Công trình đường sắt tập 1 part 2

Chia sẻ: Dasjhd Akdjka | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

367
lượt xem 98
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'công trình đường sắt tập 1 part 2', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Công trình đường sắt tập 1 part 2

V M1 F ms= K ϕ K Kϕ K K b Kϕ K R = Kϕ K A b2 b1 M2 Hình 1-7. Hình thành l c hãm tàu b D i hai l c v tâm tr c + L c Fms = K.ϕk và mômen M1 tác d ng vào vành bánh xe. + L c R = K.ϕk và mômen M2 tác d ng vào khung xe thông qua b ph n hãm. + Mômen M2 b tri t tiêu b i các l c th ng góc gi a bánh và ray, ch còn M1 tác d ng vào vành bánh xe. + Thay M1 b ng ng u l c b b1 v i cánh tay ñòn D/2 trong ñó b = K.ϕk là l c hãm, b1 = K.ϕk là l c tác d ng t bánh vào ray, t i ñi m A có b2 = K.ϕk là ph n l c tác d ng t ray vào bánh xe theo chi u ngư c l i. Như v y nguyên nhân gây ra l c hãm b chính là l c ma sát Fms = K.ϕk và t t nhiên s xu t hiên l c hãm không th thi u s t n t i c a s c bám gi a bánh xe và ray Fψ = Ph.ψ ñ ñ m b o cho bánh xe lăn t t và d ng l i. 2. H n ch l c hãm theo ñi u ki n bám. Khi tăng l c ép K tác d ng vào m t tr c thì b = K.ϕk tăng nhưng b ≤ Fψ = Ph.ψ (1) Trong ñó Ph - t i tr ng tính cho m t tr c ñư c hãm ψ - h s bám lăn gi a bánh xe và ray Vì n u b > Fψ thì s c bám m t, bánh xe ng ng quay, má phanh bó ch t kéo bánh xe l t trên ray làm bánh xe mòn v t. Hi n tư ng như th g i là bó hãm và c n tránh nó trong v n d ng ñ u máy toa xe. ψ Như v y K ≤ Ph = δPh (2) ϕk ψ δ= - hi u su t hãm ϕk ñ u máy δ = 0,5 ÷ 0,6 23
toa hàng δ = 0,6 ÷ 0,65 toa khách δ = 0,7 ÷ 0,9 3. H s ma sát gi a gu c hãm và vành bánh xe ϕk. H s ma sát ϕk ch y u ph thu c vào v n t c ch y tàu (km/h), vào l c nén c a gu c hãm K (KN), vào các y u t khác như th i gian kéo dài quá trình hãm, ñ c ng c a gu c hãm, tr ng thái m t lăn... H s ma sát ϕk ñư c xác ñ nh b i các công th c th c nghi m. + V i má phanh gang 16.k + 1000 V + 100 ϕk = 0,6 . (3) 80.k + 1000 5V + 100 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t pho 16.k + 1000 V + 100 ϕk = 0,5 . (4) 52.k + 1000 5V + 100 + V i má phanh kim lo i h n h p k + 200 V + 150 ϕk = 0,44 . (5) 4.k + 200 2V + 150 Trong ñó k - l c nén má phanh ñơn v K k= v i má phanh kép (hãm hai phía) 4 K k= v i má phanh ñơn (hãm m t phía) 2 4. Tính l c hãm c a ñoàn tàu do tác d ng c a gu c hãm sinh ra. L c hãm toàn ph n tác d ng vào ñoàn tàu b ng t ng c a tích các l c ép má phanh v i các h s ma sát B = 1000 ∑ Kϕk (N) (6) Trong ñó K - l c ép má phanh lên m t tr c (KN). L c hãm ñơn v tác d ng lên ñoàn tàu ∑ Kϕ k = 1000δ.ϕk (N/KN) B = 1000 b= (7) ( P + Q) g ( P + Q) g ΣK δ= - hi u su t hãm c a các gu c hãm ñoàn tàu. ( P + Q) g N u ñoàn tàu có các toa xe có cùng lo i gu c hãm ta dùng công th c (6), (7) ñ xác ñ nh l c hãm. 24
N u ñoàn tàu có nhi u lo i toa và trang b các lo i gu c hãm khác nhau thì ta tính cho t ng nhóm toa riêng bi t. ∑K ∑K ∑K ∑K 1 2 n δx1 2 = δxn d x x x = δñ ; = δx ; = ; ( P + Q) g ( P + Q) g ( P + Q) g ( P + Q) g N u h s ϕk khác nhau ta có: b = 1000(δñϕkñ + δx1ϕk1 + δx2ϕk2 +...