Duong sat - KTXD-Tin chi

ĐƯỜNG SẮT – KTXD CHƯƠNG I : TÍNH SỨC KÉO ĐẦU MÁY 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Mục đích tính sức kéo đầu máy thiết kế đường sắt Khi thiết kế đường cải tạo đường cũ việc tính sức kéo cho phép xác định: - Khối lượng đồn tàu - Đặc tính chế độ chuyển động tàu (mở máy, đóng máy, đóng hãm) - Vận tốc chạy tàu V thời gian chạy tàu t - Tiêu hao nhiên liệu (dầu ma dút đầu máy điêzen, tiêu hao than nước đầu máy nước, tiêu hao lượng điện đầu máy điện) => Theo số liệu xác định chi phí khai thác đường tương lai, cho phép đánh giá so sánh phương án tuyến thiết kế 1.1.2 Mô hình tính đồn tàu lực tác dụng Các giả thiết - Khi tàu chuyển động ta xem đoàn tàu chất điểm chuyển động tác dụng lực đặt trọng tâm - Không xét đến nội lực nội lực khơng gây chuyển động mà xét đến ngoại lực gây chuyển động đoàn tàu Các ngoại lực ♦ Lực kéo F (N): lực đầu máy sinh người lái máy tăng giảm đóng máy ♦ Lực cản chuyển động W (N): lực gây cản chuyển động đoàn tàu - Phụ thuộc vào: + Loại đoàn tàu + Tốc độ chuyển động + Trắc dọc (độ dốc dọc) + Bình diện (vị trí đường cong mà tàu chạy đó) - Lực cản chuyển động xuất nguyên nhân khách quan người lái máy khơng điều chỉnh ♦ Lực hãm đoàn tàu B (N): lực tạo người thông qua phận hãm để cản chuyển động đoàn tàu nhằm giảm giữ nguyên vận tốc xuống dốc, vào ga cho tàu dừng lại cần thiết * Các chế độ chạy tàu (Phụ thuộc vào cách điều khiển chạy tàu người lái máy): ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD - Chế độ kéo (mở máy): động đầu máy mở máy (sử dụng sức kéo đầu máy) Lúc lực tác dụng lên đồn tàu gồm có: F, W (N) - Chế độ chạy đà (đóng máy): động đầu máy đóng máy khơng sử dụng hãm đoàn tàu chuyển động tác dụng thành phần trọng lực lực quán tính Lực tác dụng lên đồn tàu gồm có: W (N) - Chế độ hãm: động đầu máy đóng máy, hệ thống hãm làm việc Lực tác dụng lên đoàn tàu gồm có: W, B (N) Quy tắc dấu Có thể dùng quy tắc dấu sau: - Quy tắc (theo kỹ thuật ): ChiÒu chun ®éng W>0 F>0 B>0 W0 +Lực hãm tác dụng ngược chiều chuyển động lấy dấu dương B>0 +Lực cản có dấu dương W > ngược chiều chuyển động, có dấu âm W 10 km/h; vận tốc gió Vgió < 10 m/s nhiệt độ khơng khí mơi trường t0 > -250C + Trung Quốc: vận tốc chạy tàu Vtàu > 10 km/h; t0 > -100C; Vgió < m/s Các yếu tố tạo nên lực cản Lực cản phát sinh có ma sát phận tàu, tàu đường, tàu môi trường khơng khí + Lực cản ma sát cổ trục ổ bi + Lực cản ma sát lăn bánh xe ray + Lực cản ma sát trượt đai bánh + Tổn thất động chấn động va chạm bánh xe ray mối nối ray + Lực cản khơng khí Cơng thức thực nghiệm tính lực cản đơn vị toa xe (toa xe hàng) Lực cản đơn vị toa xe xác định thực nghiệm chủ yếu phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu V (km/h), tải trọng trục toa xe q0 (tấn/trục), loại toa xe a Toa xe Liên Xô: - Toa hàng hai trục Liên Xô: ω0" = a + (b + c ).V q0 (N/KN) - Toa hàng 4, 6, trục Liên Xô: ω0" = a + (b + c.V + d.V2) q0 (N/KN) Trong đó: a, b, c, d - hệ số thực nghiệm ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD b Toa xe hàng 2, trục Trung Quốc: ω0" = 29  v  0,5q cabi (N/KN) Trong đó: Tải trọng trục: q0 = qcabi n (tấn/trục) qcabi - khối lượng hàng bì; qcabi = qtt + qbì (T) qtt - khối lượng tính tốn toa xe qbì - khối lượng bì (toa rỗng) (T) (T)  - hệ số chất hàng tuỳ theo loại hàng loại toa xe n - số trục toa xe Cơng thức tính lực cản bình qn đồn toa xe Giả sử đồn tàu có loại toa xe: trục, trục, trục Tương khối lượng loại toa xe là: Q2, Q4, Q6 (T) - Lực cản toàn phần đoàn toa xe: W0" = W02" + W04" + W06" W0" = ω0"(2).Q2.g + ω0"(4).Q4.g + ω0"(6).Q6.g (N) - Lực cản đơn vị bình qn đồn toa xe: Chia hai vế cho Q = Q2 + Q4 + Q6 – Khối lượng đoàn toa xe (T) ω0" = W0 " Q Q Q = ω0"(2) + ω0"(4) + ω0"(6) (N/KN) Q.g Q Q Q n ω0" = γ2.ω0"(2) + γ 4.ω0"(4) + γ 6.ω0"(6) =  0(i ) ". i (N/KN) i 1 Trong đó: ω"0(2), ω"0(4), ω"0(6) - lực cản đơn vị loại toa (N/KN) γ 2, γ 4, γ - tỷ lệ phần trăm theo khối lượng loại toa xe Mặt khác biết tỷ lệ phần trăm theo số lượng loại toa i, số toa đoàn tàu m khối lượng toa qi (kể hàng bì) ta có: γ2 = m. q  q  m.( q   q   q6 )  q   q   q γ4 = m. q  q  m.( q   q   q6 )  q   q   q γ6 = m. q  q  m.( q   q   q6 )  q   q   q ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD Hay: γi =  i qi n   q i i i 1 n  Để kiểm tra tính tốn cần sử dụng cơng thức i =1 i 1 Lực cản đơn vị đầu máy ( Đối với đầu máy Điêzen tàu hàng) - Khi tàu chạy mở máy: ω'0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V2 - Khi tàu chạy đóng máy: ω'0đ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2 (N/KN) (N/KN) Lực cản đơn vị bình qn đồn tàu - Khi tàu mở máy: ω0= W0  ' P  "0 Q P Q    0'   0" = ω'0.1 + ω"0.2 (N/KN) (P  Q) g P Q P Q PQ - Khi tàu đóng máy: ω0đ = W0 d w' P  w"0 Q  0d = ω'0đ.1 + ω"0.2 ( P  Q) g P Q (N/KN) Trong 1, 2 - tỉ lệ khối lượng đầu máy toa xe so với khối lượng đoàn tàu 1.2.2 Lực cản phụ Lực cản phụ độ dốc W1, ωi Wi (P+Q)g h (m)  L (km) Lực cản độ dốc Wi Khi tàu chạy dốc phát sinh lực song song với đường, chiều lực trùng với chiều chuyển động (xuống dốc) ngược chiều chuyển động (lên dốc) Wi = 1000(P+Q)g.sin (N) Vì  nhỏ (thậm chí với dốc 15‰  = 0051') nên coi sin = tg ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD mà: tg = h i  L 1000 Khi Wi = 1000(P+Q).g → Lực cản đợn vị: ωi = i = (P+Q).g.i 1000 Wi ( P  Q ) gi  =i ( P  Q) g ( P  Q) g (N/KN) Như lực cản đơn vị dốc trị số độ dốc ωi + Mang dấu dương tàu lên dốc ωi = +i + Mang dấu âm tàu xuống dốc ωi = -i (N/KN) (N/KN) Lực cản phụ đường cong Wr, ωr * Nguyên nhân sinh lực cản đường cong: - Do vành bánh xe siết chặt vào má ray - Do trượt ngang đầu máy toa xe vào đường cong - Do bánh xe trục không chạy chiều