Công trình đường sắt Tập 1 - Phần 1 Tuyến đường sắt - Chương 1 doc

LÊ H I HÀ (CH BIÊN) BÙI TH TRÍ NGUY N THANH TÙNG CƠNG TRÌNH ðƯ NG S T T PM T (DÙNG CHO CÁC L P KHÔNG CHUYÊN NGÀNH) NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I HÀ N I 2002 LÊ H I HÀ (CH BIÊN) BÙI TH TRÍ NGUY N THANH TÙNG CƠNG TRÌNH ðƯ NG S T T PM T (DÙNG CHO CÁC L P KHÔNG CHUYÊN NGÀNH) NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I HÀ N I 2002 L I NĨI ð U Giáo trình "Cơng trình đư ng s t" t p "Tuy n ñư ng s t, k t c u t ng ñư ng s t n n ñư ng s t" nh m ph c v sinh viên ngành ñư ng ôtô, c u h m, kinh t xây d ng, khai thác v n t i s t ngành khác liên quan đ n giao thơng v n t i Trong cu n sách gi i thi u v n đ có liên quan t i tính s c kéo đ u máy, ngun t c thi t k bình đ tr c d c n ñư ng s t, khái ni m v ch n, phương pháp so sánh kinh t k thu t phương án, c u t o b ph n k t c u t ng ñư ng s t, thi t k ñư ng ray, ñư ng giao c t ga, khái ni m ñư ng s t không m i n i n n ñư ng s t ð ph c v cho sinh viên l p khơng chun ngành đư ng s t, biên so n tác gi ñã c g ng bám sát n i dung ñ i m i c a chương trình mơn h c ñ phù h p tình hình th c t Sách tái b n l n có b xung m t s n i dung cho phù h p v i chương trình đào t o m t s quy ñ nh v tiêu chu n m i c a ngành ñư ng s t Sau ph n lý thuy t có đưa nh ng ví d c th ñ b n ñ c d hi u N i dung giáo trình chương m c ñã ñư c t p th th y giáo B môn ðư ng s t Trư ng ðH Giao thơng v n t i góp ý Trong q trình biên so n có s phân cơng sau: TS Lê H i Hà vi t ph n 1: ph n n ñư ng s t g m chương 1, 2, 3, 4, ThS Bùi Th Trí vi t ph n 2: chương 1, 2, 3, PGS-TS Nguy n Thanh Tùng vi t ph n chương Giáo trình "Cơng trình đư ng s t" t p s trình bày nh ng ph n sau: Ph n 1: Thi cơng đư ng s t Ph n 2: K thu t s a ch a ñư ng s t Trong trình biên so n, ch c ch n không tránh kh i nh ng sai sót, chúng tơi mong nh n đư c nh ng ý ki n đóng góp c a b n ñ c ñ l n xu t b n sau ñư c hoàn thi n Hà N i, tháng 6-2002 Các tác gi M CL C L i nói đ u M cl c Ph n TUY N ðƯ NG S T Chương Tính s c kéo ñ u máy 1.1 Khái ni m chung 1.1.1 M c đích tính s c kéo đ u máy thi t k đư ng s t 1.1.2 Mơ hình tính c a đồn tàu l c tác d ng lên 1.2 L c c n chuy n ñ ng 1.2.1 Thành ph n c a l c c n 1.2.2 L c c n b n 1.2.3 Công th c th c nghi m tính l c c n đơn v b n c a toa xe 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 L c c n ñơn v b n c a ñ u máy L c c n ñơn v b n bình qn c a đồn tàu L c c n ph Các bi n pháp làm gi m l c c n 1.3 L c hãm đồn tàu 1.3.1 Các phương ti n hãm tàu 1.3.2 1.3.3 1.4 1.4.1 Tính l c hãm tác d ng c a má phanh Tính l c hãm hồn ngun L c kéo đ c tính l c kéo c a ñ u máy Khái ni m chung 1.4.2 S th hiên l c kéo c a ñ u máy 1.4.3 Phân bi t khái ni m v l c kéo ñ u máy 1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.5 H n ch l c kéo theo ñi u ki n bám Các khái ni m v tr ng lư ng đồn tàu T ng s l c kéo c a nhi u đ u máy Phương trình vi phân chuy n đ ng c a đồn tàu 1.5.1 Phân tích u ki n chuy n ñ ng c a tàu 1.5.2 S ph thu c c a h p l c vào t c ñ ch y tàu 1.5.3 Thành l p phương trình vi phân chuy n đ ng c a đồn tàu 1.5.4 Tính tr ng lương đồn tàu ki m tra tr ng lư ng đồn tàu theo ñi u ki n h n ch Chương Bình đ tr c d c ñư ng s t Trang 11 11 11 13 13 13 14 17 18 19 23 24 24 24 30 31 31 31 32 33 34 34 34 34 34 35 38 2.1 Y u t bình đ ñư ng s t khu gian 2.1.1 ðư ng th ng đư ng cong 2.1.2 Bán kính t i thi u bán kính h n ch 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 ðư ng cong hồ hỗn (chuy n ti p) ðo n th ng gi a hai đư ng cong Góc quay nh nh t Nh ng y u t tr c d c ñư ng s t Khái ni m chung Phân lo i d c tr c d c D c h n ch ip 2.2.4 D c cân b ng icb 2.2.5 D c gia cư ng igc 2.2.6 D c quán tính ij 2.2.7 D c v n doanh 2.2.8 Chi u dài y u t tr c d c 2.2.9 N i y u t tr c d c 2.3 Phân b ñi m phân gi i 2.3.1 M c đích phân b m phân gi i 2.3.2 Phân lo i ñi m phân gi i 2.3.3 N i dung phân b ñi m phân gi i 2.3.4 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 Nguyên t c phân b ñi m phân gi i Yêu c u bình ñ , tr c d c t i ñi m phân gi i u c u v bình đ t i ñi m phân gi i Yêu c u v tr c d c t i ñi m phân gi i Chi u dài ga Thi t k bình đ , tr c d c ñư ng s t 44 44 48 49 54 57 58 58 58 58 61 62 63 65 66 68 70 70 70 70 72 73 73 74 76 77 2.5.1 B trí m đ i d c theo bình đ cơng trình nhân t o 2.5.2 Thi t k tr c d c theo ñi u ki n tránh ng p nư c 2.5.3 Thi t k bình đ tr c d c ñư ng s t g p c u, g p đư ng giao thơng khác qua h m 2.5.4 Thi t k tr c d c b o đ m an tồn ch y tàu 2.5.5 Thi t k tr c d c b o ñ m ch y tàu liên t c 77 78 2.5.6 Nh ng s đo v bình đ tr c d c 83 3.1 Chương V ch n Nhi m v v ch n, phương án v hư ng n 78 80 81 85 3.1.1 Nhi m v v ch n 3.1.2 Nêu phương án v hư ng n 3.1.3 ðư ng chim bay ñi m kinh t , chư ng ng i ñi m kh ng ch 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 Phân lo i v ch n V ch n theo u ki n đ a hình V ch n theo ñi u ki n s d ng d c gi i h n Nhi m v phương pháp v ch n t v ch n khó khăn Nhi m v phương pháp v ch n t Nhi m v phương pháp v ch n khó khăn Các lo i hình tri n n ð c ñi m v ch n theo nh ng ñi u ki n đ a hình, đ a th ñ a ch t khác V ch n men sơng V ch n ven theo đư ng phân thu V ch n men theo sư n núi 3.4.4 V ch n c t ñư ng phân thu 3.4.5 V ch n theo ñ a ch t ph c t p 3.5 3.6 3.7 V ch n qua sông ðánh giá vi c v ch n Quy đ nh b n v bình ñ tr c d c n 4.1 Chương So sánh kinh t k thu t phương án Nh ng nguyên t c b n so sánh phương án 85 85 86 87 87 88 88 88 90 93 96 96 97 97 98 98 99 100 101 4.1.1 Khái ni m 102 102 4.1.2 Các ch tiêu so sánh phương án 4.2 So sánh phương án theo ch tiêu giá ti n 102 103 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 4.3.1 103 103 Ý nghĩa c a vi c so sánh theo ch tiêu giá ti n So sánh phương án ñ u tư m t giai ño n So sánh phương án ñ u tư nhi u giai ño n Phương pháp ch n ñ d c h n ch ip theo kinh phí quy đ i Tính kh i lư ng cơng trình giá thành xây d ng phương án Khái ni m 4.3.2 Tính kh i lư ng cơng tác giá thành n n đư ng 4.3.3 Tính kh i lư ng cơng tác giá thành cơng trình nhân t o 4.3.4 Tính kh i lư ng giá thành k t c u t ng 106 107 108 108 109 110 111 4.3.5 Tính kh i lư ng cơng tác giá thành ga 4.3.6 Tính giá thành xây d ng phương án 4.4 Tính chi phí khai thác so sánh phương án 4.4.1 Các phương pháp tính chi phí khai thác so sánh phương án 4.4.2 Tính chi phí khai thác tr c ti p theo tiêu chu n t ng lo i 4.4.3 Tính chi phí khai thác gián ti p theo tiêu chu n t ng lo i 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 Chương L a ch n thông s k thu t phân tích kh v n chuy n thích ng Năng l c tính tốn nh ng thơng s k thu t b n Năng l c tính tốn Nh ng thơng s k thu t b n ð th kh v n chuy n, kh thơng qua có th u c u ð th kh v n chuy n, kh thơng qua có th u c u Các trư ng h p tính tốn, tr ng thái k thu t 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 111 111 112 112 114 115 116 116 117 117 117 119 Tính kh thông qua kh v n chuy n có th Tính kh thơng qua có th Các ch tiêu v n t c Phân tích kh v n chuy n thích ng l a ch n thông s k thu t c a n ñư ng 5.4.1 Phân tích kh v n chuy n thích ng 119 119 124 125 5.4.2 L a ch n thông s k thu t riêng bi t c