Ứng dụng phương pháp của Zobory để đánh giá ảnh hưởng một số tham số đến hao mòn bánh xe đầu máy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày mô hình đánh giá hao mòn bánh xe của đầu máy căn cứ vào phương pháp của Zobory. Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình động lực học của đầu máy, lý thuyết tiếp xúc của Hertz và phương pháp xác định hao mòn của Zobory.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng phương pháp của Zobory để đánh giá ảnh hưởng một số tham số đến hao mòn bánh xe đầu máy

CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỦA ZOBORY ĐỂ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THAM SỐ ĐẾN HAO MÒN BÁNH XE ĐẦU MÁY Tào Văn Chiến Trường Đại học Giao thông Vận tải Email: chientv@utc.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày mô hình đánh giá hao mòn bánh xe của đầu máy căn cứ vào phương pháp của Zobory. Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình động lực học của đầu máy, lý thuyết tiếp xúc của Hertz và phương pháp xác định hao mòn của Zobory. Ứng dụng mô hình này để đánh giá ảnh hưởng của khổ đường, độ nghiêng ray đến hao mòn bánh xe đầu máy. Kết quả bài báo căn cứ để nghiên cứu lựa chọn các tham số của đường hợp lý nhằm làm giảm hao mòn bánh xe đầu máy. Từ khóa: hao mòn bánh xe, tiếp xúc Herzt, phương pháp Zobory, đầu máy 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nội dung của bài báo này trình bày về mô hình Hao mòn mặt lăn, gờ bánh xe là hình thức phổ đánh giá hao mòn bánh xe căn cứ vào mô hình biến và tồn tại tự nhiên trong quá trình đầu máy, động lực học đầu máy, lý thuyết tiếp xúc Hertz và toa xe chuyển động trên đường ray, trực tiếp ảnh phương pháp đánh giá hao mòn của Zobory. Ứng hưởng đến an toàn vận hành đoàn tàu và hiệu quả dụng mô hình này để đánh giá ảnh hưởng của khổ kinh tế khai thác đầu máy, toa xe. đường và độ nghiêng ray đến hao mòn bánh xe. Từ thế kỷ 19 trở lại đây, nhiều tác giả trên thế Đối tượng nghiên cứu là đầu máy D19E vận hành giới đã dùng nhiều phương pháp khác nhau để tiến trên đường sắt Việt Nam. hành nghiên cứu vấn đề này. Braghin căn cứ vào kết 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG quả thí nghiệm thành lập mô hình tính toán hao mòn NGHIÊN CỨU mặt lăn bánh xe [5]. Jendel căn cứ vào lý luận Hertz, phần mềm GENSYS và mô hình hao mòn Archard 2.1. Mô hình đánh giá hao mòn bánh xe thành lập mô hình mô phỏng hao mòn, ứng dụng Mô hình xác định hao mòn bao gồm 3 bộ phần mềm này để nghiên cứu hao mòn bánh xe toa phận hợp thành: mô hình động lực học đầu máy, xe, kết quả mô phỏng phù hợp kết quả thực tế [6]. mô hình tiếp xúc giữa Hertz và mô hình hao Pearce sử dụng mô hình giản đơn phân tích hao mòn mòn Zobory. Từ kết quả mô phỏng động lực học bánh xe trên đoạn đường cong chữ S [7]. Pombo đã đầu máy kết hợp mô hình tiếp xúc giữa bánh xe nghiên cứu độ cứng hệ đàn hồi 1 và độ côn mặt lăn và ray, tính toán được vị trí điểm tiếp xúc, hình ảnh hưởng đến hao mòn mặt lăn [8]. Liên quan đến dạng tiếp xúc. Căn cứ vào phương pháp xác vấn đề này, [4] đã nghiên cứu hao mòn mặt lăn bánh định hao mòn Zobory để xác định lượng hao xe đầu máy, thông qua xử lý số liệu thống kê về hao mòn tại từng vị trí. Quá trình tính toán thể hiện mòn bánh xe để xác định tuổi thọ làm việc của bộ trên Hình 1 [1]. trục bánh. Hư hỏng hao mòn mặt lăn bánh xe toa xe vận hành trên Đường sắt Việt Nam, ảnh hưởng của sự gia tăng nhiệt độ bánh xe khi hãm đến hao mòn bánh xe được trình bày trong [3]. Hao mòn bánh xe và ray chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như trạng thái đường sắt, trạng thái kỹ thuật của đầu máy, toa xe, điều kiện vận hành...Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số này đến hao mòn để lựa chọn giá trị hợp lý là vấn đề cần thiết. Hình 1. Quá trình tính toán hao mòn bánh xe 26 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ 2.2. Mô hình động lực học của đầu máy D19E đàn hồi 1 và 2, giảm chấn dọc, giảm chấn ngang... Để mô phỏng tính toán động lực học của Đầu Nhập các thông số kỹ thuật của đầu máy D19E và máy D19E, báo cáo này sử dụng phần mềm thông số kỹ thuật của đường sắt để thành lập mô Simpack thành lập mô hình động lực học, mô hình hình động lực học của đầu máy D19E như trên Hình bao gồm 9 vật thể: thân xe, 2 giá chuyển hướng và 2. Điều kiện tiếp xúc là biên dạng mặt lăn bánh xe sáu bộ trục bánh xe. Trong mô hình còn khảo sát hệ đầu máy D19E và bề mặt ray loại P43 [1,2]. Bảng 1. Các tham số kỹ thuật của đầu máy D19E Tham số kỹ thuật Đơn vị Giá trị Công thức trục C0-C0 Công suất Hp 1900 Trọng lượng chỉnh bị T 78 Tốc độ cấu tạo km/h 120 Cự ly tâm 2 giá chuyển mm 8100 Cự ly trục mm 1650 Bán kính bánh xe mm 1000 Tải trọng trục T 13 Tự nặng giá chuyển T 14.53 Trọng lượng dưới lò xo T 2.647 Độ cứng dọc của hệ treo 1 kN.m-1 4.21×104 Độ cứng ngang của hệ treo 1 kN.m-1 2.16×103 Độ cứng thẳng đứng của hệ treo 1 kN.m-1 5.74×102 Độ cứng ngang của hệ treo 2 kN.m-1 2.28×102 Độ cứng ngang của hệ treo 2 kN.m-1 2.28×102 Độ cứng thẳng đứng của hệ treo 2 kN.m-1 6.82×103 Hệ số giảm chấn thẳng đứng hệ 1 kN.s.m-1 60 Hệ số giảm chấn ngang hệ 2 kN.s.m-1 60 Hệ số giảm chấn chống rắng bò kN.s.m-1 600 Khoảng cách giữa 2 vòng lăn mm 1070 Bán kính thông qua nhỏ nhất m 70 2.3. Mô hình tiếp xúc của Hertz diện tích tiếp xúc là 1 elip. Khi hai vật thể đàn tính Năm 1881, Hertz tiến hành nghiên cứu về tiếp tiếp xúc, điểm tiếp xúc là O, có thể dùng hàm bậc xúc của hai vật thể đàn hồi, đồng thời cho rằng, 2 để biểu diễn bề mặt của hai vật thể đàn tính, hai hai vật thể đàn hồi tiếp xúc với nhau thì hình dạng bề mặt đó được biểu diễn như công thức 1 [9, 11]. z1 = f1 ( x, y ) z 2 = f 2 ( x, y ) (1) z1 + z2 = Ax 2 + By 2 (2) Trong đó: CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 27 A, B: hằng số； x, y: Trục dọc và trục ngang của hệ tọa độ.
CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Hình 2. Mô hình 3D nghiên cứu động lực học đầu máy Hình 3. Bán kính tiếp xúc của hai vật thể đàn tính Khoảng ==f1 (giữa)2 vật thể đàn zz = theox,,y )) z f x, z1 cách ( x,yy ) tính= ff (( phương pháp tuyến dùng công thức (2) biểu(1) 2 2 x y thị: (1) 1 1 2 2 z1z++ 2 = = Ax 2++Byff12((x,, y )) z z Ax z11 = 2 1 x y z =2 By z22 = ff22((x,, y )) z = x y (2) (2) (1) (1) 1 2 Trong đó: zz1+ zz22== Ax 22 + By 22 1 + Ax + By (2) (2) rong đó: Trong đó: A, B: hằng số； A, B: hằngTrong đó: số； TrongTrục A, B: hằng số； dọc và trục ngang của