+ δxnϕkn) (N/KN) (8) Như v y dùng công th c trên ñ tính l c hãm là ph c t p, ñ ñơn gi n phép tính y ngư i ta s d ng phương pháp d n xu t. 5. Tính l c hãm c a ñoàn tàu theo phương pháp d n xu t (phương pháp thu g n). H s th c t ϕk c a gu c hãm m i bánh xe ph thu c vào v n t c ch y tàu V và l c ép gu c hãm k. ð ñơn gi n phép tính ngư i ta lo i tr tham s k ra kh i ϕk b ng cách thay th h s ma sát th c t ϕk b ng h s ma sát tính toán ϕkt và l c ép c a gu c hãm th c t k ñư c thay th b ng l c ép tính toán kt. ð ñ m b o ñi u ki n l c hãm không b thay ñ i ta ph i có: B = 1000ΣKϕk = 1000ΣKtϕkt ϕk hay là Kϕk = Ktϕkt Kt = K (9) ϕ kt Như v y ñ xác ñ nh Kt c n bi t k, ϕk, ϕkt. Tr s ϕk ñư c xác ñ nh theo các công th c (3, 4, 5), còn ϕkt cũng ñư c xác ñ nh theo công th c này song v i ñi u ki n là kt = 27 (KN/tr c) ng v i tr s l c nén trung bình c a gu c hãm toa xe 4 tr c Liên Xô. + V i má phanh gang: 16k + 1000 V + 100 16.27 + 1000 V + 100 ϕkt = 0,6 . = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 80.27 + 1000 5V + 100 V + 100 = 0,27. 5V + 100 16k + 1000 V + 100 0,6 . ϕk 80k + 1000 5V + 100 = 2,22 16k + 1000 K (KN) Kt = K =K V + 100 ϕ kt 80k + 1000 0,27 5V + 100 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t pho: 16k + 1000 V + 100 16.27 + 1000 V + 100 ϕkt = 0,5 . . = 0,5 52k + 1000 5V + 100 52.27 + 1000 5V + 100 25
V + 100 = 0,30. 5V + 100 16k + 1000 V + 100 0,5 . ϕ 52k + 1000 5V + 100 = 1,67 16k + 1000 K (KN) Kt = K k = K V + 100 ϕ kt 52k + 1000 0,3 5V + 100 + V i má phanh kim lo i h n h p l y kt = 16 (KN/tr c) (toa Liên Xô): k + 200 V + 150 16 + 200 V + 150 ϕkt = 0,44 . = 0,44 . 4k + 200 2V + 150 4.16 + 200 2V + 150 V + 150 = 0,36. 2V + 150 k + 200 V + 150 0,44 . ϕ 4k + 200 2V + 150 = 1,22 k + 200 K (KN) Kt = K k = K V + 150 ϕ kt 4k + 200 0,36 2V + 100 nư c ta và m t s nư c trên th gi i (Trung Qu c) l y kt = 17,5 (KN/tr c) + V i má phanh gang: 16.17,5 + 1000 V + 100 16k + 1000 V + 100 ϕkt = 0,6 . . = 0,6 80k + 1000 5V + 100 80.17,5 + 1000 5V + 100 V + 100 = 0,32. 5V + 100 16k + 1000 V + 100 0,6 . ϕ 80k + 1000 5V + 100 = 1,88 16k + 1000 K (KN) Kt = K k = K V + 100 ϕ kt 80k + 1000 0,32 5V + 100 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t pho: 16k + 1000 V + 100 16.17,5 + 1000 V + 100 ϕkt = 0,5 . = 0,5 . 52k + 1000 5V + 100 52.17,5 + 1000 5V + 100 V + 100 = 0,34. 5V + 100 16k + 1000 V + 100 0,5 . ϕ 52k + 1000 5V + 100 = 1,47 16k + 1000 K (KN) Kt = K k = K V + 100 ϕ kt 52k + 1000 0,34 5V + 100 + V i má phanh kim lo i h n h p l y. 26
17,5 + 200 V + 150 k + 200 V + 150 ϕkt = 0,44 . . = 0,44 4k + 200 2V + 150 4.17,5 + 200 2V + 150 V + 150 = 0,36. 2V + 150 k + 200 V + 150 0,44 . ϕ 4k + 200 2V + 150 = 1,22 k + 200 K (KN) Kt = K k = K V + 150 ϕ kt 4k + 200 0,36 2V + 100 Thông thư ng các tr s K,Kt ñư c ñưa ra trong quy trình tính s c kéo ñ u máy. Cu i cùng l c hãm ñơn v có d ng: ΣK t .ϕkt = 1000δtϕkt b = 1000 (N/KN)) (1-47) ( P + Q) g ΣK t Trong ñó δt = - hi u su t hãm tính toán, nó th hi n l c nén có tr ( P + Q) g s là bao nhiêu tác d ng vào m t ñơn v tr ng l c c a ñoàn tàu. ð xác ñ nh hi u su t hãm tính toán c a toa xe c n bi t: + S toa có hãm c a t ng nhóm toa trong t ng ñoàn tàu ni. + S tr c có hãm c a m i toa c a t ng nhóm toa trong ñoàn tàu mi. + L c nén tính toán trên m i tr c toa c a t ng nhóm toa Kt(i). + Kh i lư ng ñoàn toa xe Q. L c ép toàn ph n trên t t c các tr c có hãm c a ñoàn toa xe: ΣKt = Σni.mi.Kt(i) (KN) Hi u su t hãm tính toán c a toa xe: Σni mi K t (i ) ΣK tx δt = = (1-48) Qg Qg N u tính c hãm c a ñ u máy thì: ΣK tx + ΣK td δt = (1-49) ( P + Q) g Khi hãm tàu kh n c p s d ng 100% l c hãm l n nh t α = 1 Chú ý: ga s d ng 50% l c hãm l n nh t α = 0,5 Khi hãm tàu d ng Khi hãm tàu xu ng d c s d ng 20% l c hãm l n nh t α = 0,2 Ví d : M t ñoàn tàu có 3 lo i toa xe v i Q = 3000 t n g m: - 8 toa xe ch hàng 4 tr c hãm m t phía (phanh ñơn) có K1 = 65 KN/tr c - 15 toa xe r ng 4 tr c hãm m t phía (phanh ñơn) có K2 = 35 KN/tr c - 10 toa xe ch hàng 2 tr c hãm hai phía (phanh kép) có K3 = 65 KN/tr c 27
