Báo cáo khoa học: "Kiểm nghiệm trọng lượng kộo theo thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm xuống dốc dài" potx

Kiểm nghiệm trọng lượng kộo theo
thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú
nhả hóm xuống dốc dài


TS. nguyễn văn chuyờn
KS. nguyễn văn lõm
Bộ mụn Đầu mỏy - Toa xe
Khoa Cơ khớ - Trường Đại học GTVT

Túm tắt: Với những đoàn tàu cú trọng lượng lớn thỡ khả năng bảo
trỡ tốc độ giới hạn khi xuống dốc dài đảm bảo cho đoàn tàu vận hành an
toàn phụ thuộc trực tiếp vào năng lực hóm của đoàn tàu.
Trong bài bỏo tỏc giả trỡnh bày phương phỏp lựa chọn trọng lượng
kộo phự hợp với năng lực hóm của đoàn tàu.
Summary: The capability of ensuring and maintaining speed limit
when going down slopes to keep a great load train running safely
depends on the directly braking capacity the train.
This article shows the method of selecting an appropriate pulling
force in conformity with the train’s braking capacity.

Đặt vấn đề
Khi đoàn tàu xuống dốc dài, lực cản đường dốc biến thành lực kộo
dốc, lực này lớn hơn nhiều so với cỏc lực cản khỏc làm cho tốc độ đoàn
tàu tăng nhanh. Để đoàn tàu khụng vượt quỏ tốc độ qui định thỡ ta phải
thực hiện hóm giai đoạn, tức là hóm và nhả hóm sau đú lại hóm và nhả
hóm tới khi ra khỏi dốc. Khi hóm giú ộp giai đoạn, trước mỗi lần hóm
lại ỏp lực thựng giú phụ phải được khụi phục đủ trị số qui định, thời
gian cần cho quỏ trỡnh nạp giú nhả hóm là t
n

. Khi thực hiện hóm đoàn
tàu cũn cú thời gian chạy khụng t
k
, trong khoảng thời gian này đoàn tàu
tăng tốc, tức là tổng thời gian đoàn tàu tăng tốc sau một lần hóm và
nhả hóm là t
tt
= t
k
+ t
n
.
Để đảm bảo an toàn chạy tàu thỡ thời gian tốc độ đoàn tàu tăng từ
tốc độ ban đầu khi hóm đến tốc độ giới hạn trong trường hợp lực hóm
bằng khụng là t
z
phải lớn hơn tổng của thời gian chạy khụng và thời
gian nạp giú nhả hóm. Tức là t
z
> t
n
+ t
k
.
II. Nội dung
Thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm phụ thuộc vào
trọng lượng và năng lực hóm của đoàn tàu. Dựa vào phương trỡnh t
z
> t
n

t(s)
P(Kpa)
Pdm
tc
tc
tm
to
t(s)
P(Kpa)
Pdm
tc
tc
tm
to

Quan hệ giữa thời gian và
ỏp suất

+ t
k
ta sẽ xỏc định được trọng luợng kộo phự hợp với năng lực hóm đó
cú.
1. Thời gian nạp giú nhả hóm
Thời gian nạp giú nhả hóm t
n
phụ thuộc vào loại mỏy hóm,van hóm,
lượng giảm ỏp ống hóm và số toa xe trong đoàn tàu. Thời gian này được
xỏc định bằng thực nghiệm.

Vớ dụ: Thụng qua thực nghiệm người ta tổng hợp được thời gian cấp
giú nhả hóm (thời gian cấp giú cho thựng giú phụ) phụ thuộc vào lượng
giảm ỏp ống hóm và số lượng toa xe đối với đoàn tàu được trang bị mỏy
hóm JZ – 7 và van hóm KE1C – SL, dựa vào đú ta xõy dựng được cỏc đường
cong t
n
= f(n) như sau:

2. Thời gian chạy khụng
Khi tài xế thao tỏc hóm, cỏc guốc
hóm khụng phải lập tức và đồng thời ộp
vào bỏnh xe, sau khi guốc hóm đó ộp
vào bỏnh xe ỏp lực cũng khụng lập tức
đạt tới trị số dự định mà ỏp suất nồi
hóm cũn cú một quỏ trỡnh tăng như hỡnh
vẽ :
Trong đú: t
o
và t
m
là thời gian
tớnh từ lỳc tài xế đưa tay hóm vào vị
trớ hóm đến khi ỏp lực nồi hóm của toa
xe thứ nhất và toa xe cuối cựng của
đoàn tàu bắt đầu tăng, t
c
là thời gian
nồi hóm nạp giú để ỏp lực tăng từ
khụng đến trị số dự định.
* Xỏc định t

m
:
Một cỏch gần đỳng ta coi tốc độ lan truyền súng hóm bằng chiều dài
ống hóm đoàn tàu chia cho thời gian tớnh từ khi ỏp lực nồi hóm toa xe
cuối cựng bắt đầu tăng. Đối với van hóm KE
1C
- SL cú tốc độ lan truyền
súng hóm khi hóm thường là 150 m/s và khi hóm khẩn là 270 m/s.

