Báo cáo khoa học: "Một số kết quả tính toán trong quá trình nghiên cứu lắp ghép bánh xe đầu máy ucraina vào trục đầu máy úc d5h" doc

Một số kết quả tính toán
trong quá trình nghiên cứu lắp ghép
bánh xe đầu máy ucraina vo trục đầu máy úc d5h


TS. nguyễn văn chuyên
Bộ môn Đầu máy - Toa xe - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bi báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu việc lắp bánh xe của đầu máy
ucraina vo trục đầu máy úc D5H v ứng dụng kết quả ny trong ngnh đờng sắt Việt nam.
Summary: The article presents some results of fitting the wheels of Ukrainian locomotives
to axles of Australian locomotives and the application in Vietnam Raiways Sector.

I. Đặt vấn đề
Đầu máy D5H đợc nhập từ úc vào Việt
nam. Trong quá trình vận dụng đã đem lại
hiệu quả rất lớn cho ngành đờng sắt. Do quá
trình vận dụng đã lâu, một số bộ phận trong
đầu máy đã bị h hỏng, hết hạn độ sử dụng.
Đặc biệt bánh xe do vận hành trong điều kiện
phụ tải hết sức nặng nề và phức tạp, lại không
phù hợp với đờng sắt Việt nam, nên tốc độ
mài mòn càng nhanh. Các bộ phận khác của
đầu máy còn rất tốt song chỉ có hỏng bộ phận
chạy dẫn tới đầu máy không làm việc đợc.
Việc nhập các bộ phận của đầu máy từ úc rất
khó khăn và đắt, hơn nữa các thiết bị này
không đợc sản xuất nữa. Nếu không nghiên
cứu lựa chọn các phụ tùng thay thế sẽ gây
thiệt hại rất lớn đến kinh tế.
Đứng trớc yêu cầu của nghành đờng
sắt, cụ thể là xí nghiệp đầu máy Hà Lào,

chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tính toán,
thiết kế xây dựng quy trình công nghệ để có
thể dùng bánh xe của đầu máy Ucraina để lắp
vào trục của đầu máy úc. Do trục đầu máy
thờng đợc chế tạo có độ bền rất cao, trên
nó có lắp rất nhiều chi tiết máy đắt tiền cho
nên phải sử dụng lại. Bản thân bánh xe của
Ucraina và trục đầu máy úc đều không đợc
nhà chế tạo cung cấp thành phần hoá học
cũng nh công nghệ chế tạo trục bánh. Để có
thể tính toán bằng lý luận chính xác, phải có
nghiên cứu kỹ thành phần hoá học của bánh
xe và trục bánh của hai loại đầu máy trên.
II. Nội dung
1. Tính toán các điều kiện để lắp ghép
1.1. Tính toán áp lực riêng nhỏ nhất tác
dụng lên mối ghép giữa bánh xe v trục đầu
máy
- Khi đầu máy khởi động, lực kéo vành
bánh có giá trị lớn nhất đợc tính theo công
thức:
F
Kmax
= P
b
.
b
[N] (1)
trong đó:
P

b
- trọng lợng bám trên một bánh;
P
b
= 5000 [KG] x 9,8 [KG/cm
2
]
= 49000 [N]

b
- hệ số bám của bánh xe với đờng
ray lấy bằng 0,33.

Vậy:
F
Kmax
= 49000 x 0,33 = 16170 [N]
+ Mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên
bánh xe là:
M
x
= F
Kmax
.r [N.m] (2)
Với r là bán kính vòng lăn, r = 0,451 m
(tính cho bán kính vòng lăn khi đờng kính
bánh xe còn ở giới hạn dới)
M
x
= 16170 [N] x 0,451 [m]

= 7292,6 [N.m].
+ Tính mômen xoắn do lực hãm gây ra:
Theo quy định áp lực lớn nhất lên guốc
hãm bánh xe đầu náy D5H là: K = 2.5 [T] =
2500 [kg] = 24500 [N].
Hệ số ma sát guốc hãm và bánh xe lấy trị
số lớn nhất
k
= 0,35.
Mômen hãm cực đại truyền cho một bánh
là:
M
h
= K.
k
.r [N.m] (3)
M
h
= 24500.0,33.0,451
M
h
= 3646,3 [N.m].
Nh vậy mômen xoắn M
x
lớn hơn mômen
hãm M
h
, trong tính toán áp lực riêng ta chỉ
quan tâm tới mô men do lực kéo lớn nhất gây
ra.

