Báo cáo khoa học: "nghiên cứu sự suy giảm sức kéo của các trục chủ động đầu máy trên đường cong"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi chạy trên đ-ờng cong do có sức cản, sức kéo đầu máy th-ờng bị suy giảm.Trong tính toán sức cản đ-ờng cong đ-ợc xác định theo những công thức thực nghiêm phụ thuộc bán kính đ-ờng cong và một số thông số khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "nghiên cứu sự suy giảm sức kéo của các trục chủ động đầu máy trên đường cong"

nghiªn cøu sù suy gi¶m søc kÐo cña c¸c trôc chñ ®éng ®Çu m¸y trªn ®−êng cong TS. nguyÔn H÷u dòng Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §HGTVT Tãm t¾t: Khi ch¹y trªn ®−êng cong do cã søc c¶n, søc kÐo ®Çu m¸y th−êng bÞ suy gi¶m.Trong tÝnh to¸n søc c¶n ®−êng cong ®−îc x¸c ®Þnh theo nh÷ng c«ng thøc thùc nghiªm phô thuéc b¸n kÝnh ®−êng cong vμ mét sè th«ng sè kh¸c. Bμi viÕt sau ®©y ®−a ra ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu x¸c ®Þnh ®é suy gi¶m søc kÐo do sù tr−ît cña b¸nh xe trªn ®−êng cong g©y nªn. Summary: Pulling force of a locomotive is often decreased by a reristance force when running ona cure. In caculation, these forces are determided follow the formula depended on radius of the cure and some other parameters. The following paper presents a method research to determine the decreasing of pulling force made by slipping of the wheel on the cure. i. chuyÓn ®éng cña ®Çu m¸y trªn ®−êng cong vμ Søc c¶n ®−êng cong 1. ChuyÓn ®éng cña ®Çu m¸y trªn ®−êng cong Chóng ta ®Òu biÕt chuyÓn ®éng cña ®Çu m¸y trªn ®−êng cong lµ mét chuyÓn ®éng song ph¼ng nã bao gåm chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc theo trôc cña ®Çu m¸y (trong chuyÓn ®éng nµy b¸nh xe ®Çu m¸y chØ cã chuyÓn ®éng l¨n thuÇn tuý víi ma s¸t l¨n rÊt nhá) vµ chuyÓn ®éng quay quanh mét ®iÓm n»m trªn gi¸ xe gäi lµ t©m quay Ω (chuyÓn ®éng nµy g©y nªn sù tr−ît gi÷a mÆt l¨n b¸nh xe vµ mÆt ®−êng ray). DÔ dµng chøng minh vµ x¸c ®Þnh ®−îc vÞ trÝ cña t©m quay Ω lµ ch©n ®−êng vu«ng gãc h¹ tõ t©m ®−êng cong vµo gi¸ xe ®Çu m¸y hay gi¸ chuyÓn h−íng vµ tÝnh ®−îc kho¶ng c¸ch X tõ trôc b¸nh ®Õn t©m quay gäi lµ cù li t©m quay [1]. Nh− vËy khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng cong b¸n kÝnh R víi vËn tèc V c¶ ®Çu m¸y sÏ quay quanh t©m ®−êng cong víi vËn tèc: V [s −1 ] ω1 = (1) R cßn trôc b¸nh còng quay quanh t©m quay víi vËn tèc vßng nh− thÕ (h×nh 1). ω1 Ω V 2S X ω1 H×nh 1. ChuyÓn ®éng cña ®Çu m¸y trªn ®−êng cong