Hãy tính l c hãm ñơn v khi ñoàn tàu ch y v i v n t c 60 km/h, các toa xe dùng má phanh gang có kt = 17,5 KN/tr c. Gi i: a. Tính l c hãm theo phương pháp thông thư ng. Trư c h t tính: 16k + 1000 V + 100 ϕk = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t ta có: 65 K1 k1 = = = 32,5 KN 2 2 16.32,5 + 1000 60 + 100 ϕk1 = 0,6 = 0,101 . 80.32,5 + 1000 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th hai ta có: 35 K2 k2 = = = 17,5 KN 2 2 16.17,5 + 1000 60 + 100 ϕk2 = 0,6 . = 0,128 80.17,5 + 1000 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th ba ta có: 65 K3 k3 = = = 16,25 KN 4 4 16.16,25 + 1000 60 + 100 ϕk3 = 0,6 . = 0,131 80.16,25 + 1000 5.60 + 100 Như v y l c hãm toàn ph n c a c ñoàn tàu là: B = 1000(ΣnimiΣKiϕki) B = 1000(8.4.65.0,101 + 15.4.35.0,128 + 10.2.65.0,131) B = 650000 N 650000 B b= = = 22,09 (N/KN) 3000.9,81 Qg b. Tính theo phương pháp d n xu t (thu g n) Trư c h t tính: V + 100 60 + 100 ϕkt = 0,32. = 0,32. = 0,128 5V + 100 5.60 + 100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: ϕ k1 0,101 .K 1 = Kt1 = .65 = 51,29 KN ϕ kt 0,128 28
+ ð i v i nhóm toa xe th hai tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: ϕk2 0,128 .K 2 = .35 = 35 KN Kt2 = ϕ kt 0,128 + ð i v i nhóm toa xe th ba tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: ϕ k3 0,131 .K 3 = Kt3 = .65 = 66,52 KN ϕ kt 0,128 L c hãm toàn ph n c a ñoàn tàu là: B = 1000ϕkt(ΣnimiΣKi) B = 1000.0,128(8.4.51,29 + 15.4.35 + 10.2.66,52) = 650000 KN 650000 B b= = = 22,09 (N/KN) 3000.9,81 Qg K t lu n: T hai phương pháp khác h n nhau nh n ñư c k t qu như nhau song rõ ràng phương pháp thu g n ñơn gi n hơn. 1.3.3. Tính l c hãm hoàn nguyên (v i ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen truy n ñ ng ñi n). L c hãm hoàn nguyên x y ra khi tàu ch y ñóng máy xu ng d c. Lúc này m c dù ñã ng t ñi n ñ ng cơ ñi n kéo, nhưng bánh xe ti p t c quay và qua h th ng bánh răng làm quay tr c ñ ng cơ ñi n bi n nó thành máy phát ñi n tr l i m ng ñ ng th i t o ra mô men hãm (l c hãm). ð tàu xu ng d c v i t c ñ cho phép thư ng s d ng hãm ñi u hoà (hãm ñ u máy), khi ñó ñ i lư ng t c ñ cho phép ñư c xác ñ nh theo phương pháp cơ h c (hãm toa xe) ñ sao cho ng v i chi u dài hãm n ñ nh tàu ph i d ng ñư c. L c hãm c n thi t Bct ñ gi t c ñ cho phép khi tàu xu ng d c ik có th xác ñ nh t ñi u ki n cân b ng l c tác d ng khi tàu chuy n ñ ng ñ u. Bct + Pgw'0ñ + Qgw" 0 = (P+Q)gik (N) Bct = (P+Q)gik - Pgw'0ñ - Qgw" 0 (N) (1-50) ho c là Bct + (P+Q)gw0ñ = (P+Q)gik (N) Bct = (P+Q)g(ik - w0ñ) (N) (1- 51) Ví d : Xác ñ nh l c hãm ñi u hoà c n thi t v i ñoàn tàu do ñ u máy BL80 kéo có (P+Q) = 3800 t n, ik = -10‰, V = 75 km/h, w0ñ = 2,3 N/KN Bct = (P+Q)g(ik - w0ñ) = 3800.9,81.(10 - 2,3) = 281586 (N) 1.4. L C KÉO VÀ ð C TÍNH L C KÉO C A ð U MÁY. 1.4.1. Khái ni m chung. 29
