Bài giảng Đường sắt (Khối Kinh tế): Phần 2 - ThS. Nguyễn Đức Tâm

Chia sẻ: Caphesuadathemmatong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Đường sắt (Khối Kinh tế): Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu tạo kết cấu tầng trên; Thiết kế đường ray; Thi công đường sắt. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Đường sắt (Khối Kinh tế): Phần 2 - ThS. Nguyễn Đức Tâm

ĐƯỜNG SẮT – KTXD CHƯƠNG III: CẤU TẠO KẾT CẤU TẦNG TRÊN 3.1. Ray 3.1.1. Công dụng của ray. Ray dùng để dẫn hướng cho bánh xe, trực tiếp chịu lực từ bánh xe truyền xuống và truyền lực đó xuống tà vẹt. Lực từ bánh xe truyền xuống là lực động luôn thay đổi, nó gồm: lực thẳng đứng, lực nằm ngang, và lực tác dụng dọc theo thanh ray. Ngoài ra ray còn chịu lực do nhiệt độ thay đổi gây ra. 3.1.2. Yêu cầu đối với ray. - Mặt đỉnh ray phải vừa nhám vừa nhẵn: + Nhám để tạo ma sát bám lăn cho các bánh xe chủ động của đầu máy. + Nhẵn nhằm giảm lực cản cho các bánh xe của toa xe. - Ray phải vừa cứng vừa dẻo + Cứng để chịu mômen uốn do tải trọng đoàn tàu gây ra. + Dẻo để chống phá hoại mỏi (vì tải trọng đoàn tàu là tải trọng trùng phục). - Ray phải vừa rắn vừa dai: + Rắn đảm bảo chống mài mòn và chịu ứng suất ép mặt lớn giữa bánh xe và ray. + Dai để chống cho đầu ray khỏi bị đập bẹp và sứt mẻ. 3.1.3. Hình dạng và kích thước hình học của ray. 1. Hình dạng ray. - Khi bánh xe chuyển động trên ray thì ray chịu tác Q p   dụng của lực Q , phân tích Q thành 3 thành phần: t  h + Lực thẳng đứng P  + Lực dọc T  + Lực ngang H Các thành phần lực đó làm cho ray bị uốn, xoắn và mài mòn. Trong đó lực  thẳng đứng P làm cho ray bị uốn theo phương thẳng đứng như một dầm đặt trên các gối tựa đàn hồi, cho nên ray phải có hình dạng chịu uốn tốt nhất. Ta biết rằng dầm chịu uốn tốt nhất là dầm có mặt cắt chữ I, người ta lấy dạng mặt cắt chữ I làm cơ sở để thiết kế mặt cắt ngang của ray. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 43
ĐƯỜNG SẮT – KTXD 2. Kích thước hình học của ray. r2 r1 1:m r3 r4 r5 H r6 r7 1:m r8 r9 B - Chiều rộng nấm ray b = 70mm với ray P43 và b = 70 hoặc 72mm với ray P50 - Mặt đỉnh ray làm hơi lồi với bán kính R1 để lực truyền từ bánh xe xuống trùng với trục ray R1 = 200  300 mm . - Chuyển từ mặt đỉnh ray sang má ray, người ta dùng mặt cong có bán kính R2 =13 mm tương ứng với bán kính chỗ mặt cong chuyển từ gờ bánh xe sang mặt lăn bánh xe. - Má ray làm thẳng đứng đối với các loại ray ≤ P43, hoặc nghiêng ra ngoài với độ nghiêng 1:3 hoặc 1:4 đối với các loại ray ≥ P50. - Từ má ray chuyển sang cằm ray (mặt dưới của đầu ray), người ta dùng mặt cong bán kính R3 , để tăng diện tích tiếp xúc với lập lách thường dùng R3 nhỏ. (Ray P43 cú R3 = 2mm). - Mặt dưới của đầu ray có độ dốc 1 : m giống mặt trên đế ray. Ray P43 có 1:m = 1:3, các loại ray ≥ P50 có 1:m = 1:4. - Từ đầu ray chuyển sang thân ray người ta dùng các mặt cong có bán kính R4 = 3  5 mm và R5 = 10  16 mm. - Mặt của thân ray làm thẳng đứng với các loại ray ≤ P38, các loại ray ≥ P43, mặt thân ray là mặt cong có R4 = 350  450 mm (Ray P43 cú R3 = 350 mm). - Chuyển tiếp từ thân ray sang đế ray người ta dùng R7 = 15  25 mm. - Phần đế ray dùng các mặt cong bán kính R8 và R9 thường nhỏ. - Đế ray phải tương đối dày để đảm bảo sau khi ra lò, đế ray không bị nguội nhanh quá. - Chiều rộng của đế ray B căn cứ vào chiều cao của ray H và phải đảm bảo ổn B định chống bị lật của ray. Tỷ lệ thường dùng là: = 0,81  0,9. H ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 44