a n ñư ng Ph n K T C U T NG TRÊN ðƯ NG S T, N N ðƯ NG S T 127 125 Chương C u t o ki n trúc t ng 1.1 Ray 1.1.1 Công d ng yêu c u đ i v i ray 1.1.2 Hình d ng kích thư c hình h c c a ray 130 130 130 1.2 Ph tùng n i gi ray 1.2.1 Yêu c u ñ i v i ph tùng n i gi 132 132 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 133 145 149 149 Ph ki n gi ray M i n i ray ph ki n m i n i Tà v t Công d ng yêu c u ñ i v i tà v t 1.3.2 Tà v t s t 1.3.3 Tà v t g 149 150 1.3.4 Tà v t bê tông 151 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5 L p đá ba lát Cơng d ng yêu c u ñ i v i l p ñá ba lát M t c t ngang c a l p đá ba lát Phịng trơi gia cư ng ñư ng cong 154 154 155 162 Chương Thi t k ñư ng ray 2.1 ð c ñi m c u t o c a ñôi bánh xe 2.2 ðư ng ray ñư ng th ng 2.2.1 C ly ray ñư ng th ng (S0) 165 172 172 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 ð nghiêng c a ray V trí m t ngang đ nh hai ray ðư ng ray ñư ng cong Các ñ c ñi m c a ñư ng ray ñư ng cong 173 173 174 174 2.3.2 N i ti p c a ñ u máy toa xe ñư ng cong 2.3.3 Tính đ n i r ng c ly ray ñư ng cong 175 176 2.3.4 ð t ray h bánh ñư ng cong 2.3.5 Siêu cao ray lưng ñư ng cong 2.3.6 ðư ng cong chuy n ti p 190 191 199 2.3.7 ð t ray ng n ñư ng cong 203 3.1 Chương C u t o ghi ñơn Khái ni m chung 3.2 C u t o b ghi ñơn ph thơng 3.2.1 B ph n đ u ghi 207 209 209 3.2.2 3.2.3 3.3 3.4 B ph n tâm ghi B ph n n i d n ghi Tà v t ghi B n v ghi 213 216 217 217 4.1 Chương Khái ni m ñư ng s t không m i n i Ưu c ñi m c a ñư ng s t có m i n i không m i n i 219 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 Như c ñi m c a đư ng s t có m i n i Ưu c ñi m c a ñư ng s t không m i n i Phân bi t chi u dài ray ñư ng s t Ray thơng thư ng Ray dài có chi u dài ray l n chi u dài ray tiêu chu n Ray không m i n i 219 219 220 220 220 221 4.3 Ngun lý b n đ tính ñư ng s t không m i n i 222 ng su t nhi t σt l c nhi t ñ Pt 222 4.3.2 L c c n n ñư ng 4.4 Yêu c u v thi t k đư ng s t khơng m i n i 222 223 4.4.1 u c u v bình đ tr c d c 4.4.2 Yêu c u v c u t o ñư ng ray 4.5 ð t ray khơng m i n i đư ng khai thác 223 223 225 4.5.1 Công tác b n 4.5.2 Cơng tác ch nh lý đư ng s t không m i n i 225 226 Chương N n ñư ng s t 5.1 Phân lo i tr c ngang n n ñư ng 5.2 Tr c ngang n n đ p đ nh hình 5.2.1 C u t o n n ñư ng 227 228 229 4.3.1 5.2.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 233 234 235 235 236 239 Tài li u tham kh o Các cơng trình c a n n đư ng Tr c ngang đ nh hình n n đào ð t đ ñ p n n ñư ng ð t dùng ñ ñ p n n ñư ng ð m nén n n ñư ng Chuy n ñ i ñơn v ño lư ng 240 PH N TUY N ðƯ NG S T CHƯƠNG TÍNH S C KÉO ð U MÁY 1.1 KHÁI NI M CHUNG 1.1.1 M c đích tính s c kéo đ u máy thi t k ñư ng s t Khi thi t k ñư ng m i c i t o ñư ng cũ vi c tính s c kéo cho phép xác đ nh đư c tr ng lư ng đồn tàu, đ c tính ch đ chuy n đ ng c a tàu (m máy, đóng máy, đóng hãm), v n t c ch y tàu th i gian ch y tàu, tiêu hao nhiên li u d u ma dút n u ñ u máy ñiêzen, tiêu hao than nư c n u ñ u máy nư c, tiêu hao lư ng ñi n n u ñ u máy ñi n Theo nh ng s li u xác ñ nh ñư c chi phí khai thác c a ñư ng tương lai, cho phép đánh giá so sánh phương án n thi t k 1.1.2 Mơ hình tính c a đồn tàu l c tác d ng lên Các gi thi t Khi tàu chuy n ñ ng ñư ng ta xem ñoàn tàu ch t ñi m chuy n ñ ng dư i tác d ng c a l c ñ t t i tr ng tâm Khi tàu chuy n ñ ng ti n d n ( m i th i ñi m v n t c b ng v ñ i lư ng chi u) ta khơng xét đ n n i l c n i l c khơng gây chuy n ñ ng mà ch xét ñ n ngo i l c gây chuy n ñ ng c a đồn tàu Các ngo i l c a L c kéo F (N, KN) ñ u máy sinh ngư i lái máy tăng gi m ho c đóng