intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thiết kế đường sắt - ThS. Nguyễn Đức Tâm

Chia sẻ: Caphesuadathemmatong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST
Báo xấu
47
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thiết kế đường sắt cung cấp cho người học những kiến thức như: Cơ sở thiết kế đường sắt; Tính sức kéo đầu máy; Bình đồ - trắc dọc đường sắt; Định tuyến 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 Thiết kế đường sắt - ThS. Nguyễn Đức Tâm

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT *****oOo***** BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN ĐỨC TÂM Tp. Hồ Chí Minh - 2018
  2. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐƯỜNG SẮT 1.1.1. Điểm qua lịch sử phát triển hệ thống đường sắt thế giới Khoảng thế kỷ thứ 16 các mỏ ở vùng núi của các nước Châu Âu đã dùng “đường ray” gỗ để đẩy các xe goòng chở đầy than, quặng. Năm 1809 con trai của Vô-rô-lốp đã kế tục và phát triển sự nghiệp của cha làm “đường ray” bằng sắt có hình chữ L và dùng ngựa kéo. Như vậy cho thấy nguồn sức kéo trong thời kỳ phôi thai của đường sắt là sức người, sức nước và sức súc vật và chỉ chạy được tốc độ 5 km/h. Theo sự phát triển của nguồn động lực và yêu cầu đối với đầu máy ngày càng cao nên “đường ray" từ bằng gang trắng rồi đến gang xám, từ “đường sắt” đến “đường thép”. Mặc dù các loại ray hiện nay đang dùng thường được làm bằng thép nhưng do thói quen nên vẫn gọi là "đường sắt" để phản ánh tình hình thực tế của thời trước đó. Mặt khác, công nghệ vật liệu mới trong thời đại chúng ta đang phát triển với tốc độ nhanh, có thể có những loại vật liệu mới phù hợp hơn, rẻ tiền hơn thay thế cho loại thép ray. Khi đó, lẽ nào tên gọi của ray cứ thay đổi theo vật liệu làm ray cho nên chúng ta cứ gọi nó theo tên cũ cho tiện lợi hơn. Trong thời kỳ từ năm 1825 đến năm 1840 trên thế giới đã xây dựng được tất cả gần 8 nghìn km đường sắt. Sau đó 10 năm thì số km đường sắt tăng lên 5 lần. Đến cuối thế kỷ 19 mạng lưới đường sắt trên thế giới lên khoảng 790 nghìn km. Vào đầu chiến tranh thế giới thứ nhất vượt quá 1 triệu 1 trăm ngàn km, mạng lưới đường sắt thế giới hiện nay gần 2 triệu km. Trong đó các nước có nhiều đường sắt nhất là Mỹ khoảng 336.500km, tỷ lệ tuyến đôi và tuyến nhiều đường chiếm 11 đến 14,8%, Liên Xô cũ có khoảng 138.300km trong đó có 35 ngàn km đường đôi. Ấn Độ có 60 ngàn km. Trong mạng lưới đường sắt thế giới hiện nay có rất nhiều khổ đường:  Khổ 1676mm ở các nước Ấn Độ, Tây Ban Nha, Ac-Hen-Ti-Na  Khổ 1524mm Liên Xô cũ  Khổ 1435mm Châu Âu, Canada, Mỹ  Khổ 1067mm Nhật Bản, Indonexia  Khổ 1000mm Việt Nam, Châu Phi Hiện nay trên thế giới đã điện khí hoá được 12 vạn km đường sắt, Liên Xô đứng đầu trong lĩnh vực này là 37 ngàn km. Nói đến đường sắt chúng ta cũng phải đề cập đến đầu máy bởi vì một đoàn tàu dài chạy trên con đường sắt nhìn không thấy đích cho nên đầu máy và đường ray tựa như hình với bóng. Song nếu như xem lại “gia phả” của đường sắt chúng ta thấy tuổi của đường ray cao hơn đầu máy nhiều. THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 1
  3. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT Máy hơi nước ra đời có tác dụng to lớn thúc đẩy cách mạng về sức sản xuất và đặc biệt tạo điều kiện cơ giới hoá cho ngành vận tải đường sắt. Một điều lý thú là đầu máy hơi nước đầu tiên chạy trên đường đá vào năm 1769. Sau đó chạy trên đường ray vào năm 1801 và khi ấy có tên “đầu máy hơi nước”. Máy hơi nước của Pa-panh ra đời sau một thời gian dài mới chính thức được dùng trên một đoạn đường sắt của nước Anh, chiếc máy đó do Sti-phen-xơ chế tạo được chính thức dùng vào năm 1825. Công suất thực của nó là 12 mã lực và tốc độ lớn hơn 16km/h cũng từ đó đầu máy hơi nước mới chính thức “bước lên vũ đài lịch sử”. So với các loại đầu máy khác, đầu máy hơi nước ra đời sớm nhất và cũng được cải tiến nhiều nhất. Có những đầu máy công suất lớn, tốc độ cao. Ví dụ đầu máy hơi nước loại 242 của Pháp chế tạo năm 1946 có công suất tới 4200 mã lực với tốc độ tới 160km/h. Nhiều công ty Mỹ đã chế tạo đầu máy hơi nước rất hiện đại, công suất cực lớn, tốc độ cao. Đầu máy T-1 công suất tới 6.100 mã lực, kéo đoàn tàu 1.000 tấn chạy với tốc độ 160km/h. Song tăng công suất của đầu máy lớn hơn 3000 mã lực nói chung là khó khăn bởi nó bị hạn chế bởi kích thước và trọng lượng đầu máy nằm trong khổ giới hạn quy định để đảm bảo an toàn khi chạy tàu. Đầu máy hơi nước được cải tiến nhiều nhưng cũng không kịp với tiến bộ khoa học kỹ thuật. Nếu như chiếc đầu máy hơi nước đầu tiên của kỹ sư Nga Sê-nê-pa-nốp chế tạo năm 1833 có hiệu suất 2% thì những đầu máy hơi nước sau này có hiệu suất trung bình khoảng 7% có nghĩa là trong 100 tấn than thì chỉ có 7 tấn sản