО КОЭФИЦИЕНМА СЦЕЛЕМИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ ГЛЯ ВАЪОНОВ С ГИИЕККОВЫИ ТОРИОЗОЦ. ВНИИЖТ ВЫП 629.М.Транепорм. 1980 ♦ . Giới thiệu Phơng pháp đo v các kết quả xác định hệ số bám bánh xe với ray trong vận hnh PGS. TS. vũ duy lộc Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT Tóm tắt: Bi báo giới thiệu. cần nghiên cứu, xác định quan hệ giữa hệ số bám thí nghiệm với hệ số bám tính toán. Từ kết quả nghiên cứu hệ số bám xác định lực hãm hợp lý và hoàn thiện thiết bị chống lết bánh xe khi hãm. ii hãm với sự trợt trong thời gian ngắn. 2. Những kết quả đo thực tế nhận đợc cho phép đánh giá điều kiện bám bánh xe với ray trên khu gian so với hệ số bám tính toán và những kết quả đo trong