XáC ĐịNH THIếT Bị CUNG CấP GIó éP CHO THIếT Bị THử VAN HM TOA XE PGS. TS. Vũ Duy Lộc ThS. Vũ thị hoài thu Bộ môn Đầu máy Toa xe Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo trình bầy phơng pháp xác định công suất thiết bị cung cấp gió ép hợp lý cho bệ thử van hãm toa xe, để nâng cao chất lợng kiểm tra, thử nghiệm van hãm v năng suất thiết bị thử. Summary: The paper presents a method of determining the sound capacity of an air compressor for the brake valve tester to improve the brake valve testing quality and the productivity of the tester. I. Đặt vấn đề Thiết bị cung cấp gió ép (máy nén gió) là một bộ phận của thiết bị kiểm tra và thử van hãm đầu máy, toa xe. Vì vậy, máy nén gió phải cung cấp đầy đủ gió ép và ổn định cho thiết bị thử hãm làm việc trong điều kiện bất lợi nhất. CT 2 Thiết bị thử van hãm toa xe sử dụng thử nhiều loại van hãm toa xe khác nhau vận hành trên đờng sắt Việt Nam. Mỗi loại van hãm của hệ thống hãm toa xe trong quá trình thử, kiểm tra tính năng tác dụng van hãm tiêu hao lợng gió ép khác nhau. Do đó, cần phải xác định công suất thiết bị cung cấp gió ép hợp lý cho thiết bị thử các loại van hãm toa xe (thiết bị thử tổng hợp van hãm toa xe) đặt ở các nhà máy, xí nghiệp sửa chữa toa xe. ii. Nội dung 1. Giới thiệu nhiệm vụ, chức năng và cấu tạo thiết bị thử van hm toa xe Thiết bị thử, kiểm tra các loại van hãm có nhiệm vụ thử, kiểm tra tác dụng van hãm theo tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu, phát hiện những h hỏng của các bộ phận, chi tiết van hãm phục vụ công tác bảo dỡng, sửa chữa. Để đảm bảo an toàn vận hành đoàn tầu yêu cầu tất cả van hãm sau khi sửa chữa, bảo dỡng đạt kết quả tốt hoặc van chế tạo mới trớc khi lắp lên toa xe phải đợc kiểm tra trên thiết bị thử, kiểm tra chuyên dùng đạt chất lợng tốt. Cấu tạo thiết bị thử van hãm theo nhiệm vụ, chức năng các bộ phận chi tiết hợp thành chia làm 4 bộ phận chính (xem hình 1): Hình 1. Sơ đồ bệ thử hãm tổng hợp - Bộ phận cung cấp gió ép (máy nén gió); - Bộ phận điều khiển tăng, giảm áp suất gió ép trong thiết bị thử là tay hãm A-V và R-V. - Bộ phận bệ gá lắp các loại van hãm toa xe (bệ gá lắp van P, K; van KE; van VE; van 103 và 104); CT 2 - Bộ phận khung bệ thử và thiết bị hiển thị kết quả kiểm tra gồm: + Các thùng chứa gió ép thể tích 97 lít; 57 lít; 42 lít; 30 lít; 10 lít; 5 lít + Khung bệ thử; + Đờng ống dẫn gió ép và các van khóa trên đờng ống; + Đồng hồ hiển thị kết quả kiểm tra: đồng hồ đo áp suất nguồn, áp suất thùng gió phụ, xi lanh hãm và ống hãm 2. Thiết bị cung cấp gió ép Công suất của máy nén gió và thể tích thùng gió chính chứa gió ép dự trữ phải đảm bảo cung cấp đầy đủ cho thiết bị thử hãm làm việc trong điều kiện bất lợi nhất. Thiết bị gió ép sử dụng cho thiết bị thử van hãm phải đảm bảo đầy đủ tính năng tác dụng nh thiết bị cung cấp gió ép sử dụng trên đầu máy kéo đoàn tầu khách, đoàn tầu hàng vận hành trên đờng sắt Việt Nam. Hiện nay ngành Đờng sắt Việt Nam đang sử dụng nhiều loại đầu máy có công suất từ 400 ữ 2000 mã lực, mỗi loại đầu máy sử dụng một loại máy nén, thùng gió chính có thể tích khác nhau. Vì