máy b L c c n chuy n ñ ng W (N, KN) ph thu c vào lo i đồn tàu, t c đ chuy n đ ng, đ d c v trí đư ng cong mà tàu ch y L c c n chuy n ñ ng xu t hi n nh ng nguyên nhân khách quan v y ngư i lái máy khơng u ch nh đư c c L c hãm đồn tàu B (N, KN) l c t o ngư i thơng qua b ph n hãm đ c n chuy n đ ng c a đồn tàu nh m gi m ho c gi nguyên v n t c xu ng d c, vào ga ho c cho tàu d ng l i n u c n thi t Ph thu c vào cách ñi u n ch y tàu c a ngư i lái máy mà có th phân ch đ ch y tàu sau: - Ch ñ kéo: ñ ng c a ñ u máy m máy - Ch ñ ch y ñà: ñ ng c a ñ u máy ñóng máy khơng s d ng hãm đồn tàu chuy n ñ ng dư i tác d ng c a thành ph n tr ng l c ho c l c quán tính Hãy tính l c hãm ñơn v ñoàn tàu ch y v i v n t c 60 km/h, toa xe dùng má phanh gang có kt = 17,5 KN/tr c Gi i: a Tính l c hãm theo phương pháp thơng thư ng Trư c h t tính: 16k + 1000 V + 100 80k + 1000 5V + 100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t ta có: ϕk = 0,6 K1 65 = 32,5 KN = 2 k1 = ϕk1 = 0,6 16.32,5 + 1000 60 + 100 = 0,101 80.32,5 + 1000 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th hai ta có: K2 35 = 17,5 KN = 2 k2 = ϕk2 = 0,6 16.17,5 + 1000 60 + 100 = 0,128 80.17,5 + 1000 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th ba ta có: K3 65 = 16,25 KN = 4 k3 = ϕk3 = 0,6 16.16,25 + 1000 60 + 100 = 0,131 80.16,25 + 1000 5.60 + 100 Như v y l c hãm toàn ph n c a c đồn tàu là: B = 1000(ΣnimiΣKiϕki) B = 1000(8.4.65.0,101 + 15.4.35.0,128 + 10.2.65.0,131) B = 650000 N b= B 650000 = = 22,09 (N/KN) Qg 3000.9,81 b Tính theo phương pháp d n xu t (thu g n) Trư c h t tính: V + 100 60 + 100 = 0,32 = 0,128 5V + 100 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: ϕkt = 0,32 Kt1 = 28 ϕ k1 0,101 65 = 51,29 KN K = 0,128 ϕ kt + ð i v i nhóm toa xe th hai tính l c nén tính tốn cho m t tr c bánh: Kt2 = ϕk2 0,128 35 = 35 KN K = 0,128 ϕ kt + ð i v i nhóm toa xe th ba tính l c nén tính tốn cho m t tr c bánh: Kt3 = ϕ k3 0,131 65 = 66,52 KN K = ϕ kt 0,128 L c hãm tồn ph n c a đồn tàu là: B = 1000ϕkt(ΣnimiΣKi) B = 1000.0,128(8.4.51,29 + 15.4.35 + 10.2.66,52) = 650000 KN b= B 650000 = = 22,09 (N/KN) Qg 3000.9,81 K t lu n: T hai phương pháp khác h n nh n ñư c k t qu song rõ ràng phương pháp thu g n đơn gi n 1.3.3 Tính l c hãm hồn ngun (v i đ u máy n ñ u máy ñiêzen truy n ñ ng ñi n) L c hãm hoàn nguyên x y tàu ch y đóng máy xu ng d c Lúc m c dù ñã ng t ñi n ñ ng ñi n kéo, bánh xe ti p t c quay qua h th ng bánh làm quay tr c ñ ng ñi n bi n thành máy phát n tr l i m ng đ ng th i t o mơ men hãm (l c hãm) ð tàu xu ng d c v i t c ñ cho phép thư ng s d ng hãm u hồ (hãm đ u máy), đ i lư ng t c đ cho phép ñư c xác ñ nh theo phương pháp h c (hãm toa xe) ñ cho ng v i chi u dài hãm n ñ nh tàu ph i d ng ñư c L c hãm c n thi t Bct ñ gi t c ñ cho phép tàu xu ng d c ik có th xác ñ nh t ñi u ki n cân b ng l c tác d ng tàu chuy n ñ ng ñ u (N) Bct + Pgw'0ñ + Qgw" = (P+Q)gik ho c Bct = (P+Q)gik - Pgw'0ñ - Qgw" Bct + (P+Q)gw0ñ = (P+Q)gik Bct = (P+Q)g(ik - w0đ) (N) (N) (1-50) (N) (1- 51) Ví d : Xác ñ nh l c hãm ñi u hồ c n thi t v i đồn tàu ñ u máy BL80 kéo có (P+Q) = 3800 t n, ik = -10‰, V = 75 km/h, w0ñ = 2,3 N/KN Bct = (P+Q)g(ik - w0ñ) = 3800.9,81.