Như vậy ta cú:
dtdt
h
m
L
150
L
V
t 
(sec) với L
đt
là chiều dài đoàn tàu.
* Xỏc định t
c
:
Gọi P
ct
là ỏp lực nồi hóm cần thiết để tổng lực hóm và lực cản vận
hành thắng được lực gia tốc của đường dốc (đoàn tàu bắt đầu giảm tốc)
tức là:
jod

ib  (1)
Với :
hhh
***1000b 
- Lực hóm chuyển đổi đơn vị đoàn tàu (N/KN)

G
P
G*P*
"
0
'
od
od



- Lực cản đơn vị đoàn tàu chạy đà (N/KN)
i
j
- Độ dốc qui đổi (
oo
o
/
).
trong đú :

b
- Hệ số hóm thường.


h
- Hệ số ma sỏt chuyển đổi.

h
- Hóm suất chuyển đổi đoàn tàu khi hóm khẩn.

’
od
- Lực cản cơ bản đơn vị đầu mỏy chạy đà (N/KN).

”
o
- Lực cản cơ bản đơn vị toa xe (N/KN).
P - Khối lượng tớnh toỏn đầu mỏy (Tấn)
G - Khối lượng kộo (Tấn)
 Hệ số ma sỏt chuyển đổi :
100
V
*
6
V
*)V110(*006,0
100
V
*
14
100V*6,3
*356,0
0h







trong đú :
V
0
: Tốc độ đoàn tàu ban đầu khi hóm
V: Tốc độ đoàn tàu trong quỏ trỡnh hóm
 Hóm suất chuyển đổi đoàn tàu khi hóm khẩn:
 
gGP
KK
*
''
h
'
h
h



trong đú:
''
h
'
h
K,K 
- Tổng ỏp lực chuyển đổi guốc hóm đầu mỏy và toa xe.

Vỡ khi hóm và nhả hóm giai đoạn để trỏnh hiện tượng dồn toa phỏt
sinh lực đấm ta thường hóm toa xe và nhả hóm đầu mỏy do đú ta cú :
 
gGP
KK
*
''
h
'
h
h



 Áp lực chuyển đổi guốc hóm

100V*6
V
*)V110(*006.0
100V*14
100V*6,3
*356,0
100V*6
V
*)V110(*006.0
100V*14
100V*6,3
*
100K*5
100K

*64,0
*KK
0
0
h











(KN)
Với:
k
bbbb
2
b
n
n***p*d*
4
K



là ỏp lực thực tế của một guốc hóm ộp

vào bỏnh xe.
trong đú:
d
b
: Đường kớnh xi lanh hóm(m).
p
b
: ỏp suất xi lanh hóm(Kpa).
b

: Hiệu suất truyền động hóm.
b
 : Bội suất hóm.
n
b
: Số xi lanh hóm trờn một toa xe.
n
k
: Số guốc hóm trờn một toa xe.
Đặt
k
bbb
2
b
n
n***d*
4
A





odj
iB




100V*14
100V*6,3
*64,0A
1




100
V
*
6
V
*)V110(*006,0B
01


Ta được:
b
P*AK 

h

11
b
b
b
h
11
h
BA*
100P*A*5
100P*A
*P*A
BA*
100K*5
100K
*KK












g*)GP(*
BA*
100P*A*5

100P*A
*P*A*n*n
g*)GP(
K
h
11
b
b
bk"
h
h









trong đú: n là số toa xe trong đoàn tàu
Từ (1) ta cú:
Bibib
odjjod


Hay:
g*)GP(*
BA*
100P*A*5

100P*A
*P*A*n*n
***1000B
h
11
b
b
bk
hh







11
b
b
bk
h
BA*
100P*A*5
100P*A
*P*A*n*n
*1000
g*)GP(
*B 








100P*A*5
100P*A
*P
A*A*n*n
B
*1000
g*)GP(
*B
b
b
b
1k
1
h









Đặt:
1k

1
h
A*A*n*n
B
*1000
g*)GP(
*B
C




100P*A*5
100P*A
*PC
b
b
b




Hay:
b
2
bb
b
b
b
P*100P*A)100P*A*5(*C

100P*A*5
100P*A
*PC 





C*100P*)A*C*5100(P*A
b
2
b

= 0 (***)
Giải phương trỡnh (***) ta tỡm được ỏp lực nồi hóm cần thiết P
ct
để
thắng lực gia tốc đường dốc (lỳc này tốc độ đoàn tàu bắt đầu giảm).
Gọi t
c
là thời gian nạp giú vào nồi hóm để ỏp lực đạt trị số bằng
P
ct
, nhưng thực tế cỏc toa xe khụng cú ỏp lực này cựng một lỳc, trong
tớnh toỏn kiểm nghiệm thiờn về an toàn ta cú thể coi như thời gian toa
xe cuối cựng của đoàn tàu cú ỏp lực nồi hóm đạt trị số P
ct
, tại thời
điểm này tất cả cỏc toa xe trong đoàn tàu cựng cú trị số ỏp lực nồi
hóm như vậy. Tức là thời gian tớnh từ khi tài xế đưa tay hóm về vị trớ

