Đối với hệ thống hoán hãm quốc gia cần xác định một số tham số đặc trương sau:
4.4. Tính toán hãm: Đối với hệ thống hãm guốc ta cần xác định một số tham số đặc trng sau: - Lực nén của guốc hãm lên bánh xe - Giảm tốc khi hãm - Thời gian hãm - Quãng đờng hãm - Nhiệt độ guốc hãm sản sinh trong quá trình hãm Thông số ban đầu khi tính toán thiết kế: - Tự nặng của toa xe T= 38 (T) - Tải trọng của toa xe P =8 (T) - Hệ số bám giữa bánh xe và mặt ray k = 0.25 - Bội suất hãm L = 8 4.4.1. Xác định lực nén của guốc hãm lên bánh xe: Khi điều khiển hãm đoàn tàu, tài xế tạo ra sức cản nhân tạo có chiều ngợc với chiều chuyển động của đoàn tàu, nhằm dừng hoặc điều chỉnh tốc độ của đoàn tàu phù hợp với yêu cầu cần thiết của biểu đồ chạy tàu, tín hiệu, tình trạng của đờng Trị số cho phép của lực hãm phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố nh : lực bám của bánh xe với ray, trị số của độ giảm tốc cho phép nhằm đảm bảo mức độ thoải mái cho hành khách cũng nh bảo đảm an toàn cho hàng hoá vv . Đối với loại hãm guốc, khi thao tác hãm, guốc hãm sẽ ép vào mặt lăn bánh xe, gây lực ma sát : F ms =2K d . k Và sinh ra mô men hãm : M h =2K d . k .R Trong đó : - K d : Lực ép của guốc hãm lên mặt lăn bánh xe - R : Bán kính bánh xe - k : Hệ số ma sát của guốc hãm với mặt lăn bánh xe Đối với đoàn tàu, mô men này đợc tạo bởi nội lực nên không thể hãm đoàn tàu đợc. Nhng dới tác dụng của trọng lực Q, mômen M h , tại điểm tiếp xúc O giữa bánh xe với đờng ray, phát sinh phản lực B h . Lực B h gây nên mômen B h .R cân bằng với mômen M h , tức là: M h =2K d . k .R= B h .R ở đây, R là bán kính vòng lăn bánh xe. Từ đó ta có: B h =2K d . k (chèn hình vẽ vào đây) Nh vậy, dới tác dụng của tải trọng Q, lực ma sát 2K d . k đã sản sinh ra lực hãm B h là lực của đờng ray tác dụng lên bánh xe tại điểm tiếp xúc O. Lực B h chính là ngoại lực đối với đoàn tàu, nó phụ thuộc vào lực ép K d và hệ số ma sát k Để xác định lực nén của guốc hãm lên mặt lăn bánh xe ta dựa vào phơng trình cân bằng mômen do lực ma sát giữa guốc hãm với mặt lăn bánh xe tạo ra với mômen do lực bám của bánh xe với ray tạo ra: 2K d . k = 0.9. k .Q o (1) Trong đó: K đ : Lực nén cho phép của guốc hãm tác dụng lên mặt lăn bánh xe (KN) k : Hệ số ma sát của guốc hãm với mặt lăn bánh xe k : Hệ số bám giữa bánh xe và ray Q o : Tải trọng (tĩnh) bánh xe tác dụng lên ray, tính cho một guốc hãm o o nm TP Q 2 + = P : Tải trọng toa xe (Tấn) T : Tự nặng toa xe (Tấn) n o : Số lợng trục bánh của toa xe n o = 2 m : Số lợng bánh xe trên 1 trục m = 2 Thay vào công thức trên ta đợc: )(75,5 2.2.2 388 TQ o = + = = 57,5 KN Thông thờng guốc hãm đợc chế tạo từ vật liệu gang có hàm lợng P trung bình vì vậy hệ số ma sát k đợc tính theo công thức : 100.6 ).110(006,0 100.14 100.6,3 . 100.5 100 64.0 0 + + + + + + = V V V V V K K d d k Trong đó : V : Tốc độ hãm (km/h) V = 0 V 0 - Tốc độ bắt đầu hãm (km/h) V 0 = 100 (km.h) 100.5 100 64.0 + + = d d k K K (2) Thay (2) vào (1) ta có phơng trình: 2K đ . 100.5 100 64.0 + + d d K K = 0,9 . 0,25 . 57,5 K d . 100.5 100 + + d d K K = 10,1 K 2 + 49, K 1010 = 0 K d = 15,53 KN Tổng áp lực guốc hãm: K = 16 . 