Xây dựng chương trình tính toán và kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu trên đường sắt Việt Nam

Bài báo này trình bày quá trình xây dựng chương trình tính toán và kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu nhằm đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra. Chương trình tính toán này là một mô đun (chương trình con) trong chương trình tổng hợp tính toán sức kéo đoàn tàu.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM KHỐI LƯỢNG ĐOÀN TÀU TRÊN ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM DEVELOPING A PROGRAM TO CALCULATE AND TEST THE MASS OF A TRAIN ON VIETNAM RAILWAYS ĐỖ ĐỨC TUẤN1*, NGUYỄN ĐỨC TOÀN1, VŨ VĂN HIỆP2 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thơng vận tải Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghệ Giao thơng vận tải *Email liên hệ: ddtuan@utc.edu.vn Tóm tắt Tính tốn sức kéo đồn tàu ngành đường sắt toán tổng hợp bao gồm nhiều nội dung Nội dung trước nhất, cần tính tốn xác định khối lượng đoàn tàu chạy độ dốc tính tốn với tốc độ đều, sau kiểm nghiệm khối lượng kéo theo độ dốc khởi động, theo bán kính cong nhỏ nhất, theo khả dùng động vượt dốc theo chiều dài hữu hiệu đường ga Trên thực tế, đoàn tàu khách tàu hàng có thành phần đa dạng, cấu thành từ nhiều loại toa xe khác kéo loại đầu máy khác Việc tính tốn kiểm nghiệm khối lượng kéo cho loại đoàn tàu có tính đa dạng cơng việc có khối lượng lớn, chiếm nhiều thời gian tiến hành phương thức thủ công truyền thống Do vậy, để rút ngắn thời gian, đảm bảo tính linh hoạt thuận tiện q trình tính tốn với phương án lập tàu khác nhau, báo trình bày q trình xây dựng chương trình tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu nhằm đáp ứng u cầu đặt Chương trình tính tốn mơ đun (chương trình con) chương trình tổng hợp tính tốn sức kéo đồn tàu Từ khóa: Chương trình tính tốn, tính tốn sức kéo, tính tốn khối lượng đồn tàu, kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu, đường sắt Việt Nam Abstract Calculating the train traction in the railway industry is a general problem with many contents Firstly, it is necessary to calculate and determine the mass of a train on a calculated slope at a uniform speed, then test the mass according to the starting slope, the minimum curve radius, the ability to use the kinetic energy to overcome the slope, and the effective length of the station track Passenger and freight trains have diverse 400 compositions, which include different types of wagons and are pulled by different types of locomotives Calculating and testing the mass for such diverse trains is a high volume workload that takes much time if done by traditional manual methods Therefore, to shorten the time, to ensure flexibility and convenience in the calculation process with different train formation plans, this article presents the process of developing a program to calculate and test the mass of a train to meet the requirements This program is essentially a module (a subprogram) of a general program that calculated the train traction Keywords: Calculation program, traction calculation, the mass of a train calculation, the mass of a train testing, Vietnam Railways Mở đầu Ở số nước t ên t ến, v ệc tính tốn sức kéo đồn tàu đường sắt thực h ện theo Quy trình, Quy phạm nhà nước Bộ chủ quản ban hành Các Quy trình, Quy phạm thường xun