(10 - 2,3) = 281586 (N) 1.4 L C KÉO VÀ ð C TÍNH L C KÉO C A ð U MÁY 1.4.1 Khái ni m chung 29 Hi n ngành ñư ng s t th gi i s d ng lo i s c kéo: ñi n, ñiêzen, nư c, khí Hi u su t c a đ u máy n 18 ÷ 25%, điêzen 24 ÷ 28%, nư c ÷8% ð i v i m i đ u máy ngư i ta tìm v n t c tính tốn Vp l c kéo tính tốn Fkp mà ng v i chúng đ u máy ñư c s d ng h p lý nh t Nh ng tr s ñư c ñưa quy trình tính s c kéo 1.4.2 S th hi n l c kéo c a ñ u máy a ð i v i ñ u máy nư c V M Pi F F1 A F2 Hình 1-8 Hình thành l c kéo F đ u máy nư c Áp l c nư c Pi hình thành xi lanh đư c đun sơi làm cho pít tơng chuy n đ ng thơng qua h th ng c n biên làm cho bánh xe quay v i mô men M Thay M b ng ng u l c FF1 F - l c kéo c a ñ u máy t i tâm quay c a bánh xe F1 - l c ñ t t i ñi m ti p xúc gi a bánh xe ray (ñi m A) tác d ng t bánh xe xu ng ray có hư ng ngư c chi u chuy n đ ng T i A có ph n l c F2 tác d ng t ray vào bánh xe ñây ngo i l c gây chuy n đ ng c a đồn tàu b ð i v i ñ u máy ñi n ñ u máy ñiêzen M2 M1 r2 r1 F F1 30 A F2 Hình 1-9 L c kéo F c a ñ u máy ñiêzen Tr c ñ ng quay sinh mơ men M1, bánh xe quay sinh mơ men M2 M2 = µM1η Trong đó: µ= r2 - h s truy n đ t r1 η - h s xét ñ n t n th t q trình truy n đ t Thay mô men M2 b ng ng u l c ñ u máy nư c ñ phân tích l c 1.4.3 Phân bi t ba khái ni m v l c kéo ñ u máy a L c kéo ch thi Fi Là l c kéo tác d ng lên vành bánh hồn tồn tương ng v i cơng nư c tác d ng lên pít tơng ho c tương ng v i cơng đ ng ñi n sinh ñ u máy ñi n điêzen mà khơng xét đ n s hao h t s c c n c a b ph n máy móc c a đ u máy b L c kéo bám Fk Là l c kéo ñ t lên vành bánh, ñư c xác ñ nh b ng l c kéo ch th v i s c c n c a b ph n máy móc c a đ u máy Fk = Fi - Pg.∆w'0 (N) (1- 52) Trong Pg.∆w'0 - s c c n c a b ph n máy móc c a đ u máy c L c kéo có ích Fc Là l c kéo móc n i c a ñ u máy v i toa xe ñ u tiên Fc = Fk - Pg(w'0 + w'i + w'r) (N) (1-53) l c dùng ñ th ng l c c n c a đồn tàu Chú ý: Khi tính s c kéo ngư i ta s d ng Fk mà khơng s d ng Fi chuy n ñ ng ñư ng ph c t p y u t d c ñư ng cong 1.4.4 H n ch l c kéo theo ñi u ki n bám F l c bên ngư i u n, F tăng F2 tăng F ch tăng ñ n m t gi i h n t i đa L c t i đa khơng vư t q l c bám gi a bánh xe ray Fk ≤ 1000ΣPg.ψ (N) (1-54) Trong đó: ψ - h s ma sát bám lăn gi a bánh xe ray ΣP - kh i lư ng bám c a ñ u máy, kh i lư ng c a bánh xe ch ñ ng ñè lên ray 31 Gi i thích: Vì Fk > 1000ΣPg.ψ s c bám gi a bánh xe ray s m t ñi d n ñ n bánh xe không th lăn mà b t ñ u trư t tăng nhanh chuy n đ ng trịn theo tâm tr c d n ñ n bánh xe ñánh võng t i ch Mu n tránh hi n tư ng ph i gi m b t l c kéo ho c r i cát lên ray tăng thêm s c bám H s ma sát bám lăn ψ gi a bánh xe ray ph thu c vào c u t o c a b ph n ch y c a ñ u máy, vào tr ng thái m t ray vành bánh, vào nhi u y u t khác Vì v y ψ đư c xác đ nh b ng th c nghi m + ð i v i ñ u máy nư c: ψ= A 100 + V Trong đó: V - t c đ tàu ch y A - h s th c nghi m; A=22÷28 tuỳ ñ u máy;A=30 ñ u máy hi n ñ i + ð i v i ñ u máy ñi n điêzen: A C + DV Trong đó: B, C, D - h s th c nghi m ψ=B+ ψ = 0,20 + 10 100 + 12V v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1000 mm ψ = 0,25 + 100 + 20V v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1435 mm + Khi tàu ch y đư ng cong có R ≤ 400m h m ψ gi m xu ng + Thư ng ψ = 0,4 v i ray s ch có r i l p b t th ch anh m n ψ = 0,15 ray m t 1.4.5 Các khái ni m v tr ng lư ng ñ u máy Kh i lư ng bám c a ñ u máy: kh i lư ng c a bánh xe ch ñ ng ñè lên ray Kh i lư ng tính tốn c a đ u máy: kh i lư ng c a ñ u máy c ng v i tăng ñe than nư c 2/3 s than nư c ñ u máy ñi n ñ u máy ñiêzen kh i lư ng bám b ng kh i lư ng tính tốn khơng có bánh d n hư ng tăng ñe than nư c 1.4.6 T ng s l c kéo c a nhi u ñ u máy ð nâng cao kh i lư ng vư t qua nh ng d c l n ngư i ta tăng cư ng l c kéo b ng cách dùng hai ho c ba ñ u máy ð u máy ph thêm có th l p đ u (kéo) hay cu i (ñ y) N u l c kéo l n d x y đ t móc, n u l c đ y q l n vào 32 đư ng cong toa xe có nguy b l t ngồi Do ngư i tài x ph i ph i h p cho ăn