XÂY DựNG PHầN MềM GIảI QUYếT BàI TOáN ĐảM BảO CHO ĐOàN TầU CHUYểN ĐộNG AN TOàN KHI XUốNG DốC ThS. Vũ thị hoài thu Bộ môn Đầu máy Toa xe Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo trình by nghiên cứu xây dựng phần mềm giải quyết bi toán: đảm bảo cho đon tầu chuyển động an ton khi xuống dốc trên cơ sở kiểm nghiệm trọng lợng kéo theo thời gian chạy không v thời gian nạp gió nhả hãm đon tầu. Summary: This paper introduces the basic theory for software development to satisfy the safety requirements of hauling weight when the train goes down steep and long slopes, based on non-served braking time and air-charging/ brake releasing time. I. Đặt vấn đề Việc nghiên cứu thực tế chạy tầu ở Việt Nam, đặc biệt trên các tuyến đờng có trắc dọc phức tạp nh xuống dốc cao và dài thì việc xác định quãng đờng hãm, mức độ giảm tốc trớc khi xuống dốc là rất quan trọng, vừa đảm bảo an toàn cho chuyển động đoàn tầu, đồng thời nâng cao đợc năng lực thông qua của đoàn tầu trên tuyến, nâng cao tính vận dụng và hiệu quả kinh tế. Từ các bài toán lý thuyết, xây dựng chơng trình tính để giúp cho quá trình tính toán đợc thực hiện nhanh chóng, chính xác. CT 2 II. Nội dung Khi xuống dốc lực, cản đờng dốc trở thành lực kéo dốc, do vậy quy định tốc độ đoàn tầu khi bắt đầu hãm phải nằm trong giới hạn cho phép. Nh vậy sẽ không phát sinh hiện tợng nguy hiểm. Điều kiện đảm bảo an toàn [1]: jozc ib. + (1) trong đó: c - Hệ số hãm; b - Lực hãm chuyển đổi đơn vị, b = 1000. h . h (N/kN); h - Hãm suất đoàn tầu chuyển đổi khi hãm khẩn; h - Hệ số ma sát chuyển đổi; oz - Lực cản đơn vị cơ bản của đoàn tầu khi xuống dốc (N/kN); i j - Độ dốc quy đổi (%o). Tùy theo dốc dài, cao khác nhau mà phải xử lý các biện pháp hãm khác nhau. Mặt khác, để bảo đảm đoàn tầu xuống dốc an toàn phải tiến hành hãm khi tốc độ đoàn tầu cha đạt tốc độ giới hạn. Nếu dốc cao và dài phải tiến hành hãm giai đoạn, phải có chu kỳ hãm và nhả hãm hợp lý. CT 2 v gh Q l B Q W Hình 1. Sơ đồ lực tác dụng khi đon tầu xuống dốc B - Lực hãm; Q 1 - Lực đờng dốc; W - Lực cản cơ bản; Q - Trọng lực Vì vậy, chúng ta sử dụng hãm đầu máy để nhả hãm đoàn xe sau đó tiếp tục hãm đoàn tầu. Muốn có đợc điều này, một điều kiện tối quan trọng là trong thời gian tăng tốc sau mỗi lần nhả hãm (t z ) - tốc độ đoàn tầu tăng tới tốc độ giới hạn của đờng dốc khi đó t z phải thỏa mãn điều kiện: Thời gian tăng tốc độ (t z ) phải lớn hơn tổng thời gian phục vụ cho quá trình nạp gió nhả hãm t n và thời gian chạy không khi thao tác hãm lần tiếp theo t k . Nghĩa là: t z > t n + t k (2) Quá trình thao tác hãm cứ tiếp tục hãm giai đoạn đoàn tầu sẽ ra khỏi dốc an toàn. 1. Kiểm nghiệm trọng lợng kéo theo thời gian chạy không và thời gian nạp gió nhả hm xuống dốc cao và dài Khi đoàn tàu xuống dốc dài, lực cản đờng dốc biến thành lực kéo dốc, lực này lớn hơn nhiều so với các lực cản khác làm cho tốc độ đoàn tàu tăng nhanh. Để đoàn tàu không vợt quá tốc độ qui định, ta phải thực hiện hãm giai đoạn, tức là hãm và nhả hãm sau đó lại hãm và nhả hãmtới khi ra khỏi dốc. Nếu độ dốc lớn hoặc trọng lợng kéo rất lớn cần thao tác hãm kết hợp hãm động năng với hãm gió ép giai đoạn. Điều kiện kiểm nghiệm là phải thỏa mãn công thức (2). 