ĐƯỜNG SẮT – KTXD - Tuỳ theo kỹ thuật chế tạo của từng nước nên ray có chiều dài khác nhau. +Liên xô dùng loại ray dài: 12,5m và 25m + Trung Quốc dung ray dài 25m + Pháp dùng ray dài 18 – 24m + Ở nước ta hiện nay dựng ray dài 12,5 m và 25 m 3.2. Phụ tùng nối giữ 3.2.1. Yêu cầu đối với phụ tùng nối giữ ray. 1. Phụ tùng nối giữ ray cần đảm bảo liên kết chặt giữa ray với tà vẹt và giữa ray với ray để giữ cự ly ray được tốt và đảm bảo ray không bị xô. 2. Phải có độ bền cao, đặc biệt đối với tà vẹt bê tông có tuổi thọ cao, do đó yêu cầu phụ tùng nối giữ ray cũng phải có tuổi thọ tương ứng. 3. Phải có độ đàn hồi cao, đối với tà vẹt bê tông có độ cứng lớn gấp từ 3  5 lần tà vẹt gỗ, có tính dẫn điện tốt nên đũi hỏi phụ kiện nối giữ cần cú độ đàn hồi tốt và dễ cách điện. 4. Có khả năng giữ cự ly đường không đổi, có thể điều chỉnh cự ly ray dễ dàng, chính xác. 5. Các chi tiết đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và sửa chữa, lắp ráp. Phụ kiện liên kết cần một lượng sắt thép lớn, do đó khi thiết kế cần đảm bảo dễ gia công và có thể chế tạo hàng loạt để hạ giá thành. 6. Đảm bảo có thể điều chỉnh cao độ ray trong quá trình sửa chữa mà không phải nâng và chèn tà vẹt. 7. Cú thể dùng cho ray hàn liền. 8. Thuận tiện và đơn giản trong kiểm tra và thay thế 3.2.2. Phụ kiện giữ ray. - Phụ kiện giữ ray dùng để ghìm chặt ray vào tà vẹt. - Phân loại: + Căn cứ vào tính chất của phụ kiện, có thể chia làm hai loại: phụ kiện ghìm giữ ray kiểu không đàn hồi và kiểu đàn hồi. + Căn cứ vào việc liên kết ray với loại tà vẹt, ta có thể chia làm hai loại: phụ kiện giữ ray với tà vẹt gỗ và phụ kiện giữ ray với tà vẹt bê tông. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 45
ĐƯỜNG SẮT – KTXD 1. Phụ kiện giữ ray với tà vẹt gỗ a. Kiểu đơn giản - Cấu tạo: + Đế ray đặt trực tiếp lên tà vẹt và được ghìm giữ 1:20 vào tà vẹt bằng các đinh móc, đinh vít hoặc đinh đàn hồi. Dùng 3 đinh để ghìm giữ đế ray : hai đinh đóng phía trong lũng đường cú tác dụng chống lực nhổ và một đinh đóng phía ngoài chống lực đẩy ngang. + Để thực hiện độ nghiêng của ray, tại chỗ kê ray mặt tà vẹt phải đẽo với độ dốc 1:20. - Ưu - nhược điểm: + Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản. + Nhược điểm: do diện tích chịu lực dưới đế ray quá nhỏ nên đế ray thường cứa vào tà vẹt làm tà vẹt chóng hỏng. Cách khắc phục: để tăng thời hạn sử dụng của tà vẹt gỗ, người ta đặt thêm tấm đệm thép kê đế ray. b. Kiểu dùng chung. - Cấu tạo: 1:20 §Öm thÐp + Giữa ray và tà vẹt người ta đặt một tấm đệm thép để tăng diện tích truyền lực, dùng ba đinh (2 đinh đóng phía trong lòng đường và một đinh đóng phía ngoài) để ghìm giữ cả đế ray và tấm đệm vào tà vẹt. + Tấm đệm thép được tạo sẵn mặt nghiêng 1:20 có tác dụng phân bố áp lực từ ray xuống tà vẹt đều hơn và tăng diện tích truyền lực xuống tà vẹt. Tấm đệm cũng có tác dụng truyền lực ngang cho tất cả cỏc đinh, một phần lực ngang sẽ bị tiêu hao do ma sát giữa tà vẹt và tấm đệm. - Ưu – nhược điểm: + Ưu điểm: diện tích truyền lực xuống tà vẹt lớn, do tấm đệm tạo sẵn độ nghiêng 1:20 nên không cần phải bào gọt tà vẹt. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 46