áp lực ngang của khung giá:
Y
P
= 0,6.P
b
= 0,6.49000
= 29400 [N] (4)
Độ tăng giảm ở một phía cổ trục:
P = 0,1.P
b

= 0,1.49000 = 4900 [N] (5)
Lực ma sát giữa bánh xe và đờng ray về
phía Y
b
là:

Q
B
=
(
)

+

1
P
1
32
b
L
r.Y
L
LLP
P
[N] (6)
Với L
1
= 0,924 m; L
2
= 1,1805 m; L
3
=
0,2565 m; r = 0,451 m ta có:
Q
B
= B
(
)

+

924,0
2565,01805,14900
49000

25,0.
924,0
451,0.29400





Q
B
= 6757,4 [N] B
Lực dọc tác dụng lên mối ghép:
P =Y
P
+ Q
B
[N] (7) B
P = 29400 + 6757,4 = 36157,4 [N]
Sau khi xác định đợc mômen xoắn M
x

lớn nhất trong hai giá trị mômen xoắn do hãm

và kéo gây ra, và lực dọc P ta đi xác định giá
trị áp lực riêng nhỏ nhất:
[]
f.L.d.
d
M2
P
P
DN
2
DN
x
2
min









+
=
[N/m
2
] (8)
trong đó:
P = 36157,4 N

M
x
= 7292,6 Nm
d
DN
= 0,1685 m
L = 0,1935 m
f = 0,08
[P
min
] =
08,0.1935,0.1685,0.14,3
1685,0
6,7292.2
4,36157
2
2






+

= 11453456 [N/m
2
]
1.2. Tính toán độ dôi nhỏ nhất cần thiết
N

mintt
= [P
min
].d
DN
.








+
2
2
1
1
E
C
E
C
[m] (9)

trong đó: C
1
, C
2
là hệ số Lame.

C
1
=
2
DN
1
2
DN
1
d
d
1
d
d
1

-
1
(10)
C
2
=
2
2
DN
2
2
DN
d
d
1
d
d
1

-
2
(11)
E
1
, E
2
- mô đun đàn hồi của chi tiết bao
và bị bao. Hai chi tiết đều bằng thép nên
E
1
= E
2
= 2.10
11
[N/m
2
].

1
,

2
- hệ số Poát xông của thép lấy
bằng 0,3.
Trục xe đầu máy là trục đặc do đó:
d
1
= 0; d
DN
= 0,1685 m; d
2
là đờng kính
moay-ơ, d
2
= 0,265 m.
Suy ra:
C
1
=
1
m
01
01


+
= 1 - 0,3 = 0,7
C
1
=
2

2
265,0
1685,0
1
265,0
1685,0
1














+ 0,3 = 2,655
Thay vào ta có:
N
min tt
= [p
min
].d
DN
.

+
2
2
1
1
E
C
E
C

N
min tt
= 11453456.0,1685






+
1111
10.2

655,2
10.2
7,0

N
min tt
= 3237419,6.10
-11
m = 32,4 m
1.3. Xác định độ dôi cho phép nhỏ nhất
có tính tới các ảnh hởng do gia công lắp
ghép

[N
min
] = N
min tt
+ K
1
+ K
2
[m] (12)
Trong đó:
K
1
- hệ số ảnh hởng của độ nhám,
K
1
= 1,2.(R
zd

- R
zD
).
Khi trục và lỗ gia công bằng tiện độ nhám
của trục cao hơn lỗ một cấp. Nếu độ chính
xác đạt cấp 7 thì R
zd
= 6,5 m; R
zD
= 10 m.
Suy ra: K
1
= 1,2 (6,5 + 10) = 19,8 m.
K
2
: Hệ số tính đến sự dãn nở khác nhau
của bánh xe và trục.
Nhiệt độ khi ép và khi làm việc không
thay đổi nhiều nên K
2
= 0.
Vậy:
[N
min
] = N
min tt
+ K
1
+ K
2

[N
min
] = 32,4 + 19,8 + 0 = 52,2 m
1.4. Xác định áp lực riêng cho phép lớn
nhất
á
p lực riêng cho phép lớn nhất đợc lấy
bằng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị áp lực
riêng sau:
P
1
= 0,58.
c1

2
DN
1
d
d
1


[N/m
2
] (13)
P
2
= 0,58.
c1

2
DN
1
d
d
1


[N/m
2
] (14)
Vì trục đầu máy là trục đặc nên d
1
= 0.
d
DN
= 0,1685 m
d
2
= 0,265 m

c1
,
c2
đều là thép,

c1

=
c2
= 35.10
7
[N/m
2
]
Thay vào ta có:
P
1
= 0,58. 35.10
7
.(1-0) = 202.10
7
[N/m
2
]

P
2
= 0,58.35.10
7

2
265,0
1685,0
1

= 12,09.10
7
[N/m
2
]
Từ hai giá trị P
1
và P
2
ta chọn
[P
max]
] = 12,09.10
7
N/m
2
.
1.5. Xác định độ dôi tính toán N

max tt
N
max tt
= [P
max
].d
DN
.








