tính toán động lực học đầu máy d14e

Tính toán động lực học Đầu máy D14E Lời mở đầu Với mong muốn nâng cao sức kéo và rút ngắn thời gian chạy tàu để chuyên chở hàng hoá và hành khách ngày càng tốt hơn, ngành Đờng Sắt đã không ngừng đầu t cơ sở vật chất, nâng cao chất lợng cầu đờng, giảm tối thiểu những đoạn đờng cong có bán kính nhỏ hơn 100m. Đổi mới thiết bị thông tin tín hiệu thay bằng thông tin tự động, nâng cấp bến bãi, xây và nâng cấp các nhà ga. Đầu t đóng mới sức chở, các toa xe khách đẳng cấp cao đợc trang bị nhiều tiện nghi rất hiện đại và lịch sự. Đóng mới đoàn tàu kéo đẩy trong đó các toa xe đã sử dụng giá chuyển hớng lò xo không khí nhằm cải thiện tính năng động lực của đoàn tàu. Đầu t sức kéo mới, thay các đầu máy có công suất nhỏ, tốc độ thấp bằng các đầu máy hiện đại công suất lớn có tốc độ cấu tạo cao. Một trong những sức kéo mới đợc đầu t gần đây nhất là đầu máy D13E (của ấn Độ), đầu máy Đổi mới D19E (của Trung Quốc), đầu máy D20E của Đức. Cùng với đầu máy Trung Quốc D14E sẽ tạo nên sức kéo mạnh mẽ trong diện mạo mới của đờng sắt Việt Nam. Đầu máy D14E đợc nhập vào nớc ta từ năm 2002, do công ty cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu sản xuất. Hiện nay, đầu máy D14E có 5 chiếc, do xí nghiệp đầu máy Hà Lào quản lý, và để kéo tàu khách, tàu hàng đi một số tỉnh phía bắc. Khi tốc độ chạy tàu đợc nâng lên, tuy cơ sở vật chất đã từng bớc đợc đầu t nhng vẫn còn một số bất cập nh: chất lợng cầu đờng vẫn còn kém, tồn tại nhiều cầu cống phải hạn chế tốc độ chạy tàu, còn nhiều chỗ chất lợng nền đờng kém, tà vẹt cũ, ray lâu ngày không đợc thay nên đã hình thành nhiều vùng lồi lõm, ray của chúng ta là loại ray ngắn (chiều dài 12,5m), cho nên có rất nhiều mối nối đầu ray đó chính là nguồn kích thích dao động của đoàn tàu, mặt khác đầu máy toa xe của chúng ta tính năng động lực kém, do đó ảnh hởng không nhỏ đến chất lợng phục vụ hành khách, làm cho hành khách đi tàu nhanh bị mệt mỏi, ảnh hởng đến sức khoẻ của tài xế cũng nh của công nhân phục vụ trên tàu. ở những đoạn có bán kính cong nhỏ hoặc ở những đoạn đờng xấu làm ảnh hởng tốc độ đoàn tầu, dễ gây trật bánh đổ tàu đe doạ không nhỏ đến an toàn chạy tàu. Tính toán động lực học của Đầu máy Toa xe không phải là điều mới mẻ, song trớc đây chỉ mới quan tâm đến các loại đầu máy 4 trục, công suất nhỏ có cấu tạo đơn giản, hệ thống treo lò xo giảm chấn một cấp, số vật thể cần xét trong hệ dao động ít cho nên số phơng trình cần thành lập để khảo sát các dao động cũng ít. Đầu Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 1 Tính toán động lực học Đầu máy D14E máy Trung Quốc D14E là đầu máy có kết cấu tơng đối hiện đại, giá chuyển hớng 3 trục không có cối chuyển, hệ thống lò xo và giảm chấn hai cấp, khi tính toán động lực học của đầu máy này, đòi hỏi phải thành lập những mô hình phức tạp hơn, số vật thể cần xét trong dao động sẽ nhiều hơn vì vậy số phơng trình cần thành lập để khảo sát các dao động cũng nhiều hơn. Tuy là đầu máy có công suất lớn và kết cấu tơng đối hiện đại. Song cùng với những đầu máy mới nhập những năm gần đây. Đầu máy D14E cũng bộc lộ không ít những nhợc điểm, đồng thời với những bức xúc trong thực tế sản xuất của xí nghiệp. Vì vậy đề tài: Tính toán động lực học đầu máy D14E sẽ đi vào tính toán kiểm nghiệm về mặt lý thuyết tính năng động lực của đầu máy D14E, qua đó có những ý kiến về giải pháp hạn chế những dao động bất lợi, kéo dài tuổi thọ vận dụng đầu máy và sức khoẻ của công nhân lái tàu, là tài liệu hữu ích trong công tác bảo dỡng, sửa chữa đầu máy D14E. Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 2 Tính toán động lực học Đầu máy D14E CHƯƠNG 1: Giới thiệu tính năng kỹ thuật của Đầu máy D14E 1.1. Tổng quan về đầu máy Trung Quốc D14E Đầu máy Diesel D14E đợc sản xuất tại công ty cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu, đợc nhập về Việt Nam từ năm 2002, có 5 chiếc do xí nghiệp Đầu máy Hà Lào quản lý, dùng chuyển chở hàng hoá. Loại đầu máy là đầu máy truyền động điện AC DC và đợc trang bị động cơ 3508B của hãng Caterpillar có công suất làm việc tối đa là 970KW, máy phát điện chính đồng bộ loại JF205F, loại động cơ điện kéo ZQDR 410 và chạy trên khổ đờng 1435mm. Loại đầu máy này đợc trang bị hệ thống điều khiển vi xử lý và thiết bị hãm điện trở có chức năng tự tải toàn phần. - Ký hiệu đầu máy : D14E. - Công thức trục : Co- Co. - Công suất tối đa : 975 KW. - Công suất định mức : 774 KW Các kích thớc chính. - Chiều dài của đầu máy tính cả đầu đấm móc nối : 17300 mm - Chiều cao đầu máy tính từ mặt ray : 4764 mm - Chiều rộng đầu máy : 3250 mm - Khoảng cách giữa 2 trục trong 1 giá chuyển hớng : 1800 mm - Chiều cao của tâm đầu đấm đến bề mặt ray : 880 10 mm Lợng chỉnh bị đầu máy . - Nhiên liệu : 3500 lít . - Dầu bôi trơn : 200 lít . - Lợng cát : 400 lít. - Trọng lợng chỉnh bị của đầu máy : 105 tấn. - Khổ đờng : 1435 mm. 1.2. Kết cấu tổng thể đầu máy D14E Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 3 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Hình 1.1: Kết cấu tổng thể đầu máy D14E 1. Gian các thiết bị phụ trợ 2. Gian làm mát Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 4 Tính toán động lực học Đầu máy D14E 3. Gian động lực 4. Gian các máy điện phụ 5. Gian tủ điện 6. Khoang lái máy 7. Giá chuyển hớng 8. MFĐC 9. Thùng chứa nhiên liệu 10. Động cơ Diesel Đầu máy D14E bao gồm các bộ phận trên và dới. Bộ phận phía trên bao gồm thân xe và các thiết bị liên quan khác. Các giá chuyển hớng đợc bố trí tại cả 2 đầu phía dới, két nhiên liệu nằm ở giữa. Các khoang ắc quy đợc lắp ở sờn trái và phải của két nhiên liệu. Thân xe đợc phân chia bởi 5 bức vách ngăn tạo thành 6 buồng gian, gian phụ trợ, gian làm mát, gian động lực, gian các máy phát điện phụ, gian tủ điện và cabin điều khiển. */ Gian các thiệt bị phụ trợ, Gian phụ trợ dài 2925mm, hai thùng gió khí chính đợc lắp đặt ở cả sờn trái và phải của vách ngăn, mặt trớc còn 2 máy nén khí, làm khô khí và gian hãm điện trở. */ Gian làm mát Gian làm mát dài 2080 mm, phần phía trên của gian làm mát đợc lắp các thiết bị làm mát hình chữ V, khoang làm mát gồm 24 két làm mát loại ống đồng phẳng. Quạt đợc lắp nằm trong khung chữ V. Thiết bị trao đổi nhiệt dầu không khí dành cho hệ thống thuỷ tĩnh đợc lắp phía dới của khung hình chữ V. Bộ thông gió của động cơ kéo giá chuyển hớng phía trớc và hộp số đều đợc đặt trên sàn của gian này trong khi một hộp dầu bánh răng thuỷ lực đợc đặt ở sờn trái của vách ngăn phía sau. */ Gian động lực Gian động lực dài 4220mm, tổ hợp động cơ máy phát điện xoay chiều đợc lắp tại gian động lực. Bộ lọc không khí và bộ thông gió khung xe đợc lắp tại sờn trái và phải của vách ngăn và một thùng giãn nở ở