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Nhược điểm: việc ghìm giữ đế ray và tấm đệm vào tà vẹt không được chắc chắn, sau một thời gian sử dụng, đinh dễ bị lỏng, tấm đệm bị rung làm tà vẹt dưới đáy tấm đệm bị mòn nhanh. c. Kiểu rời. - Cấu tạo: 1:20 Tấm đệm được liên kết với ray bằng hai bu lông, sau đó dùng bốn đinh (đinh vít hoặc đinh móc) để ghìm tấm đệm vào tà vẹt. Để đảm bảo tấm đệm được áp chặt vào tà vẹt, người ta thường dùng thêm các vòng lót ló xo (rông đen). - Ưu – nhược điểm: + Ưu điểm: Tấm đệm được ghìm chặt vào tà vẹt nên không bị rung. Mặt khác, người ta có thể lắp sẵn tấm đệm vào tà vẹt tại xưởng lắp ráp và có thể tiến hành thay ray mà không cần động đến các đinh liên kết tấm đệm và tà vẹt. Ray được bắt chặt vào tấm đệm nên ma sát dọc tăng và không cần dùng ngàm phòng xô nữa. Loại liên kết kiểu rời còn cho phép điều chỉnh cao độ ray bằng cách thay đổi chiều dày tấm lót cao su dưới đế ray. + Nhược điểm: quá nhiều chi tiết, giá thành cao. d.Kiểu hỗn hợp. - Cấu tạo: Dùng năm đinh, trong đó ba đinh ghìm giữ cả đế ray và tấm đệm vào tà vẹt, hai đinh ghìm tấm đệm. Trên đường thẳng chỉ cần đóng 4 đinh, trên đường cong, nếu cần người ta đóng thêm đinh thứ 5. - Ưu - nhược điểm: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 47
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ít chi tiết và tốn ít thép, việc ghìm giữ ray rất chắc chắn, giảm bớt độ rung của tấm đệm. + Nhược điểm: mỗi lần thay ray lại phải nhổ đinh lên làm cho lỗ đinh ở tà vẹt dễ lỏng, mặt khác loại này không thể điều chỉnh cao độ ray được. 2. Phụ kiện nối giữ ray với tà vẹt bê tông (TVBT) Phụ kiện liên kết ray với TVBT có thể chia thành các nhóm sau: a.Nhóm thứ nhất: Không dùng đệm sắt - Ray đặt trực tiếp lên tấm lót đàn hồi, không dùng đệm sắt, tấm lót thường bằng cao su cao. - Để ghìm giữ ray vào tà vẹt, người ta dùng cóc cứng hoặc cóc đàn hồi, một đầu cóc tỳ trực tiếp vào tà vẹt hoặc tỳ vào tấm lót đàn hồi, còn một đầu cóc ép lên đế ray, sau đó dùng đinh tia rơ phông - bu lông hoặc bu lông suốt ghìm chặt vào tà vẹt. - Nhược điểm: khi thay ray hoặc khi đặt các tấm lót bằng gỗ hoặc vật liệu khác để chỉnh cao độ ray phải vặn đinh ra, như vậy sẽ làm yếu và làm hỏng liên kết giữa phối kiện và tà vẹt . b. Nhóm thứ 2: Dùng tấm đệm sắt - Tấm đệm sắt được dùng đặt dưới đế ray để tăng diện tích truyền lực xuống tấm đệm đàn hồi. - Mặt tà vẹt có độ nghiêng sẵn còn tấm đệm sắt không tạo độ nghiêng. Dùng hai đinh để ghìm tấm đệm. - Loại này cấu tạo nhiều chi tiết, nặng, giá thành cao. 3.2.3. Mối nối ray và loại phụ kiện mối nối 1. Mối nối ray Là vị trí nối hai thanh ray với nhau, được liên kết với nhau bằng lập lách và bu lông, tại vị trí mối nối để một khe hở cho ray co dãn khi nhiệt độ thay đổi→ khi bánh xe lăn qua mối nối sẽ phát sinh lực xung kích làm tăng lực cản và hư hỏng KCTT nhanh chóng. * Xét theo vị trí mối nối trên 2 ray có: - Mối nối đối xứng: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 48