dài → bánh xe phía ngồi phải vượt nhanh lên đường phía dài nên bánh xe vừa quay vừa trượt * Lực cản phụ đường cong chủ yếu phụ thuộc:  Bán kính đường cong R(m),  Khổ đường S0(mm),  Đường kính bánh xe d(mm),  Cự ly cứng nhắc toa xe,  Vận tốc chạy tàu V,  Siêu cao ray lưng h(mm) Công thức kinh nghiệm xác định ωr có dạng : ωr = ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT A R ĐƯỜNG SẮT – KTXD Bảng xác định lực cản phụ đường cong sinh Stt Các trường hợp Hình vẽ minh họa ωr (N/kN) Khổ 1000mm Khổ 1435mm 425 R 700 R 7,5. Lt 12, 2. Lt 7,5(1   ) lt 12,2(   ) lt 7,5(   ) lt 12,2(   ) lt Tàu nằm Lt trọn đường cong R, ,K (Lc ≥ Lt) Tàu nằm phần Lt đường cong R,,K (Lc < Lt) Tàu nằm phần đường Lt 1 2 cong Tàu nằm trọn đường Lt R1, 1, K1 R ,  , K2 cong * Khi tàu vào đường cong lực cản đường cong coi tương đương lực cản độ dốc ir (ir – dốc tương đương lực cản đường cong) Dốc dẫn xuất ik tổng đại số dốc thực tế với dốc tương đương lực cản đường cong ik = i + ir (‰) ik - độ dốc tính đổi (dốc dẫn xuất) (‰) ir - ln dương lực trái chiều chuyển động (‰) i - dốc thực tế hay dốc trung bình, có dấu (+) lên dốc; dấu (-) xuống dốc Lực cản tàu khởi động Wkđ, ωkđ - Nguyên nhân phát sinh lực cản phụ khởi động: + Dầu cổ trục bị chảy xuống đông đặc lại làm cho hệ số ma sát  tăng lên + Tàu đỗ ray bị võng xuống tàu chạy ma sát tăng lên - Cơng thức thực nghiệm tính lực cản khởi động: ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD ωkđ = A (N/KN) q0  A = 142 toa chạy bạc (trượt) A = 28 toa có bi cầu (ổ lăn) q0 - tải trọng trục (T/trục) Hiện tính sơ người ta lấy ωkđ = N/KN Lực cản chuyển động hầm Wh, ωh Khi tàu chạy hầm trước tàu khơng khí bị ép, khơng khí chèn hai bên mạn tàu, cuối tàu khơng khí xoắn lại gây nên lực cản Tuỳ theo chiều dài hầm, độ ẩm ướt tốc độ chạy tàu mà ωh = 0,5  1,5 N/KN 1.3 Phương trình vi phân chuyển động đồn tàu 1.3.1 Phân tích điều kiện chuyển động đồn tàu Tàu chuyển động lực tác động lên Q trình vận động đồn tàu tuyến đặc trưng ba chế độ làm việc đầu máy Gọi R, r hợp lực toàn phần hợp lực đơn vị tác dụng lên đoàn tàu Chế độ kéo (mở máy) R = Fk - W (N) r = fk - ω (N/kN) Chế độ chạy đà (đóng máy) R = -Wđ (N) r = - ωđ (N/kN) Chế độ hãm R = -(Wđ + α.B) (N) r = -(ωđ + α b) (N/kN) α – Hệ số sử dụng hãm Đặc trưng vận động đoàn tàu xác định trị số hướng hợp lực + Nếu R = tàu chạy đứng yên + Nếu R > đồn tàu vận động có gia tốc + Nếu R < đồn tàu vận động giảm tốc 1.3.2 Thành lập phương trình vi phân chuyển động đoàn tàu - Giả thiết: Coi chuyển động đồn tàu có khối lượng 1000.