hệ tọa độ. x, y: đó: x,x, y: Trục dọc và trục ngangcủa hệ tọa độ. y: Trục dọc A, B: hằng số； của hệ tọa độ. và B: hằng A, trục ngang Giá trị của A số； Giá trị của AAvày: Trục và B và trục định bởitrưngtrưngxúc hình hình học quan hệ hệ tiếp xúc giữahai vật thể đàn tính, nó quyết đặc của x,vàBTrục dọcđịnhtrục ngang của(3) tọa độ. quyết địnhbởingang của hệ tiếp xúc tiếp xúc và quan hai vật thể Giá trịtính, nóx, y: Bquyết thị nhưbởiđặc trưng tiếp độ. hình học và quan hệ tiếp xúc giữa hai vật thể đàn tính, nó đàn đượccủadọcvà B quyết định bởi đặc trưng tiếp xúc hình học và quan hệ tiếp xúc giữa hai vật thể đàn tính, nó biểu(3)và công thức hệ tọa đặc học và tiếp xúc giữa ược biểu thị như Giá trị thức A (3) B quyết định bởi đặc trưng tiếp xúc hình học và quan hệ tiếp xúc giữa hai vật thể đàn tính, nó công thức được biểu thị nhưGiá trị của A và công được biểu thị như công thức (3) được biểu thị như công thức (3) 1  1 1 1 1 11  ( AA +=) 1  1 ++ 1 ++ 1 + 1  1  ) ( + BB 2  ( A + B) 1  1 + R1 + 1 + 1  =  1 + 1  2 RR11+ = 12 2 R21 + R22 + R + R    (11 BR R21  A R) =12 R22 R11 R12  R21 R22  (3)   2 R11 12 21 22  (3) (3)    2 2 1 1 (3) 11   11 111  1 11 1 11 21  11 22 1  1 1 1 1 1 1  2  2 11   2  1 ( BB −=)   22 1  1 1   −− 1  +1 − −  +  + 2  1 −+ 2  − −   cos 2α cos 2α  2 2 ( −=)AA ( B −=  +    A) 1−R + 1 − R − + 2 1R− 1 R 1 cos 2α cos 2α +2 −  − 1  22  ( B −=R 2  R R− R  22 R − RR  R12   R R R22R − R   RR AR12     11 )    2 12  R21  R   11 R R 21   2112  22  R21 R22         11  R11 11 R12   21 11 22   11  12  R11 12  R 21R12  22 21 21 R22  22    Trong đó: Trong đó: Trong đó: Trong đó: Trong đó: 1 1 11 1 1 : Nghịch đảo bán kính , , : Nghịch ,đảo :bán kínhđảo bánphươngtheo phươngvàytạiphương yđiểmđiểm xúc của vật thể đàn hồinhất.nhất. 1 1 Nghịch đảo x và tại tiếp xúc của vật thể đàn hồi : Nghịch R : thứ nhất.theo phương xxvà phương yphương y tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ nhất. , đảo Nghịch bán kính theo phương x và phương y tiếp xúc tiếp vật thể đàn hồi thứ nhất. và phương tại điểm tại xúc của vật thể đàn hồi thứ thứ R11 R bán kính theo điểm tiếp của kính theo phương x R11 R12 R R11 12 R 12 11 12 1 1 11 1 1 : Nghịch đảo bán kính theo phương x và phương y tại điểm 1 1 Nghịch đảo , , : Nghịch ,đảo :bán kínhđảo bánphươngxxvà phương yphương y tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồinhất.nhất. , Nghịch theo kính theo phương x và phương y tại điểm của vật thứ : Nghịch R22 :tiếp xúc của bán thể đàn hồi thứ nhất. ytại điểm tiếp xúc tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ nhất. kính theo phương x và R21 R22 bán kínhtheo phương và phương tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ RR21 RR22 R21 đảo vật 21 22 α: Góc giữa 22 mặt phẳng tiếp tuyến của hai vật thể đàn tính tại điểm xúc. α: Góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến của hai vật thể đàn tính tại điểm tiếp 2 α Góc giữa 2tiếp tuyến của hai vậtthể đàn tính tại điểm tại điểm α: Góc giữatiếp :xúc. phẳngtiếp tuyến của hai vật của hai vật thểtại điểm tiếp xúc.tiếp xúc. mặt phẳng mặt phẳng tiếp tuyến thể đàn tính đàn tính tiếp xúc. α: Góc giữa 2 mặt Khi bánh xe và ray tiếp xúc với nhau, trục x là phương chuyển