ĐƯỜNG SẮT – KTXD - Mối nối so le: - Ưu điểm của mối nối đối xứng so với mối nối so le: + Số lần lực xung kích tác dụng lên mối nối giảm đi một nửa + Toa xe chạy qua ổn định hơn do lực xung kích tương đối chính tâm + Có thể cơ giới hóa đặt ray (do có thể lắp sẵn các cầu ray trong bãi lắp) * Xét theo cách bố trí tà vẹt tại vị trí mối nối có: - Mối nối kê đơn: Loại này tà vẹt dễ bị xoay không vuông góc với tim đường, vì vậy độ chặt của lớp đá ba lát bị phá hoại và độ ổn định bị giảm dần, khi tàu chạy qua dưới tác động của lực xung kích đầu ray bị đập mạnh mối nối dễ bị phá hoại. - Mối nối treo: Loại này lực tác dụng trên mặt đá ba lát nhỏ hơn mối nối đơn, tuy nhiên việc chèn đá dưới mối nối treo khó khăn và lập lách phải chịu uốn lớn→ lập lách bị mòn nhiều, bu lông dễ bị lỏng. - Mối nối kê kép: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 49
ĐƯỜNG SẮT – KTXD Loại này có mômen uốn nhỏ hơn mối nối treo rất nhiều, độ cứng của mối nối lớn hơn, áp lực trên đá ba lát nhỏ hơn, nhưng rất khó chèn đá dưới đáy hai tà vẹt . 2. Phụ kiện liên kết mối nối Để liên kết hai đầu ray, người ta dùng lập lách và bu lông. - Lập lách: Hình chữ I loại này cứng, khoẻ, mặt tiếp xúc với ray rộng nên làm việc tốt. Thường chế tạo từ thép các bon Mactanh CT6 và CT7. Có các loại 6 lỗ hoặc 4 lỗ. VD: Ray P43 Trung Quốc, Liên Xô (cũ): l=790mm, 6 lỗ bulông Trên 1 số đoạn của ĐSVN dùng lập lách 4 lỗ (Đoạn Nông Sơn-Trà Kiệu) - Bulông: Vật liệu bu lông làm bằng thép cứng có nhiệt luyện VD: Ray P43  =22mm Lưu ý : Khi bắt bu lông để đảm bảo độ chặt và không bị xoay phải bắt theo thứ tự nhất định, 4 hay 6 bu lông này được bắt ngược chiều nhau xen kẽ nhau. Trong quá trình khai thác lập lách bị mòn cần phải xiết chặt lại bu lông cho tới khi giữa lập lách và thân ray không còn khe hở nữa thì phải thay (vì lúc này lập lách không còn chống được vào nấm hay đế ray) A A A-A LËp l¸ch Bu l«ng Bu lông mối nối ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 50
ĐƯỜNG SẮT – KTXD Lập lách hai đầu dùng cho ray P43 và ray P50 3.3. Tà vẹt 3.3.1. Công dụng - Đỡ ray, nhận áp lực từ ray truyền xuống và truyền lực đó xuống lớp đá balát. - Tạo ra sự đàn hồi khi phát sinh lực động truyền xuống đường. - Giữ ổn định cự ly, cùng với lớp đá ba lát giữ vị trí tim đường ray theo đúng vị trí tim tuyến đường 3.2.2. Yêu cầu - Tà vẹt phải có độ bền, độ đàn hồi. - Khả năng chống mòn cơ học tốt - Chế tạo, lắp đặt, vận chuyển được thuận tiện và dễ dàng - Thời gian sử dụng được dài, giá thành rẻ. 3.3.3. Các loại tà vẹt 1. Tà vẹt sắt - Sử dụng nhiều ở Đức, Pháp, Ấn Độ trước 1940 (đặc biệt ở Đức có tới 50% số lượng tổng số TV trên tuyến) - Cấu tạo: Dạng lòng mo (a) hoặc dạng phẳng (b) ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 51
ĐƯỜNG SẮT – KTXD - Ưu điểm: + Khả năng chống xê dịch lớn + Sản xuất công nghiệp + Vận chuyển dễ dàng + Có thể dùng cho các vị trí đặc biệt trên tuyến (đường ngang, ghi, trong hầm) để bắt thêm ray phụ + Có thể cải tiến để bắt từ phụ kiện cóc cứng sang bắt phụ kiện đàn hồi - Nhược điểm: + Dễ bị han rỉ --> Thời gian sử dụng ngắn + Khó chèn đá dưới TV (vì hình lòng mo) + Gây ra tiếng ồn lớn khi tàu chạy qua + Khả năng chống uốn kém, áp lực xuống lớp đá balát lớn + Khả năng dẫn điện mạnh --> Khó sử dụng trên đường điện khí hoá + Số lượng tà vẹt /km nhiều hơn khi dùng tà vẹt gỗ (vì chiều rộng tà vẹt sắt nhỏ hơn) + Khi tàu trật bánh→ có biến dạng dư → thay đổi cự ly đường ray. 2. Tà vẹt gỗ Mặt cắt ngang tà vẹt gỗ - Là loại phổ biến trên thế giới trước đây nhưng gần đây nó đã dần được thay thế bằng TVBT - Cấu tạo: Gỗ dùng làm tà vẹt phải dùng gỗ nhóm 1 (Đinh, Lim, Sến, Táu), không có tật, thớ gỗ không được chéo xoắn, không bị nứt nẻ vòng tròn. - Ưu điểm: + Tính đàn hồi lớn + Chế tạo, lắp đặt dễ dàng, nhẹ vận chuyển dễ dàng ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 52
