Báo cáo khoa học: "tính toán tốc độ cho phép trong đ-ờng cong của toa xe mới đ-ợc chế tạo tại vùng mỏ quảng ninh"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo, tác giả đ-a ra cách tính bài toán chống trật bánh toa xe trong đ-ờng cong, từ cơ sở tính toán đó, viết ch-ơng trình phần mềm tính toán tốc độ cho phép của toa xe khi thông qua đ-ờng cong. Nội dung bài báo này, tác giả trình bày cụ thể cho toa xe hàng mới đ-ợc chế tạo tại vùng mỏ Quảng Ninh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "tính toán tốc độ cho phép trong đ-ờng cong của toa xe mới đ-ợc chế tạo tại vùng mỏ quảng ninh"

tÝnh to¸n tèc ®é cho phÐp trong ®−êng cong cña toa xe míi ®−îc chÕ t¹o t¹i vïng má qu¶ng ninh TS. nguyÔn v¨n chuyªn KS. Mai V¨n th¾m Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe - §H GTVT Tãm t¾t: Trong bμi b¸o, t¸c gi¶ ®−a ra c¸ch tÝnh bμi to¸n chèng trËt b¸nh toa xe trong ®−êng cong, tõ c¬ së tÝnh to¸n ®ã, viÕt ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh to¸n tèc ®é cho phÐp cña toa xe khi th«ng qua ®−êng cong. Néi dung bμi b¸o nμy, t¸c gi¶ tr×nh bμy cô thÓ cho toa xe hμng míi ®−îc chÕ t¹o t¹i vïng má Qu¶ng Ninh. Summary: In this article, the author introduces a method of calculating wagon derailment in bends to write the software program for calculation of probable speed of wagons when going in bends. A detailed calculation for newly built wagons in Quang Ninh deposit is enclosed. I. §Æt vÊn ®Ò Vïng má Qu¶ng Ninh ®ang thiÕu rÊt nhiÒu toa xe chë than. Tõ ®Çu n¨m xÝ nghiÖp tuyÓn than Cöa ¤ng ®· hîp ®ång víi trung t©m Nghiªn cøu §−êng s¾t thiÕt kÕ lo¹i toa xe nµy. §Õn nay t¹i vïng má ®· chÕ t¹o ®−îc 20 toa xe, ký hiÖu lµ RV.... VÊn ®Ò thiÕt lËp c¸c quy tr×nh quy ph¹m cho toa xe ®· lµ ®iÒu b¾t buéc, nhÊt lµ viÖc tÝnh tèc ®é cho phÐp cho toa xe trong ®−êng cong cã quan hÖ lín ®Õn an toµn vËn hµnh, v× t¹i vïng má tuyÕn ®−êng s¾t rÊt phøc t¹p, ®−êng dèc vµ ®−êng cong lÉn lén. §Ó tÝnh to¸n tèc ®é cho phÐp cña toa xe t¸c gi¶ chØ ®i vµo mét phÇn nhá lµ nghiªn cøu bµi to¸n chèng trËt b¸nh toa xe trong ®−êng cong. II. Thμnh lËp bμi to¸n chèng trËt b¸nh cña toa xe TrËt b¸nh do gê b¸nh xe tr−ît trªn ray ph¸t sinh tõ lùc ngang Y Ðp gê b¸nh xe vµo m¸ ray, khi lùc ma s¸t cña gê b¸nh xe vµo ray t¨ng lªn cao, lµm cho b¸nh xe n©ng dÇn lªn khái mÆt ray, gê b¸nh xe sÏ leo lªn chç mÐp c¹nh ray l−în cong trªn ®Çu nÊm ray, lóc ®ã lùc th¼ng ®øng cña b¸nh xe xuèng ray P1 kh«ng th¾ng næi lùc ma s¸t ngang nªn kh«ng thÓ Ðp b¸nh xe xuèng ¸p s¸t ray ®−îc n÷a. Theo [1] ta cã s¬ ®å trªn hinh1. Do mÆt l¨n cña b¸nh ngoµi ®· rêi khái ray nªn chØ cßn mÆt l¨n cña b¸nh trong cã lùc ma s¸t víi mÆt ®−êng. Ta thÊy khi tû sè cña lùc ngang Y víi lùc th¼ng ®øng P1 cµng lín th× kh¶ n¨ng trËt b¸nh cµng nhiÒu. VËy ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n chèng trËt b¸nh ta ®i tÝnh to¸n trÞ sè cña lùc ngang Y vµ lùc th¼ng ®øng P1.