2. Søc c¶n ®−êng cong Søc c¶n phô khi ®Çu m¸y ch¹y trªn ®−êng cong gäi t¾t lµ søc c¶n ®−êng cong phô thuéc nhiÒu yÕu tè vµ nã th−êng ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm phô thuéc b¸n kÝnh ®−êng cong, khæ ®−êng còng nh− c¸c th«ng sè cña ®Çu m¸y toa xe [3], vÝ dô − ë Liªn x« cò còng nh− ë n−íc ta th−êng dïng c«ng thøc: 700 WR = (2) [kg / t ] R − ë Ba lan dïng c«ng thøc: 2S WR = 500 (3) [kg / t ] R (§−êng 1435 mm) − ë §øc dïng c«ng thøc: 232,2 + 103,4 L WR = (4) [kg / t ] R Trong ®ã: R lµ b¸n kÝnh ®−êng cong. 2S lµ giang c¸ch ngang gi÷a 2 vßng l¨n mét trôc b¸nh. L lµ cù li gi÷a 2 cèi chuyÓn h−íng. C¸c th«ng sè trªn ®Òu tÝnh b»ng mÐt. Mét trong nh÷ng nguyªn nh©n chñ yÕu g©y nªn søc c¶n ®−êng cong ®ã lµ sù tr−ît cña b¸nh xe ®Çu m¸y khi ch¹y trªn ®−êng cong. Së dÜ cã sù tr−ît nµy lµ do hai b¸nh xe trªn cïng mét trôc cña ®Çu m¸y cã sè vßng quay gièng nhau nh−ng qu·ng ®−êng cong ë ray ngoµi vµ ray trong l¹i kh«ng b»ng nhau. MÆc dÇu mÆt l¨n b¸nh xe ®· ®−îc lµm thµnh h×nh c«n ®Ó gi¶m bít sù tr−ît nµy nh−ng còng kh«ng lo¹i trõ hÕt ®−îc v× b¸nh xe ®Çu m¸y ph¶i ®i qua nh÷ng ®−êng cong cã b¸n kÝnh kh¸c nhau nªn sù chªnh lÖch ®é dµi gi÷a ray ngoµi vµ ray trong còng kh¸c nhau lµ kh«ng tr¸nh khái. X II. M« h×nh c¬ häc ®¬n gi¶n ®Ó nghiªn cøu møc ph¸t huy H×nh 2: M« h×nh mét b¸nh ω2 O xe chuyÓn ®éng Ω o søc kÐo cña mét b¸nh xe trªn ®−êng cong trªn ®−êng cong A §Çu tiªn chóng ta dïng m« h×nh mét b¸nh xe (h×nh 2a) ®Ó nghiªn cøu sù ω1 Φ chuyÓn ®éng trªn ®−êng cong cña cña Ω VX A A o b¸nh xe khi cã ph¸t huy søc kÐo víi c¸c H= - FK gi¶ thiÕt: VY V − MÆt l¨n b¸nh xe lµ h×nh trô trßn, (a) (b)
c¶ mÆt l¨n b¸nh xe vµ ray ®Òu tuyÖt ®èi cøng, ma s¸t l¨n cña b¸nh xe trªn mÆt ®−êng ray lµ rÊt nhá cã thÓ bá qua. − Gi÷a lîi b¸nh xe vµ ®−êng ray kh«ng cã ma s¸t. ChØ cã ma s¸t tr−ît sinh ra gi÷a mÆt l¨n b¸nh xe vµ mÆt ®−êng ray do chuyÓn ®éng quay cña trôc b¸nh quanh t©m quay Ω g©y nªn. NÕu mét b¸nh xe cã b¸n kÝnh r, chuyÓn ®éng víi vËn tèc V trªn ®−êng cong b¸n kÝnh R, vÞ trÝ cña b¸nh xe c¸ch t©m quay Ω mét kho¶ng b»ng X, søc kÐo b¸nh xe ph¸t huy ®−îc lµ FK, th× c¸c lùc t¸c dông vµ c¸c vÐc t¬ vËn tèc t¹i ®iÓm tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe vµ ray ®−îc thÓ hiÖn trªn (h×nh 2b) trong ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc: − Thµnh phÇn vËn tèc ngang: VY = X ω 1 (5) − Lùc ma s¸t Φ cã h−íng ng−îc víi vËn tèc V vµ ph©n lùc däc H cña nã c©n b»ng víi søc kÐo FK L−u ý r»ng trÞ sè lín nhÊt cña søc kÐo cã thÓ ®¹t ®−îc trªn ®−êng th¼ng lµ : = μ.Q max (6) FK th× tØ sè gi÷a phÇn søc kÐo cã thÓ ph¸t huy ®−îc trªn ®−êng cong so víi søc kÐo lín nhÊt ph¸t huy ®−îc trªn ®−êng th¼ng ®−îc gäi lµ møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh xe lµ FK VX KF = = (7) μQ VY + VX 2 2 Gäi hÖ sè tr−ît däc lµ : VX γ= (8) V th×: VX = V.γ = R . ω1.