hóm đến khi đoàn tàu bắt đầu giảm tốc là : t
k
= t
c
+ t
m
(s), trong
khoảng thời gian này đoàn tàu tăng tốc độ.
Dựa vào kết quả thực nghiệm ta cú quan hệ giữa ỏp lực nồi hóm,
lượng giảm ỏp ống hóm và thời gian nạp giú vào nồi hóm.

Quan hệ giữa lượng giảm ỏp ống hóm,
ỏp lực nồi hóm và thời gian nạp giú vào ống hóm
3. Xỏc định thời gian đoàn tàu tăng tốc
Khi tài xế đưa tay hóm về vị trớ hóm, sau khoảng thời gian t
k
= t
c
+
t
m
tốc độ đoàn tàu bắt đầu giảm. Sau khi tốc độ giảm đến trị số dự định
(Lỳc này ỏp lực nồi hóm đó đạt trị số lớn nhất tương ứng với lượng
giảm ỏp ống hóm) tài xế thực hiện cấp giú đoàn xe để nhả hóm, vỡ ỏp
lực nồi hóm chưa lập tức giảm đến khụng nờn sau khi nhả hóm tốc độ
đoàn tàu vẫn tiếp tục giảm. Gọi t
ct
là thời gian nạp giú nhả hóm để ỏp
lực nồi hóm giảm từ trị số lớn nhất (tương ứng với lượng giảm ỏp ống
hóm) đến trị số P

ct
, trong khoảng thời gian t
ct
đoàn tàu giảm tốc độ.

Dựa vào mối quan hệ giữa thời gian nạp giú vào nồi hóm với lượng giảm
ỏp ống hóm và ỏp lực nồi hóm ta xỏc định được thời gian cần thiết để
ỏp lực nồi hóm đạt trị số P
ct
và P
max
là t
c
và t
cmax
, ta được: t
ct
= t
cmax
-
t
c
.
Như vậy, thời gian đoàn tàu tăng tốc sau khi nhả hóm là: t
n
- t
ct

(s), tức là tổng thời gian đoàn tàu tăng tốc trong một lần thực hiện
hóm và nhả hóm là:

t
tt
= t
k
+ t
n
- t
ct
= t
c
+ t
m
+ t
n
- ( t
cmax
- t
c
) = 2*t
c
+ t
m
+ t
n
- t
cmax

(s).
4. Thời gian đoàn tàu tăng từ tốc độ ban đầu khi hóm đến tốc độ
giới hạn

Gọi V
o
là tốc độ ban đầu khi hóm, V
gh
là tốc độ giới hạn. Ta chia
khoảng tốc độ từ V
o
đến V
gh
thành nhiều gian cỏch tốc độ, thời gian
đoàn tàu tăng tốc độ đến tốc độ giới hạn được tớnh theo phương phỏp
phõn đoạn cộng dồn:






n
1i
jod
i1i
z
)i(
)vv(*30
t
(s)
trong đú:
v
i

,v
i+1
- Tốc độ đầu và cuối trong gian cỏch tốc độ (Km/h).

od
- Lực cản cơ bản đơn vị của đoàn tàu khi chạy đà (N/KN).
i
j
- Độ dốc qui đổi
oo
o
/

Dựa vào cỏc thụng số kỹ thuật của đoàn tàu và tuyến đường ta cú thể
xỏc định được t
z
và t
tt
.
Như vậy ta cú 2 giỏ trị đó xỏc định ứng với số toa xe n là t
z
và t
tt
,
so sỏnh hai giỏ trị này ta được:
Nếu t
z
> t
tt
thỡ trọng lượng kộo đó thoả món theo điều kiện nạp giú

nhả hóm.
Nếu t
z
 t
tt
thỡ trọng lượng kộo chưa thoả món theo điều kiện nạp
giú nhả hóm ta tiếp tục làm như sau:
Ta chọn 3 giỏ trị trọng lượng kộo khỏc nhau G
1
, G
2
, G
3
tương ứng với
số toa xe là n
1
, n
2
, n
3
sau đú tớnh được cỏc giỏ trị: t
z1
, t
z2
, t
z3
, t
tt1
,
t