cập nhật, bổ sung cho phù hợp vớ đ ều k ện thưc tế [1 - 8] Ở V ệt Nam, "Quy trình tính tốn sức kéo đồn tàu đường sắt" Bộ G ao thông vận tả ban hành theo Quyết định số 833/KHKT ngày 24/5/1985 [9] Như thấy rằng, Quy trình tồn tạ 35 năm văn pháp lý ngành đường sắt V ệt Nam áp dụng để tính tốn sức kéo đồn tàu xây dựng Cơng lệnh sức kéo ngành Trong kh đó, từ năm 1985 đến ngành đường sắt V ệt Nam có nh ều thay đổ , lĩnh vực đầu máy, toa xe có thay đổ Từ năm 1986 ngành đường sắt V ệt Nam d esel hóa hồn tồn, đến đầu máy hơ nước hoàn toàn bị thả loạ , loạ đầu máy d esel công suất nhỏ dần thay loạ đầu máy d e esel công suất lớn hơn; số lượng đầu máy g ảm xuống tổng công suất tăng lên [10] Bên SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 cạnh đó, đơn vị đo lường đạ lượng Quy trình 1985 khơng cịn phù hợp vớ quy định h ện hành [11-13], không thuận t ện cho v ệc tính tốn sức kéo, đặc b ệt đơn vị đo lực gây khó h ểu cho ngườ đọc gây khó khăn v ệc thực h ện tính tốn sức kéo Mặt khác thực tế, h ện ngành đường sắt V ệt Nam khơng vào Quy trình [9] để xây dựng cơng lệnh tốc độ, mà cịn phả tham khảo tà l ệu khác [14 -18], đ ều dẫn đến th ếu quán chưa có đầy đủ sở khoa học pháp lý Mặc dù vậy, chưa có quan quản lý nhà nước V ệt Nam đề xuất v êc thay đổ b ên soạn lạ Quy trình Vớ lý nêu trên, đề tà ngh ên cứu khoa học “Xây dựng quy trình tính tốn sức kéo đồn tàu ngành đường sắt V ệt Nam” mã số T2020-CK-011 [10] thực h ện, nhằm chỉnh sửa, bổ sung, thống hóa làm mớ số nộ dung “Quy trình tính tốn sức kéo đồn tàu ngành đường sắt V ệt Nam” h ện hành cho phù hợp vớ thực tế Trong nộ dung đề tà T2020-CK-011, trình bày sở lý thuyết t ến hành xây dựng chương trình tổng hợp vớ số mơ đun (chương trình con) phục vụ cho q trình tính tốn sức kéo đồn tàu ngành đường sắt V ệt Nam Bà báo trình bày phần nộ dung đề tà , xây dựng chương tình tính tốn k ểm ngh ệm khố lượng đoàn tàu theo độ dốc khởi động, theo bán kính cong nhỏ nhất, theo khả dùng động vượt dốc theo ch ều dà hữu h ệu đường ga Cơ sở tính tốn k ểm ngh ệm khố lượng đoàn tàu 2.1 Cơ sở tính tốn khối lượng đồn tàu chạy độ dốc tính tốn với tốc độ Khối lượng đồn tàu xác định theo cơng thức sau [1- 5, 17, 19]: , F - P wo + itt g , (1) Q = k ,, wo + itt g Trong đó: Q - Khối lượng đồn tàu, (tấn); Fk - Lực kéo tính tốn đầu máy, (N); P - Khối lượng đầu máy, (tấn); w 0' w 0'' - Lực cản đơn vị đầu máy toa xe tốc độ tính tốn, (N/kN); itt - Độ dốc tính toán độ dốc hạn chế (quy đổi) tuyến đường, (%0); g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 2.2 Cơ sở kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu 2.2.1 Cơ sở kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo khả dùng động vượt dốc Khi kiểm tốn phương pháp giải tích, sử dụng công thức tổng quát sau [1 - 5]: S£ 2 4,17 Vd - Vc ,m f k - wk (2) Trong đó: S - Chiều dài đoạn dốc cần kiểm nghiệm có độ dốc lớn độ dốc tính tốn, (m); Vd , Vc - Tốc độ đoàn tàu đầu cuối đoạn dốc cần kiểm nghiệm, (km/h); f k - wk - Lực gia tốc đơn vị trung bình tác dụng lên đồn tàu khoảng tốc độ từ Vd đến Vc , N/kN Trong q trình tính tốn, thường lấy giãn cách tốc độ phạm vi 10 km/h, [1- 5]: S £ å Si = å 2 4,17 Vd - Vc i i ,m (3) fk - wk i S i - Quãng đường đoàn tàu khoảng tốc độ thay đổi từ Vd đến Vc khoảng giãn cách thứ i, (m) Vdi ,Vci - Tốc độ đầu cuối khoảng giãn cách tốc độ thứ i, (km/h); f k - wk i - Lực