TÍNH TOÁN THỜI GIAN CHẠY KHÔNG ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẠY CỦA MÁY HÃM ĐOÀN TÀU PGS. TS. NGUYỄN VĂN CHUYÊN Bộ môn Đầu máy – Toa xe Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong quá trình hãm đoàn tàu, quãng đường hãm chia làm hai phần: một phần sau khi hãm vẫn còn chạy đà, thời gian tương ứng gọi là thời gian chạy không. Thời gian chạy không càng ngắn quãng đường hãm chạy không càng ngắn, máy hãm càng nhạy. Một phần khác là quãng đường hãm thực tế. Bài báo nghiên cứu xác định thời gian chạy không cho quá trình hãm của đoàn tàu. Summary: During the train liraking process, braking distance is the divided into two pats: one part is still rienning afer braking, the time eoriesponding is ealled idle time. The shorter idle time is, the shorter idle time is, the shorer idle time. The shorter idle distance means that the better brake unit is. The article student on determining the idle time for the train braking process. CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay trong ngành đường sắt đang sử dụng đoàn tàu với các loại đầu máy toa xe trong đó van hãm rất đa dạng. Để tính toán chính xác quãng đường hãm, đánh giá mức độ an toàn chuyển động của đoàn tàu, chỉ tiêu độ nhậy, cụ thể là thời gian chạy không của đoàn tàu có ý nghĩa rất quan trọng. Bài báo chủ yếu đi sâu nghiên cứu vấn đề này. II. NỘI DUNG 2.1. Khoảng cách hãm Vấn đề hãm đoàn tàu trong tính toán sức kéo và vận dụng thực tế là vấn đề rất quan trọng và tương đối phức tạp. Quy trình quản lý kĩ thuật đường sắt quy định: Cự ly hãm khẩn lớn nhất không vượt qua 800m phải dừng tàu, bao gồm cả trường hợp khi xuống dốc cao dài. Hiện nay, yêu cầu này đã trở thành một yếu tố hạn chế đối với việc nâng cao tốc độ và trọng lượng kéo đoàn tàu. Về khái niệm hãm đoàn tàu quy định: Khoảng cách hãm đoàn tàu chạy qua kể từ lúc tài xế đặt tay hãm vào vị trí hãm đến lúc đoàn tàu dừng lại gọi là cự ly hãm. Nó là chỉ tiêu kĩ thuật chủ yếu phản ánh tổng hợp hiệu quả hãm thực tế và năng lực của thiết bị hãm. Để đảm bảo chạy tàu an toàn tuỳ tình hình đường sắt mỗi nước đều có tiêu chuẩn cự ly hãm khẩn cho phép, gọi là cự CT 2 li hãm tính toán nằm trong khoảng 800 - 1200m, với đoàn tàu cao tốc có thể dài hơn tới 3000m. P(Kpa) Khi tài xế thao tác hãm, các guốc hãm không phải lập tức và đồng thời ép vào bánh xe, sau khi guốc hãm đã ép sát vào bánh xe, áp lực cũng không phải lập tức đạt tới trị số tối đa mà vì áp suất xilanh hãm có một quá trình tăng (xem hình 1). Trong đó t 0 và t m phân biệt là thời gian tính từ lúc tài xế đặt tay hãm đến khi áp suất xilanh hãm của toa thứ nhất và toa xe cuối cùng đoàn tàu bắt đầu tăng (trong thời gian t o đoàn tàu vẫn chạy đà nên t o gọi là thời gian chạy không), t c là thời gian hãm nạp gió (thời gian áp lực từ 0 tới trị số dự định). Bởi vậy áp lực guốc hãm và lực hãm toàn bộ đoàn tàu cũng có một quá trình tăng lên. Biểu thị qua hình 2. Như vậy quá trình hãm đoàn tàu rõ ràng là bị chia làm hai đoạn: một đoạn sau khi hãm vẫn còn chạy đà, thời gian tương ứng gọi là thời gian chạy không t k . Cự ly đoàn tàu trong khoảng thời gian t k chạy được gọi là cự ly chạy không S k . Đoạn tiếp theo là quá trình hãm hữu hiệu tính từ thời điểm xilanh hãm áp lực đột biến tăng đến lúc dừng tàu gọi là quá trình thực hãm, thời gian tương ứng được gọi là thời gian hãm thực tế kí hiệu là t c . Cự ly hãm tương ứng với t c gọi là cự ly hãm thực tế. Kí hiệu là S c . Vậy cự ly hãm đoàn tàu