sinh ra lực kéo. Đó là nhược điểm cơ bản của sức kéo hơi nước. Bởi vậy, trong cuộc cách mạng về nguồn động lực của đường sắt, sức kéo hơi nước phải nhường chỗ cho các loại sức kéo tiên tiến hơn như diezen và điện, cho nên chúng ta nói: thế kỷ 19 là tuổi thanh xuân là buổi đầu máy hơi nước bước lên vũ đài lịch sử thì 50 năm sau cuối thế kỷ 20 là tuổi già yếu và rút khỏi vũ đài lịch sử. Nhiều nước đã ấn định thời hạn đào thải sức kéo hơi nước ra khỏi ngành đường sắt như cộng hoà dân chủ Đức 1975, Hung-ga-ri 1980, Nhật 1975, Cộng hoà liên bang Đức 1976 v.v… một số nước đã không dùng đầu máy hơi nước nữa: Liên Xô cũ, Triều Tiên, Mông Cổ, Mỹ, Pháp v.v… Chỉ trong khoảng hơn 20 năm (1946 - 1967) đã có tới 102 nước, áp dụng sức kéo mới. Ở Việt Nam, từ năm 1968 ngành đường sắt đã bắt đầu sử dụng sức kéo diezen. Hiệu suất của các loại đầu máy có thể tính được như sau:  Đầu máy hơi nước 4-10%  Đầu máy diezen 17-35%  Đầu máy điện 14-28% Đầu máy diezenl do hiệu suất cao nên đã giảm được mức tiêu thụ nhiên liệu. Đứng về phương diện giao thông vận tải thì chỉ tiêu quan trọng số một đánh giá loại sức kéo là năng THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 2
  4. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT lực thông qua và năng lực vận chuyển, sức kéo diezen và điện cho phép tăng trọng lượng và tốc độ của đoàn tàu nên năng lực vận chuyển tăng 2 đến 2,5 lần so với khi dùng đầu máy hơi nước. Vào những thập kỷ đầu của thế kỷ XX ở hầu hết các thành phố lớn và vừa ở châu Âu đã xây dựng hệ thống tàu điện nội đô (Tramway - Light Rail) và đường sắt ngoại ô (Suburban - Heavy Rail). Để giải quyết nạn tắc nghẽn giao thông ở các thành phố lớn ở châu Âu đã xây dựng hệ thống tàu điện ngầm (Full metro). London đã bắt đầu khởi công vào năm 1883 và hoàn thành năm 1890, Budapest hoàn thành năm 1896, Paris 1900, Beclin 1902 và Hamburg năm 1912. Các tuyến đường tàu điện ngầm khổ tiêu chuẩn được tiếp tục xây dựng ở các thập kỷ đầu của thế kỷ XX ở châu Âu. Trước năm 1970 chỉ có số ít thành phố có hệ thống đường sắt đô thị (ĐSĐT) thì năm 1991 đã có khoảng 160 thành phố có hệ thống ĐSĐT ở 60 nước trên thế giới và khoảng 30 thành phố khác đang xây dựng. Các thành phố lớn như Tokyo, Newyork và Moscow lượng khách chuyên chở bằng ĐSĐT vượt quá 50% tổng lượng khách tham gia giao thông nên đã không bị tắc nghẽn giao thông. ĐSĐT ở Tokyo, Nagoya và Osaka trong vòng bán kính 50 km đã có số lượng 3900 km (1992). Về chủng loại cũng có những bước phát triển mạnh. Trước đây chỉ có 3 loại là tàu điện (Tramway), tàu điện ngầm (Full metro), tàu cao tốc (Mass Rapid Transit) thì ngày nay đã có thêm nhiều loại mới như: tàu hiện đại (Advanced Light Rail), tàu một ray (Monorail), tàu tự động không người lái (Automated Guided Train), tàu động cơ tuyến tính (Linear Motor Train), tàu điện từ (Magnetically Levitated Train) và tàu không lưu (Aeromover). Hầu hết các nước trên thế giới dùng loại tàu điện nhẹ (Light Rail Transit) chạy trên đường khổ 1000 mm và 1435 mm nhưng chủ yếu là đường 1435 mm, có thể chạy qua đường cong bán kính nhỏ đến 50 m, độ dốc 40‰ thậm chí lớn hơn, sử dụng điện thế một chiều 750V. Các thành phố Manila, Hannover, Mexyco city, Hiroshima, Cairo đang sử dụng loại này. Còn ở các thành phố Newyork, London, Maxcova, Paris, Tokyo Teito và Singapore lại dùng ĐSĐT có sức chở lớn (Heavy Rail System). Thuộc loại này có tàu cao tốc Express Sbanhn và Metro. Tuyến Express có thể đi trên mặt đất, đi trên cao (Elevated) hay đi ngầm dưới mặt đất (Subway hay Under-ground). Loại này có độ dốc tối đa 40‰, bán kính nhỏ nhất đường ở Tokyo là 91m. Tàu tự động không người lái AGT (Atomatic Guider hay Automatic Driverless hayN- Bahn). Năm 1975 Quốc hội Mỹ định nghĩa AGT là một hệ thống vận tải được điều khiển không cần người, chạy trên đường dẫn hướng riêng biệt. Nó được khai thác lần đầu tiên vào năm 1971 ở sân bay Tampa bang Florida nước Mỹ, năm 1972 xuất hiện ở Nhật có 5 THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 3
  5. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT hệ thống. Ở Đài Bắc - Đài Loan có một hệ thống dài 13,5 km chạy loại xe VAL 256, qua 13 ga. Tàu động cơ tuyến tính LIM (Linear Motor). Loại này mỗi trục xe được gắn một động cơ tuyến tính (rotor) chạy trên ray khổ 1435, còn stator là ray thứ 3 và điện được cấp từ đó. Ưu điểm lớn của tàu động cơ tuyến tính là khổ giới hạn được thu nhỏ, chỉ bằng 53% so với tàu thường, cho nên khi đi ngầm dưới đất, tiết diện hầm giảm gần 50%. Tiêu biểu cho loại này là công trình Sky Train ở bang Vancowver, Canada, đưa vào sử dụng năm 1986, dài 22 km. trong đó có 1,6 km đi ngầm, 13 km đi trên cao, và tuyến tương tự tại Tokyo dài 28 km, khổ 1435, độ dốc tối đa 