gia tốc đơn vị trung bình tác dụng lên đoàn tàu từ Vd đến Vc khoảng giãn cách tốc độ thứ i, N/kN Khi kiểm nghiệm, thấy tốc độ đoàn tàu điểm cuối đoạn dốc kiểm nghiệm đạt tới tốc độ tính tốn Vtt loại đầu máy coi khối lượng đồn tàu xác định xác Nếu tốc độ thực tế vượt qua đoạn đường nhỏ tốc độ tính tốn, chiều dài đoạn dốc khơng q 500m 2.2.2 Kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo độ dốc khởi động Để làm cho đoàn tàu dừng ga khởi động lại 401 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 phải tính khối lượng kéo khởi động ga khó khăn khu đoạn Khối lượng kéo lớn đồn tàu vào điều kiện: lực kéo khởi động Fkd đầu máy lực cản khởi động đoàn tàu Wkd Từ đó, khối lượng kéo đoạn dốc khởi động [1 - 5]: ' Fkd - P wkd + ikd g , Q < Qkd = '' wkd + ikd g (4) Trong đó: 2.2.3 Kiểm nghiệm khối lượng kéo theo bán kính cong nhỏ Khi đồn tàu vào đường cong bán kính nhỏ, hệ số bám đầu máy giảm thấp dẫn đến lực kéo bám giảm theo Lúc lực kéo bám thực tế Fb ,thucte có xu hướng nhỏ lực kéo bám tính tốn Fb ,tt , khối lượng kéo bị hạn chế mức độ suy giảm hệ số bám, cần phải kiểm nghiệm khối lượng kéo, theo công thức sau [1- 5]: Fkd - Lực kéo khởi động tính tốn đầu máy Qr = đầu máy, (N); wkd' - Lực cản khởi động đơn vị đầu máy đường bằng, (N/kN); wkd'' - Lực cản khởi động đơn vị toa xe đường bằng, (N/kN); ikd - Độ dốc quy đổi đoạn dốc khởi động, (%0) wkd Có thể đơn giản hóa tính tốn cách coi = wkd' = wkd'' [4], đó: Q < Qkd = Fkd - P wkd + ikd g wkd + ikd g , Fkd = -P wkd + ikd g (5) - Đoàn tàu chạy ổ trượt [4]: 142 '' , N/kN w0kd = q0 + (6) - Đoàn tàu chạy ổ lăn [4]: 28 '' , N/kN w0kd = q0 + Trong đó: Với: (7) Trong đó: Fr - Lực kéo đầu máy vào đường cong bán kính nhỏ bị giảm độ bám, (N); i r - Độ dốc quy đổi đoạn có bán kính cong nhỏ, (‰); w 0' w 0'' - Lực cản đơn vị đầu máy, toa xe tốc độ tính tốn, (N/kN) Nếu Qr > Q (đã biết) khối lượng kéo khơng bị hạn chế giảm bám, ngược lại nên lấy khối lượng kéo Qr Lượng giảm hệ số bám đường cong có bán kính R < 200m đầu máy khổ đường 1.000mm cho Bảng [9] có bán kính R < 200m đầu máy khổ đường 1.000mm Bán kính (8) ndm , ntx - Số trục đầu máy toa xe; Nếu Qkd > Q (trị số khối lượng kéo cần kiểm nghiệm biết) đồn tàu khởi động độ dốc Ngược lại, Qkd < Q đồn tàu khơng khởi động được, trọng lượng kéo nên lấy Qkd dùng biện pháp khơng dừng đồn tàu ga có độ dốc 402 (9) Bảng Lượng giảm hệ số bám đường cong q0 - Tải trọng trục trung bình, (kN): P+Q , kN/trục q0 = ndm + ntx ' Fr - P w0 + ir g , '' w0 + ir g đường cong, 200 150 125 100 75 60 11 13 15 18 20 m Lượng giảm hệ số bám, % Đối với đầu máy khổ đường 1.435mm, dốc có đường cong với bán kính < 500m hệ số bám tính (gọi y bc ) theo công thức [4] 250 + 1, 55 R y bc = y b 500 + 1,1R (10) SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 2.2.4 Kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo chiều dài hữu hiệu đường ga - Theo khả dùng động vượt dốc; Chiều dài hữu hiệu đường ga cự ly hai mốc xung đột Nếu chiều dài đoàn tàu lớn chiều dài hữu hiệu đường ga đồn tàu va chạm với đồn tàu tuyến bên cạnh Bởi vậy, chiều dài đồn tàu khơng vượt chiều dài hữu hiệu ngắn đường ga 3.2 Các lưu đồ thuật tốn chương trình - Theo chiều dài đường ga Khối lượng kéo lớn tính sau [19]: ỉ Lga - Ldm - Ltr t Qga = Qtxtb ỗỗ Ltbtx ố ÷÷ + Qtr t , ø (11) Trong đó: L ga - chiều dài hữu hiệu đường ga, (m); Qtxtb - khối