Hi n nay ngành ñư ng s t th gi i s d ng các lo i s c kéo: ñi n, ñiêzen, hơi nư c, khí. Hi u su t c a ñ u máy ñi n 18 ÷ 25%, ñiêzen 24 ÷ 28%, hơi nư c 6 ÷8%. ð i v i m i ñ u máy ngư i ta tìm ra v n t c tính toán Vp và l c kéo tính toán Fkp mà ng v i chúng ñ u máy ñư c s d ng h p lý nh t. Nh ng tr s này ñư c ñưa ra trong quy trình tính s c kéo. 1.4.2. S th hi n l c kéo c a ñ u máy. a. ð i v i ñ u máy hơi nư c. V M Pi F A F1 F2 Hình 1-8. Hình thành l c kéo F ñ u máy hơi nư c. Áp l c hơi nư c Pi hình thành trong xi lanh ñư c ñun sôi làm cho pít tông chuy n ñ ng và thông qua h th ng c n biên làm cho bánh xe quay v i mô men M. Thay M b ng ng u l c FF1. F - l c kéo c a ñ u máy t i tâm quay c a bánh xe. F1 - l c ñ t t i ñi m ti p xúc gi a bánh xe và ray (ñi m A) tác d ng t bánh xe xu ng ray có hư ng ngư c chi u chuy n ñ ng. T i A có ph n l c F2 tác d ng t ray vào bánh xe và ñây là ngo i l c gây ra chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. b. ð i v i ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen. M2 r2 r1 M1 F A F2 F1 30
Hình 1-9. L c kéo F c a ñ u máy ñiêzen Tr c ñ ng cơ quay sinh ra mô men M1, khi ñó bánh xe quay sinh ra mô men M2 M2 = µM1η Trong ñó: r2 µ= - h s truy n ñ t r1 η - h s xét ñ n t n th t trong quá trình truy n ñ t Thay mô men M2 b ng ng u l c như ñ u máy hơi nư c ñ phân tích l c. 1.4.3. Phân bi t ba khái ni m v l c kéo ñ u máy. a. L c kéo ch thi Fi. Là l c kéo tác d ng lên vành bánh hoàn toàn tương ng v i công do hơi nư c tác d ng lên pít tông ho c tương ng v i công do ñ ng cơ ñi n sinh ra trong ñ u máy ñi n và ñiêzen mà không xét ñ n s hao h t do s c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. b. L c kéo bám Fk. Là l c kéo ñ t lên vành bánh, nó ñư c xác ñ nh b ng l c kéo ch th v i s c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. Fk = Fi - Pg.∆w'0 (N) (1- 52) Trong ñó Pg.∆w'0 - s c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. c. L c kéo có ích Fc. Là l c kéo móc n i c a ñ u máy v i toa xe ñ u tiên. Fc = Fk - Pg(w'0 + w'i + w'r) (N) (1-53) l c này dùng ñ th ng l c c n c a ñoàn tàu. Chú ý: Khi tính s c kéo ngư i ta s d ng Fk mà không s d ng Fi vì chuy n ñ ng trên ñư ng ph c t p do các y u t d c và ñư ng cong. 1.4.4. H n ch l c kéo theo ñi u ki n bám. F là l c bên trong do ngư i ñi u khi n, F tăng thì F2 tăng nhưng F ch tăng ñ n m t gi i h n t i ña nào ñó. L c t i ña này không vư t quá l c bám gi a bánh xe và ray. Fk ≤ 1000ΣPg.ψ (N) (1-54) Trong ñó: ψ - h s ma sát bám lăn gi a bánh xe và ray. ΣP - kh i lư ng bám c a ñ u máy, ñó là kh i lư ng c a các bánh xe ch ñ ng ñè lên ray. 31
Gi i thích: Vì khi Fk > 1000ΣPg.ψ thì s c bám gi a bánh xe và ray s m t ñi d n ñ n bánh xe không th lăn mà b t ñ u trư t tăng nhanh chuy n ñ ng tròn theo tâm tr c d n ñ n bánh xe ñánh võng t i ch . Mu n tránh hi n tư ng ñó ph i gi m b t l c kéo ho c r i cát lên ray tăng thêm s c bám. H s ma sát bám lăn ψ gi a bánh xe và ray ph thu c vào c u t o c a các b ph n ch y c a ñ u máy, vào tr ng thái m t ray và vành bánh, vào nhi u y u t khác. Vì v y ψ ñư c xác ñ nh b ng th c nghi m. + ð i v i ñ u máy hơi nư c: A ψ= 100 + V Trong ñó: V - t c ñ tàu ch y A - h s th c nghi m; A=22÷28 tuỳ ñ u máy;A=30 ñ u máy hi n ñ i + ð i v i ñ u máy ñi n và ñiêzen: A ψ=B+ C + DV Trong ñó: B, C, D - h s th c nghi m 10 ψ = 0,20 + v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1000 mm 100 + 12V 8 ψ = 0,25 + v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1435 mm 100 + 20V + Khi tàu ch y trên ñư ng cong có R ≤ 400m và trong h m thì ψ gi m xu ng. + Thư ng ψ = 0,4 v i ray s ch có r i l p b t th ch anh m n ψ = 0,15 ray m ư t. 1.4.5. Các khái ni m v tr ng lư ng ñ u máy. Kh i lư ng bám c a ñ u máy: là kh i lư ng c a các bánh xe ch ñ ng ñè lên ray Kh i lư ng tính toán c a ñ u máy: là kh i lư ng c a ñ u máy c ng v i tăng ñe than nư c và 2/3 s than nư c. ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen kh i lư ng bám b ng kh i lư ng tính toán vì nó không có bánh d n hư ng và tăng ñe than nư c. 1.4.6. T ng s l c kéo c a nhi u ñ u máy. ð nâng cao kh i lư ng và vư t qua nh ng d c l n ngư i ta tăng cư ng l c kéo b ng cách dùng hai ho c ba ñ u máy. ð u máy ph thêm có th l p ñ u (kéo) hay cu i (ñ y). N u l c kéo quá l n d x y ra ñ t móc, n u l c ñ y quá l n thì vào 32