là: S b = S k +S c (1) Mức độ tính toán cự ly hãm liên quan với việc chọn thời điểm lực hãm đột biến tăng có thích hợp hay không, nếu chọn thích hợp thì tổng cự ly hãm chạy không và cự ly hãm hữu hiệu bằng cự ly thực tế, tức là giữa thời gian tính toán và thời gian thực tế sẽ tương đồng nhau nghĩa là cự ly hãm chạy không phải theo nguyên tắc cự ly hãm tương đương quyết định. 2.2. Phương pháp tính thời gian và cự ly hãm chạy không Trong nghiên cứu giả thiết, trong thời gian chạy không, đoàn tàu chạy đà Như vậy trên đường bằng hoặc đường dốc nhỏ, tốc độ đoàn tàu chậm dần, khi xuống dốc cao, dài, khi lực đường dốc lớn hơn lực cản cơ bản thì tốc độ đoàn tàu tăng. Nhưng để dễ tính toán nghiên cứu t(s) P(Kpa) Pdm tc tc tm to t(s) P(kPa) tc Pdm tc tm to Hình 1. Quan hệ giữa áp suất xilanh hãm và thời g ian nạ p g ió Sc Sk K s Hình 2. Quan hệ giữa áp lực guốc hãm và quãng đường hãm giả định trong thời gian chạy không tốc độ đoàn tàu không đổi bằng tốc độ đoàn tàu khi thao tác hãm. Do đó cự ly chạy không có thể tính theo công thức: S k = 0k 1000.v .t 60.60 = 0k v.t 3.6 (m) (2) Trong đó: v 0 - Tốc độ tàu khi hãm (km/h); t k - Thời gian chạy không (s); S k - Có thể tính hoặc thí nghiệm đo được. Căn cứ vào thí nghiệm giả định nguyên thuỷ về cự ly hãm chạy không biểu hiện ở hình 2, khi xem xét đến ảnh hưởng của độ dốc có thể vẽ được đường hợp lực hãm đơn vị đoàn tầu, trong quá trình hãm biến đổi theo thời gian (hình 3). Trong hình 3, hoành độ biểu thị thời gian t, tung độ biểu thị hợp lực đơn vị hãm: b + i ω ; i ω = i + i od , i ω gọi là độ dốc đương lượng giả định trong thời gian chạy không, tốc độ không đổi, w od đựơc coi như hằng số và theo trị số tốc độ đầu khi hãm tính toán thành độ dốc. Quá trình tăng lực hãm đơn vị theo đường AD xử lý gần đúng thành quan hệ đường thẳng (khi chỉ xét đến lực hãm, gốc toạ độ là điểm O, sau khi xét lực cản đường dốc gốc toạ độ dịch xuống O'). Như vậy có thể căn cứ nguyên tắc cự ly hãm tương ứng xây dựng ra phương trình xác định công thức tính thời gian chạy không biểu thị độ nhậy của máy hãm, với giả thiết bỏ qua t o vì t o rất nhỏ, như sau: b tk tc to iω iω t H A E D B b + O O' CT 2 Hình 3. Sự biến đổi giữa lực hãm theo thời gian hãm t k = [ 1 - 21 1- . 31+iω /b ] . t c (3) Trong đó: t c - thời gian nạp gió xilanh toàn đoàn tàu. Khi độ dốc đứng lượng i ω = 0; t k = 0,425 t c (4) Công thức (3) chỉ khi i ω ≥ - b 3 mới sử dụng. Khi i ω = - b 3 ; t k đã tăng bằng t c . Nếu giá trị đại số của độ dốc đương lượng nhỏ nữa tức là i ω < - b 3 thì t k sẽ lớn hơn t c và ra ngoài khái niệm giả định nguyên thuỷ mà hình 2 biểu thị. Đó là kết quả đem ảnh hưởng độ dốc đưa vào trị số giả định thời gian chạy không mà tạo thành, khi đó, công thức (3) xuất hiện số ảo (trong căn số có số âm) tức là t k biến thành số âm. Để giải quyết vấn đề trên, phải phá vỡ khái niệm giả định nguyên thuỷ về thời điểm giả tưởng lực hãm đột biến tăng hạn chế quá trình lực hãm thực tế tăng dần, xây dựng khái niệm giả định mới như biểu diễn trên hình 4. iω b tc tk t H E D A o o' i ω b+ Trong hình 4 không vẽ ra t o mà bỏ qua t o không tính. Khi độ dốc đương lượng i ω = 0, gốc toạ độ ở điểm O, sau khi xét đến ảnh hưởng lực xuống dốc cao, dài, gốc toạ độ dịch lên đến điểm O (vì xuống dốc lực đường dốc biến thành lực kéo). Trên hình 4, từ điểm O' đến điểm A, lực đường dốc lớn hơn lực hãm, tốc độ đoàn tàu tăng; từ A về sau, lực hãm lớn hơn lực xuống dốc, tốc độ đoàn tàu giảm. Tại điểm H, tốc độ đoàn tầu giảm đến tốc độ đầu khi hãm, quá trình chạy không kết thúc, thời điểm lực hãm đột biến tăng đến trị số b. Sau điểm E là quá trình hãm hữu hiệu. Từ đó có thể suy diễn ra thời gian chạy không xuống dốc cao, dài như sau: Hình 4. Sơ đồ giản hóa biểu diễn quan hệ giữa lực hãm và thời gian hãm t k = i 1 ω 1+ - (1+ 4. ) 3b .t c i ω 2.