phía trên của vách ngăn phía trớc. */ Gian các máy điện phụ Gian các máy điện phụ dài 2310 mm, gian các máy điện đợc lắp hộp số phía sau, máy phát điện khởi động, máy kích thích, quạt làm mát động cơ điện kéo giá chuyển hớng phía sau và bộ thông gió cho thiết bị chỉnh lu Silic chính. Gian thiết bị chỉnh lu Silic chính đợc đặt ở phía trên thiết bị thông gió, thiết bị chỉnh lu kích thích ở phía bên phải của vách ngăn phía trớc, các van đợc đặt dới bên trái và một hộp dụng cụ ở bên phải của vách ngăn phía sau. */ Gian tủ điện Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 5 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Gian tủ điện dài 1750mm, tủ điện đợc lắp đặt ở phần phía trớc, một lối và cabin điều khiển bên trái phía sau. */ Cabin điều khiển Cabin điều khiển dài 2155mm, bàn điều khiển vận hành chính đợc lắp ở phía trớc của cabin và bàn điều khiển phụ nằm ở phía sau bên trái. Bàn điều khiển này đ- ợc lặp bộ điều khiển của tài xế (tay ga, tay đảo chiều), các tay hãm, các công tắc điều khiển và đồng hồ chị thị. Một bếp điện đợc lắp đặt tại bàn điều khiển chính. Trong cabin điều khiển của tài xế, có 2 ghế mà vị trị của chúng có thể điều khiển theo ý muốn. Hãm tay đợc lắp tại sờn phải phía dới của vách ngăn phía trớc, một van hãm khẩn cấp và một hộp điều khiển điều hoà không khí nằm ở bên trái, một cửa ra vào từ tủ điện đến lối đi bên trái của đầu máy nằm ở giữa vách ngăn mặt trớc và một cửa ra vào đến lối đi bên phải của đầu máy nằm ở bên phải cabin. Các cửa số trợt bằng hợp kim nhôm đều đợc bố trí ở cả hai bên và gắn quạt trần, đèn nêong và điều hoà không khí gắn trên trần. 1.3. Giá chuyển hớng đầu máy D14E Giá chuyển hớng của đầu máy D14E là loại giá chuyển hớng 3 trục, trên mỗi giá chuyển hóng có 3 động cơ điện kéo tơng ứng với từng trục của bánh xe, các động cơ điện kéo này đợc treo tựa trục, một đầu tựa cố định trên trục bánh xe, một đầu đợc treo trên giá chuyển hớng. Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 6 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Hình 1.2 : Kết cấu tổng thể giá chuyển hớng D14E 1. Giảm chấn thuỷ lực thẳng đứng 2. Lò xo cao su 3. ĐCĐK 4. Thanh kéo lớn 5. Bánh xe 6. Hộp đựng cát Liên kết giữa giá chuyển hớng với bệ của đầu máy thông qua 2 hệ lò xo, hệ lò trung ơng gồm 4 lò xo cao su và hệ lò xo bầu dầu gồm 12 lò xo tròn. Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 7 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Đặc điểm của loại giá chuyển hớng này là không có cối chuyển hớng, việc liên kết giữa giá chuyển hớng và giá xe đầu máy thông qua các thanh kéo, giảm chấn thuỷ lực ngang. Trên giá chuyển hớng đầu máy D14E còn bố trí 2 giảm chấn thuỷ lực ngang về 2 phía của giá chuyển hớng. Ngoài ra trên giá chuyển hớng còn bố trí các thiết bị hãm, thiết bị xả cát . Một số thông số chủ yếu của giá chuyển hớng : - Kiểu trục : C O - C O - Cự ly trục trong một giá chuyển : 2 x 1800 mm - Chiều cao giá chuyển hớng : 1185 mm. - Chiều rộng giá chuyển hớng : 2050 mm - Chiều dài của giá chuyển hớng : 5900 mm - Đờng kính mặt lăn bánh xe : 1015mm - Trọng lợng của một giá chuyển hớng : 22000 kg - Trọng lợng của động cơ điện kéo : 2980 kg - Trọng lợng của một bộ trục bánh xe : 1700 kg - Khoảng cách ngang giữa hai lò xo trung ơng : 1790mm - Khoảng cách ngang giữa hai lò xo bầu dầu : 1800mm 1.3.1. Khung