Sử d ụ ng phơng pháp giải tích để thiết kế tr ụ c chạy suốt nhằm nâng cao khả năng thông qua của Đờng sắt tS. lê hải hà ks. mai tiến chinh Bộ môn TĐH Thiết kế CĐ - ĐH GTVT Một số sinh viên lớp Đờng sắt K39 Tóm tắt: Việc dừng tu tại ga để các tu khác hớng tránh nhau lm giảm khả năng thông qua, lm tăng tiêu hao nhiên liệu, tăng thời gian chạy tu, v rất có thể sẽ lm tăng khối lợng xây dựng công trình. Để đảm bảo tránh tu không dừng trong trờng hợp ny cần kéo di đoạn đờng đôi ở ga về phía tu chậm. Chiều di tính toán đoạn tránh tu không dừng l các khoảng cách tính từ trục chạy suốt đến tín hiệu ra ga về phía tu chẵn hoặc tu lẻ phụ thuộc chủ yếu v chiều di đon tu, vận tốc chạy tu, chiều di hãm tu v thời điểm đến trục chạy suốt không giống nhau của các đon tu tránh nhau. Với mục đích nâng cao năng lực thông qua của tuyến, bằng phơng pháp giải tích trên cơ sở xét tới các yếu tố ảnh hởng nêu trên phần nghiên cứu ny cho phép xác định chiều di đoạn đờng đôi để các tu tránh nhau không dừng trong các trờng hợp tính toán. I. Tu chạy suốt v phân bố trục chạy suốt Việc dừng tàu tại ga để các tàu khác hớng tránh nhau làm giảm khả năng thông qua, làm tăng tiêu hao nhiên liệu để giảm tốc và tăng tốc cũng nh thời gian chạy tàu trên đờng. Nếu nh có khả năng đảm bảo một cách tuyệt đối việc đến trục tránh của các đoàn tàu khác hớng vào cùng một thời điểm và với cùng một vận tốc thì các đoàn tàu này có thể thông qua ga mà không dừng. Chiều dài đoạn tránh không dừng có thể lấy bằng chiều dài sử dụng của đờng đón gửi, còn trắc dọc của nó có thể đợc thiết kế nh trắc dọc khu gian khi không xét đến việc dừng tàu. Trên thực tế các đoàn tàu không thể tới trục tránh của ga vào cùng thời điểm, do vậy để đảm bảo tránh tàu không dừng trong trờng hợp này cần kéo dài đoạn đờng đôi ở ga về phía tàu chậm. Theo các ti liệu nghiên cứu của Liên Bang Nga thời gian lệch nhau của các tu tới trục tránh tính toán đợc lấy từ 1,5-2 phút. Khi tuân thủ các điều kiện trên thì các đoàn tàu thông qua không cần dừng và bình đồ trắc dọc của các đoạn đờng dốc khi chạy suốt có thể đợc thiết kế theo tiêu chuẩn ở khu gian. Khi điều kiện trên bị vi phạm, tức là sự không cùng thời điểm của các tàu tới trục tránh tính toán vợt qua 2 phút thì tàu đến trớc phải dừng. Điều này quyết định tới sự cần thiết trong phạm vi đoạn đờng đôi thiết kế các yếu tố bình diện và trắc dọc đảm bảo cho các đoàn tàu dừng và khởi động đợc. Tìm vị trí các đoạn đờng đôi và trục tránh không dừng tính toán khi thiết kế đờng mới đợc tiến hành nh phân bố các ga thông dụng theo 2 bớc đầu tiên phân bố một cách tơng đối khi tính thời gian đi và về theo quy phạm thiết kế sau đó thì tính chính xác trên cơ sở tính sức kéo. Chiều dài đoạn đờng đôi để các đoàn tàu tránh nhau không dừng có thể đợc xác định