động 3 góc của đầu máy, toa xe,(trục )vuôngN 1 − (trục2 − ( ytrục y, góc α = 0. R11x p Nx,,= 3xxN với x))2 x lày 2 33 zzcủa= 2xeab điểm(2tiếp − (b ))2 bán kính bề mặt p (x y ) π 22 1yy a N y1 − ( π)ab ( −) 2 xúc, R (4) (4) là bán kính,=) lăn pp( xxvòng z z ( ,=yy) bánh2 ) − ( ) a 1 − ( tại − b 12 (4) ngoài của mặt cắt ngang 22ππ ab bánhaa R21blà vô cùng lớn, R22 là bán kính ab xe, b bề mặt ngoài N: Tải trọng theo phương pháp tuyến. Trong đó: N: Tải trọng theo phương pháp tuyến. Trong đó: mặt cắt ngang của ray. Trong đó: N: Nếutrọng theo làphươngphápjcủa vùng tiếp) xúc cój ) ∈ A (telip, có thể Trong đó: N: Tải gọi a và b phương j )trục )tuyến.j )V (i, j Tải trọng theo haiτ bán V (i, + τ (i, pháp tuyến. ((i,, jdạng(t))  (i, x  i jj))=  τxx (i, j )V (i, j ) + τyy (i, j )Vyy (i, j ) i ) ∈ As s Edd((i,,sauđể tính x toán phân bố lực tiếp xúc theo phương E căn cứ công(i(i, )jVV(i(,i,j=j  + τ (i(,i,j )VV(i(,i,j ) ) thức (5) (5) τ τ x , j )x x )) τ y y j ) y y 0 j x +  0 (i,i,j j )∈ As s((t))ii,, jj))∉ Ass((tt)) ( ) ∈ A t (( ∉ A Ed(di, j )j== E , )  pháp(iđó：  (5) Trong tuyến: Trong đó： 00 (i,i,j j )∉ As s((t)) ( ) ∉A t  Trong đó: N: Tải trọng theo phương pháp tuyến. Hình 4. Hình dạng vết tiếp xúc Trong đó： rong đó： E ((i,, jj))-- Mật độ năng lượng hao mòn, N·m·s-1·m-2;;  E i dd Mật độ năng lượng hao mòn, N·m·s-1·m-2 của tiếp xúc Hertz   d , , ) Mật độ năng lực cắt hao mòn, N·m·s-1·mphương ngang của ô (i, j), N·m-2 độ năng lượng theo phương dọc ·m-2;; x, Ứng lực cắt theo phương dọc và -2 EE(i(ij )j- - Mậtττx, ττyy-- Ứnglượng hao mòn, N·m·s-1và phương ngang của ô (i, j), N·m -2;; d 28 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 V , V - Tốc độ trượt theo phương dọc và phương ngang, m·s-1-2 -1; τx, x,yτy- Ứng lực xcắtyytheo phươngdọc và phương ngang của ôngang,N·m-2;;; τ τ - Ứng lực cắt V - Tốc độ trượt dọc và phương ngang của ô (i, j), N·m Vx, theo phương theo phương dọc và phương (i, j), m·s i=1,2,…, nx;; j=1,2,…, ny;; i=1,2,…, n j=1,2,…, n -1 VVxVVy- Tốc độ trượt theophương dọc và phương ngang, m·s-1;; x, , y- Tốc độ trượt theo phương dọc và phương ngang, m·s x y nx, ny-- Số lượng các ô chia theo phương dọc và phương ngang. n n Số lượng các ô chia theo phương dọc và phương ngang.
, 2  R11R R12Nghịch21  Rbán kínhR11 11 R12 12R21 x R22 2phương   tại điểm tiếp 21 R22  vật thể đàn hồi thứ nhất. :  R đảo  2theo phương Rvà  R22  22 y R11  R12   12  21 R  R  12 21 21  2 11  11 R xúc của 22    1  R  11 12    2   22  2  1  2  1 1   ( B −=1 1  1 − 1 1 + 1 − 1  + 2  1 − 1   1 − 1  cos 2α  2 Trong đó: 1 − )  + 2  1 −   1 A   1 1  A) −=  1 − 1 đó: +  R   R − Rvà cos 2α      2  Trong 12: Nghịch đảo22bán kính11 12 R12  R21 x 22  phương y R12   R21 tiếp22xúc của  thể đàn hồi thứ nhất.    