45‰, bán kính nhỏ nhất 100m, khoảng cách giữa các tim đường 3,1 m. Tàu đệm từ Maglev (Magnetic levitation), nó giống tầu LIM là được đẩy đi bằng động cơ tuyến tính nhưng không chạy trên bánh xe mà trên một đệm không khí do lực đẩy từ trường tạo nên, trên các tuyến của Đức (8-1989) đệm này dày 10 mm, trên các tuyến của Nhật (1990) dầy tới 100 mm. Tuyến Maglev đầu tiên ở Anh (8-1984) chỉ dài 600 m, nhưng năm 1997 đã chạy thử tuyến Yamanashi ở Nhật dài 42,8 km, độ dốc 40‰, Rmin = 8000 m, tốc độ khai thác 500 km/h. Tàu không lưu (Aeromover). Nó được chế tạo dựa trên nguyên lý của tàu buồm. Toa xe được gắn 2 là kim loại đặt trong dầm bê tông rỗng, toa xe chuyển động do chênh lệch áp lực không khí ở hai bên tấm kim loại như sức gió thổi căng cánh buồm làm tàu chạy. Ở đây chênh lệch áp lực khí được tạo bới các máy nén và hút không khí. Năm 1981 tuyến Aeromover đầu tiên ở cảng Alegre thuộc Brazin dài 600m. Tuyến thứ hai được xây dựng ở Jakacta (Indonesia) có tên Tamamini dài 3,21 km, độ dốc 100‰, Rmin = 25m, đoàn tàu2 toa mỗi toa 120 hành khách, chạy tốc độ lớn nhất 70 km/h. 1.1.2. Điểm qua vài nét sự phát triển đường sắt Việt Nam Từ lịch sử phát triển đường sắt thế giới chúng ta về với lịch sử đường sắt Việt Nam để nhìn nhận sự hình thành và phát triển của nó. Các tuyến đường sắt đã được xây dựng vào các thời kỳ như sau (theo tài liệu kinh tế của thực dân Pháp thì lịch sử xây dựng đường sắt Đông Dương chia làm ba thời kỳ): 1. Thời kỳ trước năm 1898:  1884 xây dựng đoạn đường sắt Sài Gòn - Mỹ theo dài 70km  1896 xây dựng đoạn đường sắt Bắc Giang - Lạng Sơn khổ 600mm  1898 tuyến đường sắt Hà Nội- Na Sầm được nối liền dài 180km 2. Thời kỳ từ 1898 đến 1931:  Cuối năm 1898 bắt đầu xây dựng tuyến Hải Phòng - Gia Lâm - Lào Cai dài 383km khổ 1000mm và các đoạn tuyến sau đây được đưa vào khai thác ở các năm: + Hải Phòng - Gia Lâm tháng 4 năm 1903 + Gia Lâm - Việt Trì tháng 11 năm 1903 THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 4
  6. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT + Việt Trì - Lào Cai tháng 1 năm 1906 Năm 1908 xây dựng tiếp đoạn Đồng Đăng đến Hữu Nghị Quan dài 5km. Sau đó xây dựng đoạn giữa Đồng Đăng và Na - Sầm dài 17km đưa vào khai thác tháng 11 năm 1921.  Thời kỳ này tuyến Hà Nội - Huế - Đà Nẵng - Nha Trang - Sài Gòn tiếp tục được xây dựng. + Đoạn thứ nhất: Hà Nội - Vinh - Bến Thuỷ đưa vào khai thác tháng 3 năm 1905 dài 326km. + Đoạn thứ hai từ Đà Nẵng đến Đông Hà (Quảng Trị) tháng 12 năm 1908 dài 175km. + Đoạn thứ ba Sài Gòn - Nha Trang vào tháng 10/1913 dài 566km. + Đoạn tuyến nhánh từ Tháp Chàm đến Đà Lạt xây dựng vào tháng 7 năm 1914 dài 84km.  Năm 1927 xây tiếp đoạn tuyến từ Vinh đến Đông Hà dài 301km. 3. Thời kỳ sau năm 1931  Đoạn tuyến Bến Đây Xô - Lộc Ninh được xây dựng xong và đưa vào khai thác tháng 8 năm 1933 dài 69km.  Đoạn tuyến nhánh từ Tân Ấp dự kiến nối đến Thà Khẹt trên sông Mê Công (Lào). Trong đoạn đó mới xây dựng 18km từ Tân ấp đến xóm Lục (Việt Nam). Đoạn này đưa vào khai thác từ tháng 12 năm 1933.  Đoạn tuyến còn lại trong tuyến Hà Nội - Sài Gòn là từ Đà Nẵng đến Nha Trang dài hơn 700km xây dựng xong vào tháng 10 năm 1936. Như vậy tổng chiều dài tuyến từ Hà Nội đến Sài Gòn là 1728km. Sau cuộc kháng chiến chống Pháp thắng lợi năm 1954, chúng ta đã khôi phục tuyến Hà Nội - Hữu nghị quan, Hà Nội - Vinh và xây dựng thêm các tuyến Hà Nội - Quán Triều, Kép - Lưu Xá, Kép - Bãi Cháy, Cầu Giát - Nghĩa Đàn v.v… Đến nay chiều dài đường sắt tổng cộng trên cả nước khoảng 2810km (chưa kể các đường trong mỏ than). Đường sắt Việt Nam chúng ta hiện nay tồn tại hai loại khổ 1435mm (Standard Gauge - SG) và 1000mm (Metre Gauge - MG). Còn đường lồng 1000 mm với đường 1435 mm là sự kết hợp giữa SG và MG. Tổng chiều dài đường 1000 mm là 2694 km, chiếm 85%, khổ 1453 mm 6% và đường lồng 9%. Việc tồn tại hai loại khổ đường làm cho chúng ta gặp nhiều khó khăn trong công tác quản lý và khai thác. Hiện nay ở Nhật Bản khổ đường 1067 mm với chiều dài 28.600 km chiếm 93%, còn khổ tiêu chuẩn 1435 mm có chiều dài 2034 km chỉ chiếm 7%. Trong khi đó ở Ấn Độ, năm 1978 bỏ dở chủ trương chuyển đổi khổ MG sang khổ SG vì cho rằng lợi nhuận thu được của đường SG không tương xứng với kinh phí chuyển đổi. Ở Việt Nam theo mục tiêu quy hoạch phát triển đường sắt đến năm 2020 thì tố độ chạy tàu khách năm 2005 là 90 km/h, THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 5