(1+ ) b (5) CT 2 Phạm vi ứng dụng của công thức (5) là i ω ≤ - b 3 ; nó dùng phối hợp với công thức (3). y (=tk/tc) x (=iω/b *9) D A B E 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 54321-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Hình 5 biểu thị mô phỏng quan hệ thời gian chạy không và độ dốc đương lượng. Trong hình 5, hoành độ x = i ω /b * 9 khi trị số của b cố định thì nó đại biểu cho i ω , tung độ y = t k khi t cố định thì nó là đại biểu của t t c c m A là điểm phân giới của hai đường cong Trị số k . Điể . L ω b của điểm A là - 9 3 = - 1 3 . Đường cong bên phải điểm A do công điểm A đ phức tạp trong vận dụng thực tế trong vận dụng thực tế khôn Hình 5. Quan hệ thời gian ông tương đư chạy kh ơng và tốc độ thức (3) vẽ ra; bên trái ược vẽ theo công thức (5). Các công thức lý luận trên khá g thuận lợi nên thường sử dụng các công thức kinh nghiệm giản hoá thông qua các thí nghiệm như sau: * Đối với đoàn tàu khách : (s) (6) 0,18n ) ×(1 - 0,05i j ) (s) (8) ộc lập không phân biệt loại hình, thời gian chạy không t k đều theo hãm ng thực tế là công thức hãm khẩn mà không có tác dụng giảm cục bộ hãm khẩn = (1,3 + 0,045n) × (1- 0,05 i j ) (s) (10) Khi hãm khẩn: t k = 3 - 0,07i j Khi hãm thường: t k = (2,8 + 0,038r )×( 1- 0,03i j ) ( s ) (7) * Đối với đoàn tàu hàng: Khi hãm khẩn: t k = ( 1,5 + Khi hãm thường: t k = ( 2,8 + 0,0014n r ) ×(1 - 0,1i j ) (s) (9) Trong đó: i j - giá trị đại số ‰ của dốc tính toán, khi i j > 0 lấy i j = 0 để tính toán; r - lượng giảm áp ống hãm (kPa); n - số toa xe. Khi đầu máy vận hành đ khẩn 2s để tính. Công thức (8) tro thì sử dụng công thức sau: t k Hai công thức (3) và (5) cũng có thể đơn giản thành công thức theo hàm tuyến tính như các đường gạch gạch trên hình 5. Trong đó: BAD là đoạn dùng để tính ở đường bằng và dốc nhỏ; CT 2 BE BE còn có thể ph dùng cho dốc cao, dài, thậm chí ân thành hai đoạn đường thẳn III. KẾT LUẬN thiệu cách tính thời gian chạy không một cách chính xác, nhằm giúp những ngườ Tài liệu tham khảo yên. Sức kéo đoàn tàu, Hà Nội 2001. inh 1996. g. Bài báo giới i có ý định nghiên cứu sâu sắc về độ nhạy của máy hãm tiếp cận. Nó có thể xác định được thời gian chạy không cho các đoàn tàu có năng lực hãm khác nhau, số toa xe khác nhau, trọng lượng đoàn tàu khác nhau, từ đó xác định chính xác quãng đường chạy không và gián tiếp xác định chính xác quãng đường hãm đoàn tàu. [1]. Nguyễn Văn Chu [2]. Trường đường sắt Trung Quốc. Sức kéo đoàn tầu Bắc K [3]. Vũ Hoài Thu. Luận án Thạc sĩ, Hà Nội 2006 ♦ . hãm đoàn tàu, quãng đường hãm chia làm hai phần: một phần sau khi hãm vẫn còn chạy đà, thời gian tương ứng gọi là thời gian chạy không. Thời gian chạy không càng ngắn quãng đường hãm chạy không. TÍNH TOÁN THỜI GIAN CHẠY KHÔNG ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẠY CỦA MÁY HÃM ĐOÀN TÀU PGS. TS. NGUYỄN VĂN CHUYÊN Bộ môn Đầu máy – Toa xe Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao. xilanh hãm của toa thứ nhất và toa xe cuối cùng đoàn tàu bắt đầu tăng (trong thời gian t o đoàn tàu vẫn chạy đà nên t o gọi là thời gian chạy không) , t c là thời gian hãm nạp gió (thời gian