R11, R  R21 R 2  R11 R theo phương R 22       21  R11 tại điểm R  vật  R 1 R 1 1 1 : Nghịch đảo bán kính theo phương x và phương y tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ nhất.  21 22 , o bán kínhđó:,R phương x VÀ phương y tại điểm tiếp xúc và phương y tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ nhất. theo : Nghịchvà TRAO ĐỔI theo phương x của vật thể đàn hồi thứ nhất. KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ Trong R NGHIÊN12 CỨU đảo bán kính CƠ α: Góc R12 R2 mặt phẳng tiếp tuyến của hai vật thể đàn tính tại điểm tiếp xúc. 11 giữa 11 1 11 1 , 1 : Nghịch đảo bán kính theo phương x và phương y tại điểm tiếp xúc của vật thể đàn hồi thứ nhất. 1 kính theo , :R : và phươngyytạitheo phương x và và thể y tại điểm tiếp tiếp obánR11 Rtheo phương xxvà phươngkínhkính theo phương x vật phương hồi thứ nhất. xúc của thể đàn đàn thứ nhất. bánkính 12 ,R phươngNghịch đảo bán tạiđiểm tiếp xúc củaphươngđàn yhồi thứ nhất. của vật vật thể hồi hồi thứ nhất. Nghịch đảo bán điểm tiếp xúc của vật thể đàn tại điểm xúc R21 R22 22 21 3 1 1 α: Góc giữa z (mặt )phẳng N tuyếnxcủa hai )2 thể đàn tính tại điểm tiếp xúc. 2 y , tuyến của hai mặt x,= tính tiếpđiểm(tiếp xúc bthể đàntại đàn điểmxúc của o bán kính : Góc giữa 2 x vàphẳng 2 π ab 1 − ahaixúc. vật y tính tại tiếp tiếp xúc. : Nghịch đảo bán y p phương y tuyến của x) −phương phương ( (4) hẳng tiếp αtheo phươngvật2thể kínhtiếp tại điểm tiếpvàvậtcủa vật thể điểmhồi thứ nhất. vật thể đàn hồi thứ nhất. đàn theotại R21 R22 2.3. Phương pháp xác định hao mòn của Zobory ẳng α: Góc giữađó: hai Tải trọng theo phương pháp tuyến. tính tại điểm tiếp xúc. tiếp tuyến củamặt vật thể tiếp tuyến của hai tiếp thể đàn Trong 2 N: phẳng đàn tính tại điểm vật xúc. 3 N Zobory căn py(vào(lý,thuyết3 N − (1 −2( − )hao2tán 2 x 2 cứ 2 zy) = Nvề năng lượng 2y− ( y ) thành lập mô hình tính toán hao mòn mặt lăn bánh p x y3 ) x x (4) x,= y) xe. 1 − (  ) bước)x,=Vx (i, phâny chiaVvùng a ( (), j ) ∈ As (t ) vùng (4) và vùng trượt, vùng nén là(4), vùng Tại mỗi − ( z thời, gian, j ) + τπ(i1j ) y (i,)j ) tiếp xúcbthành τ x (i j ) 2 ab a , i nén Aa 2 π ab a (i, j ) = E b 2 π ab b (5) trượt là Asd, đồng  3cho rằng hao mòn chỉ sinh(i, j )tại A (t ) trượt, như hình 3. Đối với ô bất kỳ (i,j) trong thời N 0 x 2 y 2 ra ∉ vùng 3 N vùng tiếp đó:x,= trọng lượng hao− )của x y Tải 2 ,ng)theo phương−đó: pxúc,N: trọng theotheo−phương(pháp tuyến. [10]: = Trong Trong pháp2tuyến. độ năng phương)phápbtuyến.nó là 1 ( ) z (Tảiy) 2 π ab 1 ( a mòn s y Trong N: − (mật ) (4) (4) 2 π ab đó： a b j )Vx (iEj i - j )Vy iđộ) năng ,)xj()i∈τA(i,t()j,)V (i, jy)(i, N·m·s )y (i, j ) , , j  d  , j )xVx i j + τ + τ )yViy,(ij )V  j ( τ x (i, Trongd)(+,τjy)(i, Mật(trọng (i,(ijτlượngs (hao)xmòn,tuyến., j-1·m-2;(i, j ) ∈,As)(∈ As (t ) (i j t )  đó: pháp Ed (i, E) =  phương pháp ng theo phươngN: Tải tuyến.theo =  j (5) (5) (5)  (i j ) ∉ As (t ) 0 0 0- Ứng lực cắt theo, phương dọc và phương ngangj )củas (t )(i,s j), N·m-2;   (i, ∉,A ) ∉ A (t ) (i j τ τy τ x (i, j )Vx (i, x,) +đó：j )(i,y (ji), =)τ x (i,(ji)Vx (i, A) (+)τ y (i, j )Vy (i, j ) , j) ∈ js t (i, j ) ∈ As (t ) ô Trong τ y (i,đó： j  jTrong V Ed đó： (5) Vx, Vy- Tốc độ trượt theo phương dọc và phương ∉ -1 (t )-2 m·s-1;(5) Trong (i, j ) ngang, As  d  -1 (i j ) ∉ A 0t ) 0 E (i, j ) - Mật độ, năng slượng hao mòn, N·m·s-1·m-2; ;  (i, j ) - Mật độ năng (lượng hao mòn, N·m·s-2 ·m E i,Ejd - ; j=1,2,…, n ng lượngi=1,2,…,)n N·m·s ·m-2; ;lượng hao mòn, N·m·s ·m ; hao (mòn, Mật độ năng -1 Trong đó： d τ τ -xỨng lực cắt ytheo phương dọc và phương ngang -2 heo phươngx,dọcx,vàlượng cắt ;theotheo phương N·m-1 ; phương ngang của ô (i, j), N·m ; τ nτy-Số y- Ứng -1 -2 ngang của ô phương dọc và phương ngang. τ x, τy lực lực cắt dọc -2  (nx,j ) - -Mật(i,phươnglượngphương(i, j), và phương ngang của ô (i, j), -1 của Ứngj),năng -2 chia theo dọc ô độ N·m ô các và -2 N·m-2; Ed i, ng lượng hao mòn,V - Tốc độ trượthao mòn, N·m·s ·m ;phương ngang, -1 y V -, N·m·s độ trượt theo phương và phương ngang, m·s ; ·m ; t theo phươngVyx, TốcTốc,trượt ngang, m·s-1i, dọc dọc và Vx, dọcVy- phương theotheophương dọc và phương ngang, m·s ; Vx và độ md theo)phươngphươngphương ngang của ô (i, j), N·m-2; = k z (i, jdọc và; j ) -2 y τx, τy- dọc lựcphương ngang của ⋅ Ed ( (i j eo phươngỨngi=1,2,…, nx; j=1,2,…, ny;ô (i, j), N·m ; m·s-1; cắt và ) (6) …, ny; i=1,2,…, nx; j=1,2,…, ny; i=1,2,…, n ; j=1,2,…, n ; -1 theoTrongy- Tốcx, ny- Số lượngphương dọc; và phương ngang, m·s ; ngang. Vx, V đó dọc và phương ngang, ychia-1 phương n độ trượt xtheo các ô m·s theo phương dọc và phương n ny-x,Số- lượng các ô chia ngang. dọc và phương theo phương dọc và phương ngang. c ô chia theox,phươngSố lượng các ô chia theo phương dọc và phương n ny , ny; i=1,2,…, Mậtj=1,2,…, my;(i, j ) k kg·sj )·m ;(i, j )  - nx; n mài mòn, -1 -2 md ngang.độ lượng = ( ⋅  ⋅ , j  (i, j ) md (i, d ) k z (i, j ) i,Ed (iEd ) = j k z (i, j ) ⋅ E lượng lượng mài mòn phương dọc và phương ngang. z (6) (6) (6) ô chia x, nk- (i,dj)-Mật độcácvà chia theongang.mỗi ô đã chia như sau: n theoSố y phương dọc ô phương trong -1 TrongHệ số mài mòn, kg·(N·m) 。 Trong đó đó z  k z (i, j ) Điều(ikiệndđể, xác địnhi,hệ) số d (i, j ) như công thức (8) ⋅ Ed , jm= k z ( j ⋅ E mài mòn -1 -2  ) (i j )  (6) (6) Hình 5. Phân bố vùng nén và vùng trượt -1md -2 Mật độ lượng mài mòn, kg·s-2 ·m ;  - ;độ lượng mài mòn, kg·s-1·m ; m Mật mài mòn, kg·s -Trong đó  Trong đó d ·m −10 trong vùng tiếp xúc  7m10 Mật độ lượng mài mòn,106 N-1·m-2-1m -2 ) (i, j)- Hệ số mài mòn, ≤ 4 × -1 -1m(s ; × d - kg (N ⋅ m) Ed kg·s ⋅ 。 k = -1 k mòn, kg·(N·m)21z (i, j)- số mài mài mòn, kg·(N·m)-1。 -1m -2 ) kg·(N·m) (7) md kg·s-1。 10−10 kg số mòn, kg·(N·m) ;。  kz(i, ·m Hệ j)- mài mòn, - Mật độ -2; Hệmài ⋅mòn, kg·s 4 × 10 N ⋅ m(s  kz lượng (N m) × -1 Ed > ·m 6 -2 ĐiềuĐiều kiệnxác xác địnhhệ số mài mòn như công thức (8) Điều kiện để định hệ hệ số mòn như công thức (8) kiện để để thức (8) nh hệ số mài mòn như côngxác định số màimài mòn như công thức (8) kz(i, j)- Hệ số mài mòn, kg·(N·m)-1。 òn, kg·(N·m) 。 -1 6 -1 -2 m) Điều≤kiệnk7= xác×định-2hệ⋅ m) màiEmòn d×≤ 4 × 10m(sthức )(8) ) Ed 4 × 106 N⋅ 7 10 (N số ⋅ m) d ≤ E như N ⋅ N ⋅ m(s m −10 10−10 -1m kg (N để× m(s kg−10 ) 4 106 công -1m -2 k =  6 21 10-1 h hệ số mài mòn như−× 10 -2 thức (8) công kg (N 6 (7) (7) (7) 10 kg (N ⋅ m) ⋅ m) d > Ed×> 46× 10m(s⋅-1m(s ) m ) E 4 10 N ⋅ N m -2 -1 -2 ⋅ m) 21 × Ed > 4 × 10 N ⋅ m(s m ) m) k = ≤ 4 Ed  7 × 106 10 kg (Nm -2 ) × 10− N ⋅ m(s -1 ⋅ m) Ed ≤ 4 × 106 N ⋅ m(s -1m -2 )  3.10KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN -1 -2 6 (7) lắp đặt có sai số, do lực của thiết bị kẹp chặt (7)  4 × 10 N ⋅ hưởng )đến Ed > 4 × 10 bánh xe m ) máy có không đủ, độ cứng của ray bị thay đổi hoặc lực Ed >21× 106Ảnhm(s -1mm)kg (N ⋅ -2 N ⋅ m(s − m) hao mòn đầu nhiều tham số như tham số của đầu máy, tham số ngang