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Cách điện tốt - Nhược điểm: + Dễ bị mục nát (nếu ngâm tẩm phòng mục không tốt) + Dễ nứt dọc thớ + Thời gian sử dụng ngắn + Sử dụng gỗ nguyên khối, gỗ chất lượng cao → giá thành cao + Khả năng chịu lực kém, ổn định không cao 3. Tà vẹt bê tông - Ưu điểm: + Sử dụng nhiều nguyên liệu tự nhiên: cát, đá + Nặng → tăng sức cản chống trượt (nhất là loại đế lõm), ưu điểm này rất quan trọng với ĐSKKN + Thời gian phục vụ tương đối dài 50 – 60 năm + Đường sắt đặt TVBT đảm bảo được tính đồng nhất, giữ được cự ly, ít thay lẻ tẻ (so với TVG) → giảm chi phí duy tu - Nhược điểm: + Dễ bị nứt nơi chịu kéo (do đặc tính của VL bê tông)→ khắc phục bằng cách: chế tạo TVBTCT dự ứng lực hoặc đảm bảo cho TV làm việc không bị uốn. + Dẫn điện → cần có thiết bị cách điện (ĐS điện khí hoá) + TVBT rất cứng → tăng cường hệ thống đàn hồi giữ ray giảm lực xung kích + Yêu cầu lớp đá ba lát dày chôn chặt được TV, yêu cầu nền đường tốt hơn đảm bảo không biến dạng - Phân loại : TVBTCT thường và TVBTCT dự ứng lực * Thường gặp 2 loại sau : +Loại hai khối: Cấu tạo: Tà vẹt bê tông hai khối Gồm 2 khối bê tông 2 đầu, dùng thép hình nối ở giữa để giữ cự ly, vị trí. Đòn thép phải được chôn sâu vào khối bê tông và được liên kết giữ bằng lưới thép lò xo để chống vỡ, lỏng thanh giằng (không giữ được cự ly) - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, giá thành thấp hơn loại liền khối ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 53
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Chế tạo dễ dàng bằng bê tông thường + Sức cản chống xê dịch ngang tốt. - Nhược điểm: + Tốn sắt thép, so với tà vẹt bê tông dự ứng lực + Thanh thép nối có độ cứng chịu uốn nhỏ nên tà vẹt dễ bị uốn làm sai lệch cự ly và mặt bằng đường. + Thanh thép nối hay bị rỉ. + Diện tích trên lớp đá nhỏ. +Loại liền khối: - Cấu tạo: - Ưu điểm: + Ổn định giữa ray và tà vẹt cao + Thời gian sử dụng dài - Nhược điểm: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 54
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Khối lượng lớn, khó vận chuyển và lắp đặt, giá thành cao + Phụ tùng giữ ray phức tạp + Hình dáng phức tạp khó khăn cho chế tạo 3.4. Lớp đá balat. 3.4.1. Công dụng - Đảm bảo ổn định cho ray và tà vẹt dưới các lực tác dụng - Truyền áp lực từ tà vẹt xuống nền đường trên một diện tích rộng hơn - Làm lớp đệm đàn hồi để giảm lực xung kích của bánh xe - Thoát nước giữ cho các bộ phận KTTT luôn được khô ráo 3.4.2. Yêu cầu - Phải đủ cường độ, không bị vỡ vụn khi chèn, hay khi tàu chạy qua - Phải chịu được mài mòn không bị bốc bụi khi tàu chạy qua, không bị cỏ mọc - Không bị nước cuốn trôi → yêu cầu về kích cỡ đá 3.4.3. Vật liệu Có thể sử dụng nhiều vật liệu khác nhau để làm lớp đá ba lát như : đá dăm, đá cuội, cát hạt to, sỉ lò (luyện kim), thậm chí trong những điều kiện đặc biệt, hiếm vật