theo nhiều phơng pháp. Dới đây chúng tôi đề cập tới phơng pháp giải tích xác định chiều dài đoạn đờng đôi để các đoàn tàu tránh nhau không dừng. II. Phơng pháp giải tích xác định đoạn đờng đôi để các đon tu tránh nhau không dừng Chiều dài tính toán đoạn tránh tàu không dừng là các khoảng cách L pc , L pl tính từ trục chạy suốt (TCS) đến tín hiệu ra ga về phía tàu chẵn hoặc tàu lẻ (xem hình 1), phụ thuộc chủ yếu và chiều dài đoàn tàu, vận tốc chạy tàu, chiều dài hãm tàu và thời điểm đến trục chạy suốt không giống nhau của các đoàn tàu tránh nhau. Nh đã nói ở trên không cùng thời điểm đến của các đoàn tàu làm tăng chiều dài đoạn đờng đôi, tuy nhiên sự không cùng thời điểm đợc tính đến trong tính toán nhằm tăng độ tin cậy trong khai thác tránh tàu không dừng. Hình 1 Đèn tín hiệu sáng: màu vàng hớng lẻ Đ V 16,7t1vc V 16,7t1Vl vị trí 1 Lpc màu đỏ TCS 2 Lpl lt 16,7tmVl+Shl Đ 16,7vc tchậm vị trí 2 16,7t2vc 2 lt vị trí 1 hớng chẵn khi hạn chế vận tốc của đon tu tới trục chạy suốt đầu tiên (Chiều dài đoàn tàu nh nhau khi tàu chẵn chậm) Sơ đồ xác định chiều di đoạn chạy suốt của các đon tu. Chúng ta sử dụng các ký hiệu sau: V c , V l - vận tốc chạy tàu hớng chẵn và hớng lẻ, km/h; t chậm - thời gian tính toán chậm giờ của một trong các đoàn tàu (thực tế thiết kế lấy 1,5 - 2 phút). Thời gian t chậm có thể coi nh tổng số của 2 bộ phận là t 1 + t 2 ; t m - thời gian chuyển tuyến bao gồm thời gian bẻ ghi và mở tín hiệu (khi điều độ tập trung 0,1 - 0,2 phút, khi đóng mở đờng và điện khí tập trung 0,2 - 0,3 phút); S hc , S hl - chiều dài đoạn hãm tàu theo hớng chẵn và lẻ; l t - chiều dài đoàn tàu (m). Xác định chiều dài tính toán đoạn tránh nhau không dừng về phía tàu lẻ L pl : 1. Khi hạn chế tốc độ chạy tàu tới TCS a. Khi chiều di đon tu chẵn v lẻ nh nhau + Giả sử rằng tàu chẵn bị chậm: Khi đó vào thời điểm khi mà tàu lẻ chạy qua trục tránh nhau không dừng (trục chạy suốt) thì tàu chẵn ở cách trục một khoảng cách là 16,7.V c t chậm (vị trí thứ nhất hình 1). ở vị trí thứ hai của tàu chẵn vào thời điểm khi nó giải phóng ghi ra cho tàu lẻ (tức là khi đuôi tàu chẵn ở cùng mặt cắt với mốc xung đột của ghi vào của nó) đầu tàu lẻ cần ở khoảng cách không nhỏ hơn 16,7.t m V l + S hl so với tín hiệu ra ga của hớng lẻ. Điều kiện này xác định khả năng dừng tàu lẻ trớc tín hiệu ra ga nếu nh sự chậm giờ tàu chẵn vợt quá giá trị t chậm . Khoảng thời gian tàu chẵn đi khoảng cách từ vị trí 1 đến vị trí 2 đợc ký hiệu là t 1 . Nếu bỏ qua khoảng cách giữa mốc xung đột ở ghi vào và tín hiệu ra ga thì với độ chính xác chấp nhận đợc thời gian t 1 có thể đợc xác định nh sau: c t plchamc 1 16,7V 2 l Lt16,7V t + = (1) Trong khoảng thời gian t 1 tàu lẻ đi đợc một khoảng cách: hl)ml t pl St16,7V 2 l L . Tức là: l hlml t Pl 1 16,7V St16,7V 2 l L t = (2) Cho phơng trình (1) = (2) ta tìm đợc: lc chlmchamlct P(l) VV VS)t(tV16,7V 2 l L + ++ += (3) + Tơng tự ta có thể tìm đợc L po với trờng hợp tàu lẻ bị chậm: lc lhcmchamlct pc VV VS)t(tV16,7V 2 l L + ++ += (4) b. Khi chiều di đon tu chẵn v lẻ khác nhau Lập luận nh trờng hợp chiều dài đoàn tàu bằng nhau các công thức (3) (4) ta có: lc chlmchamlcctlltc Pl VV VS)t(tV16,7VV0,5lV0,5l L + ++++ = (5) lc lhcmchamlcctlltc Pc VV VS)t(tV16,7VV0,5lV0,5l L + ++++ = (6) Vận tốc đoàn tàu và chiều dài hãm đợc tính bởi sức kéo đầu máy. ở đây vận tốc đoàn tàu đến đầu tiên bị hạn chế bởi trị số cho phép khi thông qua đèn tín hiệu màu vàng, đèn này đợc đặt trớc đèn vào ga một khoảng cách khoảng 1000 m nhng không nhỏ hơn chiều dài đoàn tàu. Chiều dài hãm theo quy định tính sức kéo đợc tính với trờng hợp hãm bình thờng. Khi cùng lúc các đoàn tàu vợt qua trục tránh hoặc là khi có sự lệch nhau về thời gian không lớn thì không đòi hỏi phải giảm tốc (khi tuân thủ vận tốc khi qua ghi vào đờng bên). Với mục đích cải thiện các chỉ tiêu khai thác khi cho tàu chạy suốt có thể tính chiều dài trục chạy suốt mà không cần hạn chế vận tốc thậm chí cả khi các tàu qua trục chạy suốt không cùng lúc. 2. Khi không hạn chế tốc độ chạy tàu Khi đuôi tàu chẵn qua mốc xung đột, đầu tàu lẻ còn phải trớc tín hiệu tuyến và đèn màu của nó vẫn là màu vàng, một khoảng cách trong đó có chiều dài hãm S h đèn màu này cần thiết kế giảm vận tốc theo yêu cầu và quãng đờng 16,7.V l. t m vợt qua bởi đoàn tàu trong thời gian thông tuyến. a. Khi chiều di đon tu bằng nhau vị trí 1 V màu vàng Đèn tín hiệu sáng: màu đỏ Đ hớng lẻ 16,7tmvl+S'hl Lpl V lth Đ vị trí 2 2 lt hớng chẵn TCS 16,7t2vc 16,7t1vl lt 2 khi không hạn chế vận tốc của đon tu tới trục chạy suốt đầu tiên (Chiều dài đoàn tàu nh nhau khi tàu chẵn chậm) Hình 2. So sánh và giải các phơng trình tơng tự nh các phơng trình (1) (2) ta nhận đợc công thức xác định chiều dài tính toán từ TCS tới tín hiệu ra ga theo hớng lẻ và hớng chẵn với trờng hợp tàu thông qua không hạn chế vận tốc: lc cthhlmchamlct Pl VV )Vl(S')t(tV16,7V 2 l L + +++ += (7) lc lorhcmchamlct Pc VV )Vl(S')t(tV16,7V 2 l L + +++ += (8) b. Khi chiều di đon tu chẵn v lẻ khác nhau Tơng tự nh cách chứng minh ở các công thức trên ta có: lc cthhlmchamlcctlltc Pl VV )VlS()t(tV16,7VV0,5lV0,5l L + +++++ = (9) lc lthhcmchamlcctlltc pc VV )VlS()t(tV16,7VV0,5lV0,5l L + +++++ = (10) ở công thức (7) (8) (9) (10) ngoài các đại lợng đã biết còn có chiều dài đoạn giữa tín hiệu tuyến và tín hiệu vào l th bởi vì S hl + l th > S hl và S hc + l th > S hc nếu chiều dài đoạn chạy suốt khi tàu thông qua không hạn chế vận tốc lớn hơn so với trờng hợp hạn chế vận tốc của tàu đầu tiên tới trục chạy suốt. Tuy nhiên khi khối lợng vận chuyển lớn việc phải chi phí xây dựng để làm đoạn