lớn, khiến cho ray bị dịch ngang. Bài báo của đường. Nếu các tham số kỹ thuật của đường khảo sát với bốn trị số khổ đường là 995 mm, không hợp lý, sẽ tạo ra các lực tác dụng giữa đường 1000 mm, 1005 mm, 1010 mm, từ đó mô phỏng ray và bánh xe, góc xung kích tăng lên, đồng thời tính toán phân bố mài mòn trên mặt lăn bánh xe tạo thành vị trí tiếp xúc bất lợi giữa bánh xe và ray, khi khổ đường thay đổi. như vậy sẽ làm tăng tốc độ hao mòn bánh xe. Nếu Hình 6 là phân bố mài mòn bánh xe khi đầu máy thiết kế hợp lý các tham số kỹ thuật của đường sắt chạy được 2,1x105 km với các khổ đường khác sẽ cải thiện lực tác dụng giữa bánh xe và đường nhau. Từ hình vẽ cho thấy, trong phạm vi giá trị ray, giảm sự mài mòn giữa ray và bánh xe. Phạm khảo sát, khi khổ đường tăng lên, độ sâu mài mòn vi nội dung bài báo trình bày ảnh hưởng của khổ giảm, khổ đường là 995 mm, độ sâu mài mòn tại vị đường và độ nghiêng ray đến hao mòn bánh xe. trí vòng lăn là 7,663 mm. Khổ đường tăng lên 1000 3.1. Ảnh hưởng của khổ đường đến mài mòn mm, 1005 mm, 1010 mm, độ sâu mài mòn tương bánh xe ứng là 7,231 mm, 6,516 mm, 5,975 mm, tương Trong thực tế khổ đường luôn bị thay đổi, do ứng giảm đi 5,63%, 14,96%, 22,02%. Khổ đường CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 29
CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Hình 6. Phân bố mài mòn trên mặt lăn bánh xe Hình 7. Phân bố mài mòn khi sử dụng độ nghiêng ray khác nhau khi khổ đường thay đổi tăng, phạm vi phân bố mài mòn tăng theo, khổ nghiêng ray là 1/20, mài mòn tại vị trí vòng lăn đường là 995 mm, phân bố mài mòn trên bề mặt là 7,321 mm, độ nghiêng ray giảm xuống 1/30 bánh xe trong phạm vi -51 mm~ 48 mm, nhưng và 1/40, mài mòn tại vị trí vòng lăn tương ứng là khổ đường tăng lên 1010 mm, phạm vi phân bố 6,97mm và 6,71 mm, tương ứng giảm 3,61% và mài mòn là -51 mm~ 55 mm. Như vậy, khổ đường 7,08%. Khi độ nghiêng ray là 1/50, mài mòn bán tăng lên một cách hợp lý sẽ có lợi cho việc giảm kính vòng lăn là 6,77 mm, mài mòn có xu hướng mài mòn. Do vậy trên đường cong, phải có độ gia tăng lên. Như vậy, giảm nhỏ độ nghiêng ray một khoan là cần thiết, tuy nhiên khổ đường tăng lên sẽ cách hợp lý sẽ làm cho mài mòn bánh xe giảm. làm tăng góc xung kích, sự sai khác góc tiếp xúc Từ góc độ giảm nhỏ mài mòn mà nói, sử dụng độ giữa bánh xe trái và phải, sai khác giá trị đẳng hiệu nghiêng ray 1/40 sẽ có hiệu quả trong việc giảm độ côn mặt lăn của 2 bánh xe giảm nhỏ, mài mòn nhỏ mài mòn bánh xe. tăng lên, làm giảm tính năng động lực thông qua 4. KẾT LUẬN đường cong của đầu máy.  Mô hình đánh giá hao mòn bánh xe của đầu 3.2. Ảnh hưởng độ nghiêng ray đến mài mòn máy có thể dùng mô hình tiếp xúc, mô hình động bánh xe lực học và phương pháp đánh giá hao mòn của Độ nghiêng ray là một trong những tham số Zobory. Ứng dụng các mô hình này để đánh giá quan trọng của hệ thống đường sắt, độ lớn nhỏ ảnh hưởng của khổ đường và độ nghiêng ray đến của nó ảnh hưởng rất lớn đến vị trí điểm tiếp xúc hao mòn bánh xe. Khổ đường và độ nghiêng ray hình học, độ lớn lực tác dụng giữa ray và bánh xe. thiết kế hợp lý cũng có tác dụng làm giảm hao mòn Điều chỉnh độ nghiêng ray hợp lý sẽ làm thay đổi vị bánh xe; trí tiếp xúc, cải thiện tính năng động lực học thông  Các mô hình này có thể ứng dụng để đánh qua đường cong của đầu máy. Bài báo khảo sát độ giá hao mòn bánh xe cho các đầu máy khác nhau, nghiêng ray thay đổi từ 1/20 đến 1/50, tính toán mài đồng thời ứng dụng để nghiên cứu các nhân tố mòn mặt lăn bánh xe sau khi đầu máy chạy được khác như: điều kiện vận hành, tham số kỹ thuật 2,1x105 km với các độ nghiêng ray khác nhau. của hệ thống treo...