Khảo sát và thiết kế đường sắt part 5 doc

R 1 § B δ l 1 1 β B¾c § 1 2 1 α l 2 α 2 R 2 β 2 Hình 4- 2. ðường thẳng và ñường cong. δ - góc phương vị (theo kim la bàn trong máy kinh vĩ) quay theo chiều kim ñồng hồ : δ = 0 ÷ 360 0 . α i - góc chuyển hướng β i - góc trong α i = 180 0 - β i (4- 1) R i - góc hai phương 0÷ 90 0 R 1 = 180 0 - (δ + α 1 ) (4- 2) Nếu ñịa hình cho phép nên thiết kế ñoạn thẳng dài một vài km hoặc dài hơn chiều dài ñoàn tàu. Trên tuyến ñường sắt liên lục ñịa Úc có ñoạn thẳng dài nhất thế giới là 530km. Trên một tuyến ñường sắt của Áchentina có ñoạn thẳng dài 330km. Ở Nga có ñoạn thẳng dài 95km trên tuyến Karbưsevo-Irtưskoe. b. ðường cong: dùng khi tránh chướng ngại, tránh vùng ñịa chất xấu hoặc giảm khối lượng công trình. ðường cong có thể là ñường cong tròn hoặc ñường cong có hoà hoãn. Thông số của mỗi ñường cong là góc chuyển hướng α ( 0 , rad), bán kính ñường cong R (m), hướng rẽ (phải hoặc trái), chiều dài ñường cong hoà hoãn L 0 (m). Các yếu tố ñường cong ñược xác ñịnh như sau: Hình 4- 3. a. ðường cong tròn; b. ðường cong có hoà hoãn ðường tang T 0 = Rtg 2 α (m) (4- 3) T = T 0 + 2 0 L (m) (4- 4) Chiều dài ñường cong KT 0 = 180 0 απ R (m) (4- 5) KT = KT 0 + L 0 (m) (4- 6) Phân cự P 0 = R(sec 2 α - 1) (m) (4- 7) P = P 0 + δ = R(sec 2 α - 1) + R L 24 2 0 (m) (4- 8) δ - lượng dịch trong khi có ñường cong hoà hoãn. Lưu ý: Công thức tính các yếu tố ñường cong trên ñường cong có hoà hoãn là công thức gần ñúng. Các yếu tố ñường cong ñược tính sẵn trong bảng cắm ñường cong, khi thiết kế cần phải ghi ñầy ñủ các yếu tố ñường cong trên bình ñồ cũng như trên trắc dọc. c. Những nhược ñiểm của ñường cong bán kính nhỏ. - Hạn chế vận tốc chạy tàu: vận tốc chạy tàu qua ñường cong phụ thuộc vào siêu cao ray lưng, vào ñiều kiện ổn ñịnh và bền vững của ñường cong, ñầu máy toa xe, vào ñiều kiện ñảm bảo tiện nghi cho hành khách. Do vậy nếu vận tốc chạy tàu qua ñường cong giảm so với ñường thẳng thì thời gian chạy tàu tăng dẫn ñến chu trình ñầu máy toa xe kéo dài và làm tăng số lượng ñầu máy toa xe. Mặt khác do hãm tàu làm tiêu phí ñộng năng dẫn ñến chi phí vận chuyển tăng. Vận tốc tối ña khi tàu vào ñường cong có thể tính theo công thức sau: [V max ] = 3,6 RAh S g R lt =+ )]([ 1 α (km/h) (4- 9) Trong ñó [α lt ] - gia tốc ly tâm dư cho phép (m/s 2 ) S 1 - cự ly giữa hai trục ray (m) g - gia tốc trọng trường (m/s 2 ) h - siêu cao ray lưng (m) R - bán kính ñường cong (m) 3,6 - hệ số ñổi từ m/s ra km/h Ở nước ta hiện nay vận tốc tối ña khi tàu vào ñường cong cho cả hai