2. Xác định tốc độ giới hạn đoàn tầu khi xuống dốc cao và dài Khi xuống dốc ngời ta thờng sử dụng kết hợp cả trạng thái chạy đà và hãm thờng. Giới hạn hãm thờng tính theo công thức (1). Để tiện cho ứng dụng, ngời ta tính tốc độ giới hạn hãm đoàn tầu phụ thuộc hãm suất đoàn tầu, độ dốc khu gian. 3. Lập trình để giải các bài toán [2] Chơng trình đợc lập trình bằng ngôn ngữ Visual Basic.net với giao diện tiện lợi cho ngời sử dụng và có thể sửa đổi các thông số, công thức tính toán trong quá trình vận dụng cho phù hợp với thực tế. Bảng 1: Bảng dữ liệu đầu vo TT Tên bảng Trờng Diễn giải Kiểu Đơn vị V o Vận tốc bắt đầu quá trình hãm N km/h deltaV Gian cách tốc độ N km/h Vz Vận tốc kết thúc hãm N km/h r Lợng giảm áp ống hãm chính N kG/cm 2 ij Độ dốc quy đổi N P Trọng lợng đầu máy N Tấn doantau Chọn chế độ tầu khách/ hàng B Bài toán tính quãng đờng hãm hkgacb Chọn chế độ hãm khẩn có giảm áp cục bộ hay không B V1 Tốc độ đầu gian cách N km/h V2 Tốc độ cuối gian cách N km/h 1 General Input: Lu trữ dữ liệu đầu vào chung Bài toán kiểm nghiệm trọng lợng Pdm Định áp ống hãm đoàn xe N kG/cm 2 STT Số thứ tự của toa xe trong đoàn xe N Ký hiệu Ký hiệu của toa xe N Đg kính Đờng kính xi lanh hãm N mm Tải Chọn xe có tải hay rỗng B nuyb Hiệu suất truyền động hãm N gamab Bội suất hãm N nb Số nồi hãm của toa xe N cái nk Số guốc hãm của toa xe N cái G Tổng trọng của toa xe (tải trọng + trọng bì) N Tấn Van màng Chọn van màng hay van 3 cửa 2 Car_Inputs Lu trữ dữ liệu đầu vào của đoàn tầu thành lập Nh ậ p đoàn xe Chiều dài Chiều dài toa xe N m CT 2 Bảng 2: Bảng kết quả tính toán TT Tên bảng Trờng Diễn giải Kiểu Đơn vị STT Số gian cách tốc độ N V 1 Tốc độ đầu gian cách N km/h V 2 Tốc độ cuối gian cách N km/h V Tốc độ trung bình trong gian cách N km/h 1 Gian cách tốc độ H Hệ số ma sát chuyển đổi N h Hãm suất chuyển đổi đoàn tầu N H Hệ số ma sát chuyển đổi đoàn tầu N K h Tổng áp lực guốc hãm chuyển đổi đoàn tầu N S k Quãng đờng chạy không của đoàn tầu khi hãm N m t k Thời gian chạy không của đoàn tầu khi hãm N giây S C Quãng đờng hãm hữu hiệu của đoàn tầu khi hãm N m S Quãng đờng hãm của đoàn tầu N M tn Thời gian nạp gió N giây 2 Item Result Lu trữ kết quả tính toán Kết quả tính toán tz Thời gian tăng tốc N giây CT 2 Hình 2. Bảng dữ liệu đợc xây dựng SƠ Đồ KHốI CHƯƠNG TRìNH TíNH TOáN BEGIN Nhập số liệu tính quãng đờng hãm Vo, detalV; V z ; r; i j ; chiều dài; đờng kính XLH; P; tải; nuyb; gamab; nb; G; hệ van Nhập số liệu kiểm nghiệm trọng lợng kéo: V k1 ; V k2 ; P dm CT 2 Hình 3. Sơ đồ khối chơng trình tính 4. Bài toán ứng dụng a. Chọn cung đờng nghiên cứu Giải bài toán thực tế trong khu gian nghiên cứu, ta lựa chọn cung đoạn có trắc dọc phức tạp với địa hình có độ dốc lớn, có nhiều cầu, cống và hầm trên tuyến đờng Thống nhất, đó là cung đoạn từ Ga Huế đến Ga Đà Nẵng. Các đặc điểm chính sau: Lý trình : từ km 688+650 đến km 792+900 Độ dốc lớn nhất : 17 Tốc độ cho phép lớn nhất : 80km/h; alVdet VV k kk 21 = Tính od , o alVdet VV n 21 = Tính Kh )GP.