ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NẰM NGANG ĐẦU MÁY D14E
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (923.4 KB, 28 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NẰM NGANG ĐẦU MÁY </b>
<b>BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI</b>
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI</b>
<i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chuyên ngành : Đầu máy toa xe và tàu điện metro</b>
<b><small> </small></b></div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
Nội dung thuyết trình
Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E
Cơ sở tính tốn động lực học theo phương nằm ngang của đầu máy D14E
Xác định và đánh giá kết quả
<b>Tổng Quan Bài Thuyết Trình</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
Đầu máy Diesel D14E được sản xuất tại công ty cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu, được nhập về Việt Nam từ năm 2002, có 5 chiếc do xí nghiệp Đầu máy Hà Lào quản lý.
Ký hiệu đầu máy : D14E. - Công thức trục : Co- Co. - Công suất tối đa : 975 KW. - Công suất định mức : 774 KW Các kích thước chính.
- Chiều dài của đầu máy tính cả đầu đấm móc nối : 17300 mm - Chiều cao đầu máy tính từ mặt ray : 4764 mm
- Chiều rộng đầu máy : 3250 mm
- Khoảng cách giữa 2 trục trong 1 giá chuyển hướng : 1800 mm - Chiều cao của tâm đầu đấm đến bề mặt ray : 880 <small> 10</small>mm
<b>1.1. Tổng quan về đầu máy Trung Quốc D14E</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
Đầu máy D14E bao gồm các bộ phận trên và dưới. Bộ phận phía trên bao gồm thân xe và các thiết bị liên quan khác. Các giá chuyển hướng được bố trí tại cả 2 đầu phía dưới, két nhiên liệu nằm ở giữa. Các khoang ắc quy được lắp ở sườn trái và phải của két
• Cabin điều khiển
<b>1.2. Kết cấu tổng thể đầu máy D14E</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
Giá chuyển hướng của đầu máy D14E là loại giá
chuyển hướng 3 trục, trên mỗi giá chuyển hưóng có 3 động cơ điện kéo tương ứng với từng trục của bánh xe, các động cơ điện kéo này được treo tựa trục, một đầu tựa cố định trên trục bánh xe, một đầu được treo trên giá chuyển hướng.
Liên kết giữa giá chuyển hướng với bệ của đầu máy thơng qua 2 hệ lị xo, hệ lị trung ương gồm 4 lò xo cao su và hệ lò xo bầu dầu gồm 12 lò xo tròn.
Đặc điểm của loại giá chuyển hướng này là không có cối chuyển hướng. việc liên kết giữa giá chuyển hướng và giá xe đầu máy thông qua các thanh kéo, giảm chấn thuỷ lực ngang. Trên giá chuyển hướng đầu máy D14E cịn bố trí 2 giảm chấn thuỷ lực ngang về 2 phía của giá chuyển hướng.
<b>1.3. Giá chuyển hướng đầu máy D14E</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"> <b>Khung giá chuyển hướng: Khung giá được chế tạo từ </b>
thép tấm bằng phương pháp hàn, gồm 2 xà dọc cạnh và 3 xà ngang liên kết với nhau. Các xà dọc và xà ngang này được chế tạo từ thép tấm có chiều dày từ 8 đến 12 mm, bên trong có các gân gia cường.
<b>Trục bánh xe đầu máy D14E gồm : trục xe, 2 bánh xe </b>
có mâm bánh đúc liền và bánh răng truyền động. Tất cả các chi tiết này được chế tạo bằng thép đúc sau đó gia cơng chính xác.
<b>Hệ thống lò xo trung ương trên đầu máy D14E : là các </b>
lị xo cao su được bố trí trên đầu máy bao gồm 08 cái lắp trên hai giá chuyển, trên mỗi giá chuyển hướng có 04 lị xo cao su được bố trí đối xứng nhau.
<i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
<small>Cấu taọ bộ trục bánh xe</small>
<b>1.3. Giá chuyển hướng đầu máy D14E1.3.1. Khung giá chuyển hướng</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7"> <b>Hệ thống lò xo bầu dầu: Trong một giá chuyển hướng của đầu máy D14E </b>
có 12 lị xo trịn bầu dầu.
<b>Hệ thống bầu dầu: Bầu dầu của đầu máy D14E là loại bầu dầu ổ bi. Trong </b>
mỗi bầu dầu có bố trí 2 ổ bi trụ, điều này giúp cho đường kính ổ bi và
đường kính cổ trục giảm nhỏ, cho phép hạ thấp trọng tâm bộ phận chạy của đầu máy, tạo điều kiện tăng tốc độ đầu máy.