  7. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT năm 2010 là 100 km/h và năm 2020 là 120 km/h, tương ứng tốc độ tàu hàng là 65 km/h, 70 km/h và 80 km/h để hội nhập với các nước trong khu vực. 1.2. CÁC GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ VÀ NỘI DUNG ĐỒ ÁN 1.2.1. Các giai đoạn thiết kế 1.2.1.1. Dự án đầu tư Dự án đầu tư là một tập hợp những đề xuất có liên quan đến bỏ vốn để làm mới, mở rộng, cải tạo, nâng cấp một tuyến đường sắt nhằm đạt được hoặc nâng cao năng lực của tuyến đường. Theo tính chất của dự án và quy mô đầu tư, dự án đầu tư trong nước được chia thành 3 nhóm: A, B, C để phân cấp quản lý. Tiêu chí phân loại nhóm dự án được quy định trong Luật đầu tư công số 49/2014/QH13 ngày 18/6/2014. Chủ đầu tư hoặc cơ quan, tổ chức được giao nhiệm vụ chuẩn bị dự án quan trọng quốc gia, dự án nhóm A tổ chức lập Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi để có cơ sở xem xét, quyết định chủ trương đầu tư xây dựng. Trường hợp các dự án Nhóm A (trừ dự án quan trọng quốc gia) đã có quy hoạch được phê duyệt đảm bảo các nội dung quy định thì không phải lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi. Đối với dự án nhóm B chủ đầu tư tổ chức lập báo cáo nghiên cứu khả thi, nếu xét thấy cần thiết phải lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi thì người có thẩm quyền quyết định bằng văn bản. Đối với dự án nhóm C có mức vốn đầu tư từ 1 tỷ đồng trở lên, chủ đầu tư tổ chức lập báo cáo nghiên cứu khả thi. 1.2.1.2. Các bước thiết kế Thiết kế xây dựng gồm các bước: Thiết kế sơ bộ (trường hợp lập Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi), thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi công và các bước thiết kế khác (nếu có) theo thông lệ quốc tế do người quyết định đầu tư quyết định khi quyết định đầu tư dự án. Dự án đầu tư xây dựng gồm một hoặc nhiều loại công trình, mỗi loại công trình có một hoặc nhiều cấp công trình. Tùy theo loại, cấp của công trình và hình thức thực hiện dự án, việc quy định số bước thiết kế xây dựng công trình do người quyết định đầu tư quyết định, cụ thể như sau:  Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình có yêu cầu lập Báo cáo kinh tế - kỹ thuật đầu tư xây dựng;  Thiết kế hai bước gồm thiết kế cơ sở và thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình phải lập dự án đầu tư xây dựng;  Thiết kế ba bước gồm thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình phải lập dự án đầu tư xây dựng, có quy mô lớn, yêu cầu kỹ thuật và điều kiện thi công phức tạp;  Thiết kế theo các bước khác (nếu có) theo thông lệ quốc tế. THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 6
  8. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT Công trình thực hiện trình tự thiết kế xây dựng từ hai bước trở lên thì thiết kế bước sau phải phù hợp với các nội dung, thông số chủ yếu của thiết kế ở bước trước. 1.2.2. Nội dung đồ án ở các giai đoạn khác nhau 1.2.2.1. Nội dung chủ yếu của báo cáo nghiên cứu tiền khả thi Nội dung Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi được thực hiện theo quy định tại Điều 53 của Luật Xây dựng năm 2014:  Sự cần thiết đầu tư và các điều kiện để thực hiện đầu tư xây dựng.  Dự kiến mục tiêu, quy mô, địa điểm và hình thức đầu tư xây dựng.  Nhu cầu sử dụng đất và tài nguyên.  Phương án thiết kế sơ bộ về xây dựng, thuyết minh, công nghệ, kỹ thuật và thiết bị phù hợp.  Dự kiến thời gian thực hiện dự án.  Sơ bộ tổng mức đầu tư, phương án huy động vốn; khả năng hoàn vốn, trả nợ vốn vay (nếu có); xác định sơ bộ hiệu quả kinh tế - xã hội và đánh giá tác động của dự án. Phương án thiết kế sơ bộ trong Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi gồm các nội dung sau:  Sơ bộ về địa điểm xây dựng; quy mô dự án; vị trí, loại và cấp công trình chính;  Bản vẽ thiết kế sơ bộ tổng mặt bằng dự án; mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt công trình chính của dự án;  Bản vẽ và thuyết minh sơ bộ giải pháp thiết kế nền móng được lựa chọn của công trình chính;  Sơ bộ về dây chuyền công nghệ và thiết bị công nghệ (nếu có). 1.2.2.2. Những nội dung chủ yếu của báo cáo NCKT Nội dung Báo cáo nghiên cứu khả thi được quy định tại Điều 54 của Luật Xây dựng năm 2014: 1. Thiết kế cơ sở: được lập để đạt được mục tiêu của dự án, phù hợp với công trình xây dựng thuộc dự án, bảo đảm sự đồng bộ giữa các công trình khi đưa vào khai thác, sử dụng. Thiết kế cơ sở gồm thuyết minh và các bản vẽ thể hiện các nội dung sau:  Vị trí xây dựng, hướng tuyến công trình, danh mục và quy mô, loại, cấp công trình thuộc tổng mặt bằng xây dựng;  Phương án công nghệ, kỹ thuật và thiết bị được lựa chọn (nếu có);  Giải pháp về kiến trúc, mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng công trình, các kích thước, kết cấu chính của công trình xây dựng;  Giải pháp về xây dựng, vật liệu chủ yếu được sử dụng, ước tính chi phí xây dựng cho từng công trình;  Phương án kết nối hạ tầng kỹ thuật trong và ngoài công trình, giải pháp phòng, THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 7