ñư ng cong toa xe có nguy cơ b l t ra ngoài. Do ñó ngư i tài x ph i ph i h p cho ăn kh p. 1.5. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUY N ð NG C A ðOÀN TÀU. 1.5.1. Phân tích ñi u ki n chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. Tàu chuy n ñ ng ñư c là do l c tác ñ ng lên nó. Quá trình v n ñ ng c a ñoàn tàu trên tuy n ñư c ñ c trưng b i ba ch ñ làm vi c c a ñ u máy. a. Ch ñ kéo (m máy). R = Fk - W (N) (1-55) r = fk - w (N/KN) trong ñó : R, r - h p l c toàn ph n và h p l c ñơn v b. Ch ñ ch y ñà (ñóng máy). R = -Wñ (N) (1-56) r = -wñ (N/KN) c. Ch ñ hãm. R = -(Wñ + B) (N) (1-57) r = -(wñ +b) (N/KN) ð c trưng v n ñ ng c a ñoàn tàu ñư c xác ñ nh b i tr s và hư ng c a h p l c. + N u R = 0 thì tàu ch y ñ u ho c ñ ng yên. + N u R > 0 thì ñoàn tàu v n ñ ng có gia t c. + N u R < 0 thì ñoàn tàu v n ñ ng gi m t c. 1.5.2. S ph thu c c a h p l c vào t c ñ ch y tàu. B i vì l c kéo bám Fk ph thu c vào v n t c tàu ch y V (thông qua h s ψ), s c c n cơ b n W0 cũng ph thu c vào v n t c ch y tàu V cho nên chúng ta có th dùng phương pháp ñ th ñ xác ñ nh giá tr c a h p l c và t ñó phân tích ñ c tính v n ñ ng c a ñoàn tàu. Ta có Fk = f1(V) W0 = f2(V) do ñó ñ th c a chúng bao gi cũng xác ñ nh ñư c thông qua vi c kh o sát các hàm s trên. B i vì s c c n ph không ph thu c vào v n t c nên: W = W0 + Wi t ñó R = Fk - W Trên hình v trình bày phương pháp xác ñ nh giá tr R 33
Trên hình ñư ng cong Fk = f(V) bi u th ñ c tính s c kéo c a ñ u máy ñã cho, ñư ng cong W = f(V) bi u th s c c n c a ñoàn tàu. T hình v ta th y R gi m khi tăng v n t c ch y. m t v n t c Vcb nào ñó mà tr s c a l c kéo và l c c n b ng nhau Fk = W thì v n t c ñó ñư c g i là v n t c cân b ng (ví d ñây n u ñoàn tàu 0 ch y trên ñư ng th ng và b ng thì v n t c cân b ng là V cb, còn ñoàn tàu ch y trên tuy n ñư ng có thêm s c c n ph thì v n t c cân b ng là Vicb). V n t c cân b ng là v n t c l n nh t mà ñoàn tàu có th ñ t ñư c do k t qu c a gia t c gây ra trên ño n ñư ng kh o sát. FK W (V) W (V) W0 F K (V) o i O V Vcb Vcb Hình 1-10. Quan h gi a Fk, W và V T phân tích trên ta có nh n xét: N u V < Vcb thì R > 0 N u V = Vcb thì R = 0 N u V > Vcb thì R
N u ta nhân c t s và m u s c a v ph i v i gia t c rơi t do g thì: dv R.g R.g R g = = = = r.ξ . dt m.g 1000( P + Q) g ( P + Q ) g 1000 N u v n t c ñoàn tàu tính theo km/h và g = 9,81 m/s2 ñ i ra km/h2 thì 9,81.60 2.60 2 ξ= = 127 1000.1000 và gia t c c a ñoàn tàu là dv = 127.r (km/h2) dt N u ñoàn tàu có kh i lư ng m chuy n ñ ng v i v n t c V ñ ng th i có chú ý t i các chi ti t tham gia chuy n ñ ng quay (tiêu bi u nh t là h th ng bánh xe quay v i v n t c góc và ñ ng năng c a chúng) thì khi tính toán ngư i ta thêm h s kh i lư ng quay γ. dv 127 = .r dt 1 + γ Bi u 1-3. B ng h s kh i lư ng quay γ Ki u ñ u máy và toa xe 0,04 ÷ 0,06 ð u máy hơi nư c có tăng ñe 0,20 ÷ 0,30 ð u máy ñi n và ñiêzen 0,10 ÷ 0,15 ð u máy ñi n và ñiêzen 0,04 ÷ 0,05 Toa xe khách 0,03 ÷ 0,04 Toa xe 4 tr c có hàng và không hàng 0,04 ÷ 0,05 Toa xe 2 tr c có hàng 0,10 ÷ 0,12 Toa xe 2 tr c không hàng Trong th c t tính toán ngư i ta l y γ = 0,06 dv = 120.r (1) dt Ý nghĩa c a phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu là ch : theo phương trình này khi tác d ng lên tàu m t h p l c ñơn v có tr s 1 N/KN thì tàu nh n m t gia t c có tr s 120 km/h cho m t gi hay 2 km/h cho m t phút, khi ñó phương trình có d ng: dv = 2.r (km/h cho m t phút) dt 35