vậy cần phải xác định, lựa chọn thiết bị cung cấp gió ép cho thiết bị thử van hãm sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp sửa chữa toa xe phù hợp. Bảng 1 Xilanh Loại đầu máy sử dụng Nớc chế tạo Công suất (m áp suất làm việc (kG/cm Thể tích thùng gió chính (lít) Kiểu máy nén Số cấp Số lợng Cách bố trí 3 2 /phút) ) KT6 Diezel Nga 2,6 2 3 V 9 900 CT 2 500 Điện Nga 1,75 2 2 Nằm ngang 9 450 Thẳng đứng BB 0,7/8 TY5,TY7 Nga 0,7 1 2 8 450 K3-LOK-3 D12E Tiệp 4,16 2 3 V 10 850 3CDCV BB900 Mỹ 3,5 2 3 V 9 900 2lp3CV D18E Bỉ 4,35 2 2 Thẳng đứng 10 800 D18E- 700 ấn độ 3CDC-BL 2,51 2 3 V 10 700 W1,6/9-1 D19E Trung Quốc 1,6 x 2 2 3 V 9 800 3. Xác định nhu cầu sử dụng gió ép của thiết bị thử van hm toa xe Công suất máy nén gió ép và thể tích thùng gió chính dự trữ gió ép phụ thuộc kết quả tính toán tổn hao gió ép trong quá trình thử van hãm, tổ chức sản xuất của nhà máy, xí nghiệp sửa chữa toa xe. Thiết bị cung cấp gió ép phải đủ để nạp gió ép cho thùng gió phụ đến trị số định áp sau khi hãm thờng hoàn toàn trong khoảng thời gian 35 ữ 45 giây không đợc giảm áp thùng gió chính, sau khi hãm khẩn là 50 ữ 60 giây với mức độ giảm áp thùng gió chính < 2 kG/cm 2 so với áp suất công tác của thùng gió chính. Tổng chi phí gió ép cung cấp cho thiết bị thử hãm trong quá trình thử đợc xác định theo công thức: Q = Q 1 + Q 2 + Q (m 3 ) (1) 3 trong đó: Q - Tổng chi phí (m 3 ); Q 1 - Tổn hao gió ép trong toàn bộ thiết bị thử (m 3 ); Q 2 - Chi phí gió ép khi thử hãm (m 3 ); 3 Q 3 - Chi phí khác (m ). Xác định Q 1 : Q 1 = 60. (2) = n i i V. 1 1 Với: 1 - Mức độ giảm áp ống dẫn gió ép và các thùng chứa gió ép trong thiết bị thử. Theo tiêu chuẩn cho phép = 0,2. 1 CT 2 V 1 - Thùng gió chính dự trữ trong thiết bị thử. V = 0,15m 3 . 1 V 2 - Thùng dung lợng ống hãm sử dụng cho toa xe khách. V = 0,02m 3 . 2 V - Thùng công tác (thùng điều khiển) của van KE và VE. 3 V 3-KE = 0,005m 3 ; V 3-VE = 0,009m 3 ; V - Thùng gió phụ sử dụng cho các loại van hãm: 4 Đối với van hãm K 2 , ABSD, V 4 = 0,04m 3 ; Đối với van hãm P 2 , V 4 = 0,078m 3 ; Đối với van hãm KE, V 4 = 0,097m 3 ; V - Thể tích xilanh hãm sử dụng cho các loại van hãm: 5 Đối với van hãm K 2 , V 5 = 0,009m 3 ; Đối với van hãm KE, VE , V 5 = 0,014m 3 ; V 6 - Thể tích xilanh hãm dùng để kẹp chặt van hãm P, K. V = 0,0005 m 3 . 6 Thiết bị tổng hợp thử các loại van hãm toa xe mỗi lần thử tại một thời điểm chỉ thử một loại van hãm. Trong tính toán xác định chi phí gió ép cần thiết để thử lớn nhất là để thử van hãm KE sử dụng cho toa xe khách. = n i i V 1 = 0,15 + 0,02 + 0,003 + 0,097 = 0,272 (m 3 ). Thay trị số 1 và vào công thức (2) ta xác định đợc chi phí gió ép lớn nhất cần dùng: = n i i V 1 Q 1 = 60 x 0,2 x 0,272 = 3,264 (m 3 /giờ). Xác định Q : 2 Lợng gió ép cần thiết để thử loại van hãm KE có thùng gió phụ và xilanh hãm tiêu hao gió ép lớn nhất khi thử hãm. Q 2 = [V 2K . r + V 2K . r . P . P c + V + V 3 K 5 XL ].n (3) trong đó: V 2K = 0,02m 3 ; r - Lợng giảm áp ống hãm khi hãm thờng. r = 0,14 MPa; r c - Lợng giảm áp cục bộ ống hãm. r c = 0,04 MPa; = 0,005m 3 ; V 3 P - Lợng giảm áp buồng điều