  9. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT chống cháy, nổ;  Tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật được áp dụng và kết quả khảo sát xây dựng để lập thiết kế cơ sở. 2. Các nội dung khác của Báo cáo nghiên cứu khả thi đầu tư xây dựng gồm:  Sự cần thiết và chủ trương đầu tư, mục tiêu đầu tư xây dựng, địa điểm xây dựng và diện tích sử dụng đất, quy mô công suất và hình thức đầu tư xây dựng;  Khả năng bảo đảm các yếu tố để thực hiện dự án như sử dụng tài nguyên, lựa chọn công nghệ thiết bị, sử dụng lao động, hạ tầng kỹ thuật, tiêu thụ sản phẩm, yêu cầu trong khai thác sử dụng, thời gian thực hiện, phương án giải phóng mặt bằng xây dựng, tái định cư (nếu có), giải pháp tổ chức quản lý thực hiện dự án, vận hành, sử dụng công trình và bảo vệ môi trường;  Đánh giá tác động của dự án liên quan đến việc thu hồi đất, giải phóng mặt bằng, tái định cư; bảo vệ cảnh quan, môi trường sinh thái, an toàn trong xây dựng, phòng, chống cháy, nổ và các nội dung cần thiết khác;  Tổng mức đầu tư và huy động vốn, phân tích tài chính, rủi ro, chi phí khai thác sử dụng công trình, đánh giá hiệu quả kinh tế - xã hội của dự án; kiến nghị cơ chế phối hợp, chính sách ưu đãi, hỗ trợ thực hiện dự án;  Các nội dung khác có liên quan. 1.2.2.3. Nội dung chủ yếu của Thiết kế xây dựng triển khai sau thiết kế cơ sở Những nội dung chủ yếu của Thiết kế xây dựng triển khai sau thiết kế cơ sở được quy định tại Điều 54 của Luật Xây dựng năm 2014: 1. Phương án kiến trúc. 2. Phương án công nghệ (nếu có). 3. Công năng sử dụng. 4. Thời hạn sử dụng và quy trình vận hành, bảo trì công trình. 5. Phương án kết cấu, loại vật liệu chủ yếu. 6. Chỉ dẫn kỹ thuật. 7. Phương án phòng, chống cháy, nổ. 8. Phương án sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả. 9. Giải pháp bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu. 10. Dự toán xây dựng phù hợp với bước thiết kế xây dựng. 1.3. NĂNG LỰC TÍNH TOÁN CỦA ĐƯỜNG THIẾT KẾ 1.3.1. Các số đo Những số đo về khả năng của một con đường xác định rõ khả năng của đường đó theo những thông số kỹ thuật của toàn bộ những công trình trên đường, phương pháp tổ chức THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 8
  10. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT vận tải và chạy tàu.  Khả năng thông qua của một tuyến đường đơn đo bằng số đôi tàu tính toán cho cả hai chiều, còn đối với tuyến đôi thì đo bằng số đoàn tàu cho từng chiều chạy qua một khu gian khó nhất (trong 1 ngày đêm). Khả năng thông qua của tàu N không chỉ phụ thuộc vào khả năng thông qua của các khu gian mà còn cả của ga, các cấu trúc của nghiệp vụ đầu máy, thiết bị cung cấp năng lượng. Khi thiết kế phải làm sao cho khả năng thông xe của các công trình ở ga phải bảo đảm bằng khả năng thông xe của các khu gian.  Khả năng chuyên chở G là số tấn hàng mà con đường có thể chuyên chở trong đơn vị thời gian (thường lấy 1 năm) cho mỗi chiều, thông thường khi thiết kế đường sắt khả năng chuyên chở tính cho chiều nhiều hàng. Đối với việc chở hàng thì tương quan giữa khả năng thông qua và khả năng chuyên chở tính theo công thức: 365.Q H .n h G (tấn/năm)  Trong đó: nh : số đôi tàu hàng trong 1 ngày đêm QH : khối lượng hàng của tàu (tấn) γ : Hệ số ba động (hệ số vận chuyển không đều trong năm). Khả năng chạy tàu phụ thuộc vào loại sức kéo và loại đầu máy, hình dạng trắc dọc và việc phân bố điểm phân giới, vào phương pháp tổ chức chạy tàu, vào thời gian tàu đỗ ở ga; khả năng chuyên chở phụ thuộc vào khả năng thông qua của tàu hàng và trọng lượng của từng đoàn tàu. Khả năng chuyên chở không được tính nhỏ hơn đại lượng chuyên chở yêu cầu của con đường (Ncó thể Nyc). Nhưng đại lượng chuyên chở yêu cầu không cố định mà thông thường biến đổi theo hướng tăng. Vì vậy mà khả năng chuyên chở có thể cũng cần phải tăng lên. Khi thiết kế đường sắt người ta ấn định khả năng lúc đầu của con đường và đề ra biện pháp tăng cường khả năng đó khi lượng hàng chở tăng lên. Khả năng dự trữ của tuyến đường được đo ở các kết cấu trên đường mà có thể chia ra thành hai loại: vĩnh cửu và bán vĩnh cửu (cố định và thay đổi). Loại kết cấu vĩnh cửu gồm có toàn bộ những yếu tố có tính chất lâu dài và không cần phải sửa đổi khi tăng cường năng lực cho con đường như bình đồ, trắc dọc, nền đường, sự phân bố điểm phân giới và chiều dài sân ga, các công trình nhân tạo trên đường và sơ đồ cấp điện nếu là đường điện khí hoá. Về căn bản những kết cấu vĩnh cửu xác định khả năng thông qua đối với từng loại đầu máy và từng phương pháp tổ chức chạy tàu. Những kết cấu bán vĩnh cửu là kiến trúc tầng trên, thông tin tín hiệu, các đường phát triển trong ga, chỗ đứng trong đề pô, phương tiện điều khiển chạy tàu v.v… THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 9
