TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT
KHOA CÔNG TRÌNH
*****oOo*****
BÀI GIẢNG
ĐƯỜNG SẮT
(KHỐI KINH TẾ)
GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM
Tp. Hồ Chí Minh - 2018
ĐƯỜNG SẮT – KTXD
ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 1
CHƯƠNG I : TÍNH SỨC KÉO ĐẦU MÁY
1.1. Khái niệm chung
1.1.1. Mục đích tính sức kéo đầu máy khi thiết kế đường sắt.
Khi thiết kế đường mới cũng như cải tạo đường cũ việc tính sức kéo cho phép
xác định:
- Khối lượng đoàn tàu.
- Đặc tính và chế độ chuyển động của tàu (mở máy, đóng máy, đóng và hãm).
- Vận tốc chạy tàu V và thời gian chạy tàu t.
- Tiêu hao nhiên liệu (dầu ma dút nếu là đầu máy điêzen, tiêu hao than nước nếu
là đầu máy hơi nước, tiêu hao năng lượng điện nếu là đầu máy điện).
=> Theo những số liệu này xác định được chi phí khai thác của đường trong
tương lai, do đó cho phép đánh giá và so sánh các phương án tuyến thiết kế.
1.1.2. Mô hình tính của đoàn tàu và các lực tác dụng.
1. Các giả thiết.
- Khi tàu chuyển động ta xem đoàn tàu như chất điểm chuyển động dưới tác dụng
của các lực đặt tại trọng tâm.
- Khi tàu chuyển động đều không xét đến nội lực vì nội lực không gây ra chuyển
động mà chỉ xét đến ngoại lực gây ra chuyển động của đoàn tàu.
2. Các ngoại lực.
♦ Lực kéo F (N): là lực do đầu máy sinh ra và do người lái máy tăng giảm hoặc
đóng máy.
♦ Lực cản chuyển động W (N): là những lực gây cản chuyển động của 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 trên đó).
- Lực cản chuyển động xuất hiện vì những nguyên nhân khách quan vì vậy người
lái máy không điều chỉnh được.
♦ Lực hãm đoàn tàu B (N): là lực tạo ra do con người thông qua bộ phận hãm
để cản chuyển động của đoàn tàu nhằm giảm hoặc giữ nguyên vận tốc khi xuống dốc,
khi vào ga hoặc cho tàu dừng lại nếu cần thiết.
* Các chế độ chạy tàu (Phụ thuộc vào cách điều khiển chạy tàu của người lái
máy):
ĐƯỜNG SẮT – KTXD
ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 2
- Chế độ kéo (mở máy): động cơ của đầu máy mở máy (sử dụng sức kéo của đầu
máy). Lúc này lực tác dụng lên đoàn tàu gồm có: F, W (N)
- Chế độ chạy đà (đóng máy): động cơ của đầu máy đóng máy nhưng không sử
dụng hãm và đoàn tàu chuyển động dưới tác dụng của thành phần trọng lực hoặc lực
quán tính. Lực tác dụng lên đoàn tàu gồm có: W (N)
- Chế độ hãm: động cơ của đầu máy đóng máy, hệ thống hãm làm việc. Lực tác
dụng lên đoàn tàu gồm có: W, B (N)
3. Quy tắc dấu.
Có thể dùng 1 trong 2 quy tắc dấu như sau:
- Quy tắc 1 (theo kỹ thuật ):
ChiÒu chuyÓn ®éng
B > 0
W > 0
W < 0
F > 0
Quy tắc dấu của F, W, B
+Lực kéo bao giờ cũng tác dụng theo chiều chuyển động lấy dấu dương F>0.
+Lực hãm bao giờ cũng tác dụng ngược chiều chuyển động lấy dấu dương B>0.
+Lực cản có dấu dương W > 0 khi ngược chiều chuyển động, có dấu âm W<0 khi
cùng chiều chuyển động.
- Quy tắc 2: Những lực cùng chiều chuyển động mang dấu dương và ngược chiều
chuyển động mang dấu âm.
4. Lực toàn phần và lực đơn vị.
- Lực toàn phần là những lực tính toán cho cả đoàn tàu, cho đầu máy, cho một toa
xe hoặc một nhóm toa xe .
Ký hiệu: F, W, B và đơn vị đo là Niu tơn (N).
- Lực đơn vị là những lực tính cho một đơn vị trọng lực của đoàn tàu, của đầu
máy, của toa xe.