γ (9) Thay vµo (7) ta tÝnh ®−îc møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh xe: γR FK VX 1 (10) KF = = = = BX μQ + ( γR) + X 2 2 2 2 2 ⎛X⎞ VY VX 1+ ⎜ ⎜ γR ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ Nh− vËy trªn ®−êng cong møc ph¸t huy søc kÐo phô thuéc vµo vÞ trÝ trôc b¸nh so víi t©m quay (cù li t©m quay X), b¸n kÝnh ®−êng cong R vµ hÖ sè tr−ît γ. iii. Sù gi¶m søc kÐo cña mét trôc b¸nh khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng cong Nghiªn cøu sù ph¸t huy søc kÐo cña 2 b¸nh xe trªn mét trôc b¸nh ë ®−êng cong chóng ta thÊy bëi v× 2 b¸nh xe cã cïng sè vßng quay nªn vËn tèc VX lµ nh− nhau. Tuy vËy do sù tr−ît ë mçi b¸nh mét kh¸c nªn søc kÐo ph¸t huy ®−îc trªn mçi b¸nh còng kh¸c nhau. Ta x©y dùng biÓu ®å c¸c vÐc t¬ vËn tèc b»ng c¸ch vÏ s¬ ®å trôc b¸nh víi cù li t©m quay X
1m vµ giang c¸ch ngang 2S theo mét tØ lÖ [ ] nh− h×nh 3a, sau ®ã quay c¶ h×nh nµy ®i mét gãc mm 90o theo chiÒu cña ω1 ®Ó cho ph−¬ng cña c¸c b¸n kÝnh quay ΩA, ΩB trïng víi ph−¬ng cña c¸c vËn tèc VA vµ VB vµ biÕn s¬ ®å nµy thµnh ®å thÞ c¸c vÐc t¬ vËn tèc (h×nh 3b) trong ®ã ΩA vµ ΩB sÏ lµ nh÷ng vÐc t¬ biÓu diÔn vËn tèc VA vµ VB cña b¸nh ngoµi vµ b¸nh trong . ΦA A ΦB 2S ω1 Ω VA Ω VX O 2S HB B VB X VB VA a) b) X B A a S H×nh 3: a. ChuyÓn ®éng cña trôc b¸nh xe trªn ®−êng cong b. BiÓu ®å vËn tèc t¹i c¸c ®iÓm tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe vμ ray Nh− vËy tØ lÖ biÓu diÔn c¸c vËn tèc trªn ®å thÞ nµy sÏ lµ: 1 m KV = [ ] mω 1 m / s §Ó céng thªm vËn tèc VX ta lÊy gèc O cña ®å thÞ ë phÝa bªn ph¶i ®iÓm Ω vµ c¸ch Ω mét ®o¹n b»ng VX. Chó ý ®Õn c¸c c«ng thøc (9) vµ (1) ta x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu dµi kho¶ng c¸ch ΩO = a biÓu diÔn VX : γR 1 a = K V .VX = γV = (11) [mm] mϖ1 m §iÒu nµy cã nghÜa lµ a biÓu diÔn mét kho¶ng c¸ch cã trÞ sè thùc lµ γ. R [m]. NÕu trªn gãc phÇn t− thø nhÊt cña ®å thÞ chóng ta vÏ mét cung trßn b¸n kÝnh b»ng Φ = μ .Q th× giao ®iÓm cña c¸c ®−êng kÐo dµi vÐc t¬ vËn tèc OA, OB víi cung trßn nµy sÏ x¸c ®Þnh c¸c lùc ma s¸t ΦA vµ ΦB cña b¸nh ngoµi vµ b¸nh trong mµ h×nh chiÕu trªn trôc ngang HA vµ HB cña chóng cã ®é lín c©n b»ng víi søc kÐo ph¸t huy ë c¸c b¸nh nµy. B Tõ H×nh 3b ta tÝnh ®−îc møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh ngoµi lµ: A γR − S FK H KF = = A = cos α A = A (12) μQ Φ ( γR − S) 2 + X 2
Cßn møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh trong lµ : γR + S B FK H KF = = B = cos αB = B (13) μQ Φ ( γR + S)2 + X 2 Møc ph¸t huy søc kÐo cña trôc b¸nh lµ: ( ) = K F + K F = (cos α A + cos α B ) FK 1A 1 KF = T B 2μQ 2 2 ⎛ ⎞ γR + S γR − S 1⎜ ⎟ + = (14) 2⎜ 2⎟ (γR − S)2 + X2 (γR + S) + X ⎟ ⎜ 2 ⎝ ⎠ Tõ c«ng thøc (14) chóng ta thÊy mét sè tr−êng hîp ®Æc biÖt sau ®©y: • NÕu tÝch (γ R ) = S th× sè h¹ng thø nhÊt trong c«ng thøc (14) b»ng kh«ng cã nghÜa lµ b¸nh ngoµi kh«ng ph¸t huy søc kÐo. Møc ph¸t huy søc kÐo cña c¶ trôc b¸nh chØ lµ: B 1 B 1 FK 1 S KF = KF = = cos α B = (15) 2 μQ 2 2 (2S) 2 + X 2 • Khi X = 0 cã nghÜa lµ vÞ trÝ trôc b¸nh trïng víi t©m quay Ω ta chia ra 3 tr−êng hîp nhá: - NÕu X = 0 mµ (γR ) > S theo c«ng thøc (14) ta cã: FK KF = =1 (16) 