khiển P, K. P CT 2 K K = 0,03 MPa; = 0,014m 3 ; V 5 P XL - áp suất xilanh hãm khi hãm thờng hoàn toàn. P XL = 0,38 MPa; n - Số lần thử hãm cho phép trong 1 giờ. Lấy n = 60 lần. Thay các giá trị vào công thức (3) ta đợc: Q 2 = 5,43m 3 /giờ. Xác định Q 3 Q 3 đợc xác định theo điều kiện làm việc bất lợi nhất đối với máy nén gió, theo tiêu chuẩn cho phép. Q 3 = 12 m 3 /giờ. Thay các giá trị Q 1 , Q , Q vào công thức (1) ta đợc: 2 3 Q = 3,264 + 5,43 + 12 = 20,694 m 3 /giờ = 0,345 m 3 /phút. Chi phí tổn hao gió ép của bộ phận cung cấp gió ép (thùng gió chính, dò hở đờng ống chủ quản, van và khóa) và chi phí gió ép làm sạch chi tiết van hãm khi giải thể ký hiệu là Q 4 cho phép từ (0,12 ữ 0,15) m 3 /phút. Công suất máy nén: Q = Q + 0,15 = 0,345 + 0,15 = 0,495 m 3 /phút (4) M Công suất máy nén cần thiết cho thiết bị thử kiểm tra van hãm toa xe : Q M 0,495 m 3 /phút. Xác định thể tích thùng gió chính của hệ thống cung cấp gió ép Thể tích thùng gió chính xác định từ điều kiện nạp đầy gió ép cho hệ thống hãm sau khi hãm hoàn toàn, bằng tổn hao gió ép xả ra ngoài trời sau một lần hãm thờng hoàn toàn cộng với lợng gió ép dò hở của hệ thống hãm cho phép trong thời gian thực hiện một lần hãm, ký hiệu là Q . Q đợc xác định theo công thức : h h 60 43,5 Q = + 4 1 1 2 60 i i V. Q h = = + 0,272 x 0,2 = 0,1449 m 3 (5) Thể tích thùng gió chính V c đợc xác định theo công thức : V c hr P Q. c = (m 3 ) (6) Với : P - Mức độ thay đổi áp suất thùng gió chính trong giới hạn cho phép. c P = 0,2 MPa c Ta có : V c = 0,1014 m 3 . 3 Vậy, thể tích thùng gió chính tối thiểu là V = 0,1014 m . cmin 4. Lựa chọn máy nén gió ép và thể tích thùng gió chính Công suất máy nén gió ép thể tích thùng gió chính đợc lựa chọn trên cơ sở công suất máy nén Q CT 2 M và thể tích thùng gió chính V . cmin Q M = 0,495 m 3 /phút ; 3 V = 0,1014 m . cmin a. Theo số liệu bảng 1 Máy nén loại BB 0,7/8 có công suất 0,7 m 3 / phút. áp suất 0,8 Mpa thì thể tích thùng gió chính là V c = 0,45 m 3 . b. Máy nén công nghiệp thờng dùng Ký hiệu : PUMA Bảng 2 Loại Công suất (m Công suất động cơ (kW) Số cấp Bố trí Thể tích thùng gió chính (m áp xuất làm việc (MPa) 3 3 /phút ) ) PE 150-000 1,68 11 (15HP) 2 V 0,304 0,8 ữ 1 PE100-200 7,5 (10HP) 2 V 0,25 0,8 ữ 1 0,8 ữ 1 Từ kết quả tính toán công suất máy nén Q M , thể tích thùng gió chính V c cần thiết phục vụ thiết bị thử van hãm so sánh với các loại máy nén sử dụng trên đầu máy và máy nén công nghiệp thờng dùng ta thấy : - Máy nén loại BB 0,7/8 sử dụng trên đầu máy diezel TY5 và TY7 ; - Máy nén PUMA loại PE 100-200. Hai loại máy nén trên có công suất và thể tích thùng gió chính đáp ứng đợc yêu cầu sử dụng cho thb thử van hãm. Nhng máy nén BB0,7/8 sử dụng trên đầu máy đa vào bệ thử phải thiết kế bệ gá lắp máy nén, thùng gió cồng kềnh, phức tạp, di chuyển khó khăn, máy nén cũ, lạc hậu. Loại PE 100.200 là máy nén công nghiệp, lắp ráp đồng bộ, gọn nhẹ, di chuyển thuận lợi, công suất lớn hơn so với máy nén loại BB0,7/8. Vì vậy, nên lựa chọn máy nén loại PUMA PE 100-200 làm thiết bị đồng bộ cung cấp gió ép cho thiết bị thử van hãm (thông số kỹ thuật máy nén xem bảng 2). 