kh p 1.5 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUY N ð NG C A ðỒN TÀU 1.5.1 Phân tích u ki n chuy n ñ ng c a ñoàn tàu Tàu chuy n ñ ng ñư c l c tác ñ ng lên Q trình v n đ ng c a ñoàn tàu n ñư c ñ c trưng b i ba ch ñ làm vi c c a ñ u máy a Ch ñ kéo (m máy) (N) R = Fk - W r = fk - w (N/KN) (1-55) : R, r - h p l c toàn ph n h p l c ñơn v b Ch ñ ch y ñà (ñóng máy) R = -Wñ (N) r = -wñ (N/KN) c Ch ñ hãm R = -(Wñ + B) (N) r = -(wñ +b) (1-56) (1-57) (N/KN) ð c trưng v n ñ ng c a ñoàn tàu ñư c xác ñ nh b i tr s hư ng c a h p l c + N u R = tàu ch y đ u ho c đ ng n + N u R > đồn tàu v n đ ng có gia t c + N u R < đồn tàu v n đ ng gi m t c 1.5.2 S ph thu c c a h p l c vào t c ñ ch y tàu B i l c kéo bám Fk ph thu c vào v n t c tàu ch y V (thông qua h s ψ), s c c n b n W0 ph thu c vào v n t c ch y tàu V có th dùng phương pháp đ th ñ xác ñ nh giá tr c a h p l c t phân tích đ c tính v n đ ng c a đồn tàu Ta có Fk = f1(V) W0 = f2(V) đ th c a chúng bao gi xác ñ nh ñư c thông qua vi c kh o sát hàm s B i s c c n ph không ph thu c vào v n t c nên: t W = W0 + Wi R = Fk - W Trên hình v trình bày phương pháp xác ñ nh giá tr R 33 Trên hình ñư ng cong Fk = f(V) bi u th đ c tính s c kéo c a ñ u máy ñã cho, ñư ng cong W = f(V) bi u th s c c n c a đồn tàu T hình v ta th y R gi m tăng v n t c ch y m t v n t c Vcb mà tr s c a l c kéo l c c n b ng Fk = W v n t c đư c g i v n t c cân b ng (ví d n u đồn tàu ch y đư ng th ng b ng v n t c cân b ng V cb, đồn tàu ch y n đư ng có thêm s c c n ph v n t c cân b ng Vicb) V n t c cân b ng v n t c l n nh t mà đồn tàu có th đ t đư c k t qu c a gia t c gây ño n ñư ng kh o sát FK W (V) W (V) W0 F K (V) i O Vcb o Vcb V Hình 1-10 Quan h gi a Fk, W V T phân tích ta có nh n xét: N u V < Vcb R > N u V = Vcb R = N u V > Vcb R (thư ng xu ng d c nh có nhi u đư ng cong), nhanh d n wñ < (thư ng xu ng d c l n), ñ u wñ = c Khi tàu chuy n đ ng đóng máy k t h p v i hãm dv = -120(wñ + αb) (km/h2) dt (1-61) α h s s d ng hãm Khi xu ng d c hãm ñ gi nguyên t c ñ c ñ nh (hãm c c b ) wđ + αb = ( dv = 0) dt Khi hãm đ tàu d ng dv ( nh t, t c ñ th i gian ch y tàu, ñ ng th i gi i ñư c toán hãm, xác ñ nh hao phí nhiên li u lư ng n, cơng h c c a đ u máy cơng c a l c c n 1.5.4 Tính kh i lư ng đồn tàu ki m tra kh i lư ng đồn tàu theo u ki n h n ch 36 Tính kh i lư ng đồn tàu a Cơng th c tính kh i lư ng đồn tàu (c bì) V i đư ng s t t n t i khái ni m d c h n ch ip D c h n ch d c l n nh t có chi u dài khơng h n ch mà tàu hàng v i kh i lư ng Q m t ñ u máy kéo lên d c v i v n t c ñ u b ng v n t c tính tốn nh nh t Vp Giá tr v n t c tính tốn nh nh t Vp l c kéo bám tính tốn Fkp c a ñ u máy ñư c ñưa quy trình tính tốn s c kéo V i vi c thi t k n m i ngư i ta tính kh i lư ng đồn tàu Q theo d c h n ch Ta th y tàu chuy n đ ng đ u Fk = W Fkp = Pg(w'0 + ip) + Qg(w"0 + ip) Fkp − Pg ( w0 '+i p ) Q= (N) (t n) ( w"0 +i p ) g (1) N u thay w'0 w"0 b ng w0 Fkp = (P+Q)g.(w0 + ip) Q= Fkp ( w0 + i p ) g -P (t n) (2) Nh n xét: Ta th y r ng: - Kh i lư ng ñoàn tàu t l ngh ch v i ip - Fk w0 có quan h v i V (xem ph n 1.5.2), n u Q l n V nh Fk ph i l n Quan h gi a Q V t t nh t l i d ng ñ y ñ s c kéo bám - M i lo i đ u máy có Fkp t c lâm gi i) có v n t c tính tốn nh nh t vp (hay v n + ñ u máy nư c Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám lăn ñư ng su t c p tính tốn cho máy + đ u máy ñi n Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám cư ng đ dịng n + ñ u máy ñiêzen Vp l y theo giá tr cư ng đ lâu dài Cơng th c (2) có th đư c s d ng cơng th c g n b i khơng th xác đ nh w0 n u khơng bi