Báo cáo khoa học: "tính toán đặc tính kéo của đầu máy d10h khi nâng cao tốc độ" ppsx

tính toán đặc tính kéo của đầu máy d10h
khi nâng cao tốc độ

TS. Nguyễn hữ u dũng
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
i. Đặt vấn đề
Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT
Tóm tắt: Bi báo trình by phơng pháp xây dựng đồ thị sức kéo v tính trọng lợng kéo
của đầu máy D10H sau khi cải tạo nâng cao tốc độ.
Summary: The paper presents an establishment method on traction force curve and
calculation of pulling capacity for locomotive after rehabilitated to increase speed.

Hiện nay Liên Hiệp ĐSVN có chủ trơng
thay động cơ và nâng cao tốc độ đầu máy
D10H để kéo tầu khách trên tuyến Hà nội -
Yên bái. Theo phơng án kỹ thuật đã đợc
thông qua: Động cơ trên đầu máy hiện nay là
động cơ 12V180ZJ của Trung quốc sẽ đợc
thay bằng động cơ CAT 3508B của Mỹ có
cùng số vòng quay 1500 vòng/phút và cùng
công suất 1100 mã lực. Vấn đề làm cho một
số ngời còn băn khoăn là sau khi cải tạo nh
thế sức kéo của đầu máy cũng nh trọng
lợng kéo của nó sẽ thay đổi ra sao và liệu nó
có đáp ứng đợc yêu cầu kéo tầu khách của
Xí nghiệp hay không? Những tính toán sau
đây sẽ trả lời câu hỏi đó.
ii. Xây dựng đặc tính sức kéo của
đầu máy sau khi cải tạo
Do động cơ mới có công suất bằng công

suất động cơ cũ nên có thể coi nh công suất
của đầu máy không thay đổi vì thế có thể xây
dựng đờng đặc tính sức kéo của đầu máy
sau khi cải tạo dựa trên cơ sở đờng đặc tính
sức kéo của đầu máy trớc khi cải tạo.
Nếu tốc độ đầu máy sau khi cải tạo đợc
nâng lên đến 70 km/h thì tỉ số tốc độ lớn nhất
trớc và sau khi cải tạo là:
33,1
5,52
70
cumaxV
moimaxV
kv ===
(1)
Dựa trên công thức tính công suất đầu
máy ta có:

kv
F
270
kv.V
270
VF
N
KK
KK
K
==
(2)

có nghĩa là nếu tốc độ đầu máy đợc tăng lên
bao nhiêu lần thì sức kéo đầu máy sẽ giảm đi
bấy nhiêu lần.












Hình 1. Đặc tính sức kéo của đầu máy D10H
trớc v sau khi cải tạo
Vì thế chúng ta có thể xây dựng đặc tính
sức kéo của đầu máy sau khi cải tạo bằng
cách sử dụng chính ngay đặc tính sức kéo cũ
của đầu máy với sự thay đổi tỉ lệ của các trục
toạ độ:

Tỉ lệ trục vận tốc đợc tăng lên kv lần,
nghía là mỗi giá trị vận tốc V trớc kia đợc
chuyển thành: V.kv
Tỉ lệ trục sức kéo đợc giảm đi kv lần,
nghía là mỗi giá trị sức kéo F
K
trớc kia đợc

chuyển thành: F
K
/ kv = F
K
. k
F
Trong đó: 75,0
70
5,52
kv
1
k
F
=== (3)
Đặc tính sức kéo bám vì chỉ có trục
vận tốc thay đổi cần tính lại theo công thức:

BBB
PF
=
(4)
trong đó: hệ số bám
B
phụ thuộc vận tốc:

V20100
8
25,0
B
+

+=
(5)
Kết quả tính sức kéo bám đợc ghi trong
bảng sau:
V [km/h] 0 5 10 15

B
0,33 0,29 0,277 0,27
F
B
[ T ] B 18,48 16,24 15,49 15,12
Toàn bộ đặc tính sức kéo của đầu máy
trớc và sau khi cải tạo đợc thể hiện trên
hình 1. Chúng ta nhận thấy:
ở những tốc độ thấp dới 20 km/h sức
kéo bị giảm đáng kể nhng đây không phải là
vùng tốc độ thờng xuyên vận dụng.
Trong khoảng từ 20 đến 50 km/h hai
đờng đặc tính gần nh trùng nhau chứng tỏ ở
những tốc độ này sức kéo không bị suy giảm.
Trên 50 km/h là vùng tốc độ mở rộng
sức kéo giảm theo quy luật hyperbol.
Nh vậy việc tăng tốc độ không làm giảm
khả năng kéo so với trớc nhng lại lại mở
rộng thêm đợc vùng tốc độ vận dụng.
Iii. tính toán trọng lợng kéo của
đầu máy sau khi cải tạo

1. Tính trọng lợng đoàn tầu theo độ
dốc hạn chế của tuyến đờng

Theo công thức:

(
)
()
i"
i'PF
G
O
OK
+
+
=
(6)
trong đó: F
K
là sức kéo lâu dài của đầu máy
F
K
= 110000 kg; P là trọng lợng của đầu máy
P = 56 T;
O
là sức cản cơ bản của đầu máy.
Theo quy trình tính sức kéo của Liên hiệp
ĐSVN ban hành ngày 24 - 5 - 1985:

2
LO
O
V

M
F0453,0
V0931,0
q
132
5,6' +++= (7)
với q
O
là tải trọng trục, q
O
= 14 [T]; F là tiết
diện ngang của đầu máy, [m
2
]; M
L
là khối
lợng của đầu máy M
L
= 56 [T].
Ta tính đợc:
(8)
]T/N[V0086,0V0931,093,15'
2
O
++=


O
là sức cản cơ bản của toa xe. Lấy
theo toa xe khách 4 trục ổ bi:

(9) ]T/N[V0029,0V26,015"
2
O
++=
Với V là vận tốc dài lâu của đầu máy
V = 16,2 km/h. i là độ dốc hạn chế của tuyến
đờng, i = 12
o
/
o o
ta tính đợc:

O
= 19,6952 [N/T] = 2,01 [kg/T]

O
= 19,973 [N/T] = 2,038 [kg/T]
Nh vậy:

(
)
()
]T[7,727
12038,2
1201,25611000
Q =
+
+
=
(10)

Trên độ dốc i =12
o
/
oo
đầu máy có thể kéo
đợc đoàn tầu có Q = 728 [T].
2. Tính trọng lợng đoàn tầu theo điều
kiện khởi động
Theo công thức:

(
)
()
maxiKD
maxiOKD
"
'PF
G
+
+
=
(11)
trong đó: F
KD
là sức kéo khi khởi động của đầu
máy F
K
= 15500 kg;
O
là sức cản cơ bản của

đầu máy khi khởi động
O
= 5 kg/T;
O
là sức
cản đơn vị của toa xe khi khởi động:
(12)
]T/N[V0029,0V26,015"
2
O
++=


i max
là sức cản phụ ứng với độ dốc cực
đại
i max
= 12 kg/T.
Với V = 10 km/h và i = 12
o
/
oo
ta tính đợc:

O
= 17,89 [N/T] = 1,8255 [kg/T]
Nh vậy:

()
()

]T[1052
128255,1
1255615500
Q =
+
+
=

Khi khởi động trên độ dốc lớn nhất đầu
máy có thể kéo đợc đoàn tầu có Q = 1050 [T].
IV. Tính tốc độ lớn nhất của đầu
máy khi kéo đon tầu có trọng
lợng cố định
Muốn xác định đợc tốc độ này ta cần
xây dựng các đờng đặc tính sức cản đoàn
tàu trên cùng một đồ thị với đờng sức kéo
sau đó xác định vận tốc ứng với giao điểm của
đờng đặc tính sức kéo và các đờng đặc tính
sức cản này tính với đoàn tầu có trọng lợng
Q trên độ dốc i
o
/
oo
nghĩa là các điểm có:
()()
i"Gi'PF
OOK
++
+
= (13)

Trong đó
O
và
O
phụ thuộc tốc độ V
tính theo (8), (9).
Các đồ thị xây dựng bằng phần mềm
MATLAB khi đầu máy kéo các đoàn tàu
Q = 400 tấn và Q = 700 tấn đợc thể hiện trên
hình 2.
Tốc độ lớn nhất đầu máy có thể đạt đợc
trên các độ dốc 0, 5, 10, 12, 15
o
/
o o
trớc và
sau khi cải tạo khi kéo đoàn tầu Q = 400 tấn
tấn đợc ghi lại trong bảng sau:
Vmax [km/h]
Q[T]
i
o
/
o o
Khi
0 5 10 12 15
Vmax = 52,5 km/h
52,5 51 31,5 27 24
400
Vmax= 70 km/h

70 47 33 28 24
700 Vmax= 70 km/h
57 32 20 16

Chúng ta thấy khi kéo đoàn tầu Q = 400
tấn tốc độ lớn nhất đạt đợc trớc và sau khi
cải tạo không chênh lệch nhau nhiều. Trong
bảng trên chúng ta cũng thấy đợc tốc độ lớn
nhất đầu máy đạt đợc khi kéo đoàn tầu
khách Q = 700 tấn trên tuyến Hà nội - Lào cai.















Hình 2. Xác định Vmax khi kéo đon tầu
có Q = 400 t v 700 t.

Tài liệu tham khảo
[1]. Baránszky-Job Imre - Vasúti Jảrmu szerke-

zetek, Budapest, 1979.
[2]. Lại ngọc Đờng. Sức kéo Đoàn tầu (Bài giảng
Cao học). Hà nội, 2000.
[3]. Nguyễn Văn Chuyên. Sức kéo Đoàn tầu. Hà
nội, 2001.
[4]. Liên hiệp ĐSVN. Các tài liệu về Đầu máy
D10H. Hà nội, 2002