Ph−¬ng tr−ît Pcb N Pcb Pcb Y A Fms Lîi b¸nh Qb QL Y NÊm ray β P2 P1 H×nh 1. S¬ ®å nghiªn cøu hiÖn t−îng trËt b¸nh do lùc dÉn h−íng: Y - lùc dÉn h−íng; Pcb - lùc th¼ng ®øng ®Æt lªn mét b¸nh xe kÓ c¶ t¶i; P1, P2 - ph¶n lùc cña ray t¸c dông lªn b¸nh xe ngoμi vμ trong. II.1. TÝnh lùc ngang Y XÐt mét gi¸ chuyÓn h−íng ch¹y trªn ®−êng cong. XÐt c¸c lùc t¸c dông lªn mét toa xe gåm hai gi¸ chuyÓn h−íng, mçi gi¸ bao gåm hai trôc. Ta ký hiÖu lùc th¼ng ®øng ®Ì lªn mét b¸nh xe kÓ c¶ hµng vµ b× (t¶i träng nguyªn c¶ b×) Pcb, nh− vËy t¶i träng cña c¶ toa xe lµ 8Pcb vµ t¶i träng trªn mét trôc xe lµ 2Pcb. C¸c lùc t¸c dông vµo toa xe bao gåm: lùc ly t©m, lùc siªu cao, lùc giã. Sau ®©y ta ®i tÝnh c¸c lùc ®ã riªng cho thïng xe vµ gi¸ chuyÓn h−íng: - Lùc ly t©m t¸c dông vµo thïng xe vµ ®Æt ë träng t©m thïng xe: Pt .V 2 I1 = , KG (1) g.R.3,6 2 - Lùc siªu cao cña thïng xe: hp Ht = Pt. , KG (2) S1 - ¸p lùc giã t¸c dông lªn thïng xe vµ ®Æt ë träng t©m h×nh häc diÖn tÝch høng giã cña thïng xe. Wt = Ft.w , KG (3) T−¬ng tù ë gi¸ chuyÓn h−íng cã lùc ly t©m Ig, lùc siªu cao Hg, lùc giã Wg t¸c dông vµo. VËy ta cã lùc tæng hîp cña c¸c lùc ngang song song víi mÆt ®−êng truyÒn lªn mét gi¸ chuyÓn h−íng lµ Hthg ®−îc tÝnh b»ng c«ng thøc: I t + Wt − H t Hthg = + Ig + Wg - Hg , KG (4) 2 Khi toa xe ch¹y trªn ®−êng cong sÏ cã hai chuyÓn ®éng: chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo trôc cña toa xe vµ chuyÓn ®éng quay xung quanh mét ®iÓm gäi lµ t©m quay, t©m quay nµy n»m trªn trôc däc cña gi¸ chuyÓn h−íng.
VÞ trÝ t©m quay phô thuéc vµo cù ly gi÷a hai trôc trong mét gi¸ chuyÓn h−íng, b¸n kÝnh ®−êng cong, tèc ®é toa xe vµ ®é siªu cao. Theo [1] ta cã c¸c lùc ngang t¸c dông lªn gi¸ chuyÓn h−íng khi vµo ®−êng cong nh− h×nh 2: Y Fms1 Fms2 Hthg α2 α1 S1 Fms1 Fms2 lg X1 X2 2l H×nh 2. S¬ ®å lùc ngang t¸c dông lªn gi¸ chuyÓn h−íng khi vμo ®−êng cong. Trong h×nh 2: X1 - vÞ trÝ t©m quay cña b¸nh dÉn; Fms1, Fms2 - lùc ma s¸t gi÷a b¸nh xe vµ ray do gi¸ chuyÓn h−íng quay quanh t©m quay khi gi¸ chuyÓn h−íng chuyÓn ®éng trªn ®−êng cong, c¸c lùc nµy h−íng th¼ng gãc víi ®−êng b¸n kÝnh quay. Lùc ma s¸t ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: Fms1 = Fms2 = Pcb.μms , KG (5) §Ó t×m vÞ trÝ t©m quay X1 vµ lùc dÉn h−íng Y theo [2], ta dïng ph−¬ng ph¸p céng t¸c dông cña c¸c lùc (ph−¬ng ph¸p céng lùc), ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc tr×nh bµy nh− sau: II.1.1. Lùc dÉn h−íng do lùc ngang g©y ra Gi¶ sö chØ cã c¸c lùc ngang t¸c dông lªn khung gi¸ chuyÓn h−íng, nã sÏ g©y ra c¸c lùc dÉn h−íng: - ë b¸nh 1: H thg .l g H thg YD1 = = (6) 2l g 2 - ë b¸nh 2: H thg .l g H thg YD2 = - =- (7) 2l g 2 H×nh 3. S¬ ®å lùc dÉn h−íng do lùc ngang g©y ra.