(, K h h + = 89 2 21 VV V + = Mở file hàm func.txt Tính oz , h Tính t k V 1 = V z i*detalV V 2 = V 1 - detalV C jozhh c S i )VV.(, S + ++ = 1000 174 2 2 2 1 i = 0 ữn 63, t.V S ko k = S = S c + S k END GP G.''P.' ood od + + = V 1 = V k1 i*detalV 2 21 VV V + = Z jod z t )i( ) VV( t + + = 21 30 i = 0 ữn = rP .,v dm 73 5+= v L t n t z > t k + t n Tốc độ nhỏ nhất : 30km/h; Bảng 4. Giá trị độ dốc giản hoá của cung đoạn Huế - Đ Nẵng TT 1 2 3 4 5 6 7 8 Tốc độ cho phép (km/h) 60 60 80 70 70 70 70 70 Độ dốc() 0 0,28 -0,2 2 -2,25 0,12 2,83 1,43 Độ dài (m) 650 4350 6000 4000 4000 8000 14000 4000 TT 9 10 11 12 13 14 15 16 Tốc độ cho phép (km/h) 70 80 80 80 50 55 40 30 Độ dốc() -3,06 0,07 -0,04 2,5 -0,34 -0,39 -0,39 -0,25 Độ dài (m) 2000 6000 2500 1500 1500 3500 4250 1160 TT 17 18 19 20 21 22 Tốc độ cho phép (km/h) 30 30 30 70 50 50 Độ dốc() 17 0 -17 0,07 -1,1 0 Độ dài (m) 10590 1000 9000 12300 3100 1500 CT 2 b. áp dụng tính cho một đon tầu thực tế Tính cho đoàn tầu hàng gồm: 1 đầu máy D19E (có trọng lợng 78 tấn) kéo 23 toa, trọng lợng kéo G = 838,3 tấn trong đó có 10 toa sử dụng máy hãm K2 (2 toa rỗng + 8 toa nặng); 2 toa sử dụng máy hãm ABSD (1 toa rỗng + 1 toa nặng); 11 toa sử dụng máy hãm KE (5 toa rỗng + 6 toa nặng); Bắt đầu chạy đà từ tốc độ 20km/h xuống dốc 17 (cung đoạn Huế - Đà Nẵng, dốc Đèo Hải Vân). Tốc độ giới hạn của đon tầu chuyển động trên đờng dốc: [v] = 70km/h. [2] Bảng số liệu nhập vo của chơng trình tính: Số liệu tính toán Tính quãng đờng hãm V 0 = 70km/h V = 10km/h Vz = 0 km/h r = 1.4kG/cm2 ij = -17 P = 78 T Đoàn tầu: Hàng Chế độ: Hãm thờng Tính trọng lợng kéo V1 = 70 km/h V2 = 20km/h Pdm = 5kG/cm2 Bảng 5. Số liệu toa xe STT Đờng kính XLH Hệ van b b n b n k G Tải Chiều dài 1 305 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 17.5 Rỗng 20.00 2 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 19.5 Rỗng 20.00 3 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 19.5 Rỗng 20.00 4 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 15 Rỗng 20.00 5 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 18 Rỗng 20.00 6 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 19 Rỗng 20.00 7 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 19.5 Rỗng 20.00 8 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 18 Rỗng 20.00 9 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 48 Có tải 20.000 10 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 35 Có tải 20.000 11 