+
2
2
1
1
E
C
E
C
[m] (15)
= 12,09.10
7
.0,1685

+
11
10.2
655,27,0

N
max tt
= 314.10
-6
m = 341m

1.6. Xác định độ dôi lớn nhất cho phép
N
max
khi tính đến các yếu tố ảnh hởng của
quá trình gia công
[N
max
] = N
max tt
+ K
1
+ K
2
[m] (16)

= 341 +19,8 + 0
= 360,8 m = 0,361 mm
1.7. Chọn kiểu lắp ghép cho mối ghép
Căn cứ vào các giá trị N
max
, N
min
và tiêu
chuẩn dung sai lắp ghép của Việt nam, chúng
ta đi đến chọn kiểu lắp ghép cho bánh xe của
đầu máy Ucraina và trục đầu máy
úc D5H
theo:
6
7
V
H
25,168
có trị số nh sau:
252,0
277,0
046,0
25,168
+
+
+


Từ kiểu lắp đã chọn ta có độ dôi lớn nhất
của mối ghép:

N
max
= 0,277 - 0 = 0,277 mm
và độ dôi bé nhất của mối ghép là:
N
min
= 0,252 - 0,046 = 0,206 mm
Lắp ghép này có đặc tính thoả mãn điều
kiện tính toán là:
N
max
= 277 m = 0,277 mm
< [N
max
] = 360,8 m = 0,3608 mm.
N
min
= 206 m = 0,206 mm
> [N
min
] = 52,2 m = 0,0522 mm.
2. Quy trình lắp ghép
Hiện nay trong ngành đờng sắt Việt
nam, lắp ghép các mối ghép có độ dôi lớn,
chịu phụ tải nặng là rất khó khăn và phức tạp.
Trong quá trình nghiên cứu thực tế chúng tôi
chỉ định cho xí nghiệp đầu máy Hà Lào cần
chở các bộ phận của đầu máy vào xí nghiệp
đầu máy Đà Nẵng để gia công và ép vì xí
nghiệp này có loại máy ép trục bánh xe kiểu

thuỷ lực PR 300/1000. Đây là loại máy ép hiện
đại của Đức, đợc điều khiển tự động bằng
máy tính, có thể thoả mãn lắp mối ghép trên.
Các quá trình ép bánh xe đợc tiến hành
nh sau:
- Đa bộ trục bánh và phụ kiện nguyên
thuỷ của đầu máy
úc vào xí nghiệp đầu máy
Đà Nẵng sau đó tiến hành các bớc gia công
phụ.
- Dùng máy ép thuỷ lực PR 300/1000 ép
bánh xe ra, chúng ta sẽ in ra đợc đồ thị ép.
Từ đồ thị lực ép suy ra độ đôi mối ghép, so
sánh với độ dôi tính toán xem có chênh lệch
không. Nếu độ dôi quá lỏng phải loại bỏ. Còn
độ dôi ép ra còn trong khoảng cho phép sẽ
tiến hành gia công bánh xe của đầu máy
Ucraina vào trục đầu máy
úc theo kiểu lắp đã
tính toán ở trên.

- Tiến hành ép bánh xe của đầu máy
Ucraina vào trục đầu máy
úc.
Sau khi đã có đồ thị ép, chúng tôi nhận
thấy giữa tính toán lý thuyết và thực tế gia
công là trùng hợp nhau.
II. Kết luận
Việc lắp ghép bánh xe vào trục đầu máy
và độ dôi đã chọn bảo đảm cho đầu máy vận

hành tốt. Đầu máy chạy thử hết thời gian cho
phép tức là chạy đợc 35.000 km, mối ghép
vẫn làm việc bình thờng, đến nay Liên hiệp
đờng sắt Việt nam đã cho áp dụng hàng loạt
việc thay thế bánh xe đầu máy
úc bằng bánh
xe đầu máy Ucraina.
Việc sử dụng bánh xe Ucraina để thay
cho bánh xe đầu máy
úc đã đem lại hiệu quả
kinh tế cao, tận dụng đợc các thiết bị hiện
có, mà đầu máy lại vận hành bình thờng, bảo
đảm cho việc vận tải của ngành tại tuyến
miền Tây ổn định. Vấn đề phụ tùng để gia
công bánh xe vào trục đầu máy không còn
phải phụ thuộc vào việc nhập khẩu từ
úc. Đây
cũng chính là ý nghĩa của việc nghiên cứu.


Tài liệu tham khảo
[1]. An Hiệp - Trần Vĩnh Hng. Dung sai và đo
lờng cơ khí. Nxb GTVT, Hà nội, 1999.
[2]. V. N. IVANOB Kontruksian, D. NAMIKA
Teplovozop. Moscow, 1968.
[3]. Nguyễn Văn Chuyên, Nguyễn Hữu Dũng.
Kết cấu tính toán đầu máy. Hà nội, 1985
[4]. Queensland Railways.
[5]. Hydranlic Wheel Prees Type PR 300/1000 Ă