khổ ñường ñược tính theo công thức: V max = 4,1 R (km/h) (4- 10) V giíi h¹n K V L tµu L tµu 2 2 Hình 4- 4. Hạn chế vận tốc chạy tàu khi qua ñường cong bán kính nhỏ Bảng 4- 1. Vận tốc lớn nhất qua ñường cong theo bán kính. V max (km/h) R (m) 250 300 350 400 500 600 700 800 1000 1200 1500 4,1 R 65 75 80 85 90 100 110 120 130 145 160 Tương lai dự kiến muốn tăng vận tốc tầu lên 100 km/h thì bán kính ñường cong tròn R ≥ 500m, muốn tăng vận tốc tàu khách lên 120 km/h thì R ≥ 700m. Trường hợp thông thường trong khu gian sử dụng bán kính sau: 4000, 3000, 2500, 2000, 1800, 1500, 1200, 1000, 800, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350 ,300, 250, 200, 150, 100 m. ðường 1435 mm quy ñịnh R max = 4000 m ðường 1000 mm quy ñịnh R max = 3000 m - Giảm hệ số bám lăn giữa bánh xe ñầu máy với ray ϕ k do trên ñường cong ray ngoài và ray trong có ñộ dài không bằng nhau nên có hiện tượng bánh ngoài vừa lăn vừa trượt dẫn ñến sức kéo bám của ñầu máy bị giảm và có khi phải giảm bớt khối lượng ñoàn tàu. F k ≤ 1000Ψ k ∑ P g (N) Trong ñó ∑ P - khối lượng bám của ñầu máy. Theo tài liệu thí nghiệm của Viện nghiên cứu khoa học ñường sắt Liên bang Nga thì R = 400 m ; Ψ giảm 7,5 % R = 300 m ; Ψ giảm 14 % R = 200 m ; Ψ giảm 22 % - Tăng duy tu bảo quản kiến trúc tầng trên. + R giảm nên ray chóng mòn do bánh trượt trên ray lực ly tâm ñẩy ngang. + ðộ hao mòn của ray w phụ thuộc cường ñộ vận chuyển, bán kính ñường cong, chiều dài khung cứng toa xe, vận tốc chạy tàu, tải trọng trục + Trong ñường cong bán kính nhỏ tà vẹt và phụ kiện phải tăng và chóng hỏng. (mm /triÖu tÊn t¶i träng) w 2 R (m) Hình 4- 5. ðồ thị biểu diễn hao mòn ray theo bán kính - Chi phí sửa chữa ñầu máy và toa xe tăng chủ yếu do chi phí cho các bộ phận chuyển ñộng như vành ñai bánh xe. - Làm cho ñường bị dài thêm ra T T T T 2 R 1 R 1 K 1 2 2 K α 2 1 Hình 4- 6. Làm cho ñường dài thêm ra khi R 2 < R 1 Nếu α = const và giảm R 1 -> R 2 thì ñường dài thêm ra một ñoạn ∆L = 2(T 1 - T 2 ) + K 2 - K 1 (m) (4- 11) Thường trong thực tế khi R giảm thì luôn tăng α ñể bám ñịa hình, do α tăng lại càng làm ñường dài thêm ra. 4.1.2. Bán kính tối thiểu và bán kính hạn chế. Bán kính tối thiểu là bán kính nhỏ nhất dùng tuỳ theo cấp ñường, vận tốc chạy tàu, khối lượng vận chuyển và ñiều kiện ñịa hình. Bán kính hạn chế là bán kính nhỏ nhất ñược phép dùng tuỳ theo cấu tạo của ñầu máy toa xe, nó không thể nhỏ hơn nữa nếu không tàu chạy không an toàn. Ví dụ: R hc = 75 m cho ñầu máy loại nhỏ; R hc = 150 m cho ñầu máy loại lớn. Bảng 4- 2. Bán kính nhỏ nhất ở chính tuyến Thứ tự Khổ ñường Cấp ñường ðịa hình thông thường ðịa hình khó khăn ðịa hình ñặc biệt khó khăn 1 1435mm quốc gia cao tốc I ; II III 1500 700 400 1200 350 300 250 200 2 1000mm quốc gia chủ yếu thứ yếu 400 300 200 150 150 100 4.1.3. ðường cong hoà hoãn (ñường cong chuyển tiếp). a. Tác dụng của ñường cong hoà hoãn. ðể các lực phụ (chủ yếu là lực ly tâm) không phát sinh ñột ngột khi tàu chạy từ ñường thẳng vào ñường cong và ngược lại hoặc chuyển từ ñường cong nọ sang ñường cong kia. J = 0 2 R = α R = R mV 2 J = R = ρ N§ T§ R R = R 1 ρ mV J = 1 J = mV 2 TC NC J = 0 Hình 4- 7. ðường cong hoà hoãn. Thực hiện siêu cao ray lưng. N§ NC o o KT' L o L o T§ TC h Hình 4- 8. Vuốt siêu cao trên ñường cong hoà hoãn Thực hiện nới rộng cự ly (gia khoan) từ ñường thẳng vào ñường cong. N§ o T§ o L TC NC So Sct k L Hình 4- 9. Nới rộng cự ly trên ñường cong hoà hoãn b. Chiều dài ñường cong hoà hoãn. L 0 = i h (4- 12) mà: h = R V 2 max 3,7 hoặc là h = R V 2 0 8,11 (ñường 1435 mm khi lấy S 1 =1,5m) (4- 13) h max = 125 mm h = R V 2 max 4,5 hoặc là h = R V 2 0 4,8 (ñường 1000 mm khi lấy S 1 =1,07m) (4- 14) h max = 95 mm Trong ñó: h - siêu cao ray lưng V max - vận tốc lớn nhất của tàu khi qua ñường cong R - bán kính ñường cong i - ñộ vuốt dốc siêu cao Chiều dài ñường cong hoà hoãn L 0 phải thoả mãn các ñiều kiện sau: + ðộ vuốt dốc siêu cao phải ñảm bảo ñể bánh xe ở trục sau không bò lên mặt ñỉnh ray bụng, muốn vậy: i ≤ i 0 (4- 15) i 0 = 1‰ với ñường 1435 mm ; ñường cải tạo i 0 = 2‰ i 0 = 2‰ với ñường 1000 mm ; ñường cải tạo i 0 = 2,5‰ + Vận tốc nâng cao bánh xe ray lưng không phát triển quá nhanh, muốn vậy: i ≤ i 2 i 2 = max 1 KV (4- 16) ở ñây V max - vận tốc lớn nhất (km/h) K - hệ số ñổi ñơn vị khi f 0 = 28 mm/s thì K = 10 1 km/h khi f 0 = 35 mm/s thì K = 8 1 km/h f 0 - vận tốc nâng cao bánh xe cho phép i 2 = V f V dt dh vdt dh ds dh 1 . 1 . 0 === Trường hợp bất lợi nhất V = V max thì i 2 = max 0 V f hay i 2 = max 1 KV  L 0 = f hV 6,3 max (4- 17) Bảng 4- 3. Siêu cao ñường cong tính theo h max = 125 mm (ñường 1435 mm) R (m) V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1200 1400 1600 1800 35 25 25 20 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 10 10 60 50 40 35 30 25 25 20 20 20 15 15 15 15 15 15 10 10 10 95 75 65 55 50 40 40 35 30 30 25 25 25 20 20 20 20 15 15 10 10 11 0 90 80 70 60 55 50 45 40 40 35 35 30 30 30 25 25 20 15 12 5 10 5 95 85 75 70 60 55 55 50 45 45 40 40 35 30 25 120 110 95 90 80 75 70 65 60 55 50 50 50 40 35 30 25 12 5 11 0 10 5 95 90 80 75 