Ví d : m t th i ñi m nào ñó trên ñư ng tàu ch y lên d c 4‰ v i V = 40 km/h và trong th i ñi m ñó có fk - w0 = 5 (N/KN) thì sau 1 phút: V = 40 + 2.r.1 = 40 + 2(fk - w).1 = 40 + 2(fk - w0 - wi).1 = 40 + 2(5 - 4).1 = 42 km/h Khi t c ñ tăng thì l c kéo bám Fk gi m (do ψ gi m) và l c c n W tăng, ví d qua 1 phút n a (fk - w0) = 4 (N/KN) thì r = 0 và V = 42 km/h. Tuỳ theo s k t h p c a các l c tác d ng vào ñoàn tàu mà có ba ch ñ chuy n ñ ng: a. Tàu chuy n ñ ng m máy: dv (km/h2) = 120(fk - w) (1-59) dt Ph thu c vàu tương quan gi a fk và w mà có th có các trư ng h p tàu ch y gia t c, ñ u và gi m t c. b. Tàu chuy n ñ ng ñóng máy: dv = -120 wñ (km/h2) (1-60) dt X y ra trong trư ng h p xu ng d c dài trư c lúc hãm ñóng máy. Tuỳ theo tr c d c và bình di n mà tàu ch y có lúc ch m d n wñ > 0 (thư ng xu ng d c nh và có nhi u ñư ng cong), nhanh d n wñ < 0 (thư ng xu ng d c l n), ñ u wñ = 0. c. Khi tàu chuy n ñ ng ñóng máy k t h p v i hãm. dv = -120(wñ + αb) (km/h2) (1-61) dt trong ñó α là h s s d ng hãm. Khi xu ng d c hãm ñ gi nguyên t c ñ c ñ nh (hãm c c b ) thì dv wñ + αb = 0 = 0) ( dt Khi hãm ñ tàu d ng thì dv 0 ( dt Phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu là phương trình cơ b n c a s c kéo ñ u máy. D a trên phương trình này có th xác ñ nh kh i lư ng cho phép l n nh t, t c ñ và th i gian ch y tàu, ñ ng th i gi i ñư c các bài toán hãm, xác ñ nh hao phí nhiên li u và năng lư ng ñi n, công cơ h c c a ñ u máy và công c a l c c n. 1.5.4. Tính kh i lư ng ñoàn tàu và ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu theo các ñi u ki n h n ch nó. 36
1. Tính kh i lư ng ñoàn tàu. a. Công th c tính kh i lư ng ñoàn tàu (c bì). V i ñư ng s t t n t i khái ni m d c h n ch ip. D c h n ch là d c l n nh t có chi u dài không h n ch mà trên ñó tàu hàng v i kh i lư ng Q do m t ñ u máy kéo lên d c v i v n t c ñ u và b ng v n t c tính toán nh nh t Vp. Giá tr v n t c tính toán nh nh t Vp và l c kéo bám tính toán Fkp c a các ñ u máy ñư c ñưa ra trong quy trình tính toán s c kéo. V i vi c thi t k tuy n m i ngư i ta tính kh i lư ng ñoàn tàu Q theo d c h n ch . Ta th y khi tàu chuy n ñ ng ñ u thì Fk = W Fkp = Pg(w'0 + ip) + Qg(w"0 + ip) (N) Fkp − Pg ( w0 '+i p ) Q= (t n) (1) ( w"0 +i p ) g N u thay w'0 và w"0 b ng w0 thì Fkp = (P+Q)g.(w0 + ip) Fkp Q= -P (t n) (2) ( w0 + i p ) g Nh n xét: Ta th y r ng: - Kh i lư ng ñoàn tàu t l ngh ch v i ip. - Fk và w0 có quan h v i V (xem ph n 1.5.2), n u Q l n thì V nh và Fk ph i l n. Quan h gi a Q và V t t nh t là l i d ng ñ y ñ s c kéo bám. - M i lo i ñ u máy có Fkp và ñó có v n t c tính toán nh nh t vp (hay là v n t c lâm gi i). + ñ u máy hơi nư c Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám lăn và ñư ng năng su t c p hơi tính toán cho máy hơi. + ñ u máy ñi n Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám và cư ng ñ dòng ñi n. + ñ u máy ñiêzen Vp l y theo giá tr cư ng ñ lâu dài. Công th c (2) có th ñư c s d ng như công th c g n ñúng b i vì không th xác ñ nh w0 n u không bi t Q. M t cách g n ñúng có th coi w0 ≈ w"0, lúc ñó Fkp Q= - P (t n) ( w"0 +i p ) g b. Công th c tính kh i lư ng hàng c a ñoàn tàu. k ∑ niβiqtt(i) QH = i =1 37
