Báo cáo khoa học: "Một số kết quả tính toán trong quá trình nghiên cứu lắp ghép bánh xe đầu máy ucraina vào trục đầu máy úc d5h" doc

Một số kết quả tính toán trong quá trình nghiên cứu lắp ghép bánh xe đầu máy ucraina vo trục đầu máy úc d5h TS. nguyễn văn chuyên Bộ môn Đầu máy - Toa xe - ĐH GTVT Tóm tắt: Bi báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu việc lắp bánh xe của đầu máy ucraina vo trục đầu máy úc D5H v ứng dụng kết quả ny trong ngnh đờng sắt Việt nam. Summary: The article presents some results of fitting the wheels of Ukrainian locomotives to axles of Australian locomotives and the application in Vietnam Raiways Sector. I. Đặt vấn đề Đầu máy D5H đợc nhập từ úc vào Việt nam. Trong quá trình vận dụng đã đem lại hiệu quả rất lớn cho ngành đờng sắt. Do quá trình vận dụng đã lâu, một số bộ phận trong đầu máy đã bị h hỏng, hết hạn độ sử dụng. Đặc biệt bánh xe do vận hành trong điều kiện phụ tải hết sức nặng nề và phức tạp, lại không phù hợp với đờng sắt Việt nam, nên tốc độ mài mòn càng nhanh. Các bộ phận khác của đầu máy còn rất tốt song chỉ có hỏng bộ phận chạy dẫn tới đầu máy không làm việc đợc. Việc nhập các bộ phận của đầu máy từ úc rất khó khăn và đắt, hơn nữa các thiết bị này không đợc sản xuất nữa. Nếu không nghiên cứu lựa chọn các phụ tùng thay thế sẽ gây thiệt hại rất lớn đến kinh tế. Đứng trớc yêu cầu của nghành đờng sắt, cụ thể là xí nghiệp đầu máy Hà Lào, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tính toán, thiết kế xây dựng quy trình công nghệ để có thể dùng bánh xe của đầu máy Ucraina để lắp vào trục của đầu máy úc. Do trục đầu máy thờng đợc chế tạo có độ bền rất cao, trên nó có lắp rất nhiều chi tiết máy đắt tiền cho nên phải sử dụng lại. Bản thân bánh xe của Ucraina và trục đầu máy úc đều không đợc nhà chế tạo cung cấp thành phần hoá học cũng nh công nghệ chế tạo trục bánh. Để có thể tính toán bằng lý luận chính xác, phải có nghiên cứu kỹ thành phần hoá học của bánh xe và trục bánh của hai loại đầu máy trên. II. Nội dung 1. Tính toán các điều kiện để lắp ghép 1.1. Tính toán áp lực riêng nhỏ nhất tác dụng lên mối ghép giữa bánh xe v trục đầu máy - Khi đầu máy khởi động, lực kéo vành bánh có giá trị lớn nhất đợc tính theo công thức: F Kmax = P b . b [N] (1) trong đó: P b - trọng lợng bám trên một bánh; P b = 5000 [KG] x 9,8 [KG/cm 2 ] = 49000 [N] b - hệ số bám của bánh xe với đờng ray lấy bằng 0,33. Vậy: F Kmax = 49000 x 0,33 = 16170 [N] + Mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh xe là: M x = F Kmax .r [N.m] (2) Với r là bán kính vòng lăn, r = 0,451 m (tính cho bán kính vòng lăn khi đờng kính bánh xe còn ở giới hạn dới) M x = 16170 [N] x 0,451 [m] = 7292,6 [N.m]. + Tính mômen xoắn do lực hãm gây ra: Theo quy định áp lực lớn nhất lên guốc hãm bánh xe đầu náy D5H là: K = 2.5 [T] = 2500 [kg] = 24500 [N]. Hệ số ma sát guốc hãm và bánh xe lấy trị số lớn nhất k = 0,35. Mômen hãm cực đại truyền cho một bánh là: M h = K. k .r [N.m] (3) M h = 24500.0,33.0,451 M h = 3646,3 [N.m]. Nh vậy mômen xoắn M x lớn hơn mômen hãm M h , trong tính toán áp lực riêng ta chỉ quan tâm tới mô men do lực kéo lớn nhất gây ra. áp lực ngang của khung giá: Y P = 0,6.P b = 0,6.49000 = 29400 [N] (4) Độ tăng giảm ở một phía cổ trục: P = 0,1.P b = 0,1.49000 = 4900 [N] (5) Lực ma sát giữa bánh xe và đờng ray về phía Y b là: Q B = ( ) + 1 P 1 32 b L r.Y L LLP P [N] (6) Với L 1 = 0,924 m; L 2 = 1,1805 m; L 3 = 0,2565 m; r = 0,451 m ta có: Q B = B ( ) + 924,0 2565,01805,14900 49000 25,0. 