tt2
, t
tt3
. Tiến hành vẽ cỏc đường cong t
z
= f(n) và t
tt
= f(n), cỏc đường
cong này cắt nhau tại một điểm cú số toa xe là n
max
tương ứng với trọng
lượng kộo G
max
. Giỏ trị trọng lượng kộo G
max
thoả món điều kiện nạp giú
nhả hóm khi xuống dốc cú độ dốc qui đổi i
j
.
Cần chỳ ý rằng cỏc đường cong t
z
= f(n) và t
tt
= f(n) mà chỳng ta
xõy dựng là những đường gấp khỳc vỡ vậy mà số toa xe n
max
sẽ khụng phải
là số nguyờn do đú khi tớnh toỏn trọng lượng kộo ta tớnh tương ứng với

số toa nguyờn: (n

max
- 1) < n < n
max
.
Vớ dụ: Tớnh toỏn cho đầu mỏy D19E kộo cỏc đoàn tàu trờn tuyến Hà
Nội - Tp. Hồ Chớ Minh (Chỉ cần tớnh cho hai cung khú khăn nhất của
tuyến là Huế - Đà Nẵng và Mường Mỏn - Sài Gũn) ta được cỏc kết quả
sau:
Cung Huế - Đà Nẵng (Xuống dốc 17
oo
o
/
)
Tàu khỏch
G
k
= 880 (Tấn) G
k
= 1120 (Tấn)
r 80 90 100 80 90 100
V
0
25 25 26 26 24 24 25 25 26
tt 11.287

9.208 9.259 8.263 12.39 10.08

10.11 9.15 9.13
t
z

10.017

10.017

8.0178

8.018 12.01 12.01

10.01 10.01 9.01
KL Kđ đ Kđ Kđ Kđ đ Kđ đ Kđ
Tàu hàng
G
h
= 896 (Tấn) G
h
= 1176 (Tấn)
r 80 90 100 80 90 100
V
0
23 23 24 24 23 23 24 24 25
tt 11.98 12.05 10.18 12.57

12.64 10.97 11.03

t
z
14.01 12.01 12.01 14.01

12.01 12.01 10.01

KL Kđ đ Kđ đ Kđ đ Kđ đ Kđ
Cung Mường Mỏn - Sài Gũn (Xuống dốc 15
oo
o
/
)
Tàu khỏch
G
k
= 1000 (Tấn) G
k
= 1280 (Tấn)
r 80 90 100 80 90 100
V
0
25 25 26 26 25 26 26 27 27
tt 11.617 9.464
9.51
6
8.491 11.01 11.07 8.95 8.98 8.09

t
z
10.015
10.01
5
8.01
6
8.016 11.55 9.25 9.25 6.94 6.94

KL Kđ đ Kđ Kđ đ Kđ đ Kđ Kđ
Tàu hàng
G
h
= 1000 (Tấn) G
h
= 1344 (Tấn)
r 80 90 100 80 90 100
V
0
24 24 25 25 26 24 24 25 25 26

tt 10.55 10.61 9.75 9.81
11.2
1
11.2
8
9.75
2
9.80
4
t
z
12.01 10.01 10.01 8.02
12.0
3
10.0
1
10.0
1

8.01

KL Kđ đ Kđ Đ KĐ Kđ đ Kđ đ Kđ
iii. Kết luận
Thụng qua kết quả tớnh toỏn kiểm nghiệm trọng lượng kộo theo thời
gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm của đầu mỏy D19E trờn
tuyến Hà Nội - Tp.Hồ Chớ Minh ta thấy: Với điều kiện cụ thể về tuyến
đường (độ dốc và tốc độ giới hạn của đoạn xuống dốc) và năng lực hóm
của đoàn tàu (loại mỏy hóm và van hóm) là cố định ta cú thể lựa chọn
trọng lượng kộo dựa vào mối quan hệ giữa trọng lượng kộo với tốc độ
ban đầu khi hóm và lượng giảm ỏp ống hóm. Tựy thuộc vào yờu cầu vận
hành là cần nõng cao tần số kộo hay nõng cao tốc độ chạy tàu mà ta lựa
chọn sao cho kinh tế nhất.


Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Văn Chuyờn. Sức kộo đoàn tàu. Hà Nội, 2001
[2]. Nguyễn Văn Chuyờn, Vũ Duy Lộc, Khuất Tất Nhưỡng, Kiều Duy Sức. Hóm đoàn
tàu. Hà Nội, 1996.
[3]. Nguyễn Văn Lõm, Dương Chớ Đạt. Đồ ỏn tốt nghiệp. Hà Nội, 2004.
[4]. Cụng Lệnh Sức Kộo Số 10 - ĐMTX – 2002. Đường Sắt Việt Nam.
[5]. Cụng Lệnh Tốc Độ chạy tàu: Số 01 – CĐ - 2003. Đường Sắt Việt Nam