đờng đôi có chiều dài lớn về nguyên tắc vẫn hợp lý. Nếu thời gian thực tế chậm giờ của tàu hớng ngợc lại vợt quá trị số tính toán t chậm thì tàu chạy theo biểu đồ cần dừng trớc tín hiệu ra. Trong trờng hợp này dốc trắc dọc đoạn chạy suốt trớc tín hiệu ra trên cha dài bằng chiều dài đoàn tàu cần đảm bảo điều kiện khởi động, cần hãm tàu bằng hãm đầu máy và trong mọi trờng hợp độ dốc này không đợc vợt quá 12 0 / 00 . Nếu đặt yếu tố trắc dọc nh trên (vị trí với i < i kĐ ) vào vị trí làm tăng khối lợng xây dựng hoặc làm kéo dài tuyến thì có thể sử dụng một trong các giải pháp sau: +) Có thể kéo dài đoạn đờng đôi đến yếu tố trắc dọc mà tại đó đảm bảo khởi động (xem hình 3). Trong trờng hợp này chiều dài thực tế đoạn đờng đôi L sẽ chỉ phụ thuộc vào điều kiện trắc dọc của đoạn đờng này. TCS hớng chẵn hớng lẻ L Pl L i i kd l t i>i kd Hình 3. kéo di đoạn chạy suốt khi đẩy tín hiệu ra xa +) Có thể đẩy tín hiệu ra xa trục chạy suốt (TCS) (nếu có yếu tố trắc dọc khởi động đợc) một khoảng cách L y (xem hình 4). Điều này cũng đòi hỏi cũng phải kéo dài đoạn đờng đôi L, bởi trong trờng hợp này tàu chậm cần giải phóng ghi vào một thời gian càng sớm càng tốt so với thời gian tàu chạy cần thiết theo biểu đồ (trong trờng hợp này là tàu lẻ), để đi đợc quãng đờng L Pl - L y thời gian này là: l yPl 16,7V LL t = (11) Quãng đờng đi đợc trong khoảng thời gian này của tàu chẵn chạy là: cl yPl V L V LL = L = l cyPl V )VL(L (12) Nếu nh lợng kéo dài đến L ở trờng hợp đầu không lớn hơn nhiều lần so với lợng kéo dài L ở trờng hợp hai thì sử dụng nh giải pháp đầu vì trong trờng hợp này tạo ra đợc dự trữ bổ xung thực hiện chạy suốt trong trờng hợp tàu chẵn chậm để vợt trị số lớn so với đặt ra trong tính toán. III. Kết luận + Nghiên cứu đã xét một cách khá đầy đủ chi tiết các trờng hợp tính toán thiết kế trục chạy suốt, kết quả này có thể đợc sử dụng trong thực tế tính toán thiết kế. hớng lẻ TCS L Hình 4. i kd i L yb i > kd l t L pl L y hớng chẵn kéo di đoạn chạy suốt khi đẩy tín hiệu ra tới gần trục + Nghiên cứu còn có thể tiến hành bằng phơng pháp đồ giải để so sánh đối chiếu kết quả. + Hạn chế của phơng pháp giải tích là chúng ta coi vận tốc tàu chạy trong giới hạn đoạn chạy suốt nh là không đổi . Sử d ụ ng phơng pháp giải tích để thiết kế tr ụ c chạy suốt nhằm nâng cao khả năng thông qua của Đờng sắt tS. lê hải hà ks. mai tiến chinh Bộ môn TĐH Thiết kế CĐ - ĐH GTVT Một số. chạy suốt v phân bố trục chạy suốt Việc dừng tàu tại ga để các tàu khác hớng tránh nhau làm giảm khả năng thông qua, làm tăng tiêu hao nhiên liệu để giảm tốc và tăng tốc cũng nh thời gian chạy. toán thiết kế trục chạy suốt, kết quả này có thể đợc sử dụng trong thực tế tính toán thiết kế. hớng lẻ TCS L Hình 4. i kd i L yb i > kd l t L pl L y hớng chẵn kéo di đoạn chạy suốt