924,0 451,0.29400 Q B = 6757,4 [N] B Lực dọc tác dụng lên mối ghép: P =Y P + Q B [N] (7) B P = 29400 + 6757,4 = 36157,4 [N] Sau khi xác định đợc mômen xoắn M x lớn nhất trong hai giá trị mômen xoắn do hãm và kéo gây ra, và lực dọc P ta đi xác định giá trị áp lực riêng nhỏ nhất: [] f.L.d. d M2 P P DN 2 DN x 2 min + = [N/m 2 ] (8) trong đó: P = 36157,4 N M x = 7292,6 Nm d DN = 0,1685 m L = 0,1935 m f = 0,08 [P min ] = 08,0.1935,0.1685,0.14,3 1685,0 6,7292.2 4,36157 2 2 + = 11453456 [N/m 2 ] 1.2. Tính toán độ dôi nhỏ nhất cần thiết N mintt = [P min ].d DN . + 2 2 1 1 E C E C [m] (9) trong đó: C 1 , C 2 là hệ số Lame. C 1 = 2 DN 1 2 DN 1 d d 1 d d 1 - 1 (10) C 2 = 2 2 DN 2 2 DN d d 1 d d 1 - 2 (11) E 1 , E 2 - mô đun đàn hồi của chi tiết bao và bị bao. Hai chi tiết đều bằng thép nên E 1 = E 2 = 2.10 11 [N/m 2 ]. 1 , 2 - hệ số Poát xông của thép lấy bằng 0,3. Trục xe đầu máy là trục đặc do đó: d 1 = 0; d DN = 0,1685 m; d 2 là đờng kính moay-ơ, d 2 = 0,265 m. Suy ra: C 1 = 1 m 01 01 + = 1 - 0,3 = 0,7 C 1 = 2 2 265,0 1685,0 1 265,0 1685,0 1 + 0,3 = 2,655 Thay vào ta có: N min tt = [p min ].d DN . + 2 2 1 1 E C E C N min tt = 11453456.0,1685 + 1111 10.2 655,2 10.2 7,0 N min tt = 3237419,6.10 -11 m = 32,4 m 1.3. Xác định độ dôi cho phép nhỏ nhất có tính tới các ảnh hởng do gia công lắp ghép [N min ] = N min tt + K 1 + K 2 [m] (12) Trong đó: K 1 - hệ số ảnh hởng của độ nhám, K 1 = 1,2.(R zd - R zD ). Khi trục và lỗ gia công bằng tiện độ nhám của trục cao hơn lỗ một cấp. Nếu độ chính xác đạt cấp 7 thì R zd = 6,5 m; R zD = 10 m. Suy ra: K 1 = 1,2 (6,5 + 10) = 19,8 m. K 2 : Hệ số tính đến sự dãn nở khác nhau của bánh xe và trục. Nhiệt độ khi ép và khi làm việc không thay đổi nhiều nên K 2 = 0. Vậy: [N min ] = N min tt + K 1 + K 2 [N min ] = 32,4 + 19,8 + 0 = 52,2 m 1.4. Xác định áp lực riêng cho phép lớn nhất á p lực riêng cho phép lớn nhất đợc lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị áp lực riêng sau: P 1 = 0,58. c1 2 DN 1 d d 1 [N/m 2 ] (13) P 2 = 0,58. c1 2 DN 1 d d 1 [N/m 2 ] (14) Vì trục đầu máy là trục đặc nên d 1 = 0. d DN = 0,1685 m d 2 = 0,265 m c1 , c2 đều là thép, c1 = c2 = 35.10 7 [N/m 2 ] Thay vào ta có: P 1 = 0,58. 35.10 7 .(1-0) = 202.10 7 [N/m 2 ] P 2 = 0,58.35.10 7 2 265,0 1685,0 1 = 12,09.10 7 [N/m 2 ] Từ hai giá trị P 1 và P 2 ta chọn [P max] ] = 12,09.10 7 N/m 2 . 1.5. Xác định độ dôi tính toán N max tt N max tt = [P max ].d DN . + 2 2 1 1 E C E C [m] (15) = 12,09.10 7 .0,1685 + 11 10.2 655,27,0 N max tt = 314.10 -6 m = 341m 1.6. Xác định độ dôi lớn nhất cho phép N max khi tính đến các yếu tố ảnh hởng của quá trình gia công [N max ] = N max tt + K 1 + K 2 [m] (16) = 341 +19,8 + 0 = 360,8 m = 0,361 mm 1.7. Chọn kiểu lắp ghép cho mối ghép Căn cứ vào các giá trị N max , N min và tiêu chuẩn dung sai lắp ghép của Việt nam, chúng ta đi đến chọn kiểu lắp ghép cho bánh xe của đầu máy Ucraina và trục đầu máy úc D5H theo: 6 7 V H 25,168 có trị số nh sau: 252,0 277,0 046,0 25,168 + + + Từ kiểu lắp đã chọn ta có độ dôi lớn nhất của mối ghép: N max = 0,277 - 0 = 0,277 mm và độ dôi bé nhất của mối ghép là: N min = 0,252 - 0,046 = 0,206 mm Lắp ghép này có đặc tính thoả mãn điều kiện tính toán là: N max = 277 m = 0,277 mm < [N max ] = 360,8 m = 0,3608 mm. N min = 206 m = 0,206 mm > [N min ] = 52,2 m = 0,0522 mm. 2. Quy trình lắp ghép Hiện nay trong ngành đờng sắt Việt nam, lắp ghép các mối ghép có độ dôi lớn, chịu phụ tải nặng là rất khó khăn và phức tạp. Trong quá trình nghiên cứu thực tế chúng tôi chỉ định cho xí nghiệp đầu máy Hà Lào cần chở các bộ phận của đầu máy vào xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng để gia công và ép vì xí nghiệp này có loại máy ép trục bánh xe kiểu thuỷ lực PR 300/1000. Đây là loại máy ép hiện đại của Đức, đợc điều khiển tự động bằng máy tính, có thể thoả mãn lắp mối ghép trên. Các quá trình ép bánh xe đợc tiến hành nh sau: - Đa bộ trục bánh và phụ kiện nguyên thuỷ của đầu máy úc vào xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng sau đó tiến hành các bớc gia công phụ. - Dùng máy ép thuỷ lực PR 300/1000 ép bánh xe ra, chúng ta sẽ in ra đợc đồ thị ép. Từ đồ thị lực ép suy ra độ đôi mối ghép, so sánh với độ dôi tính toán xem có chênh lệch không. Nếu độ dôi quá lỏng phải loại bỏ. Còn độ dôi ép ra còn trong khoảng cho phép sẽ tiến hành gia công bánh xe của đầu máy Ucraina vào trục đầu máy úc theo kiểu lắp đã tính toán ở trên. - Tiến hành ép bánh xe của đầu máy Ucraina vào trục đầu máy úc. Sau khi đã có đồ thị ép, chúng tôi nhận thấy giữa tính toán lý thuyết và thực tế gia công là trùng hợp nhau. II. Kết luận Việc lắp ghép bánh xe vào trục đầu máy và độ dôi đã chọn bảo đảm cho đầu máy vận hành tốt. Đầu máy chạy thử hết thời gian cho phép tức là chạy đợc 35.000 km, mối ghép vẫn làm việc bình thờng, đến nay Liên hiệp đờng sắt Việt nam đã cho áp dụng hàng loạt việc thay thế bánh xe đầu máy úc bằng bánh xe đầu máy Ucraina. Việc sử dụng bánh xe Ucraina để thay cho bánh xe đầu máy úc đã đem lại hiệu quả kinh tế cao, tận dụng đợc các thiết bị hiện có, mà đầu máy lại vận hành bình thờng, bảo đảm cho việc vận tải của ngành tại tuyến miền Tây ổn định. Vấn đề phụ tùng để gia công bánh xe vào trục đầu máy không còn phải phụ thuộc vào việc nhập khẩu từ úc. Đây cũng chính là ý nghĩa của việc nghiên cứu. Tài liệu tham khảo [1]. An Hiệp - Trần Vĩnh Hng. Dung sai và đo lờng cơ khí. Nxb GTVT, Hà nội, 1999. [2]. V. N. IVANOB Kontruksian, D. NAMIKA Teplovozop. Moscow, 1968. [3]. Nguyễn Văn Chuyên, Nguyễn Hữu Dũng. Kết cấu tính toán đầu máy. Hà nội, 1985 [4]. Queensland Railways. [5]. Hydranlic Wheel Prees Type PR 300/1000 Ă . Một số kết quả tính toán trong quá trình nghiên cứu lắp ghép bánh xe đầu máy ucraina vo trục đầu máy úc d5h TS. nguyễn văn chuyên Bộ môn Đầu máy - Toa xe - ĐH GTVT Tóm tắt: Bi báo giới. còn trong khoảng cho phép sẽ tiến hành gia công bánh xe của đầu máy Ucraina vào trục đầu máy úc theo kiểu lắp đã tính toán ở trên. - Tiến hành ép bánh xe của đầu máy Ucraina vào trục đầu. đầu máy Hà Lào, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tính toán, thiết kế xây dựng quy trình công nghệ để có thể dùng bánh xe của đầu máy Ucraina để lắp vào trục của đầu máy úc. Do trục đầu máy