15,53 = 248,48 K áp suất nồi hãm p 1 = 3,5 kG/cm 2 Mà: )(3106)(06,31 8 48,248 4 .14,3 .5,3 2 1 KGKN L K d P ===== Trong đó d : Là đờng kính pittông nồi hãm L : Bội suất hãm Từ đó suy ra : d = 33,82 cm Lấy đờng kính xi lanh hãm theo tiêu chuẩn d = 406 (mm) Hành trình pittông H=305 (mm) 4.4.2. Xác định quãng đờng hãm Đối với hệ thống hãm toa xe, một trong những yêu cầu quan trọng nhất là phải đảm bảo khả năng dừng đợc trọng phạm vi cho phép khi đang vận hành với tốc độ thiết kế. Khoảng cách hãm là đoạn đờng mà toa xe (đoàn tàu) đi qua tính từ khi tài xế thao tác hãm đến khi dừng lại. Đây là chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu phản ánh tổng hợp tính năng và hiệu quả thực tế của thiết bị hãm. Khi tài xế tiến hành hãm, các guốc hãm của toa xe không lập tức và đồng thời ép vào mặt lăn bánh xe. áp suất nồi hãm không tăng lên tức thời tới trị số cao nhất, mà có một quá trình, có thể chia thành hai giai đoạn: thời gian t o là thời gian từ lúc tài xế bắt đầu thao tác hãm tới khi áp suất nồi hãm bắt đầu tăng; t c là thời gian áp suất nồi hãm tăng từ 0 đến trị số định áp. Nh vậy, áp lực guốc hãm tác dụng lên mặt lăn bánh xe và lực hãm của toa xe cũng tăng lên theo các giai đoạn tơng ứng. Việc tính toán quãng đờng hãm theo đúng các giai đoạn nh vậy sẽ rất phức tạp. Để đơn giản và cũng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, ng- ời ta coi là tại một thời điểm nào đó, áp suất nồi hãm sẽ tăng lên đột ngột từ 0 đến trị số định áp, có thể lấy vào điểm giữa khoảng thời gian áp suất nồi hãm tăng từ 0 đến trị số định áp. Nh vậy quá trình hãm sẽ chia thành hai giai đoạn: Thời gian đầu t k tính từ lúc tài xế bắt đầu thao tác hãm đến khi áp suất trong nồi hãm đạt giá trị định áp ta gọi là thời gian chạy không, toa xe tiếp tục chạy một đoạn đờng cha có lực hãm, đoạn đờng này gọi là khoảng cách chạy không ký hiệu là S k . Giai đoạn tiếp theo tính từ khi nồi hãm đạt giá trị định áp cho tới khi toa xe dừng hẳn ( hoặc đạt tốc độ V 2 nh mong muốn), gọi là thời gian hãm thực tế t t . Tơng ứng, toa xe chạy thêm một đoạn gọi là khoảng cách hãm thực tế, ký hiệu S t . Nh vậy, toàn bộ khoảng cách hãm S sẽ bằng : S=S k +S t 1.Khoảng cách chạy không đợc tính theo công thức: 6,3 . ko k tV S = (m) Trong đó: V o : Là tốc độ lúc bắt đầu hãm (km/h) t k : Là thời gian chạy không (s) Thực tế thì tốc độ toa xe trong thời gian chạy không theo đà quán tính, th- ờng bị giảm dần do có các lực cản, hoặc có thể tăng lên khi xuống dốc với độ dốc lớn. ở đây, để cho đơn giản trong tính toán, coi tốc độ là không đổi trong suốt quá trình chạy không. Thời gian chạy không t k (giây) tuỳ thuộc vào: Hãm khẩn có thể lấy t k = 3 (s) Hãm thờng có thể lấy t k = 6 (s) Trang 199 sách Hãm đoàn tàu. Tốc độ bắt đầu hãm V o = 100 (km/h) Khoảng cách chạy không tính đợc là : Hãm khẩn: )(33,83 6,3 3.100 mS k == Hãm thờng: )(67,166 6,3 6.100 mS k == 2. Tính khoảng cách hãm thực tế áp dụng công thức: )( 1000 .17,4 2 0 m i V S jSSh t ++ = (3) Trong đó: h : Hãm suất chuyển đổi đoàn tàu S : Hệ số ma sát cự ly đẳng hiệu S : Lực cản cơ bản đơn vị cự ly đẳng hiệu j i : Độ dốc lớn nhất trên đờng, j i = 19 = h gQ K h . (4) h K : áp lực guốc hãm chuyển đổi h K = )(18,1853,15. 10053,15.5 10053,15 .8,1. 100.5 100 .8,1 KNK K K d d = + + = + + Thay vào (4) ta có: = h 632,0 10.46 18,18.16 = Từ bảng 5-8 và 5-10 trang 120 sách sức kéo đoàn tàu tra đợc: S = 0,128 S = 3 Thay vào (3) ta có: )(56,642 193128,0.632,0.1000 100.17,4 2 mS t = + = Vậy cự ly hãm từ 100 Km/h xuống 0 là: Hãm khẩn : S = S k + S t = 83,33 + 642,56 = 725,89 (m) Hãm thờng : S = S k + S t = 166,67 + 642,56 = 809,23 (m) 4.4.3. Xác định thời gian hãm: Thời gian hãm thực tế: )( 1000 .30 s i V t jSSh t ++ = Mà: 30 17,4 ) 1000.(30 30.17,4 1000 .17,4 2 V t i VV i V S r jSShjSSh t = ++ = ++ = Suy ra: )(23,46 100.17,4 56,642.30 .17,4 .30 s V S t t t === Vậy thời gian hãm từ 100 Km.h xuống 0 là: Hãm khẩn: t = t k + t t = 3 + 46,23 = 49,23 (giây) Hãm thờng: t = t k + t t = 6 + 46,23 = 52,23 (giây) . 4.4. Tính toán hãm: Đối với hệ thống hãm guốc ta cần xác định một số tham số đặc trng sau: - Lực nén của guốc hãm lên bánh xe - Giảm tốc khi hãm -