  11. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT Có thể tăng cường khả năng của đường bằng cách gia cố những kết cấu bán vĩnh cửu. Còn kết cấu vĩnh cửu phải thiết kế sao cho có khả năng dự trữ lâu dài. Việc chọn loại và khả năng của các kết cấu vĩnh cửu và bán vĩnh cửu là một trong những nhiệm vụ đầu tiên của việc thiết kế đường. 1.3.2. Năng lực dự tính của đường sắt Năng lực dự tính của đường sắt là khả năng lúc đầu mà con đường phải có khi nó bắt đầu vào khai thác. Khi thiết kế đường mới và cải tạo đường cũ do kết quả khảo sát kinh tế ta có thể ấn định được khả năng cần thiết cho con đường cụ thể là phải xác định được lượng hàng hoá và hành khách tính toán cho lúc giao đường vào khai thác và ấn định được nhịp điệu tăng tiến của lượng hàng chuyên chở trong tương lai. 1.3.3. Những thông số kỹ thuật cơ bản khi thiết kế tuyến đường sắt Thông số kỹ thuật thiết kế tuyến đường là những tiêu chuẩn có tính chất nguyên tắc. Những tiêu chuẩn này xác định kích thước, loại sơ đồ (như sơ đồ điểm phân giới) khả năng dự trữ bình, trắc diện, tiêu chuẩn phân bố điểm phân giới, phân bố một số loại công trình quan trọng nhất. Trong những thông số kỹ thuật có thể kể ra những thông số cơ bản. Đó là khổ đường, cấp đường, số đường chính, loại sức kéo, đại lượng độ dốc giới hạn, chiều dài sử dụng của đường đón - gửi tàu trong ga. Có khi lại phân ra những thông số quan trọng nhất trong các thông số cơ bản, cần lập luận về một số thông số quan trọng nhất như số đường chính, loại sức kéo v.v… nếu không xác định trước sẽ gặp khó khăn khi chọn các thông số kỹ thuật khác. Khi thiết kế nếu thay đổi các thông số cơ bản thì sẽ có những giải pháp khác nhau, trong quá trình khai thác mà thay đổi chúng tức là ta phải sửa lại đường. Khi xét đến tương quan giữa chúng với nhau, có những thông số ta phải thay đổi dần dần mới lợi. Ví dụ lúc đầu từ kiến trúc tầng trên đặt cho khổ hẹp, tương lai đặt đường khổ tiêu chuẩn dần cho từng đoạn; hay lúc đầu dùng sức kéo hơi nước sau chuyển sang sức kéo điện. 1.3.4. Khả năng dự tính của từng công trình và kết cấu của nó Việc phân bố, chọn loại và thiết kế những công trình vĩnh cửu và kết cấu thay đổi nhằm mục đích đảm bảo cho chúng làm việc vĩnh cửu (như nền đường, công trình nhân tạo, ga), hay là trong một số năm lâu dài (khổ đường, số đường chính, loại đầu máy v.v…). Khả năng dự tính từng công trình và kết cấu bán vĩnh cửu riêng biệt không được hạn chế khả năng dự tính của toàn tuyến nói chung. Nếu khả năng của chúng chỉ đáp ứng cho việc chuyên chở trong thời kỳ đầu khai thác thì phải đặt thành vấn đề thay đổi hay gia cố chúng từng giai đoạn sau này. THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 10
  12. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 1.4. NHỮNG YÊU CẦU CHUẨN TẮC KHI THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 1.4.1. Nhiệm vụ thiết kế tuyến đường sắt Nhiệm vụ thiết kế xây dựng công trình phải phù hợp với báo cáo nghiên cứu tiền khả thi hoặc báo cáo đề xuất chủ trương đầu tư xây dựng công trình. Nhiệm vụ thiết kế xây dựng công trình là căn cứ để lập dự án đầu tư xây dựng công trình, lập thiết kế xây dựng công trình. Việc thiết kế phải tiến hành theo nhiệm vụ được giao. Do công trình đường sắt có ý nghĩa quốc gia to lớn nên nhiệm vụ thiết kế phải do các cơ quan được uỷ nhiệm của Chính phủ xét duyệt. Nội dung chính của nhiệm vụ thiết kế xây dựng công trình bao gồm:  Các căn cứ để lập nhiệm vụ thiết kế xây dựng công trình;  Mục tiêu xây dựng công trình;  Địa điểm xây dựng công trình;  Các yêu cầu về quy hoạch, cảnh quan và kiến trúc của công trình;  Các yêu cầu về quy mô và thời hạn sử dụng công trình, công năng sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật khác đối với công trình. Nói chung nhiệm vụ của người thiết kế là phải phân tích tỉ mỉ những thắc mắc có thể phát sinh, cần thể hiện sáng kiến của mình rồi đề đạt lên để xét. Khi nhiệm vụ giao cho rồi ta có thể có nhiều phương án để giải quyết, cho nên phải biết nguyên tắc cân nhắc để tìm ra những giải pháp tốt nhất. 1.4.2. Những tài liệu cơ bản về chuẩn tắc thiết kế Về ý nghĩa con đường sắt này có thể khác con đường sắt kia rất xa, có thể là con đường nhánh hoặc có thể là con đường có ý nghĩa quốc gia làm việc rất bận rộn v.v… cho nên khi thiết kế đường sắt mới cần phải biết chọn những thông số kỹ thuật và tính được một số khả năng dự trữ. Tất cả những yêu cầu về phân loại đường sắt và yêu cầu về toàn bộ các kết cấu được nêu trong tài liệu chuẩn tắc chủ yếu chúng xác định tương quan giữa tất cả các tuyến đường sắt, các tài liệu đó là:  Bản phân loại Đường, chuẩn tắc và quy phạm thiết kế đường sắt, quy phạm khai thác - kỹ thuật Đường sắt (quy phạm quản lý đường sắt).  Bản phân loại đường sắt xác định những thông số kỹ thuật và đặc điểm tuỳ theo ý nghĩa của tuyến đường cụ thể phải ấn định. + Nguyên tắc phân chia đường sắt dân dụng ra từng cấp. + Đại lượng thông số kỹ thuật của những kết cấu vĩnh cửu của đường sắt từng cấp. + Những đặc tính nên có của các kết cấu bán vĩnh cửu và các phương tiện trang bị kỹ thuật cho đường sắt từng cấp để có thể thống nhất hoá những điều kiện khai thác cho hàng loạt tuyến đường lại với nhau. THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 11