giá chuyển hớng Khung giá đợc chế tạo từ thép tấm bằng phơng pháp hàn, gồm 2 xà dọc cạnh và 3 xà ngang liên kết với nhau. Các xà dọc và xà ngang này đợc chế tạo từ thép tấm có chiều dày từ 8 đến 12 mm, bên trong có các gân gia cờng. Các góc của xà dọc và xà ngang cũng đợc hàn thêm các gân gia cờng, mặt trên của xà dọc có lỗ để đế lò xo cao su trung ơng. Hai xà dọc giá chuyển hớng là chi tiết chính chịu lực. Ba xà ngang có dạng hình hộp, trên mặt đáy của xà ngang ngay chính giữa là giá đỡ lò xo mô tơ điện kéo . Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 8 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Hình 1.3: Khung giá chuyển hớng 1. Xà dọc chính 2. Lắp lò xo cao su 3. Xà ngang 4. Lắp giảm chấn thẳng đứng Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 9 Tính toán động lực học Đầu máy D14E 1.3.2. Bộ trục bánh xe Hình 1.4: Cấu tạo bộ trục bánh xe 1. Bánh xe 2. Bánh răng bị động 3. Trục xe Trục bánh xe đầu máy D14E gồm : trục xe, 2 bánh xe có mâm bánh đúc liền và bánh răng truyền động. Tất cả các chi tiết này đợc chế tạo bằng thép đúc sau đó gia công chính xác. Các mối lắp ghép giữa bánh xe, bánh răng với trục bánh xe đều là các mối lắp ghép chặt có độ dôi, không có then. * Các kích thớc cơ bản của bộ trục bánh xe gồm : - Giang cách bánh xe : 1353 mm - Khoảng cách giữa 2 mặt lăn bánh xe : 1493 mm - Đờng kính bánh xe mới : 1050 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu trục bãnh xe : 2125 mm 1.3.3. Hệ thống lò xo trung ơng. Hệ thống lò xo trung ơng trên đầu máy D14E là các lò xo cao su đợc bố trí trên đầu máy bao gồm 08 cái lắp trên hai giá chuyển, trên mỗi giá chuyển hớng có 04 lò xo cao su đợc bố trí đối xứng nhau để đỡ toàn bộ trọng lợng trên xát xi đầu máy. Ngời ta cũng đã tính toán vị trí đặt giảm chấn cao su để sao cho tải trọng của Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 10 [...]... đứng - Tính toán động lực học theo phơng nằm ngang - Tính động lực học khi đi qua đờng cong Trong mỗi bài toán đều có các bớc: + Thành lập mô hình Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 18 Tính toán động lực học Đầu máy D14E + Viết hệ phơng trình cân bằng hoặc hệ phơng trình dao động + Lập trình để giải các bài toán trên máy tính + Phân tích kết quả tính toán và kết luận Để việc tính toán thực... Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 26 Tính toán động lực học Đầu máy D14E 2.4 Thành lập phơng trình dao động ngang của đầu máy D14E 2.4.1 Mô hình dao động của đầu máy trên mặt phẳng ngang Y 2L C1Y K1Y C1X 2S 2b C 2X C 2Y X K1Y LT Hình 2.2 Mô hình dao động đầu máy D14E trên mặt phẳng ngang Đầu máy D14E là đầu máy có hai hệ lò xo, mô hình dao động của nó trên mặt phẳng ngang đợc biểu diễn nh... Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 14 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Hình 1.9: Sơ đồ bố trí hệ thống hãm trên giá chuyển Ngoài ra trên đầu máy D14E còn có bố trí hệ thống hãm tay để sử dụng khi hệ thống hãm JZ 7 gặp trục trặc Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 15 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Hình 1.10: Số đồ bố trí hệ thống hãm tay 1.3.7 Hệ thống giảm chấn thuỷ lực Trong một... 2.3 Tính toán dao động thẳng đứng của đầu máy: Z M 2L C Z M Z T C 1Z C 1Z Z T2 C2Z K 2Z C C 2Z K 2Z T1 X LT Hình 2.1 Mô hình tính toán dao động