t Q M t cách g n có th coi w0 ≈ w"0, lúc Q= Fkp ( w"0 +i p ) g - P (t n) b Công th c tính kh i lư ng hàng c a đồn tàu k QH = ∑ niβiqtt(i) i =1 37 Trong đó: ni - s toa nhóm i (2 tr c, tr c, tr c ) βi - h s s d ng t i tr ng tính tốn toa nhóm i (h s ch t hàng) qtt(i) - t i tr ng tính tốn c a toa nhóm i N u ch bi t t ng s toa xe n t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa γi kh i lư ng hàng đư c tính theo cơng th c: k k ∑ QH = nγiβiqtt(i) = n ∑ γiβiqtt(i) i =1 i =1 Khi tính sơ b thư ng ngư i ta s d ng h s s d ng t i tr ng đồn tàu η (t l gi a kh i lư ng hàng kh i lư ng c bì) η= QH Q Có th xác đ nh η ch c n bi t t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa γi t i tr ng c a chúng k Ta có Q=n ∑ γiqi i =1 Trong đó: qi - kh i lư ng toa c bì c a t ng nhóm k - s lư ng nhóm toa đồn tàu k η= n∑ γ i β i q tt ( i ) i =1 k n∑ γ i qi i =1 k = ∑γ i β i q tt (i ) i =1 k ∑γ i qi i =1 Thư ng ngư i ta l y QH = η.Q (η = 0,6 ÷ 0,7) (3) Ví d : Xác đ nh kh i lư ng đồn tàu đ u máy 2TE116 kéo lên d c ip = 12‰ bi t Vp = 24,2 km/h, Fkp = 487970 N , P = 271 t n, toa xe tr c có q0 = 18 t n/tr c Gi i: + 0,1V + 0,0025V + 0,1.24,2 + 0,0025.24,2 = 0,7 + 18 18 =1,08 N/KN w'0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V2 = 2,2 + 0,01.24,2 + 0,0003.24,22 = 2,62 N/KN w"0 = 0,7 + Q= 38 487970 − 271.9,81( 2,62 + 12) = 3500 (t n) 9.81(1,08 + 12) Tính theo cơng th c g n đúng: Q= 487970 − 271 = 3529 (t n) 9,81(1,08 + 12) Ví d : Hãy xác ñ nh h s s d ng t i tr ng đồn tàu η bi t ñoàn tàu bao g m 40% toa tr c có qbì = 22 t n, qt t=62 t n, β = 0,9 ; 60% toa tr c có qbì = 21,7 t n, qt t=50 t n, β = 0,85 Gi i: Trư c h t ta tính kh i lư ng toa c bì: q1 = 22 + 0,9.62 = 77,8 t n q2 = 21,7 + 0,85.50 = 64,2 t n η= 0,4.0,90.62 + 0,6.0,85.50 = 0,69 0,4.77,8 + 0,6.64,2 Ki m tra kh i lư ng đồn tàu theo u ki n h n ch a Ki m tra theo u ki n kh i đ ng ga đồn tàu thư ng ph i d ng ñi m d ng thư ng có đ d c khơng l n song sau m i l n d ng ñoàn tàu l i ph i kh i ñ ng ñ th c hi n hành trình c a Do ngồi vi c kh c ph c s c c n b n s c c n đư ng d c cịn ph i kh c ph c s c c n kh i ñ ng n a Khi phương trình cân b ng l c c a đồn tàu có d ng: Fk(kđ) = Pg(wkñ + ik(kñ)) + Qg(wkñ + ik(kñ)) (N) Qkñ = Fk ( kd ) ( wkd + i k ( kd ) ) g -P (t n) (4) Trong đó: Fk(kñ) - l c kéo bám c a ñ u máy kh i ñ ng wkñ - l c c n ñơn v b n l c c n ph c a đồn tàu lúc kh i ñ ng ik(kñ) - ñ i lư ng d c quy đ i mà đồn tàu kh i ñ ng Như v y ki m tra ñi u ki n kh i đ ng c a đồn tàu có th b ng cách: + So sánh Qkđ v i Q n u Qkđ ≥Q tàu kh i ñ ng ñư c + So sánh ik(kñ) v i ik n u ik ≤ ikkñ = Fk ( kd ) ( P + Q) g - wkñ (5) tàu kh i đ ng đư c 39 Ví d Hãy ki m tra kh i lư ng đồn tàu đ u máy VL80 kéo theo ñi u ki n kh i ñ ng bi t ñoàn tàu bao g m 40% kh i lư ng toa tr c bi c u, l i toa tr c bi trư t C hai lo i toa có q0 = 18 t n; ip = 9‰; Vp = 44,3 km/h; Fk(kñ) = 650010N; Fkp = 475785 N; P = 184 t n Gi i: wkñ = 0,4 Qkñ = 142 28 = 3,85 (N/KN) + 0,6 18,0 + 18 + 650010 - 184 (3,85 + ik ( kd ) ) g ik(kñ) (‰) 1,5 2,5 Qkñ (t n) 17010 12190 10240 8250 7300 6540 5920 5400 4790 w"0 = 1,38 (N/KN) - v i toa xe tr c bi c u w"0 = 1,66 (N/KN) - v i toa xe tr c bi trư t w"0 = 0,4.1,38 + 0,6.1,66 = 1,52 (N/KN) w'0 = 2,93 (N/KN) Q= 475785 − 184.