  13. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 1.4.3. Chuẩn tắc về quy phạm thiết kế đường sắt Do đường sắt là công trình có ý nghĩa quốc gia, do việc thiết kế rất phức tạp và phải hoàn toàn đảm bảo cho đường sắt làm việc an toàn, liên tục và êm thuận nên khi thiết kế chúng ta cần phải có những tài liệu chuẩn để xác định những yêu cầu cơ bản về chuẩn tắc. Trong chuẩn tắc và quy trình có nêu: a/ Những chỉ tiêu có tính chất nguyên tắc về việc chọn những thông số cơ bản về năng lực dự tính của từng kết cấu và công trình, về việc lập luận theo kỹ thuật kinh tế giải pháp này hay giải pháp khác. b/ Quy định loại bề rộng mặt nền đường, bán kính đường cong, loại trắc ngang của nền đường v.v… c/ Giới hạn những chuẩn tắc cho phép theo trị số nhỏ nhất (chiều rộng nền đường, khoảng cách giữa hai tim đường, chiều dày lớp đá v.v…) và trị số lớn nhất của đại lượng các độ dốc giới hạn. d/ Những chỉ dẫn về cách chọn trị số giới hạn cho phép hay trị số nên chọn (đại lượng bản kính đường cong, độ dốc trắc dọc v.v…). e/ Những chuẩn tắc dự tính để thiết kế từng công trình và kết cấu trên đường trong đó có bình diện, trắc diện nền đường và kiến trúc tầng trên. Do kỹ thuật yêu cầu vận tải ngày càng cải tiến nên yêu cầu của đường phải thay đổi do đó chuẩn tắc và quy trình cũng cần thay đổi theo. Ở Việt Nam chúng ta đã xây dựng chuẩn tắc và quy trình chính thức:  QCVN 08:2015/BGTVT - Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Khai thác Đường sắt.  TCVN 8893:2011 Cấp kỹ thuật đường sắt.  22 TCN 56-84 – Quy trình tính sức kéo đoàn tàu đường sắt.  TCVN 4117 – 1985 – Đường sắt khổ 1435mm – Tiêu chuẩn thiết kế.  Quy phạm kỹ thuật thiết kế đường sắt khổ 1000mm được ban hành theo quyết định số 433 - QĐ - KT4 ngày 9/2/1976 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải. THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 12
  14. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT CHƯƠNG 2: TÍNH SỨC KÉO ĐẦU MÁY 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1. 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 Q(T). - 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. 2.1.2. Mô hình tính của đoàn tàu và các lực tác dụng lên nó 2.1.2.1. 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. - 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. 2.1.2.2. Các ngoại lực 1. Lực kéo F (N): là lực do đầu máy sinh ra và do người lái máy tăng giảm hoặc đóng máy. 2. 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. 3. 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): - Chế độ kéo (mở máy): động cơ của đầu máy mở máy (sử dụng sức kéo của đầu THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 13
  15. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 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) 2.1.2.3. Quy tắc dấu Có thể dùng 1 trong 2 quy tắc dấu như sau:  Quy tắc 1 (theo kỹ thuật ): ChiÒu chuyÓn ®éng W>0 F>0 B>0 W0. + 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
  16. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 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 2.2. LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG 2.2.1. Thành phần của lực cản Khi chuyển động đoàn tàu chịu lực cản do nhiều yếu tố khác nhau. Để dễ dàng tính đến các yếu tố này người ta chia lực cản chuyển động thành hai phần: 2.2.1.1. Lực cản cơ bản W0, 0 Lực cản cơ bản là lực cản tất nhiên khi tàu chạy trên đường thẳng, bằng và rộng thoáng với vận tốc nhất định. 2.2.1.2. Lực cản phụ Lực cản phụ xuất hiện chỉ khi đoàn tàu qua dốc Wi, i, qua đường cong Wr, r hoặc khi khởi động Wkđ, kđ. Ngoài ra cần tính đến một số lực cản phụ khác như khi có gió to, khi tàu chạy trong hầm... Tổng số đại số của lực cản cơ bản và lực cản phụ gọi là lực cản chung của đoàn tàu: W = W0 + Wi + Wr (N)  = 0 + i + r (N/kN) Như vậy lực cản cơ bản luôn luôn xảy ra khi tàu chuyển động còn lực cản phụ có thể có tuỳ theo điều kiện chuyển động và đặc tính của trắc dọc và bình đồ trên đoạn đường đã cho. Cụ thể là:  Trên đường bằng: W = W0 (N)  = 0 (N/kN)  Trên đường dốc: W = W0 + W i (N)  = 0 + i (N/kN)  Trên đường cong: W = W0 + W r (N)  = 0 + r (N/kN)  Lực cản chung đơn vị của đầu máy ' = 0' + i' + r' (N/kN)  Lực cản chung đơn vị của toa xe THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 15