Trong ñó: ni - s toa nhóm i (2 tr c, 4 tr c, 6 tr c...) βi - h s s d ng t i tr ng tính toán toa nhóm i (h s ch t hàng) qtt(i) - t i tr ng tính toán c a toa nhóm i N u ch bi t t ng s toa xe n và t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa là γi thì kh i lư ng hàng ñư c tính theo công th c: k k ∑ nγiβiqtt(i) = n ∑ γiβiqtt(i) QH = i =1 i =1 Khi tính sơ b thư ng ngư i ta s d ng h s s d ng t i tr ng ñoàn tàu η (t l gi a kh i lư ng hàng và kh i lư ng c bì) QH η= Q Có th xác ñ nh η khi ch c n bi t t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa γi và t i tr ng c a chúng. k ∑ γiqi Ta có Q=n i =1 Trong ñó: qi - kh i lư ng toa c bì c a t ng nhóm k - s lư ng nhóm toa trong ñoàn tàu k k n∑ γ i β i q tt ( i ) ∑γ β i q tt (i ) i i =1 i =1 η= = k k n∑ γ i qi ∑γ qi i i =1 i =1 Thư ng ngư i ta l y QH = η.Q (η = 0,6 ÷ 0,7) (3) Ví d : Xác ñ nh kh i lư ng ñoàn tàu do ñ u máy 2TE116 kéo lên d c ip = 12‰ bi t Vp = 24,2 km/h, Fkp = 487970 N , P = 271 t n, toa xe 4 tr c có q0 = 18 t n/tr c. Gi i: 3 + 0,1V + 0,0025V 2 3 + 0,1.24,2 + 0,0025.24,2 2 w"0 = 0,7 + = 0,7 + 18 18 =1,08 N/KN w'0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V2 = 2,2 + 0,01.24,2 + 0,0003.24,22 = 2,62 N/KN 487970 − 271.9,81( 2,62 + 12) Q= = 3500 (t n) 9.81(1,08 + 12) 38
Tính theo công th c g n ñúng: 487970 − 271 = 3529 (t n) Q= 9,81(1,08 + 12) Ví d : Hãy xác ñ nh h s s d ng t i tr ng ñoàn tàu η bi t ñoàn tàu bao g m 40% toa 4 tr c có qbì = 22 t n, qt t=62 t n, β = 0,9 ; 60% toa 4 tr c có qbì = 21,7 t n, qt t=50 t n, β = 0,85. Gi i: Trư c h t ta tính kh i lư ng toa c bì: q1 = 22 + 0,9.62 = 77,8 t n q2 = 21,7 + 0,85.50 = 64,2 t n 0,4.0,90.62 + 0,6.0,85.50 η= = 0,69 0,4.77,8 + 0,6.64,2 2. Ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu theo các ñi u ki n h n ch nó. a. Ki m tra theo ñi u ki n kh i ñ ng. các ga ñoàn tàu thư ng ph i d ng. các ñi m d ng ñó thư ng có ñ d c không l n song sau m i l n d ng ñoàn tàu l i ph i kh i ñ ng ñ th c hi n hành trình c a mình. Do ñó ngoài vi c kh c ph c s c c n cơ b n và s c c n ñư ng d c còn ph i kh c ph c s c c n kh i ñ ng n a. Khi ñó phương trình cân b ng l c c a ñoàn tàu có d ng: Fk(kñ) = Pg(wkñ + ik(kñ)) + Qg(wkñ + ik(kñ)) (N) Fk ( kd ) Qkñ = -P (t n) (4) ( wkd + i k ( kd ) ) g Trong ñó: Fk(kñ) - l c kéo bám c a ñ u máy khi kh i ñ ng. wkñ - l c c n ñơn v cơ b n và l c c n ph c a ñoàn tàu lúc kh i ñ ng. ik(kñ) - ñ i lư ng d c quy ñ i mà trên ñó ñoàn tàu kh i ñ ng. Như v y ki m tra ñi u ki n kh i ñ ng c a ñoàn tàu có th b ng cách: + So sánh Qkñ v i Q và n u Qkñ ≥Q thì tàu kh i ñ ng ñư c. Fk ( kd ) + So sánh ik(kñ) v i ik và n u ik ≤ ikkñ = - wkñ (5) ( P + Q) g thì tàu kh i ñ ng ñư c. 39
Ví d . Hãy ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu do ñ u máy VL80 kéo theo ñi u ki n kh i ñ ng bi t ñoàn tàu bao g m 40% kh i lư ng là toa 4 tr c bi c u, còn l i là toa 4 tr c bi trư t. C hai lo i toa có q0 = 18 t n; ip = 9‰; Vp = 44,3 km/h; Fk(kñ) = 650010N; Fkp = 475785 N; P = 184 t n. Gi i: 28 142 + 0,6. wkñ = 0,4. = 3,85 (N/KN) 18 + 7 18,0 + 7 650010 Qkñ = - 184 (3,85 + ik ( kd ) ) g 0 1,5 2,5 4 5 6 7 8 9 ik(kñ) (‰) 17010 12190 10240 8250 7300 6540 5920 5400 4790 Qkñ (t n) w"0 = 1,38 (N/KN) - v i toa xe 4 tr c bi c u w"0 = 1,66 (N/KN) - v i toa xe 4 tr c bi trư t w"0 = 0,4.1,38 + 0,6.1,66 = 1,52 (N/KN) w'0 = 2,93 (N/KN) 475785 − 184.