(2,93 + 9).9,81 = 4400 t n (1,52 + 9)9,81 Như v y đ d c l n nh t mà đồn tàu có Q = 4400 t n có th kh i ñ ng ñư c là: ik ≤ 650010 = 10,6‰ (184 + 4400)9,81 K t lu n: ðoàn tàu có kh i lư ng đư c tính v i d c h n ch ip = 9‰ ñư c kéo b i đ u máy VL80 có th kh i đ ng đư c th m chí n u d ng d c 9‰ Nh n xét: N u lý mà tàu b t bu c ph i d ng d c l n có kh tàu khơng kh i ñ ng ñư c, lúc ho c g i thêm ñ u máy n a, ho c kéo t ng ph n c a đồn tàu, ho c lùi đồn tàu t i d c có th kh i ñ ng ñư c b Ki m tra d ng tàu ph m vi chi u dài s d ng c a đư ng đón g i Trong trư ng h p đồn tàu có kh i lư ng l n d n ñ n chi u dài c a dài c n ki m tra xem chi u dài s d ng c a đư ng đón g i có đ đ đ khơng Mu n đ đư c ph i ñ m b o ñư c ñi u ki n: k Lsd ≥ Ltàu = Lñm + n ∑ γ i l i + 10 m i =1 Trong ñó: Lsd - chi u dài s d ng c a đư ng đón g i 40 (6) Lđm = chi u dài ñ u máy n - s toa đồn tàu γi - t l v s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa đồn tàu li - chi u dài toa xe c a m i nhóm 10 m - chi u dài d tr (đ phịng đ khơng v trí) Tính đ n nh hư ng c a m t s y u t xác đ nh kh i lư ng đồn tàu v i s c kéo điêzen a Tính đ n nh hư ng c a u ki n khơng khí Cơng su t c a đ ng kéo b gi m đ i v i khu v c có u ki n khơng khí khác tiêu chu n (đi u ki n chu n t0mơi trư c t thu ngân) ng = +200C; áp su t không khí 760mm Ftkp = Fkp(1 - kt - ka) (7) Trong đó: kt - h s tính đ n vi c gi m l c kéo bám nhi t ñ khu v c khác nhi t ñ chu n ka - h s tính đ n vi c gi m l c kéo bám áp su t khơng khí khu v c khác áp su t tiêu chu n ( kt ; ka xem quy trình tính s c kéo đ u máy) Ví d : V i ñ u máy 2TE10L ñi u ki n chu n có Fkp = 502270 N v i t0kk = 300C; áp su t khơng khí A = 700mm thu ngân Ftkp = 502270.(1- 0,050 - 0,086) = 433600 N Kh i lư ng đồn tàu có ip = 9‰; P = 258 t n; w"0 = 2,31 (N/KN); w'0 = 1,38 (N/KN) thì: + Trong u ki n tiêu chu n: Q= 502270 − 258(2,31 + 9).9,81 = 4650 t n (1,38 + 9).9,81 + Trong ñi u ki n khác tiêu chu n: Q= 433600 − 258( 2,31 + 9).9,81 = 3980 t n (1,38 + 9).9,81 b Tính đ n nh hư ng c a đư ng cong bán kính nh ðư ng kh 1435 mm, tàu vào ñư ng cong có R ≤ 500m h s bám lăn gi m tăng ñ trư t c a bánh xe ψ(r) = ψ 250 + 1,55 R 500 + 1,1R Trong đó: 41 ψ - h s bám lăn ñư ng th ng ψ(r) - h s bám lăn đư ng cong R - bán kính đư ng cong Lúc kh i lư ng đồn tàu qua d c h n ch đư ng cong có R < 500m là: Q= 1000ψ k P − P(i p + w' + wr ) i p + w"0 + wr (t n) (8) ð i v i ñ u máy kh ñư ng 1000 mm ch y đư ng cong có R ≤ 200m lư ng gi m h s bám lăn tính theo b ng sau (ho c xem quy ph m thi t k k thu t ñư ng s t kh 1000 mm) Bi u 1-4 Lư ng gi m h s bám bán kính nh Bán kính đư ng cong R (m) Lư ng gi m h s bám lăn ϕk (%) 200 150 125 100 75 60 40 11 13 15 18 20 25 Câu h i ôn t p Ph n I Thi t k n ðS Chương Tính s c kéo đ u máy M c đích mơ hình tính s c kéo đ u máy Các ngo i l c tác d ng lên đồn tàu, quy t c d u Phân bi t l c toàn ph n l c đơn v Cơng th c t ng quát tính l c c n ñơn v b n c a ñ u máy, toa xe, đồn toa xe, c a đồn tàu Các lo i l c c n ph , công th c tính Các bi n pháp làm gi m l c c n S hình thành l c hãm,l c kéo.Phân tích h n ch l c hãm,l c kéo theo u ki n bám.Tính l c hãm Phương trình chuy n đ ng đồn tàu.Tính kh i lư ng đồn tàu Q.Ki m tra Q theo ñi u ki n h n ch 42 ... qua có th u c u Các trư ng h p tính tốn, tr ng thái k thu t 5.3 5.3 .1 5.3.2 5.4 11 1 11 1 11 2 11 2 11 4 11 5 11 6 11 6 11 7 11 7 11 7 11 9 Tính kh thơng qua kh v n chuy n có th Tính kh thơng qua có th Các... 0,5 16 k + 10 00 V + 10 0 16 .17 ,5 + 10 00 V + 10 0 = 0,5 52k + 10 00 5V + 10 0 52 .17 ,5 + 10 00 5V + 10 0 = 0,34 V + 10 0 5V + 10 0 16 k + 10 00 V + 10 0 52k + 10 00 5V + 10 0 = 1, 47 16 k + 10 00 K (KN) V + 10 0... 1. 1 Ray 1. 1 .1 Công d ng yêu c u ñ i v i ray 1. 1.2 Hình d ng kích thư c hình h c c a ray 13 0 13 0 13 0 1. 2 Ph tùng n i gi ray 1. 2 .1 Yêu c u ñ i v i ph tùng n i gi 13 2 13 2 1. 2.2 1. 2.3 1. 3 1. 3 .1 133