<b>Hệ thống hãm giá chuyển hướng: Thiết bị hãm lắp trên mỗi giá chuyển </b>
hướng gồm có 6 blốc hãm được lắp vào 6 bánh xe. Ngồi ra trên đầu máy D14E cịn có bố trí hệ thống hãm tay để sử dụng khi hệ thống hãm JZ – 7 gặp trục trặc.
<b>Hệ thống giảm chấn thuỷ lực : Trong một giá chuyển hướng có hai giảm </b>
chấn thủy lực ngang và 4 giảm chấn thuỷ lực thẳng đứng.
<i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
<b>1.3.2 Bầu dầu và Hệ thống hãm Đầu máy</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">Động cơ Diesel CAT 3508 là một loại động cơ tốc độ cao với 8 xi lanh được bố trí theo hình
• Dung tích buồn cháy : 34,5 l
• Vịng quay định mức : 1800 vịng/phút • Vịng quay khơng tải nhỏ nhất : 720 vịng/phút
<i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
<b>1.4. Động cơ DIEZEL</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đầu máy D14E</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"> <i><b>Các ngun tắc tính tốn: Việc tính tốn động lực học D14E, trước tiên phải nắm được kết </b></i>
cấu tổng thể của đầu máy nhất là thứ tự truyền lực của đầu máy xuống đường và việc bố trí các thiết bị trên khung giá chuyển.
<b>Tính tốn động lực học bao gồm 3 bài tốn:</b>
- Tính tốn động lực học theo phương thẳng đứng. - Tính tốn động lực học theo phương nằm ngang. - Tính động lực học khi đi qua đường cong.
Trong mỗi bài toán đều có các bước: + Thành lập mơ hình.
+ Viết hệ phương trình cân bằng hoặc hệ phương trình dao động. + Lập trình để giải các bài tốn trên máy tính.
+ Phân tích kết quả tính tốn và kết luận.
<i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 2: Cơ sở tính tốn động lực học theo phương nằm ngang Đầu máy D14E</b>
<i><b>2.1. Các ngun tắc tính tốn:</b></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"> Đầu máy D14E là đầu máy có hai hệ lị xo, mơ hình dao động của nó trên mặt phẳng ngang được biểu diễn như hình 2.1 bao gồm 9 vật thể là thân xe có khối
lượng M<small>C</small>, hai khung giá chuyển hướng mỗi cái có khối lượng M<small>T</small> và sáu trục bánh xe mỗi trục có khối lượng M<small>K.</small>
• Hệ phương trình dao động gồm có 18 phương trình vi phân cấp 2 khơng thuần nhất.
• Xét sự cân bằng của tất cả các lực tác dụng lên các trục bánh , theo nguyên lí D’allambert ta viết được hệ phương trình:
<i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 2: Cơ sở tính tốn động lực học theo phương nằm ngang Đầu máy D14E</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 2: Cơ sở tính toán động lực học theo phương nằm ngang Đầu máy D14E</b>
Dao động sàng ngang của các trục bánh:
<b>2.2 Thành lập phương trình dao động ngang của đầu máy D14E.</b>
<small>- Các trục bánh trên giá chuyển hướng trước: </small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 2: Cơ sở tính tốn động lực học theo phương nằm ngang Đầu máy D14E</b>
Phương trình dao động của 2 khung giá chuyển hướng:
<b>2.2 Thành lập phương trình dao động ngang của đầu máy D14E.</b>
<i><small>*/ Dao động sàng ngang của 2 khung giá chuyển hướng </small></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"> Phương trình dao động của thân đầu máy:
Tập hợp tất cả các phương trình dao động ngang của các trục bánh xe, của khung giá chuyển hướng và của thân xe đã viết ở trên, ta được hệ phương trình dao động ngang của toa xe:
<i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 2: Cơ sở tính tốn động lực học theo phương nằm ngang Đầu máy D14E</b>
<b>2.2. Thành lập phương trình dao động ngang của đầu máy D14E.</b>
<i><small>*/ Phương trình dao động ngang của thân đầu máy </small></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.1. Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E:</b>
- Các hệ phương trình dao động nằm ngang đều có dạng ma trận:
- Nghiệm của các phương trình này như đã thấy đều gồm hai phần biểu diễn dao động tự do và dao động cưỡng bức: Z =
- Q trình giải bao gồm 3 bước, đó là: + Tìm Z<sub>1</sub> biểu diễn dao động tự do. + Xét ổn định của dao động tự do.
+ Tìm Z<sub>2</sub> biểu diễn dao động cưỡng bức.