  17. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT '' = 0'' + i'' + r'' (N/kN)  Lực cản chung toàn phần của đoàn tàu W = '.P.g + ''.Q.g (N) Hay: W = (0' + i' + r').P.g + (0'' + i'' + r'').Q.g (N) 2.2.2. Lực cản cơ bản 2.2.2.1. Định nghĩa Lực cản cơ bản 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. 2.2.2.2. 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 xe và ray.  Tổn thất động năng do chấn động và va chạm giữa bánh xe và ray ở mối nối ray.  Lực cản không khí. 2.2.3. Công thức thực nghiệm tính lực cản đơn vị cơ bản của toa xe 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. 2.2.3.1. Công thức thực nghiệm tính lựa cản đơn vị cơ bản cho 1 toa xe (toa xe hàng) 1. Toa xe của Liên Xô:  Toa hàng 2 trục Liên Xô: c "  a  (b  ).V (N/kN) q0  Toa hàng 4, 6, 8 trục LX: 1 ω0" = a + (b + c.V + d.V2) (N/kN) q0 Trong đó: a, b, c, d - hệ số thực nghiệm THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 16
  18. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT Bảng 2. 1:Bảng tra hệ số thực nghiệm a, b, c, d toa hàng của Liên Xô Loại toa a b c d Toa 2 trục 1,4 0,02 0,25 Toa 4 trục ổ trượt (bi trượt) 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 4 trục ổ lăn (bi cầu) 0,7 3 0,1 0,0025 Toa 6 trục ổ lăn (bi cầu) 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 8 trục ổ lăn (bi cầu) 0,7 6 0,038 0,0021 2. Toa xe hàng 2, 4 trục của Trung Quốc: 29  v ω0" = (N/kN) 9  0,5q cabi Trong đó: q cabi Tải trọng trục: q0 = (Tấn/trục) n qcabi - khối lượng hàng và bì; qcabi = .qtt + qbì (T) qtt - khối lượng tính toán của toa xe (T) qbì - 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 2.2.3.2. Công thức tính lực cản cơ bản 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: W0" = W02" + W04" + W06" (N) W0" = 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) W0 " Q Q Q ω0" = = 2 .ω0"(2) + 4 .ω0"(4) + 6 .ω0"(6) (N/kN) Q.g Q Q Q n ω0" = α2.ω0"(2) + α 4.ω0"(4) + α 6.ω0"(6) =  (i 1 0(i ) ". i ) (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) α 2, α 4, α 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 γi và khối lượng của từng toa qcbi (kể cả hàng và bì) ta có: THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 17
  19. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT  2 .qcb 2 α2 =  2 .qcb 2   4 .qcb 4   6 .qcb 6  4 .qcb 4 α4 =  2 .qcb 2   4 .qcb 4   6 .qcb 6  6 .qcb 6 α6 =  2 .qcb 2   4 .qcb 4   6 .qcb 6  i .qcbi Hay là: αi =  ( i .qcbi ) Để kiểm tra tính toán cần sử dụng công thức  ( ) = 1 i 2.2.4. Lực cản đơn vị cơ bản của đầu máy. ( Đối với đầu máy Điêzen tàu hàng)  Khi tàu chạy mở máy: ω'0 = 2,2 + 0,01.V + 0,0003.V2 (N/kN)  Khi tàu chạy đóng máy: ω'0đ = 2,4 + 0,011.V + 0,00035.V2 (N/kN) 2.2.5. Lực cản đơn vị cơ bản bình quân của đoàn tàu.  Khi tàu mở máy: W0  ' .P  "0 .Q P Q ω0=  0  . 0'  . 0" (N/kN) ( P  Q) g PQ PQ PQ  Khi tàu đóng máy: Wod  , .P  0,, .Q ω0đ =  0d (N/kN) ( P  Q).g PQ 2.2.6. Lực cản phụ 2.2.6.1. Lực cản do độ dốc Wi, ωi h Wi (m) (P+Q)g  L (km) Hình 2. 2: Lực cản do độ dốc Wi Khi tàu chạy trên dốc thì phát sinh một lực, lực này có đặc điểm:  Phương: song song với đường THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 18
  20. BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT  Chiều: hướng xuống chân dốc.  Độ lớn (Lực cản toàn phần): chính là hình chiếu của trọng lực lên phương chuyển động Wi = 1000.(P+Q).g.sin (N) Vì  nhỏ (thậm chí với dốc 15‰ thì  = 0051') nên có thể coi sin = tg h i Mà: tg =  L 1000 i Khi đó Wi = 1000(P+Q).g. = (P+Q).g.i (N) 1000  Lực cản đợn vị: Wi ( P  Q) gi ωi =  =i (N/kN) ( P  Q) g ( P  Q) g Như vậy lực cản đơn vị do dốc về trị số bằng độ dốc và ωi + Mang dấu dương khi tàu lên dốc ωi = +i (N/kN) + Mang dấu âm khi tàu xuống dốc ωi = -i (N/kN) Ví dụ: Cho đoạn dốc như hình vẽ, hãy tính lực cản phụ do độ dốc ωi tác dụng lên đoàn tàu. + Khi tàu lên dốc: ωi = +i = +8 (N/kN) 8‰ + Khi tàu xuống dốc: ωi = -i = -8 (N/kN) 2.2.6.2. Lực cản do đường cong Wr, ωr Khi tàu vào đường cong chịu một lực cản do những nguyên nhân chính sau đây:  Do vành bánh xe siết chặt vào má trong ray.  Do trượt ngang của đầu máy toa xe khi vào đường cong.  Do bánh xe trên cùng một trục không chạy trên cùng một chiều dài → bánh xe phía ngoài phải vượt nhanh lên vì đường phía ngoài dài hơn nên bánh xe vừa quay vừa trượt. Lực cản do 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 của toa xe,  Vận tốc chạy tàu V,  Siêu cao ray lưng h(mm). THS. NGUYỄN ĐỨC TÂM – BỘ MÔN: ĐƯỜNG SẮT 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
5=>2