liệu có thể dùng cả vỏ sò, vỏ hến. Vật liệu đá dăm là loại vật liệu đá ba lát tốt nhất được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới nó có hệ số ma sát lớn, ổn định, chịu được áp lực cao, lực cản chống xê dịch tà vẹt lớn hơn nhiều so với các vật liệu khác. Kích cỡ : 4x6cm ; 2,5x5cm ; 4x8cm ; 2,5x7cm ; 2,5x4cm ; 1,3x4cm .... Hình dáng : phải có nhiều cạnh, các mặt tương đối phẳng, hình dáng phải gần giống hình lập phương. Ngoài ra đá ba lát phải đạt các tiêu chuẩn khác như : tỷ lệ % cho phép về khối lượng với các kích cỡ hạt khác kích cỡ tiêu chuẩn, chỉ tiêu cho phép về độ mài mòn, cường độ nén khi bão hoà nước.... Trước đây ĐSVN sử dụng loại đá dăm có kích cỡ 4x6cm, cường độ chịu nén khô là R ≥ 700daN/cm2 , từ năm 2003 theo Công văn 1037/CV-Tổng công ty ĐSVN thì dùng loại đá dăm 2,5x5cm có cường độ chịu nén khô R ≥ 800daN/cm2. Sau một thời gian khai thác lớp đá ba lát sẽ bị tròn cạnh hoặc bị bẩn hay thiếu đá cần tiến hành bù đá, thay đá hay sàng đá, phá cốt để bảo đảm tính đàn hồi cho lớp đá. 3.4.4. Mặt cắt ngang - Mặt cắt ngang lớp đá ba lát phải đảm bảo đủ rộng: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 55
ĐƯỜNG SẮT – KTXD + Để đặt các bộ phận kiến trúc tầng trên + Đảm bảo sự ổn định của ray và tà vẹt chống xê dịch ngang - Mặt cắt ngang lớp đá ba lát phải đảm bảo đủ dày để ứng suất do tải trọng đoàn tàu truyền xuống không lớn hơn ứng suất cho phép của mặt đỉnh nền đường. c b b So d = 2cm 1:m 1: m h MÆt c¾t ngang líp ®¸ ba l¸t dïng TVG trªn ®−êng th¼ng c So b b 5cm d = 2cm 1 :m 1 :m h MÆt c¾t ngang líp ®¸ ba l¸t dïng TVBT 2 khèi trªn ®−êng th¼ng c b b+ So d = 2cm 1:m 1:m h MÆt c¾t ngang líp ®¸ ba l¸t dïng TVG trªn ®−êng cong ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 56
ĐƯỜNG SẮT – KTXD CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐƯỜNG RAY 4.1. Cấu tạo đôi bánh của đầu máy toa xe - Đường ray có tác dụng dẫn hướng cho đôi bánh xe và chịu lực từ bánh xe truyền xuống. Cấu tạo bộ phận lăn chạy của đầu máy toa xe có quan hệ mật thiết với cấu tạo và hình dạng của đường ray. - Đôi bánh xe gồm hai bánh lắp cố định vào một trục. Người ta dùng áp lực cực mạnh khoảng 100 T để lắp bánh xe vào đầu trục. - Bánh xe có hai loại: + Loại lắp ghép có phần trong bằng thép, phần ngoài (đai bánh xe) bằng thép tốt. + Loại bánh toàn khối được đúc bằng thép hoặc bằng gang. a r h  1:10 1:20 10mm 18mm - Lợi bánh xe có tác dụng dẫn hướng cho bánh xe lăn trên ray không bị trật ra ngoài. + Chiều dày lợi bánh h xác định tại mặt đo tính toán cách mặt lăn trung bình của bánh xe theo chiều thẳng đứng là 10 mm. + Chiều dày gờ bánh thường được xác định tại mặt đo tính toán cách đỉnh lợi bánh xe 18 mm theo chiều thẳng đứng. Khi bánh xe còn mới, chiều dày gờ bánh hmax= 30 mm (đường 1m ), chiều dày hmin= 18 mm ( bánh xe đã sử dụng ). + Chiều dày phụ thêm của lợi bánh xe μ: - Đối với bánh xe của đầu máy μ = 0 mm - Bánh xe của toa xe có μ = 1 mm. - Mặt lăn của đai bánh xe là mặt nghiêng 1/20 tạo điều kiện cho bánh xe có thể xê dịch ngang, do đó bánh xe không bị mòn tập trung ở một chỗ theo dạng yên ngựa, tăng được thời gian sử dụng đai bánh xe. Phía ngoài có độ nghiêng 1/10 có tác dụng làm cho bánh xe không bị vướng vào tâm ghi hoặc lưỡi ghi, đảm bảo an toàn chạy tàu. - Chiều dày bánh xe a = 125 – 140mm. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 57