Ký hiệu: f, ω, b đơn vị đo là (N/KN)
gQP
F
f)(
(N/KN)
gQP
W
)(
(N/KN)
ĐƯỜNG SẮT – KTXD
ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 3
gQP
B
b)(
(N/KN)
Trong đó: P - khối lượng đầu máy (T)
Q - khối lượng đoàn toa xe (T)
g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
1.2. Lực cản chuyển động
1.2.1. Lực cản cơ bản W0, ω0
1. Định nghĩa: là lực cản luôn xuất hiện khi tàu chạy trên đường thẳng, bằng và rộng
thoáng dưới các điều kiện nhất định.
Ví dụ:
+ Các nước Liên Xô cũ và các nước khác quy định: vận tốc tàu chạy Vtàu > 10
km/h; vận tốc gió Vgió < 10 m/s và nhiệt độ không khí môi trường t0 > -250C
+ Trung Quốc: vận tốc chạy tàu Vtàu > 10 km/h; t0 > -100C; Vgió < 5 m/s.
2. Các yếu tố tạo nên lực cản cơ bản
Lực cản cơ bản phát sinh khi có ma sát giữa các bộ phận của tàu, giữa tàu và
đường, giữa tàu và môi trường không khí.
+ Lực cản do ma sát giữa cổ trục và ổ bi.
+ Lực cản do ma sát lăn giữa bánh xe và ray
+ Lực cản do ma sát trượt giữa đai bánh và.
+ Tổn thất động năng do chấn động và va chạm giữa bánh xe và ray ở mối nối ray.
+ Lực cản không khí.
3. Công thức thực nghiệm tính lực cản đơn vị cơ bản của 1 toa xe (toa xe hàng).
Lực cản đơn vị cơ bản của toa xe được xác định bằng thực nghiệm và chủ yếu
phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu V (km/h), tải trọng trục của toa xe q0 (tấn/trục), loại
toa xe.
a. Toa xe của Liên Xô:
- Toa hàng hai trục Liên Xô:
ω
0" = a + (b +
0
q
c).V (N/KN)
- Toa hàng 4, 6, 8 trục Liên Xô:
ω
0" = a +
0
1
q(b + c.V + d.V2) (N/KN)
Trong đó: a, b, c, d - hệ số thực nghiệm
ĐƯỜNG SẮT – KTXD
ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 4
b. Toa xe hàng 2, 4 trục của Trung Quốc:
ω0" =
cabi
q
v
5,09
29
(N/KN)
Trong đó:
Tải trọng trục: q0 = n
qcabi (tấn/trục)
q
cabi - khối lượng hàng và bì; qcabi = qtt + qbì (T)
q
tt - khối lượng tính toán của toa xe (T)
q
bì - khối lượng bì (toa rỗng) (T)
- hệ số chất hàng tuỳ theo loại hàng và loại toa xe
n - số trục của một toa xe
4. Công thức tính lực cản bình quân của đoàn toa xe.
Giả sử đoàn tàu có các loại toa xe: 2 trục, 4 trục, 6 trục. Tương khối lượng của
các loại toa xe là: Q2, Q4, Q6 (T).
- Lực cản cơ bản toàn phần của đoàn toa xe:
W
0" = W02" + W04" + W06"
W
0" = ω0"(2).Q2.g + ω0"(4).Q4.g + ω0"(6).Q6.g (N)
- Lực cản đơn vị cơ bản bình quân của đoàn toa xe:
Chia cả hai vế cho Q = Q2 + Q4 + Q6 – Khối lượng của đoàn toa xe (T)
ω
0" = gQ
W
.
"
0 = Q
Q2.ω0"(2) + Q
Q4.ω0"(4) + Q
Q6.ω0"(6) (N/KN)
ω
0" = γ2.ω0"(2) + γ 4.ω0"(4) + γ 6.ω0"(6) =
n
i
ii
1
)(0 ".
(N/KN)
Trong đó:
ω"
0(2), ω"0(4), ω"0(6) - lực cản đơn vị cơ bản của từng loại toa (N/KN)
γ
2, γ 4, γ 6 - tỷ lệ phần trăm theo khối lượng của từng loại toa xe
Mặt khác nếu biết tỷ lệ phần trăm theo số lượng của từng loại toa i, số toa trong
đoàn tàu m và khối lượng của từng toa qi (kể cả hàng và bì) ta có:
γ
2 =
664422
22
664422
22
...
.
)....(
..
qqq
q
qqqm
qm
γ
4 =
664422
44
664422
44
...
.
)....(
..
qqq
q
qqqm
qm
γ
6 =
664422
66
664422
66
...
.
)....(
..
qqq
q
qqqm
qm