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 47.2 Có tải 20.000 12 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 52 Có tải 20.000 13 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 49 Có tải 20.000 14 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 53 Có tải 20.000 15 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 53 Có tải 20.000 16 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 53 Có tải 20.000 17 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 54 Có tải 20.000 18 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 53 Có tải 20.000 19 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 46 Có tải 20.000 20 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 46 Có tải 20.000 21 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 38 Có tải 20.000 22 254 Van ba cửa 0.90 8.00 1 4 30.5 Có tải 20.000 23 356 Van màng 0.90 8.00 1 4 34.9 Có tải 20.000 CT 2 Kết quả tính toán kiểm nghiệm quãng đờng hãm Bảng 6. Gian cách tốc độ STT V1 -V2 V h 1 70 ữ 60 65 0.40 2 60 ữ50 55 0.40 3 50 ữ 40 45 0.41 4 40 ữ 30 35 0.42 5 30 ữ 20 25 0.43 6 20 ữ 10 15 0.46 7 10 ữ 0 5 0.53 Kết quả tính toán: h =0.34 h = 3.04 KH = 3092.57 S k = 383.67 S c = 161.46 t k = 19.73 S = 543.13 Kết quả tính toán kiểm nghiệm trọng lợng kéo Bảng 7. Gian cách tốc độ STT V1 -V2 V od tz 1 70 ữ 60 65 2.11 20.14 2 60 ữ50 55 1.91 19.87 3 50 ữ 40 45 1.72 19.63 4 40 ữ 30 35 1.55 19.42 5 30 ữ 20 25 1.39 19.22 Kết quả tính toán: t k = 19.73 t n = 76.78 t k + t n = 96.51 t z = 98.29 Kết luận: Đoàn tầu đã lập có trọng lợng kéo phù hợp CT 2 Hình 4. Giao diện của chơng trình tính III. Kết luận Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến vận tốc đoàn tầu khi chuyển động trong đờng dốc đồng thời sử dụng các chơng trình tính toán để xác định tốc độ theo các điều kiện cho trớc và lựa chọn tốc độ đoàn tầu thông qua đờng dốc thiên về an toàn là cần thiết, từ đó xây dựng chơng trình tính toán, kiểm nghiệm trọng lợng đoàn tầu nhanh chóng, chính xác và thuận tiện cho công tác điều khiển vận hành hãm đoàn tầu khi xuống dốc. Tài liệu tham khảo [1]. TS. Nguyễn Văn Chuyên. Sức kéo đoàn tầu - Hà nội 2001 [ 2]. Vũ Thị Hoi Thu. Luận án thạc sỹ : "Nghiên cứu ảnh hởng của tính năng hãm đến an toàn đoàn tầu vận hành trên những đoạn đờng có trắc dọc phức tạp". Ă . XÂY DựNG PHầN MềM GIảI QUYếT BàI TOáN ĐảM BảO CHO ĐOàN TầU CHUYểN ĐộNG AN TOàN KHI XUốNG DốC ThS. Vũ thị hoài thu Bộ môn Đầu máy Toa xe Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo. xây dựng phần mềm giải quyết bi toán: đảm bảo cho đon tầu chuyển động an ton khi xuống dốc trên cơ sở kiểm nghiệm trọng lợng kéo theo thời gian chạy không v thời gian nạp gió nhả hãm đon tầu. . trắc dọc phức tạp nh xuống dốc cao và dài thì việc xác định quãng đờng hãm, mức độ giảm tốc trớc khi xuống dốc là rất quan trọng, vừa đảm bảo an toàn cho chuyển động đoàn tầu, đồng thời nâng