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.1. Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E3.1.1. Nghiệm biểu diễn dao động tự do.</b>
- Là nghiệm của phương trình vi phân cấp 2 thuần nhất (có vế phải bằng khơng):
Biến đổi hệ này bằng cách nhân cả hai vế với
Phương trình (2-19<b><small>*</small>) sẽ tương đương với hệ phương trình vi phân </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17"><i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.1. Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E3.1.1. Nghiệm biểu diễn dao động tự do.</b>
<small>Tìm nghiệm của (2-18) dưới dạng: UU</small><sub>0</sub><small>e</small><sup></sup><sup>t</sup><small> (2-25) </small>
<small>Nghiệm </small> Z<sub>1</sub><small> của phương trình dao động tự do sẽ gồm các phần rử (n+1) đến 2n của các véc tơ </small><sub>U</sub><small>hay nói cách khác nó là nửa dưới của véc tơ </small><sub>U</sub><small>. </small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.1. Giải hệ phương trình dao động nằm ngang của đầu máy D14E</b>
Theo (2-27) dao động tự do của mỗi vật thể trong hệ nhiều bậc tự do bằng tổng các dao động họ hình sin có tần số và biên độ khác nhau:
<b>3.1.2. Xét ổn định của hệ dao động tự do.</b>
Z e <sup>,</sup><sup>t</sup> Z e<sup>(</sup> <small>i</small> <sup>j</sup> <small>i</small><sup>)</sup><sup>t</sup>
Trong đó: <sub>i</sub> = <sub>i</sub> +j<sub>i</sub> là nghiệm thứ i của các phương trình đặc trưng mà phần thực <sub>i</sub> của nó chỉ số mũ của biên độ dao động thứ i:
-Nếu <sub>i</sub> = 0 biên độ dao động không đổi, dao động thứ i sẽ là điều hoà. -Nếu <sub>i</sub> < 0 biên độ giảm dần theo thời gian, dao động sẽ tắt dần.
-Nếu <sub>i</sub> > 0 biên độ dao động tăng dần theo thời gian, dao động sẽ không ổn định.
- Dao động tự do của một hệ gọi là mất ổn định khi có ít nhất một dao động thành phần rơi vào trạng thái khơng ổn định.
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.2. Hàm mục tiêu của bài toán dao động:</b>Hàm mục tiêu của bài toán dao động thẳng đứng và dao động ngang của đầu máy chỉ là chỉ tiêu êm dịu hay còn gọi là chỉ số Sperling. Chỉ số này tính theo cơng thức :
- (f) là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tần số.
<i><b>Bảng Chỉ tiêu êm dịu theo Sperling </b></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang</b>- Sử dụng bài toán nghiên cứu dao động ngang đã lập trình bằng ngơn ngữ MATLAB, ta tính chỉ tiêu êm dịu theo phương ngang khi tốc độ tăng từ 5 đến 100km/h. ( Bảng 3 Trang 33 bản thuyết trình )
- Từ bảng 3 ta vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa chỉ số êm dịu theo phương ngang và vận tốc.
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang</b></div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài tốn dao động ngang</b><i><small>Hình 3 -4. Dao động tổng thân xe và giá chuyển D14E ở V=40km/h </small></i>
Để khảo sát sự mất ổn định của các dao động
ngang chúng ta xét dấu của phần thực của nghiệm
<b>phương trình đặc trưng (các giá trị riêng). Bảng 4 </b>
là các giá trị riêng ứng với tốc độ tới hạn V<sub>K</sub> (tốc độ chuyển từ ổn định sang mất ổn định.
Từ bảng 4 ta thấy:
Khi tốc độ đầu máy D14E tăng từ 0 đến 100 km/h phần thực của vectơ riêng đều âm, hay nói cách khác là dao động của hệ là ổn định. Khi tốc độ tăng đến 153 km/h thì có xuất hiện phần thực lớn hơn 0, hệ dao động mất ổn định.
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang</b></div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang</b></div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài toán dao động ngang</b></div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>3.3. Kết quả khảo sát bài tốn dao động ngang</b></div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"><i><b><small>BỘ MƠN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
<b>Chương 3 : Xác định và đánh giá kết quả tính tốn tính năng động lực học theo phương nằm </b>
<b>ngang Đầu máy D14E</b>
<b>KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ</b>
<i><b>Trên đây là toàn bộ kết quả các bài tốn khảo sát tính năng động lực học theo phương ngang </b></i>
của đầu máy D14E. Qua tính tốn ta thấy:
- Trong khoảng tốc độ chạy của mình ( từ 0 đến 100 km/h) thì phần thực của vectơ riêng đều có giá trị âm, nên hệ sẽ ổn định trong quá trình vận hành.
<b>- Với V = 153 km/h thì phần thực của giá trị riêng lớn hơn 0, hệ dao động mất ổn định.</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28"><i><b><small>BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO</small></b></i>