thẳng đứng của đầu máy D14E 2.3.1 Mô hình dao động Hình 2.1 là mô hình đầu máy trên mặt phẳng thẳng đứng dùng để nghiên cứu, tính toán các dao động thẳng đứng của đầu máy D14E Trong mô hình này các bộ phận trên lò xo của đầu máy gồm 3 vật thể là thân đầu máy. .. chấn thuỷ lực ngang về hai phía giá chuyển hớng Việc tính toán động lực học D14E, trớc tiên phải nắm đợc kết cấu tổng thể của đầu máy nhất là thứ tự truyền lực của đầu máy xuống đờng và việc bố trí các thiết bị trên khung giá chuyển Mặt khác ta phải xây dựng đợc mô hình phù hợp với thực tế nhng về mặt thuật toán phải giải đợc * Tính toán động lực học bao gồm 3 bài toán: - Tính toán động lực học theo... một đầu nối vào khung giá chuyển hớng, đầu kia nối vào giá xe (trong một giá chuyển hớng có 2 giảm chấn ngang) Các giảm chấn ngang làm nhiệm vụ dập tắt dao động lắc đầu của đầu máy Giảm chấn này có hệ số cản giảm chấn là K1Y = 40 KN.s/m Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 16 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Với hệ thống lò xo và giảm chấn nh trên, đầu máy D14E đợc cải thiện khá tốt về tính. .. thông qua đờng cong của đầu máy đợc giải bằng phơng pháp Hueman Mô hình và cách giải bài toán này tuy đơn giản, có số bậc tự do thấp nên việc tính toán sẽ nhanh hơn Kết quả tính toán lực dẫn hớng sẽ lớn hơn thực tế, khi kết qủa tính toán thoả mãn yêu cầu thì về an toàn sẽ đảm bảo hơn 2.2 Các số liệu dùng trong tính toán: Bảng 2.1 Số liệu dùng trong tính toán động lực học đầu máy D14E TÊN ký hiệu đơn vị... Tính toán động lực học của đầu máy D14E 2.1 Các nguyên tắc tính toán: Đầu máy D14E là loại đầu máy hai giá chuyển hớng, mỗi giá có ba trục bánh xe đợc treo bởi hai hệ lò xo sơ cấp và thứ cấp, không có cối chuyển hớng Động cơ của nó là loại động cơ diesel truyền động động điện Đầu máy D14E đợc thiết kế để kéo tàu hàng Đầu máy có một cabin Thân đầu máy đợc đặt trên 2 giá chuyển thông qua 8 lò xo cao su ... Mômen quán tính thân xe đối với trục X J1X t m2 118,81 Mômen quán tính thân xe đối với trục Y J1Y t m2 1586,51 Các khối lợng Mônen quán tính Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 19 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Mômen quán tính thân xe đối với trục Z J1Z t m2 1575,08 Mômen quán tính khung gch với trục X J2X t m2 5,81 Mômen quán tính khung gch với trục Y J2Y t m2 37,51 Mômen quán tính khung... Lớp Đầu máy toa xe K43 33 Tính toán động lực học Đầu máy D14E C 2Y y B1 C y 2Y B 2 C 2Y y B3 C 2Y y B 4 C 2Y y B5 C 2Y y B 6 C 2X b 2 B1 C 2X b 2 B 2 C b 2 2X 2 B3 C 2 X b B 4 C b 2 B5 2X 2 C 2 X b B 6 0 0 0 0 0 0 Ma trận lực kích thức F N 2.5 Giải hệ phơng trình dao động thẳng đứng và nằm ngang của đầu máy D14E: Các hệ phơng trình dao động . mặt thuật toán phải giải đợc. * Tính toán động lực học bao gồm 3 bài toán: - Tính toán động lực học theo phơng thẳng đứng. - Tính toán động lực học theo phơng nằm ngang. - Tính động lực học khi. sửa chữa đầu máy D14E. Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 2 Tính toán động lực học Đầu máy D14E CHƯƠNG 1: Giới thiệu tính năng kỹ thuật của Đầu máy D14E 1.1. Tổng quan về đầu máy Trung. Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 16 Tính toán động lực học Đầu máy D14E Với hệ thống lò xo và giảm chấn nh trên, đầu máy D14E đợc cải thiện khá tốt về tính năng động lực học. Điều đó có ý