(2,93 + 9).9,81 Q= = 4400 t n (1,52 + 9)9,81 Như v y ñ d c l n nh t mà ñoàn tàu có Q = 4400 t n có th kh i ñ ng ñư c là: 650010 ik ≤ = 10,6‰ (184 + 4400)9,81 K t lu n: ðoàn tàu có kh i lư ng ñư c tính v i d c h n ch ip = 9‰ ñư c kéo b i ñ u máy VL80 có th kh i ñ ng ñư c th m chí n u nó d ng trên d c 9‰. Nh n xét: N u vì lý do nào ñó mà tàu b t bu c ph i d ng trên d c l n thì có kh năng tàu không kh i ñ ng ñư c, lúc này ho c là g i thêm ñ u máy n a, ho c là kéo t ng ph n c a ñoàn tàu, ho c là lùi ñoàn tàu t i d c có th kh i ñ ng ñư c. b. Ki m tra khi d ng tàu trong ph m vi chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i. Trong trư ng h p ñoàn tàu có kh i lư ng l n d n ñ n chi u dài c a nó cũng dài thì c n ki m tra xem chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i có ñ ñ nó ñ không. Mu n ñ ñư c ph i ñ m b o ñư c ñi u ki n: k Lsd ≥ Ltàu = Lñm + n ∑ γ i .l i + 10 m (6) i =1 Trong ñó: Lsd - chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i 40
Lñm = chi u dài ñ u máy n - s toa trong ñoàn tàu γi - t l v s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa trong ñoàn tàu li - chi u dài toa xe c a m i nhóm 10 m - chi u dài d tr (ñ phòng ñ không ñúng v trí) 3. Tính ñ n nh hư ng c a m t s y u t khi xác ñ nh kh i lư ng ñoàn tàu v i s c kéo ñiêzen. a. Tính ñ n nh hư ng c a ñi u ki n không khí. Công su t c a ñ ng cơ kéo b gi m ñ i v i khu v c có ñi u ki n không khí khác tiêu chu n (ñi u ki n chu n khi t0môi trư = +200C; áp su t không khí là 760mm ng c t thu ngân) Ftkp = Fkp(1 - kt - ka) (7) Trong ñó: kt - h s tính ñ n vi c gi m l c kéo bám do nhi t ñ khu v c khác nhi t ñ chu n ka - h s tính ñ n vi c gi m l c kéo bám do áp su t không khí khu v c khác áp su t tiêu chu n. ( kt ; ka xem trong quy trình tính s c kéo ñ u máy) Ví d : V i ñ u máy 2TE10L ñi u ki n chu n có Fkp = 502270 N thì v i t0kk = 300C; áp su t không khí A = 700mm thu ngân thì Ftkp = 502270.(1- 0,050 - 0,086) = 433600 N Kh i lư ng ñoàn tàu có ip = 9‰; P = 258 t n; w"0 = 2,31 (N/KN); w'0 = 1,38 (N/KN) thì: + Trong ñi u ki n tiêu chu n: 502270 − 258(2,31 + 9).9,81 Q= = 4650 t n (1,38 + 9).9,81 + Trong ñi u ki n khác tiêu chu n: 433600 − 258( 2,31 + 9).9,81 Q= = 3980 t n (1,38 + 9).9,81 b. Tính ñ n nh hư ng c a ñư ng cong bán kính nh . ðư ng kh 1435 mm, khi tàu vào ñư ng cong có R ≤ 500m thì h s bám lăn gi m do tăng ñ trư t c a bánh xe. 250 + 1,55 R ψ(r) = ψ 500 + 1,1R Trong ñó: 41
ψ - h s bám lăn trên ñư ng th ng ψ(r) - h s bám lăn trên ñư ng cong R - bán kính ñư ng cong Lúc này kh i lư ng ñoàn tàu qua d c h n ch và ñư ng cong có R < 500m là: 1000ψ k P − P(i p + w' 0 + wr ) Q= (t n) (8) i p + w"0 + wr ð i v i ñ u máy kh ñư ng 1000 mm khi ch y trên ñư ng cong có R ≤ 200m thì lư ng gi m h s bám lăn tính theo b ng sau (ho c là xem quy ph m thi t k k thu t ñư ng s t kh 1000 mm) Bi u 1-4. Lư ng gi m h s bám khi bán kính nh Bán kính ñư ng cong 200 150 125 100 75 60 40 R (m) Lư ng gi m h s 9 11 13 15 18 20 25 bám lăn ϕk (%) Câu h i ôn t p Ph n I . Thi t k tuy n ðS Chương 1 . Tính s c kéo ñ u máy 1. M c ñích và mô hình tính s c kéo ñ u máy. Các ngo i l c tác d ng lên ñoàn tàu, quy t c d u. Phân bi t l c toàn ph n và l c ñơn v . 2. Công th c t ng quát tính l c c n ñơn v cơ b n c a ñ u máy, toa xe, ñoàn toa xe, c a ñoàn tàu. Các lo i l c c n ph , công th c tính. Các bi n pháp làm gi m l c c n. 3. S hình thành l c hãm,l c kéo.Phân tích h n ch l c hãm,l c kéo theo ñi u ki n bám.Tính l c hãm. 4. Phương trình chuy n ñ ng ñoàn tàu.Tính kh i lư ng ñoàn tàu Q.Ki m tra Q theo ñi u ki n h n ch . 42