KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN
ĐOÀN TÀU METRO
LỜI NÓI ĐẦU
Tài liệu “Kết cấu và tính toán đoàn tàu metro” được biên soạn dùng cho sinh
viên hệ chính qui chuyên ngành tàu điện - metro.
Kết cấu và tính toán đoàn tàu metro là một trong các môn học chính của ngành
tàu điện metro, có khối lượng thời gian đào tạo khá lớn, đóng vai trò quan trọng
trong hệ thống kiến thức chuyên môn cần được trang bị cho sinh viên của ngành học.
Nội dung tài liệu gồm những vấn đề cơ bản về nguyên lý cấu tạo và tính toán
độ bền của các phần tử kết cấu toa xe metro và toa xe khách, cũng có đề cập tới một
số kết cấu mới và một số phương pháp tính toán mới. Các chương trong cuốn sách
trình bày các vấn đề chung về toa xe và toa xe metro; đặc điểm kết cấu của toa xe
khách, toa xe metro và các bộ phận cơ khí của chúng; phương pháp cơ bản để tính
toán và thiết kế toa xe metro; các tham số kinh tế kỹ thuật của toa xe khách; khung
giới hạn đoàn tàu và khả năng thông qua của toa xe trong khung giới hạn; kết cấu và
tính toán trục bánh xe và hộp dầu, hệ thống treo, giá chuyển hướng, thiết bị đầu đấm
móc nối, thùng xe và một số bộ phận khác; thử nghiệm toa xe.
Do tính chất chuyên sâu, các nội dung về hãm đoàn tàu, động học và động lực
học, hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển đoàn tàu metro, các trang thiết bị
khác của toa xe sẽ được nghiên cứu trong các môn học khác tương ứng.
Những nội dung của phần tính toán toa xe trong tài liệu có liên quan chặt chẽ
với các lĩnh vực toán học, vật lý, cơ học lý thuyết, sức bền vật liệu, cơ học kết cấu,
công nghệ vật liệu, an toàn giao thông đường sắt…
Tài liệu này cũng có thể là tài liệu tham khảo, học tập cho sinh viên ngành đầu
máy - toa xe, cho cán bộ kỹ thuật trong ngành đường sắt và đường sắt đô thị.
Do còn hạn chế về trình độ, hạn hẹp về tài liệu tham khảo nên nội dung của tài
liệu sẽ không tránh khỏi sơ suất và thiếu sót. Tác giả chân thành mong nhận được các
ý kiến đóng góp và xây dựng.
MỤC LỤC
Lời nói đầu...................................................................................................................3
Mục lục.........................................................................................................................5
Chương 1. Các vấn đề chung về Metro và đoàn tàu Metro.................................. 11
§1.1. Metro trong hệ thống giao thông đô thị..........................................................11
§1.2. Các loại Metro và đoàn tàu Metro..................................................................13
1.2.1. Các loại hình Metro...................................................................................13
1.2.2. Đoàn tàu Metro..........................................................................................15
§1.3. Metro trong các thành phố lớn của thế giới................................................... 16
1.3.1. Vài nét về lịch sử xây dựng Metro thế giới................................................16
1.3.2. Hệ thống Metro Matxcơva - Liên Bang Nga............................................. 17
1.3.3. Hệ thống Metro Paris - Pháp.................................................................... 19
1.3.4. Hệ thống Metro New York - Hoa Kỳ..........................................................19
1.3.5. Hệ thống Metro Tokyo - Nhật bản............................................................. 21
§1.4. Các dự án đường sắt đô thị của Việt nam.......................................................21
1.4.1. Dự án đường sắt đô thị Hà Nội................................................................. 22
1.4.2. Dự án Đường sắt đô thị Thành phố Hồ Chí Minh.....................................25
§1.5. Những vấn đề chung về toa xe.......................................................................27
1.5.1. Toa xe và các bộ phận cơ bản của toa xe.................................................. 27
1.5.2. Phân loại toa xe.........................................................................................30
1.5.3. Các tham số kinh tế kỹ thuật và yêu cầu cơ bản của toa xe khách............32
1.5.4. Cơ sở lý thuyết chuyển động của toa xe trên đường sắt............................34
§1.6. Khung giới hạn đoàn tàu................................................................................ 42
1.6.1. Khái niệm về khung giới hạn đoàn tàu......................................................42
1.6.2. Tính toán khả năng thông qua của toa xe trong khung gian giới hạn.......46
1.6.3. Xác định đường bao chế tạo toa xe........................................................... 51
1.6.4. Xác định chính xác lượng dịch chuyển của toa xe trên đường cong.........52
§1.7. Lịch sử phát triển của toa xe đường sắt..........................................................53
Chương 2. Nguyên lý tính toán độ bền đoàn tàu metro........................................ 55
§2.1. Phương pháp lực để tính toán độ bền kết cấu toa xe......................................56
2.1.1. Phương pháp xác định nội lực và chuyển vị của kết cấu tĩnh định........... 56
2.1.2. Tính toán kết cấu siêu tĩnh bằng phương pháp lực................................... 64
§2.2. Lực tác dụng lên toa xe metro và quy phạm lực tính toán.............................74
2.2.1. Tải trọng thẳng đứng.................................................................................75
2.2.2. Tải trọng ngang sườn................................................................................ 77
2.2.3. Tải trọng dọc............................................................................................. 80
2.2.4. Tải trọng sinh ra khi hãm.......................................................................... 80
2.2.5. Tải trọng thẳng đứng đối xứng chéo......................................................... 81
§2.3. Ứng suất tổng hợp, dự trữ độ bền và đánh giá chất lượng chuyển động
của toa xe.......................................................................................................83
2.3.1. Ứng suất tổng hợp trong các phần tử kết cấu toa xe.................................83
2.3.2. Đánh giá độ bền mỏi của chi tiết toa xe....................................................84
2.3.3. Độ ổn định của các phần tử chịu nén........................................................87
2.3.4. Đánh giá chất lượng chuyển động của toa xe........................................... 87
§2.4. Vật liệu dùng trong chế tạo toa xe và ứng suất cho phép.............................. 89
§2.5. Phương pháp đánh giá năng lực chịu tải và chọn sơ đồ tính toán độ bền
kết cấu toa xe................................................................................................. 93
Chương 3. Phân tích kết cấu, tính toán trục bánh xe và hộp trục....................... 97
§3.1. Kết cấu và quá trình hoàn thiện bộ trục bánh xe............................................97
3.1.1. Phân loại trục bánh xe...............................................................................97
3.1.2. Trục xe..................................................................................................... 101
3.1.3. Bánh Xe....................................................................................................103
3.1.4. Lựa chọn đường kính, biên dạng mặt lăn và độ dày vành bánh xe......... 109
3.1.5. Lắp ghép bánh xe với trục xe...................................................................113
§3.2. Phân tích kết cấu hộp trục............................................................................ 115
3.2.1. Phân loại và quá trình phát triển, hoàn thiện của hộp trục.................... 115
3.2.2. Hộp dầu ổ lăn.......................................................................................... 119
§3.3. Tính toán độ bền trục xe của toa xe giá chuyển hướng không có hệ thống
quang treo.................................................................................................... 124
3.3.1. Lực tác dụng lên bộ trục bánh.................................................................124
3.3.2. Nội lực tại các mặt cắt của trục xe..........................................................129