70 70 65 60 50 125 115 110 100 95 90 85 80 75 65 55 50 40 125 115 110 100 95 90 75 65 60 50 120 115 110 90 80 70 60 2000 3000 4000 10 15 15 10 10 25 20 20 10 10 25 15 10 45 40 35 30 20 15 40 35 20 45 30 25 55 35 25 Bảng 4- 4. Siêu cao ñường cong tính theo h max = 80 mm (ñường 1000 mm) R (m) V (km/h) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 R (m) V (km/h) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 15 15 10 5 5 5 5 5 5 25 20 15 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 40 30 20 15 15 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 60 40 30 25 20 15 15 15 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 80 50 40 35 25 25 20 20 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 70 55 40 35 30 25 25 20 20 20 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 80 60 55 45 40 35 30 25 25 20 20 20 20 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 65 60 55 45 40 35 35 30 30 25 25 20 20 20 20 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 80 65 55 50 45 40 35 35 30 30 25 25 25 20 20 20 20 15 15 15 15 10 10 10 10 10 80 70 60 55 50 45 40 35 35 30 30 30 25 25 25 25 20 20 15 15 15 15 15 15 10 80 70 60 55 50 45 40 40 35 35 35 30 30 30 25 25 20 20 20 15 15 15 15 15 80 70 65 60 55 50 45 45 40 40 35 35 30 30 25 25 25 20 20 20 20 15 15 Bảng 4- 5. Chiều dài hoà hoãn (ñường 1435 mm quốc gia) Chiều dài hoà hoãn L 0 (m) ST T R (m) ðường cao tốc Cấp I Cấp II Cấp III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 4000 3000 2500 2000 1800 1500 1200 1000 800 700 600 550 500 450 400 350 300 250 200 70 - 50 - 40 90 - 80 - 60 110 - 90 - 70 140 - 110 - 90 170 - 140 - 110 220 - 180 - 140 240 - 190 - 150 220 - 180 - 140 40 - 30 - 30 50 - 40 - 40 60 - 50 - 50 80 - 70 - 60 90 - 80 - 70 100 - 90 - 80 140 - 120 - 100 160 - 140 - 120 170 - 150 - 130 170 - 140 - 120 150 - 130 - 110 150 - 130 - 110 140 - 120 - 110 130 - 110 - 100 130 - 110 - 90 120 - 100 - 90 100 - 90 - 80 100 - 80 - 70 100 - 80 - 70 30 - 20 - 20 40 - 30 - 30 50 - 40 - 40 60 - 50 - 50 70 - 60 - 50 80 - 70 - 60 100 - 90 - 80 120 - 100 - 90 150 - 130 - 120 150 - 130 - 110 140 - 120 - 110 130 - 100 - 100 120 - 100 - 90 120 - 100 - 90 110 - 90 - 80 110 - 90 - 80 100 - 80 - 70 90 - 80 - 70 90 - 80 - 70 20 - 20 - 20 20 - 20 - 20 30 - 20 - 20 30 - 30 - 30 40 - 30 - 30 50 - 40 - 40 60 - 50 - 40 70 - 60 - 50 70 - 60 - 50 80 - 70 - 60 90 - 80 - 70 90 - 80 - 70 80 - 70 - 60 80 - 70 - 60 70 - 60 - 50 70 - 60 - 50 Ghi chú: Chiều dài ñường cong hoà hoãn trong bảng ghi 3 số: trị số lớn, trị