ĐƯỜNG SẮT – KTXD - Đường kính bánh xe được xác định tại mặt lăn trung bình cách mặt phẳng đo chiều dày gờ bánh 10 mm theo chiều thẳng đứng. d = 750 – 780 mm ( đường 1000mm) d = 840 – 915 mm ( đường 1435mm) - Cự ly phía trong của đôi bánh T : Là khoảng cách giưã hai mặt trong của bánh xe, đối với một khổ đường, trị số t của mọi đôi bánh đều như nhau : đường tiêu chuẩn T = 1353  3 mm, đường khổ hẹp T = 924  3 mm. - Chiều rộng đôi bánh q (hay cự ly đôi bánh): Là khoảng cách giữa hai mặt ngoài của lợi bánh xe, xác định tại mặt đo tính toán q = T +2h + 2 μ   (mm) - Độ tăng giảm cự ly đôi bánh xe tuỳ theo vị trí gối trục, thường  = 3-4 mm. 4.2. Đặc điểm của đường ray 4.2.1. Đặc điểm của đường ray trên đường thẳng 1. Cự ly ray trên đường thẳng S0 16mm 1:10 1:20 q  So - Cự ly giữa hai ray là khoảng cách giữa hai má tác dụng của ray đo tại mặt đo tính toán. S0 = q +  Trong đó: q - Chiều rộng đôi bánh xe.  – Chiều rộng hoạt động của đôi bánh xe - Quy trình quản lý kỹ thuật đường sắt Việt Nam quy định cự ly ray S0 được đo tại vị trí cách mặt phẳng qua đỉnh hai ray một đoạn f = 16 mm. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 58
ĐƯỜNG SẮT – KTXD Người ta lấy cự ly giữa hai ray S0 làm khổ đường. Quy định: S0 = 1435 mm là đường tiêu chuẩn. S0 > 1435 mm là đường khổ rộng. S0 < 1435 mm là đường khổ hẹp. - Sai số cho phép về cự ly ray, đường sắt nước ta quy định: Đường tiêu chuẩn : S0 = 1435 ±26 mm Đường khổ hẹp : S0 = 1000 ±24 mm Xét theo chiều dài, cự ly ray không được thay đổi quá đột ngột, khi tốc độ V100 km/h, sự biến đổi cự ly ray theo chiều dài phải nhỏ hơn 1mm/m. Đối với các tuyến đường có tốc độ V > 100 Km/h, mức độ thay đổi cự ly không được vượt quá 0,5 mm/m. - Trị số khe hở tiêu chuẩn  (khi đôi bánh xe còn mới)  = S0 – q Trị số max = 45 mm và min = 11 mm đối với đường tiêu chuẩn cũng như đường khổ hẹp. 2. Độ nghiêng của ray - Mặt lăn bánh xe có độ nghiêng 1/20, để bánh xe tiếp xúc tốt với ray, lực truyền từ bánh xe trùng với trục ray thì hai ray phải đặt nghiêng vào trong lòng đường với độ nghiêng 1/20. - Để thực hiện độ nghiêng của ray: + Tà vẹt gỗ, nếu dùng phụ kiện giữ ray kiểu đơn giản, người ta phải đẽo tà vẹt chỗ đặt ray. Khi dùng đệm sắt, trên mặt tấm đệm đã làm nghiêng 1/20 nên không cần đẽo tà vẹt. + Đối với tà vẹt bê tông, mặt tà vẹt thường được làm nghiêng để thực hiện độ nghiêng ray - Độ nghiêng đế ray không được lớn hơn  [1/60 1/12]. Người ta có thể căn cứ vào vệt sáng trên đỉnh ray để kiểm tra độ nghiêng của ray. 3. Vị trí mặt ngang đỉnh hai ray (thuỷ bình). - Trên đường thẳng, đỉnh hai ray phải nằm trên một mặt phẳng nằm ngang. Đường sắt khổ 1000 mm cho phép một bên ray luôn thấp hơn 3mm (đối với đường sắt tiêu chuẩn là 4mm) trên một đoạn dài tối thiểu 500m. Như vậy có thể giảm bớt hiện tượng lượn sóng khi tàu chuyển động. - Độ chênh cao này được kiểm tra bằng thước đo cự ly có ống thuỷ (thước thuỷ bình). Mức độ cao thấp không được vượt quá 1mm/1m. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 59