II.1.2. Lùc dÉn h−íng do lùc ma s¸t g©y ra Yms1 F ms1 Yms1, Yms2 - lùc dÉn h−íng sinh ra do lùc ma s¸t. d1 d2 Fms2 Hthg VËy ta cã lùc dÉn h−íng tæng hîp g©y ra ë α2 α1 A B S1 hai trôc b¸nh nay lµ: Fms1 Y1 = YD1 + Yms1 Y2 = YD2 + Yms2 Fms2 Y s2 lg m X1 X2 2l g II.2. TÝnh ph¶n lùc P1 H×nh 4. S¬ ®å lùc dÉn h−íng do lùc ma s¸t g©y ra. §Ó tÝnh ph¶n lùc cña ray lªn b¸nh xe P1 ta xÐt sù ph©n bè l¹i ¸p lùc th¼ng ®øng trªn cæ trôc vµ ¸p lùc t−¬ng øng trªn ray d−íi ¶nh h−ëng cña lùc ngang. Tr−íc tiªn, ta tÝnh sù ph©n bè l¹i t¶i träng th¼ng ®øng ë cæ trôc do ¶nh h−ëng c¸c lùc ngang It, Ht vµ Wt, tøc lµ t×m c¸c lùc P1' vµ P2', Wt 4 sau ®ã x¸c ®Þnh lùc P1 vµ P2 sau khi xÐt tíi ¶nh It Ht 4 4 h−ëng dao ®éng cña bé phËn trªn lß xo. b1' - cù ly tõ ®iÓm gi÷a cæ trôc ë phÝa b¸nh N xe tiÕp xóc ®Õn tim ray. b2' - cù ly tõ gi÷a cæ trôc 4 ë phÝa ®Çu trôc bªn kia ®Õn tim ray tiÕp xóc. h gio R - b¸n kÝnh b¸nh xe. r - b¸n kÝnh cæ trôc. h tx h'tx - chiÒu cao tõ träng t©m thïng xe ®Õn mÆt A B nÊm ray. h'gio - chiÒu cao t©m ¸p lùc giã trªn thïng xe: P2 R+r P1 b2 b1 ⎛ h gio ⎞ h'gio = ⎜ 2R + ⎟ α ⎜ 2⎟ hp ⎝ ⎠ S1 Ta lÊy m«men c¸c lùc ®èi víi ®iÓm B, ta ®−îc: H×nh 5. Lùc t¸c dông trªn toa xe vμ truyÒn xuèng mét ®«i b¸nh. W (h' gio −R − r ) (I t − H t ) (h' tx −R − r ) + t. P1' = Pcb + (8) . (b'1 + b' 2 ) 4 (b'1 + b' 2 ) 4 LÊy m«men c¸c lùc ®èi víi ®iÓm A, ta ®−îc: W (h' gio −R − r ) (I t − H t ) (h' tx −R − r ) − t. P1' = Pcb - (9) . (b'1 + b' 2 ) 4 (b'1 + b' 2 ) 4 Ta viÕt ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c lùc th¼ng ®øng, ta sÏ cã: P'1 + P'2 = 2Pcb
Ta cÇn tÝnh tíi sù t¨ng vµ gi¶m t¶i ë ray l−ng vµ ray bông trªn ®−êng cong do dao ®éng cña bé phËn trªn lß xo khi xe ch¹y. TrÞ sè t¨ng vµ gi¶m t¶i nµy biÓu thÞ b»ng hÖ sè ®éng lùc lß xo K®, hÖ sè nµy ®−îc tÝnh b»ng c«ng thøc sau: Plx Kd = (10) Pcb − q Plx - lùc phô th¼ng ®øng do dao ®éng lß xo [KG]; Pcb - t¶i träng tÜnh kÓ c¶ t¶i ®Æt lªn mét b¸nh xe [KG]; q - träng l−îng cña bé phËn d−íi lß xo ë mét b¸nh xe [KG]. Khi tÝnh to¸n ng−êi ta ®Ò nghÞ coi lùc P1 gi¶m t¶i víi trÞ sè K® ®Çy ®ñ, cßn lùc P2 th× gi÷ nguyªn, bëi v× khi toa xe l¾c ngang P2 t¨ng lªn chót Ýt vµ khi toa xe gËt gï, giËt tr−íc sau th× nã l¹i gi¶m ®i. VËy ta cã: i=0 P1 = P1' - (Pcb - q).K® Vßng lÆp theo V P2 = P2' i=i+1 Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc c¸c V = V(i) lùc Y1, P1 vµ theo [2] th× ta sÏ x¸c TÝnh Y (V) ®Þnh ®−îc hÖ sè æn ®Þnh trËt b¸nh n=0 cã xÐt tíi sù t¨ng vµ gi¶m t¶i lµ: X = lt/2 Y1 Vßng lÆp theo X nlx = (11) P1 n = n+1 X = Xmax VËy víi: TÝnh Yms P = Y2 Y= ΣYi ° nlx < 1,03 th× toa xe ®¶m b¶o æn ®Þnh trËt b¸nh; n=1? ° nlx = 1,03 th× toa xe ë tr¹ng th¸i giíi h¹n; n=2? ° nlx > 1,03 th× toa xe mÊt æn Q = Y2 ®Þnh trËt b¸nh. PxQ