lượng trung bình toa xe, (t); Ltbtx - chiều dài trung bình toa xe, (m); Ldm - chiều dài đầu máy, (m); Ltr t - chiều dài toa trưởng tàu, (m); Hình Lưu đồ thuật tốn tính tốn khối lượng đoàn tàu Qtr t - khối lượng toa trưởng tàu, (tấn) Nếu Qga > Q (đã biết) chiều dài đồn tàu khơng bị hạn chế chiều dài hữu hiệu đường ga Nếu không, trọng lượng kéo nên lấy Qga qui định đồn tàu khơng đỗ ga Chiều dài đầu máy, toa xe tính theo bảng liệt kê đặc điểm đầu máy, toa xe Tổng cơng ty Đường sắt Việt Nam Ngồi ra, từ cơng thức (11) cịn xác định chiều dài đồn tàu nằm đường ga có chiều dài nhỏ Xây dựng chương trình tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu 3.1 Các chức chương trình Từ sở lý thuyết trình bày, ngơn ngữ lập trình Java, tiến hành xây dựng chương trình tính tốn sức kéo đồn tàu với chức sau đây: Lưu giữ thơng tin thông số kỹ thuật đầu máy, toa xe sử dụng ngành đường sắt Việt Nam Tính tốn xác định khối lượng kéo đồn tàu Kiểm nghiệm khối lượng kéo đoàn tàu - Theo độ dốc khởi động; - Theo bán kính cong nhỏ nhất; SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu theo độ dốc khởi động 403 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 lượng kéo theo bán kính cong nhỏ thể Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo chiều dài đường ga thể Hình Lưu đồ thuật tốn tính tốn hợp lực đơn vị đồn tàu thể Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu có xét khả dùng động vượt dốc thể Hình [10] Hình Lưu đồ thuật toán kiểm nghiệm khối lượng kéo theo bán kính cong nhỏ Hình Lưu đồ thuật tốn tính tốn hợp lực đơn vị đồn tàu Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu theo chiều dài đường ga Lưu đồ thuật toán xác định khối lượng đồn tàu thể Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu theo độ dốc khởi động thể Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối 404 Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu theo khả dùng động vượt dốc SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Hình Giao diện thơng số kỹ thuật đầu máy D12E Hình 10 Giao diện thơng số kỹ thuật đầu máy D19E Hình Giao diện thơng số kỹ thuật toa xe An - TH2 Hình 11 Giao diện thông số kỹ thuật toa xe hàng G - VN Hình Giao diện tính tốn kiểm nghiệm khối lượng Hình 12 Giao diện tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu khách với đầu máy D12E toa xe An-TH2 đoàn tàu hàng với đầu máy D19E toa xe G-VN 3.3 Các giao diện chương trình Kết luận Sau đơn cử giới thiệu số giao diện tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu Chương trình (mơ đun) xây dựng cho phép tính tốn xác định khối lượng đoàn tàu với loại đầu máy, toa xe kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu với thơng số độ dốc khởi động, bán kính đường cong nhỏ nhất, độ dốc dùng động vượt dốc chiều dài hữu hiệu đường ga cách nhanh chóng, thuận tiện linh hoạt Chương trình (mơ đun hay chương trình con) sở cho việc xây dựng mơ đun tính tốn hợp lực đơn vị đồn tàu, tính tốn hãm đồn tàu, tính tốn vận tốc thời gian vận hành đồn tàu Các mơ đun tiếp tục giới thiệu báo 3.3.1 Giao diện tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu khách Các giao tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu khách với toa xe An - TH2 đầu máy D12E kéo thể Hình - [10] 3.3.2 Giao diện tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu hàng Các giao tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu hàng với toa xe G - VN đầu máy D19E kéo thể Hình 10 - 12 [10] SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 405 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Бабичков А М., Гурский П А., Новиков А П., Тяга поездов и тяговые расчёты, Транспорт, Москва, 1971 [2] Астахов П Н., Гребенюк П Т., Скорцова А И., Справочник по тяговым расчётам, Транспорт, Москва, 1973 [3] Правила тяговых расчётов для поездной работы - M.: Транспорт, 1985 [4] Kузмич В Д., Руднев В С., Френкель С Я., Теория локомотивной тяги, Маршрут, Мосва, 2005 [5] Руднев В С Маношин А В., Tяговые расчёты для магистрального транспорта, МИИТ, Мосва, 2009 [6] Gajda B, Zarys techniki ruchu Kolejowego, Warszawa, 1972 [7] Jery Mareinkowski, Wstzp teorit ruchu pojazdu Szynowego zagadnienia trake jne i dynamiezne, Wrocjaw, 1973 [8] Jerzy Gruszezyuski, Ekspoaiacja pojazdow trakcyjrych, Warszawa, 1975 [9] Bộ Giao thông vận tải, Quy trình tính tốn sức kéo đồn tàu đường sắt, Hà Nội, 1985 [10] Đỗ Đức Tuấn, Xây dựng quy trình tính tốn sức kéo ngành đường sắt Việt Nam Đề tài NCKH mã số T2020-CK-011, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 2020 [11] Luật Đo lường số 04/2011/QH13 [12] Nghị định số 86/2012/NĐ-CP Quy định chi tiết hướng dẫn thi hành số điều Luật đo lường 406 [13] Phan Văn Khôi, Sổ tay đơn vị đo lường, NXB Bách khoa Hà Nội, 2013 [14] Bộ môn Toa xe, Trường Đại học Giao thông Đường sắt Đường bộ, Sổ tay kỹ thuật toa xe, Tập 1, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 1985 [15] Nguyễn Văn Chuyên, Vũ Duy Lộc, Khuất Tất Nhưỡng, Kiều Duy Sức, Hãm đoàn tàu, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 1996 [16] Khuất Tất Nhưỡng, Hãm đoàn tàu, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 1997 [17] Nguyễn Văn Chuyên, Sức kéo đồn tàu, Trường Đại học Giao thơng vận tải, Hà Nội, 2001 [18] Tiêu chuẩn quốc gia, TCVN 9983:2013, Phương tiện giao thông đường sắt - Toa xe - Yêu cầu thiết kế [19] Đỗ Đức Tuấn (Chủ biên), Vũ Duy Lộc, Đỗ Việt Dũng, Nghiệp vụ đầu máy, toa xe, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2014 [20] Đỗ Đức Tuấn, Vũ Văn Hiệp, Cơ sở lựa chọn biểu thức tính tốn sức cản đơn vị đầu máy diesel sử dụng ngành đường sắt Việt Nam, Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Số.71.3, tr.305-316, 2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.14 [21] Đỗ Đức Tuấn, Nguyễn Đức Tồn, Xây dựng chương trình tính tốn hợp lực đơn vị đoàn tàu đường sắt Việt Nam, Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Số 71.8, tr.907-923, 2020 https://doi.org/10.47869/tcsj.71.8.3 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 13/6/2021 05/8/2021 13/8/2021 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) ... đồn tàu nằm đường ga có chiều dài nhỏ Xây dựng chương trình tính tốn kiểm nghiệm khối lượng đồn tàu 3.1 Các chức chương trình Từ sở lý thuyết trình bày, ngơn ngữ lập trình Java, tiến hành xây dựng. .. đun (chương trình con) phục vụ cho q trình tính tốn sức kéo đoàn tàu ngành đường sắt V ệt Nam Bà báo trình bày phần nộ dung đề tà , xây dựng chương tình tính tốn k ểm ngh ệm khố lượng đoàn tàu. .. vị đồn tàu Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo chiều dài đường ga Lưu đồ thuật tốn xác định khối lượng đồn tàu thể Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm nghiệm khối lượng đoàn tàu theo