ĐƯỜNG SẮT – KTXD Thước thủy bình 4.2.2. Đặc điểm của đường ray trên đường cong 1. Các đặc điểm của đường ray trên đường cong Trên đường cong, đường ray có một số đặc điểm sau: - Cự ly giữa hai ray có thể được nới rộng hơn so với đường thẳng để đầu máy, toa xe đi lại dễ dàng. - Ray lưng có thể đặt cao hơn ray bụng (siêu cao). - Dùng đường cong chuyển tiếp L0 để nối đường thẳng với đường cong tròn. - Phải dùng ray ngắn kết hợp ray tiêu chuẩn đặt ở phía bụng đường cong để đảm bảo các mối nối đối xứng. - Trên các đường cong bán kính nhỏ, có thể dùng ray phụ và các thiết bị gia cố khác. - Phải nới rộng khoảng cách giữa tim hai đường cạnh nhau trên đường cong. 2. Nội tiếp của đầu máy, toa xe trên đường cong - Nội tiếp của đầu máy, toa xe trên đường cong có thể là dạng nội tiếp tĩnh hoặc nội tiếp động. + Nội tiếp động chỉ hình thành khi tàu chạy với tốc độ V > 100 Km/h. + Nội tiếp tĩnh khi V ≤ 100 km/h - Tâm quay tức thời là giao điểm giữa trục dọc của giá xe và đường thẳng góc với trục dọc qua tâm đường cong. - Các dạng nọi tiếp tĩnh: + Nội tiếp tự do tĩnh: cự ly giữa hai ray đủ rộng, trục bánh cuối cùng của giá cố định dễ dàng chiếm được phương bán kính đường cong. Tâm quay C nằm trên trục cuối cùng của giá xe cố định hai trục và ba trục. Đối với giá xe cố định có 4 trục, tâm quay tức thời nằm giữa khỏang trục thứ 3 và thứ 4 của giá xe cố định. Từ sơ đồ này xác định được cự ly ray tối ưu Stư. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 60
ĐƯỜNG SẮT – KTXD C II I R + Nội tiếp gò bó tĩnh: cự ly giữa hai ray thu hẹp dần, trục sau cùng của giá xe cố định không thể chiếm được phương bán kính nữa, khi đó tâm quay tức thời bị kích lên phía trước và hình thành nội tiếp gò bó tĩnh. C II I R + Nội tiếp nêm tĩnh: nếu cự ly hai ray tiếp tục thu hẹp, tâm quay tức thời bị kích lên phía trước cho đến khi nó trùng với tâm của giá xe cố định, hình thành lên nội tiếp nêm tĩnh. C min R - Nội tiếp gò bó tĩnh bình thường: Từ dạng nội tiếp nêm, nếu cự ly giữa hai ray trong trường hợp này được mở rộng thêm một lượng bằng trị số khe hở tổng cộng min ta được nội tiếp gò bó tĩnh bình thường. Từ sơ đồ này xác định được cự ly ray nhỏ nhất cho phép Smin. ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 61
ĐƯỜNG SẮT – KTXD 4.2.3. Siêu cao trên đường cong 1. Mục đích đặt siêu cao. m.V 2 G.V 2 - Khi tàu chuyển động trên đường cong, lực ly tâm J   đẩy toa xe ra R g .R phía lưng đường cong. Nếu đoàn tàu chạy với tốc độ lớn thì lực tác dụng lên ray lưng sẽ lớn hơn lực tác dụng lên ray bụng nhiều và ổn định ngang của đoàn tàu bị ảnh hưởng. Để giảm bớt tác hại của lực ly tâm này, người ta đặt ray lưng cao hơn ray bụng, độ chênh cao này gọi là độ siêu cao của ray lưng. - Bảo đảm 2 ray trên đường cong mòn như nhau, để thời gian sử dụng của hai ray tương đương nhau. - Bảo đảm hành khách không cảm thấy khó chịu do tác dụng của lực ly tâm (bảo đảm tiện nghi của hành khách). - Bảo đảm ổn định ngang của đoàn tàu. 2. Các giả thiết khi tính toán siêu cao. - Không xét đến độ nghiêng của 2 ray. - Coi trục đối xứng của toa xe đi qua tim đường. - Bỏ qua độ nhún của hệ lò xo. - Bỏ qua ảnh hưởng của áp lực gió. 3. Tính siêu cao đảm bảo hai ray mòn đều nhau. + Xét cho 1 toa xe: J.cos  G.sin  J J.sin   G.cos  G a h Tl O Tb E S1 l E b S1: Khoảng cách tim hai ray S1 = S0 + b (bỏ qua gia khoan) G: Trọng lượng toa xe ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN ĐƯỜNG SẮT 62