5. Kiểm tra công suất máy nén, thể tích thùng gió chính theo điều kiện thời gian cấp gió nhả hm sau khi hm thờng, hm khẩn xác định theo công thức (4) và (6) Thời gian nạp gió đầy đủ cho hệ thống hãm: = 35 ữ 45 giây; + Sau khi hãm thờng: t o = 50 ữ 60 giây; + Sau khi hãm khẩn: t o Q Mi .t o + P c .V c = V 2K . r + V 2K . r c + V 3 . P K + + V = 4 1 1 i i V. 4K . P + Q 4 4 Từ phơng trình cân bằng trên suy ra: o t 1 CT 2 Q Mi . = [V 2K . r + V 2K . r c + V 3 . P K + + V = 4 1 1 i i V. 4K . P - P + Q 4 4 c .V c ]. (7) Chú ý: khi hãm thờng i = T; khi hãm khẩn i = K. Với: V c = 0,25m 3 ; P c - Lợng giảm áp cho phép của thùng gió chính theo thiết kế. P c = 0,15MPa; r - Lợng giảm áp ống hãm khi hãm thờng, hãm khẩn: r = 0,14 - khi hãm thờng; r = 0,28 - khi hãm khẩn. V 4K = 0,097m 3 ; - Lợng giảm áp suất lớn nhất của thùng gió phụ. P P = 0,06MPa. 4 4 - Thời gian nạp gió cho hệ thống hãm: t o t o = (35 ữ 45) giây = (0,6 ữ 0,7) phút - khi hãm thờng; = (50 ữ 60) giây = (0,83 ữ 1) phút - khi hãm khẩn; t o Thay các giá trị vào công thức (7) ta có: Q = 0,304 m 3 / phút; MT Q = 0,224 m 3 / phút; MK So sánh Q , Q với công suất máy nén Q MT MK M lựa chọn ta thấy: công suất máy nén Q = 0,8 m 3 /phút; V c = 0,25m 3 lớn hơn 2,63 lần công suất máy nén kiểm tra theo điều kiện thời gian bổ sung gió ép cho thùng gió phụ và hệ thống hãm sau khi hãm thờng, hãm khẩn. Nh vậy, máy nén lựa chọn đảm bảo cung cấp đầy đủ gió ép cho thiết bị thử van hãm làm việc trong điều kiện bất lợi nhất. iii. Kết luận Phơng pháp xác định công suất thiết bị cung cấp gió ép cho thiết bị thử van hãm toa xe đã đề cập đến các thành phần sử dụng gió ép trên bệ thử, các yếu tố ảnh hởng đến tổn hao gió ép của máy nén trong quá trình làm việc, điều kiện cần thiết để thiết bị thử van hãm làm việc ổn định. Kết quả tính toán đã xác định công suất máy nén, thể tích thùng gió chính hợp lý phục vụ thiết bị thử van hãm toa xe. Nội dung nghiên cứu có ý nghĩa thực tế đối với các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, nhà máy chế tạo, sửa chữa toa xe cần xác định nguồn động lực gió ép phục vụ sản xuất. Tài liệu tham khảo [1]. Khuất Tất Nhỡng, Vũ Duy Lộc, Nguyễn Văn Chuyên, Kiều Duy Sức.Giáo trình Hãm đoàn tầu - Trờng ĐH Giao thông Vận tải -1996. [2]. TS.Vũ Duy Lộc. Giáo trình Nghiệp vụ toa xe - Trờng ĐH Giao thông Vận tải -2001. [3]. PGS.TS. Vũ Duy Lộc. Báo cáo chuyên đề: Nghiên cứu, thiết kế lựa chọn thiết bị động lực cung cấp gió ép cho thiết bị thử van hãm -Hà Nội -2006. Ă CT 2 . đề Thiết bị cung cấp gió ép (máy nén gió) là một bộ phận của thiết bị kiểm tra và thử van hãm đầu máy, toa xe. Vì vậy, máy nén gió phải cung cấp đầy đủ gió ép và ổn định cho thiết bị thử hãm. dụng van hãm tiêu hao lợng gió ép khác nhau. Do đó, cần phải xác định công suất thiết bị cung cấp gió ép hợp lý cho thiết bị thử các loại van hãm toa xe (thiết bị thử tổng hợp van hãm toa xe). Phơng pháp xác định công suất thiết bị cung cấp gió ép cho thiết bị thử van hãm toa xe đã đề cập đến các thành phần sử dụng gió ép trên bệ thử, các yếu tố ảnh hởng đến tổn hao gió ép của máy nén