ảnh hưởng đến hao mòn bánh Từ Hình 7 có thể thấy, độ nghiêng ray giảm xe, có thể dùng để đánh giá hao mòn bánh xe đầu nhỏ, mài mòn bánh xe giảm đáng kể. Khi độ máy, toa xe đường sắt mỏ  TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Tào Văn Chiến (2019). Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá hao mòn bánh xe của đầu máy. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 203:208. 2. Tào Văn Chiến (2018), Nghiên cứu tính năng động lực học của đầu máy dựa trên phần mềm Simpack, Tạp chí nghiên cứu khoa học Đại học Sao đỏ, (3), 83-88. 3. Vũ Duy Lộc (2001), Khảo sát, phân tích hư hỏng mặt lăn toa xe khách vận hành trên đường sắt Việt Nam, Tạp chí khoa học Giao thông vận tải, (34), 88:96. 30 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ 4. Đỗ Đức Tuấn, Nguyễn Trọng Nghĩa (2009). Xác định đặc trưng hao mòn mặt lăn và lợi bánh xe đầu máy D20E vận dụng tại Xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng. Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, 28, 131: 139. 5. Braghin F, Lewis R, Dwyer R S (2006), A Mathematical Model to Predict Railway Wheel Profile Evolution Due to Wear, Wea, 261(11), 1253-1264. 6. Jendel T (2002), Prediction of Wheel Profile Wear-Comparisons with Field Measurements. Wear, 253(12), 89-99. 7. Pearce T G, Sherratt N D (1991), Prediction of wheel profile wear, Wear, 114(1-2), 343-351. 8. Pombo J, Ambrosio J, Pereira M (2010). A study on wear evaluation of railway wheels based on multibody dynamics and wear computation. Multibody System Dynamics, 24 (3), 347-366. 9. Hertz H. On the contact of elastic solids. Reine und angewandte Mathematik, 1882(92): 156-171. 10. Zobory I. Prediction of wheel/rail profile wear. Vehicle System. Dynamics, 1997, 28(2): 221-259 11. 李亨利，傅茂海(2005), 曲线几何参数对货车转向架曲线通过性能的影响，中国铁道学报，35(2): 112:119. RESEARCH EFFECT OF PARAMETERS ON WHEEL WEAR OF LOCOMOTIVE ON ZOBORY’S METHOD Tao Van Chien University of Transport and Commmunications ABSTRACT This paper deals with an evaluation model of locomotive wheel flange wear is proposed based on the Zobory’s method. The model is a combination of the locomotive dynamics model, Hertz contact theory and Zobory’s method. The model is used to evaluate the influence of gauge widen and rail cant on wheel wear. This is the basis for research and selection of appropriate railway parameters to reduce wheel wear of locomotive. Key words: wheel wear, Hertz contact theory, Zobory’s method, locomotive Ngày nhận bài: 22/4/2024; Ngày gửi phản biện: 25/4/2024; Ngày nhận phản biện: 28/5/2024; Ngày chấp nhận đăng: 31/5/2024. Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu, nội dung công bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam. CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 31