(P+Q) kg chất điểm có lực đặt trọng tâm - Theo định luật II Niu tơn: R = m.a ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD Trong đó: R - Hợp lực toàn phần tác dụng lên đoàn tàu (N) m - khối lượng đoàn tàu m = 1000(P+Q) (kg) a - gia tốc chuyển động (m/s2) Từ công thức có: a= dv R  dt m Nếu ta nhân tử số mẫu số vế phải với gia tốc rơi tự g thì: a= dv R.g R.g R g    = r. dt m.g 1000( P  Q) g ( P  Q ) g 1000 Nếu vận tốc đồn tàu tính theo km/h g = 9,81 m/s2 đổi km/h2 = 9,81.60 2.60 = 127 1000.1000 gia tốc đoàn tàu a= dv = 127.r (km/h2) dt Nếu đồn tàu có khối lượng m chuyển động với vận tốc V đồng thời có xét tới chi tiết tham gia chuyển động quay (tiêu biểu hệ thống bánh xe quay với vận tốc góc động chúng) tính tốn người ta thêm hệ số khối lượng quay  a= dv 127  r dt   Trong thực tế tính tốn người ta lấy  = 0,06 a= dv = 120.r dt (km/h2) Ý nghĩa phương trình vi phân chuyển động đoàn tàu là: Khi tác dụng lên tàu hợp lực đơn vị có trị số N/KN tàu nhận gia tốc có trị số 120 km/h cho hay km/h cho phút, phương trình có dạng: a= dv = 2.r (km/h/phút) dt * Tuỳ theo kết hợp lực tác dụng vào đồn tàu mà có ba chế độ chuyển động: - Tàu chuyển động mở máy: a= dv = 2.(fk - ω) = 2.[ fk – (ω0 + ωi + ωr)] (km/h/phút) dt - Tàu chuyển động đóng máy: ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT ĐƯỜNG SẮT – KTXD a= dv = -2.ωđ = -2.(ω0đ + ωi + ωr) dt (km/h/phút) - Khi tàu chuyển động đóng máy kết hợp với hãm (chế độ hãm) a= dv = -2.(ωđ + b) = -2.[ (ω0đ + ωi + ωr) + b] (km/h/phút) dt Trong  hệ số sử dụng hãm * Ứng dụng phương trình vi phân: + Xác định khối lượng Q cho phép lớn đoàn tàu + Tốc độ thời gian chạy tàu + Giải tốn hãm + Xác định hao phí nhiên liệu lượng điện + Xác định công học đầu máy công lực cản 1.3.3 Tính khối lượng đồn tàu kiểm tra khối lượng đoàn tàu theo điều kiện hạn chế Tính khối lượng đồn tàu a Cơng thức tính khối lượng đồn tàu Q (T) (cả bì) - Khái niệm dốc hạn chế ip: Dốc hạn chế dốc lớn có chiều dài khơng hạn chế mà tàu hàng với khối lượng Q đầu máy kéo lên dốc với vận tốc vận tốc tính tốn nhỏ Vp - Cân lực dốc ip ta có: Fk = W Fkp = P.g.(ω'0 + ip) + Q.g.(ω"0 + ip) (N)  Q= Fkp  P.g ( 'i p ) ("0 i p ).g (T) Nếu thay ω'0 ω"0 ω0 Fkp = (P+Q).g.(ω0 + ip)  Q= Fkp (  i p ) g -P (T) Nhận xét: Ta thấy rằng: - Khối lượng đoàn tàu tỷ lệ nghịch với ip - Fk ω0 có quan hệ với V, Q lớn V nhỏ Fk phải lớn Quan hệ Q V tốt lợi dụng đầy đủ sức kéo bám - Mỗi loại đầu máy có Fkp có vận tốc tính tốn nhỏ vp ThS NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 10 ... đường cong  - góc phương vị (theo kim la bàn máy kinh vĩ) quay theo chi? ??u kim đồng hồ :  =  3600 i - góc chuyển hướng i - góc i = 1800 - i Ri - góc hai phương 0 900 R1 = 1800 - ( + 1)... lên đoàn tàu Chế độ kéo (mở máy) R = Fk - W (N) r = fk - ω (N/kN) Chế độ chạy đà (đóng máy) R = -Wđ (N) r = - ωđ (N/kN) Chế độ hãm R = -( Wđ + α.B) (N) r = -( ωđ + α b) (N/kN) α – Hệ số sử dụng hãm... - độ dốc tính đổi (dốc dẫn xuất) (‰) ir - ln dương lực ln trái chi? ??u chuyển động (‰) i - dốc thực tế hay dốc trung bình, có dấu (+) lên dốc; dấu (-) xuống dốc Lực cản tàu khởi động Wkđ, ωkđ -