số trung gian và trị số nhỏ. Nói chung tận lượng dùng trị số lớn. Trường hợp khó khăn ở trắc dọc lõm, ñoạn xuống dốc lớn và dài, tàu hàng một trong hai hướng ñạt gần vận tốc tối ña thì cần dùng trị số lớn. Ở những ñoạn tàu hàng vận tốc dạt trị số trung bình có thể dùng trị số trung gian. Ở ñoạn trắc dọc lồi, các ñoạn nằm sát trắc dọc lồi, vận tốc tàu hàng cả hai hướng chỉ bằng vận tốc tính toán nhỏ nhất thì có thể dùng trị số nhỏ. [...]... 20 4 700 40 - 30 - 20 5 600 50 - 40 - 30 6 7 55 0 50 0 8 9 10 ðư ng ch y u ðư ng th y u ðư ng chuyên d ng 50 - 40 - 30 60 - 50 - 40 20 - 10 20 - 10 45 400 35 60 - 50 - 40 60 - 50 - 40 60 - 50 - 40 30 - 20 30 - 20 30 - 20 30 - 20 30 - 20 30 - 20 11 12 300 250 60 - 50 - 40 60 - 50 - 40 30 - 20 40 - 30 30 - 20 40 - 30 13 14 200 150 50 - 40 - 30 40 - 30 40 - 30 40 - 30 40 - 30 40 - 30 15 100 40 - 30 40 - 30... 200 200 Hình 4- 25 D c hòa hoãn c ðo n tranh th ñi h t d c h n ch i p - ir ip 200 ≤ ip /2 ip d c l i i p - ir Hình 4- 26 ði d c ip B ng 4- 10 Chi u dài ng n nh t c a ño n d c (m) Kh ñư ng 14 35 mm qu c gia 1000 mm ð d c h n ch C p ñư ng I II ch y u th y u 4 5- 6 7-8 9 10-12 13-20 21- 25 500 350 400 300 400 250 400 200 350 200 350 200 200 350 250 300 200 250 200 200 150 200 150 200 150 150 4.2.9 N i các... = 0, 95 khi ñ u máy th hai ñ u và λ = 0,90 khi ñ u máy th hai cu i ñoàn tàu gi a ñoàn tàu Lưu ý: - ng v i m i tr s ip có m t tr s igc vì Q ñư c tính theo ip - Trong "Quy ph m thi t k ñư ng s t" ng v i m i ip ngư i ta ñưa ra igc tương ng (xem b ng 4-9) B ng 4- 9 D c l n nh t 2 ñ u máy kéo igc ñư ng 14 35 mm D c h n ch ñư ng 1000 mm (‰) Hơi nư c ðiêzen ði n Hơi nư c 4 6 8 ,5 12,0 8 ,5 12 ,5 8 ,5 13,0 8 ,5 12,0... c, 2 Nga l y ad = 0,2 ÷ 0,3 m/s , t ñó Rñ = 150 00; 10000; 50 00; 3000 tuỳ thu c c p ñư ng, (0, 25 ÷ 0,4)V2max, ð c và Áo Rñ = Nh t B n trên ñư ng s t Tôkaiñô Rñ = 10000m; ñư ng cao t c Rñ = 20000m, còn Pháp trên nư c ta trên ñư ng ch y u (kh 1000 mm), ñư ng c p 1, 2 (kh 14 35 mm) l y Rñ = 10000m, còn l i ñư ng c p 3 kh 1435mm và các c p kh 1000mm l y Rñ = 50 00m T § A x T§ h α = α 1−(−α2 ) =α1 +α2 y TC... nhiên là 350 ,5 m, cao ñ thi t k là 346,36 m, i1 = 5 , i2 = -3‰, Rñ = 10000 m Gi i: T i ñi m B có: ∆i = /5 - (-3)/ = 8‰ Tñ = 5 i = 40 m 40 2 T2 h= = = 0,08 m 2R ® 2.10000 Cao ñ thi t k t i ñi m B sau khi ñã b trí ñư ng cong n i d c ñ ng là 346,360,08=346,28m Chi u sâu ñào ñ t t i ñi m B là 350 ,5 - 346,28 = 4,22 m 2 N i b ng hình c t lư n cong Dùng ñư ng cong tròn n i d c ñ ng có bán kính vài ch c nghìn... (4- 18) n - h s thư ng dùng trên ñư ng s t c a các nư c: n = 2 ÷ 5 Công th c trên nh n ñư c t ñi u ki n t t d n các dao ñ ng ngang sau q chu kỳ v i t n s dao ñ ng riêng q1 d= Vq 3,6q1 (4- 19) Trong ñó q = 2 ÷ 3 và q1 = 1 ,5 ÷ 2 ,5 Hz ; n = 2 ÷ 4 ,5 Trong th c t thi t k c a ta hi n nay khi hai ñư ng cong cùng chi u mà ño n th ng ñ m thi u và hai bán kính có tr s như nhau có th làm thành m t ñư ng cong N... thì Tñ = 5 i (m) N u Rñ = 50 00m thì Tñ = 2 ,5 i (m) Xét tam giác vuông Tð,A,O có (y+Rñ)2 = x2 + Rñ2 y2 + 2yRñ + Rñ2 = x2 + Rñ2 Vì y nh nên y2 b qua, do ñó 2yRñ = x2 y= x2 (m) 2R ® (4- 43) khi x Tñ thì y h= T2 (m) 2R ® (4- 44) Chú ý: Khi ∆i = 3‰; R = 10000m thì h = 0,011m Như v y h là m t ñ i lư ng r t nh , do v y ch làm ñư ng cong n i d c ñ ng khi ∆i > 3‰ và Rñ = 10000m ho c khi ∆i > 4‰ và R = 50 00m Ví... ng cong hoà hoãn l n nh t: L0 ≤ Rα 0 - Kmin (m) 57 ,3 (4- 24) Trên ñư ng 14 35 mm và ñư ng 1000 mm khi bán kính l n hơn tr s sau thì không c n ñ t hoà hoãn: B ng 4- 7 Gi i h n v bán kính R không c n ñ t hòa hoãn C p ñư ng I ðư ng 14 35 mm ðư ng 1000 mm Qu c gia Chuyên d ng Qu c gia Chuyên d ng > 4000 > 2000 >1000 (ch y u) > 50 0 II > 4000 > 1000 III >1000 >50 0 (th y u) >1000 4.1.6 Nh ng y u t bình ñ ñư... t c u t ng trên kh e m i d dàng gi ñư ng ñúng v trí thi t k i 2 = 6 (% ) i 1 = 6 (% ) 6 5 4 3 2 li 1 0 1 2 3 4 5 6 Hình 4- 30 Hình c t lư n cong Quy ph m quy ñ nh chi u dài các ño n lư n cong li ≥ 50 m, trư ng h p khó khăn li ≥ 25m và hi u tr s ñ d c c a các ño n th ng lư n cong ∆i ≤ 1‰ v i ñư ng c p 1, ∆i ≤ 1 ,5 v i ñư ng c p 2, ∆i ≤ 2‰ v i ñư ng c p 3 4.3 PHÂN B ðI M PHÂN GI I 4.3.1 M c ñích phân... tính theo công th c (4-26) có th nh hơn tr s cho phép theo quy ph m cho khu v c v n t c ñó Lúc này c n tính l i và ch n chi u dài ñư ng cong chuy n ti p c a ñư ng ngoài theo quy ph m ng v i khu v c v n t c tương ng r i theo các công th c (4- 25) và (4-26) tìm δtr và Lotr Như hình 4-13, do δtr>δng và Lotr>Long nên ñi m Nð c a ñư ng cong trong n m xa hơn ñi m Nð c a ñư ng ngoài v phía ño n th ng ñ m ði u . 150 0 1600 1700 1800 1900 2000 15 15 10 5 5 5 5 5 5 25 20 15 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 40 30 20 15 15 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5. 25 20 15 15 15 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 80 50 40 35 25 25 20 20 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5. 5 70 55 40 35 30 25 25 20 20 20 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 80 60 55 45 40 35 30 25 25 20 20 20 20 15 15 15 15 15 10 10