2μ Q cã nghÜa lµ trôc ph¸t huy ®−îc 100% søc kÐo, trong tr−êng hîp nµy søc kÐo mµ trôc ph¸t huy ®−îc trªn ®−êng cong kh«ng bÞ gi¶m so víi trªn ®−êng th¼ng. - NÕu X = 0 mµ (γR ) < S theo c«ng thøc (14) ta thÊy sè h¹ng thø nhÊt dÇn ®Õn +1 cßn sè h¹ng thø 2 l¹i dÇn ®Õn -1. VËy trong tr−êng hîp nµy møc ph¸t huy søc kÐo cña trôc b»ng kh«ng FK KF = =0 T (17) 2μQ - NÕu X gÇn b»ng kh«ng (X = 0 ± ξ ) vµ (γR ) = S thay vµo c«ng thøc (15) ta ®−îc: FK 1 KF = = T (18) 2μQ 2 cã nghÜa lµ trong tr−êng hîp nµy søc kÐo bÞ gi¶m ®i mét nöa so víi trªn ®−êng th¼ng. iV. Møc ph¸t huy søc kÐo cña c¶ ®Çu m¸y trªn ®−êng cong Khi ch¹y trªn ®−êng cong, c¸c trôc cña ®Çu m¸y cã vÞ trÝ kh¸c nhau nªn møc ph¸t huy søc kÐo còng kh¸c nhau. Møc ph¸t huy søc kÐo cña c¶ ®Çu m¸y ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
1 ∑ KF K DM = Ti (19) F n Trong ®ã: n lµ sè trôc chñ ®éng cña ®Çu m¸y. K F i lµ møc ph¸t huy søc kÐo cña trôc thø i tÝnh theo c«ng thøc (14). T V. KÕt luËn Tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ë trªn ta cã thÓ rót ra mét sè kÕt luËn: • Khi ®Çu m¸y chuyÓn ®éng trªn ®−êng cong do chuyÓn ®éng quay quanh t©m quay g©y nªn ma s¸t tr−ît gi÷a mÆt l¨n b¸nh xe vµ ®−êng ray lµm cho møc ®é ph¸t huy søc kÐo cña c¸c trôc chñ ®éng suy gi¶m so víi trªn ®−êng th¼ng. Møc ph¸t huy søc kÐo nµy phô thuéc vµo b¸n kÝnh ®−êng cong, cù ly t©m quay, hÖ sè tr−ît vµ khæ ®−êng. • Khi b¸n kÝnh ®−êng cong cµng lín th× møc ph¸t huy søc kÐo cµng lín, hay nãi c¸ch kh¸c søc c¶n do ®−êng cong cµng nhá. §iÒu nµy phï hîp víi c¸c c«ng thøc tÝnh søc c¶n ®−êng cong ®−a ra tõ thùc nghiÖm [3]: Xem c¸c c«ng thøc (2), (3), (4). • Trªn cïng mét ®Çu m¸y mÆc dï t¶i träng trôc ®−îc ph©n phèi b»ng nhau nh−ng trªn ®−êng cong tuú theo vÞ trÝ cña c¸c trôc chñ ®éng ®èi víi t©m quay mµ møc ®é ph¸t huy søc kÐo cña c¸c trôc còng kh¸c nhau. Nh÷ng trôc ë gÇn t©m quay møc ph¸t huy søc kÐo sÏ lín h¬n nh÷ng trôc ë xa t©m quay. Nh÷ng trôc cã vÞ trÝ trïng víi t©m quay th× møc ph¸t huy søc kÐo thay ®æi ®ét biÕn tuú theo sù tr−ît cña b¸nh xe so víi ®−êng ray cã thÓ lµ 0%, 50% hay 100% søc kÐo trªn ®−êng th¼ng. • Trªn cïng mét trôc møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh ngoµi vµ b¸nh trong còng kh¸c nhau. Th−êng møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh trong bao giê còng cao h¬n b¸nh ngoµi. Tuú theo vËn tèc tr−ît mµ møc ph¸t huy søc kÐo cña b¸nh ngoµi cã thÓ gi¶m ®Õn b»ng kh«ng thËm chÝ trë thµnh søc c¶n. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. V.N Ivanov - Konstruksia i Dinamika tjeplovozov. Matxc¬va, 1978. [2]. NguyÔn Hång Qu¶ng. ¶nh h−ëng cña ®−êng cong ®Õn sù ph¸t huy søc kÐo (LuËn v¨n Th¹c sü Khoa häc). Hµnéi, 1998. [3]. NguyÔn V¨n Chuyªn. Søc kÐo §oµn tÇu. Hµnéi, 2001 [4]. NguyÔn H÷u Dòng. §éng lùc häc §Çu m¸y Diesel. Hµ néi, 2001♦