sè æn ®Þnh chèng trËt b¸nh toa xe vµ t−¬ng øng víi hÖ sè æn ®Þnh ®ã ta sÏ cã tèc ®é g©y mÊt æn ®Þnh cña toa xe øng víi b¸n kÝnh ®−êng cong t−¬ng øng. C¸c th«ng sè kü thuËt toa xe míi chÕ t¹o ë Qu¶ng Ninh cho ë b¶ng 1. B¶ng 1 TT C¸c tham sè Ký hiÖu Gi¸ trÞ 19,622 m2 1 DiÖn tÝch thïng xe FT 2 Träng l−îng thïng xe PT 37800 KG 7,53 m2 3 DiÖn tÝch høng giã cña gi¸ chuyÓn h−íng Fg 4 Träng l−îng mét gi¸ chuyÓn h−íng Pg 3000 KG 5 T¶i träng tÜnh ®Æt lªn mét b¸nh xe Pcb 5475 KG 6 Träng l−îng bé phËn d−íi lx ë 1 b¸nh xe q 687,5 KG 7 Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 mÆt l¨n b¸nh xe S1 1054 mm 8 Kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m cèi L 3,67 m 9 Kho¶ng c¸ch gi÷a hai trôc trong mét GCH Lt 1,65 m 10 §−êng kÝnh b¸nh xe 2.RK 750 mm 11 §é siªu cao hP 80,85 mm 12 ChiÒu cao ®Æt lùc giã hgio 2,17 m 13 ChiÒu cao träng t©m toa xe htx 1,854 m 14 Cù ly tõ gi÷a cæ trôc b¸nh xe ®Õn tim ray b1p 223,5 mm 15 Cù ly ë phÝa ®Çu trôc bªn kia ®Õn tim ray b2p 1277,5 mm 16 Cù ly tõ gi÷a cæ trôc ®Õn mÐp ray trong b1 259,5 mm 17 Cù ly phÝa ®Çu trôc bªn kia ®Õn mÐp ray trong b2 1241,5 mm 18 B¸n kÝnh cæ trôc r 60 mm 19 Tæng ®é cøng lß xo thÐp ë mét GCH CLX 814,98 KG/mm V. KÕt luËn Tõ c¸c th«ng sè kü thuËt trªn ta nhËp vµo ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm, cïng víi c¸c b¸n kÝnh cong ta sÏ cã c¸c tèc ®é mÊt æn ®Þnh nh− b¶ng 2. V.1. Sù mÊt æn ®Þnh cña toa xe ®· thiÕt kÕ phô thuéc vµo tèc ®é ch¹y vµ b¸n kÝnh ®−êng cong nh− b¶ng 2. B¶ng 2
Khi ®i vµo ®−êng cong víi b¸n kÝnh cong Tèc ®é mÊt æn ®Þnh V [km/h] R [m] 75 30 80 30 95 32 100 32 125 34 150 38 175 40 200 42 300 44 400 46 V.2. ë c¸c b¸n kÝnh cong nhá d−íi 200 m, viÖc khèng chÕ tèc ®é lµ rÊt cÇn thiÕt, nÕu tÇu ch¹y qu¸ tèc ®é tÝnh to¸n trªn sÏ rÊt dÔ g©y mÊt æn ®Þnh trËt b¸nh. HiÖn nay c¸c toa xe, ®Çu m¸y t¹i Vïng má thiÕu rÊt nhiÒu ®iÒu kiÖn an toµn, nh− trang thiÕt bÞ h·m, hÖ thèng x¶ c¸t. V× vËy ë c¸c b¸n kÝnh cong nhá ®Æc biÖt ph¶i ®−îc khèng chÕ tèc ®é vµ ph¶i cã hÖ thèng x¶ c¸t chèng tr−ît. §©y còng lµ mét vÊn ®Ò quan träng mµ l·nh ®¹o xÝ nghiÖp quan t©m vµ ®ang t×m c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt kh¾c phôc. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. I. VIVANOB. KÕt cÊu tÝnh to¸n vµ ®éng lùc häc ®Çu m¸y. (TiÕng Nga), MOSKVA, 1968. [2]. I. V. VECSINSKI. §éng lùc häc toa xe. (TiÕng Nga), MOSKVA, 1972 ♦