3.1. Mụ hỡnh động lực học
Tỏc giả đó sử dụng phương phỏp phần tử hữu hạn và phần mềm LS-DYNA để thành lập mụ hỡnh động lực đầu mỏy toa xe- kết cấu đường ray cho một đoạn đường thẳng cú chiều dài 96m (chiều dài của 3 nhịp cầu), tại km4+918,5 đến km5+14,5 là đoạn cú độ dốc lớn nhất trờn toàn tuyến (23‰). Đầu mỏy giả định sử dụng loại B của Trung Quốc (loại đầu mỏy dựng cho đường sắt đụ thị ở Trung Quốc), cú 2 giỏ chuyển hướng, mỗi giỏ chuyển hướng cú 2 trục cố định. Cỏc tham số về đầu mỏy như tải trọng trục, cự ly giỏ chuyển hướng, độ cứng lũ xo trờn, độ cứng lũ xo dưới v..v được lấy theo trị số thực tế của đầu mỏy (theo cỏc trị số tra cứu). Cỏc bộ phận kết cấu tầng trờn: sử dụng đường ray hàn liền P60, phụ kiện liờn kết loại DTVII2 và tà vẹt ngắn v..v, cỏc tham số của chỳng được lấy theo bản thiết kế cho tuyến Cỏt Linh - Hà Đụng[4],sau đú sử dụng nguyờn lý đơn giản húa ta được mụ hỡnh động lực như hỡnh 4.
Hỡnh 4. Mụ hỡnh động lực đầu mỏy-kết cấu đường ray
Sử dụng phương phỏp phần tử hữu hạn để mụ phỏng mụ hỡnh động lực[5,6,7,8] đầu mỏy
toa xe- kết cấu đường ray như sau:
-Thõn xe, giỏ chuyển hướng trước và sau, cỏc đụi bỏnh xe được mụ hỡnh húa thành thực thể cứng tuyệt đối.
- Chỉ xột chuyển động toa xe theo phương dọc ray, mà khụng xột đến độ lắc ngang, lực cản giú, khụng khớ v..v.
- Cỏc hệ thống giảm xúc trờn và dưới được mụ hỡnh húa thành dạng lũ xo.
- Quan hệ tương tỏc giữa bỏnh xe và ray được mụ phỏng thành dạng tương tỏc lũ xo[ 5,6,7 ] - Ray được mụ hỡnh húa thành dạng thanh cú cỏc kớch thước tương ứng với thực tế. - hụ kiện liờn kết được mụ hỡnh húa thành dạng lũ xo cú độ cứng và khoảng cỏch tương ứng với thực tế
- Cỏc nhịp cầu được định nghĩa tương ứng với kớch thước thực tế, cỏc mố trụ cầu được định nghĩa dưới dạng gối cố định và gối di động như hỡnh 4.
Mụ hỡnh trờn là mụ hỡnh 2 chiều chỉ xột chuyển động của tàu trong mặt phẳng xoy, trong đú đầu mỏy toa xe chỉ xột 10 bậc tự do bao gồm: thõn xe và giỏ chuyển hướng gồm 2 bậc tự do là chuyển vị theo phương thẳng đứng và cú thể quay theo trục nằm ngang, 4 đụi bỏnh xe chỉ xột 1 bậc tự do là cú thể dịch chuyển theo phương thăng đứng. Như vậy, ngoại trừ chuyển dịch theo phương dọc ray (hiển nhiờn) của toa xe với vận tốc V thỡ khụng xột đến cỏc dịch chuyển khỏc (đều bị ràng buộc), vậy tổng số bậc tự do của toa xe là: 2x3+4x1=10 bậc tự do.
3.2. Một số tiờu chuẩn động lực học
(1) Tỷ số giảm tải
Tỷ số giảm tải của tải trọng bỏnh đường sắt được định nghĩa theo cụng thức (8)
0 min 0 0 0,8 P P P P P η= ∆ = − ≤ (8) Trong cụng thức trờn thỡ P0 là tải trọng tĩnh, Pmin là tải trọng động nhỏ nhất. Để đảm bảo an toàn chạy tàu trong quỏ trỡnh khai thỏc thỡ bỏnh xe phải luụn luụn tiếp xỳc tốt với ray. Từ cụng thức trờn ta thấy rằng khi Pmin= 0, thỡ η =1 toa xe ở trạng thỏi cõn bằng giới hạn và cú thể xảy ra hiện tượng trật bỏnh, gõy mất an toàn chạy tàu. Do đú để đảm bảo điều kiện an toàn, theo quy trỡnh của Nhật Bản và Trung Quốc thỡ tỷ số giảm tải khụng được vượt quỏ 0,8[ 3,9 ].
(2) Gia tốc thẳng đứng và gia tốc ngang
Để đảm bảo điều kiện ờm thuận của hành khỏch đi tàu thỡ:
Gia tốc thẳng đứng α ≤y 0,13.g≈1,3m/s2 (xột khi đoàn tàu chuyển động ở trờn đường thẳng và đường cong, gia tốc chủ yếu do cỏc bộ phận xốc lắc của đầu mỏy toa xe gõy ra) [ 3,6 ]
Gia tốc nằm ngang α ≤x 0,5m/s2 (chỉ xột khi đoàn tàu chuyển động ở trong đường
cong) [2,9 ]
(3) Chuyển vị thẳng đứng của ray
Nếu chuyển vị thẳng đứng của ray quỏ lớn, thỡ cú ảnh hưởng khụng nhỏ đến quỏ trỡnh chạy tàu, ngoài ra dễ gõy ra biến dạng cho cỏc bộ phận khỏc làm giảm tuổi thọ kết cấu và tăng khối lượng duy tu bảo dưỡng đường, do đú theo quy trỡnh đường sắt Trung Quốc quy định, chuyển vị động thẳng đứng của ray khi đoàn tàu chuyển động qua khụng được vượt quỏ 3.0mm.