tính toán động lực học đầu máy d14e

Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Lời mở đầu
Với mong muốn nâng cao sức kéo và rút ngắn thời gian chạy tàu để chuyên
chở hàng hoá và hành khách ngày càng tốt hơn, ngành Đờng Sắt đã không ngừng
đầu t cơ sở vật chất, nâng cao chất lợng cầu đờng, giảm tối thiểu những đoạn đờng
cong có bán kính nhỏ hơn 100m. Đổi mới thiết bị thông tin tín hiệu thay bằng thông
tin tự động, nâng cấp bến bãi, xây và nâng cấp các nhà ga. Đầu t đóng mới sức chở,
các toa xe khách đẳng cấp cao đợc trang bị nhiều tiện nghi rất hiện đại và lịch sự.
Đóng mới đoàn tàu kéo đẩy trong đó các toa xe đã sử dụng giá chuyển hớng lò xo
không khí nhằm cải thiện tính năng động lực của đoàn tàu. Đầu t sức kéo mới, thay
các đầu máy có công suất nhỏ, tốc độ thấp bằng các đầu máy hiện đại công suất lớn
có tốc độ cấu tạo cao. Một trong những sức kéo mới đợc đầu t gần đây nhất là đầu
máy D13E (của ấn Độ), đầu máy Đổi mới D19E (của Trung Quốc), đầu máy D20E
của Đức. Cùng với đầu máy Trung Quốc D14E sẽ tạo nên sức kéo mạnh mẽ trong
diện mạo mới của đờng sắt Việt Nam. Đầu máy D14E đợc nhập vào nớc ta từ năm
2002, do công ty cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu sản xuất. Hiện nay, đầu máy
D14E có 5 chiếc, do xí nghiệp đầu máy Hà Lào quản lý, và để kéo tàu khách, tàu
hàng đi một số tỉnh phía bắc.
Khi tốc độ chạy tàu đợc nâng lên, tuy cơ sở vật chất đã từng bớc đợc đầu t
nhng vẫn còn một số bất cập nh: chất lợng cầu đờng vẫn còn kém, tồn tại nhiều cầu
cống phải hạn chế tốc độ chạy tàu, còn nhiều chỗ chất lợng nền đờng kém, tà vẹt
cũ, ray lâu ngày không đợc thay nên đã hình thành nhiều vùng lồi lõm, ray của
chúng ta là loại ray ngắn (chiều dài 12,5m), cho nên có rất nhiều mối nối đầu ray đó
chính là nguồn kích thích dao động của đoàn tàu, mặt khác đầu máy toa xe của
chúng ta tính năng động lực kém, do đó ảnh hởng không nhỏ đến chất lợng phục vụ
hành khách, làm cho hành khách đi tàu nhanh bị mệt mỏi, ảnh hởng đến sức khoẻ
của tài xế cũng nh của công nhân phục vụ trên tàu. ở những đoạn có bán kính cong
nhỏ hoặc ở những đoạn đờng xấu làm ảnh hởng tốc độ đoàn tầu, dễ gây trật bánh đổ
tàu đe doạ không nhỏ đến an toàn chạy tàu.
Tính toán động lực học của Đầu máy Toa xe không phải là điều mới mẻ, song
trớc đây chỉ mới quan tâm đến các loại đầu máy 4 trục, công suất nhỏ có cấu tạo

đơn giản, hệ thống treo lò xo giảm chấn một cấp, số vật thể cần xét trong hệ dao
động ít cho nên số phơng trình cần thành lập để khảo sát các dao động cũng ít. Đầu
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 1
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
máy Trung Quốc D14E là đầu máy có kết cấu tơng đối hiện đại, giá chuyển hớng 3
trục không có cối chuyển, hệ thống lò xo và giảm chấn hai cấp, khi tính toán động
lực học của đầu máy này, đòi hỏi phải thành lập những mô hình phức tạp hơn, số vật
thể cần xét trong dao động sẽ nhiều hơn vì vậy số phơng trình cần thành lập để khảo
sát các dao động cũng nhiều hơn.
Tuy là đầu máy có công suất lớn và kết cấu tơng đối hiện đại. Song cùng với
những đầu máy mới nhập những năm gần đây. Đầu máy D14E cũng bộc lộ không ít
những nhợc điểm, đồng thời với những bức xúc trong thực tế sản xuất của xí
nghiệp. Vì vậy đề tài: Tính toán động lực học đầu máy D14E sẽ đi vào tính toán
kiểm nghiệm về mặt lý thuyết tính năng động lực của đầu máy D14E, qua đó có
những ý kiến về giải pháp hạn chế những dao động bất lợi, kéo dài tuổi thọ vận
dụng đầu máy và sức khoẻ của công nhân lái tàu, là tài liệu hữu ích trong công tác
bảo dỡng, sửa chữa đầu máy D14E.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 2
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
CHƯƠNG 1:
Giới thiệu tính năng kỹ thuật của Đầu máy D14E
1.1. Tổng quan về đầu máy Trung Quốc D14E
Đầu máy Diesel D14E đợc sản xuất tại công ty cổ phần đầu máy xe lửa
Quảng Châu, đợc nhập về Việt Nam từ năm 2002, có 5 chiếc do xí nghiệp Đầu máy
Hà Lào quản lý, dùng chuyển chở hàng hoá. Loại đầu máy là đầu máy truyền động
điện AC DC và đợc trang bị động cơ 3508B của hãng Caterpillar có công suất
làm việc tối đa là 970KW, máy phát điện chính đồng bộ loại JF205F, loại động cơ
điện kéo ZQDR 410 và chạy trên khổ đờng 1435mm. Loại đầu máy này đợc
trang bị hệ thống điều khiển vi xử lý và thiết bị hãm điện trở có chức năng tự tải
toàn phần.

- Ký hiệu đầu máy : D14E.
- Công thức trục : Co- Co.
- Công suất tối đa : 975 KW.
- Công suất định mức : 774 KW
Các kích thớc 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 hớng : 1800 mm
- Chiều cao của tâm đầu đấm đến bề mặt ray : 880

10
mm
Lợng chỉnh bị đầu máy .
- Nhiên liệu : 3500 lít .
- Dầu bôi trơn : 200 lít .
- Lợng cát : 400 lít.
- Trọng lợng chỉnh bị của đầu máy : 105 tấn.
- Khổ đờng : 1435 mm.
1.2. Kết cấu tổng thể đầu máy D14E
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 3
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.1: Kết cấu tổng thể đầu máy D14E
1. Gian các thiết bị phụ trợ 2. Gian làm mát
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 4
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
3. Gian động lực 4. Gian các máy điện phụ
5. Gian tủ điện 6. Khoang lái máy
7. Giá chuyển hớng 8. MFĐC
9. Thùng chứa nhiên liệu 10. Động cơ Diesel

Đầu máy D14E bao gồm các bộ phận trên và dới. Bộ phận phía trên bao gồm
thân xe và các thiết bị liên quan khác. Các giá chuyển hớng đợc bố trí tại cả 2 đầu
phía dới, két nhiên liệu nằm ở giữa. Các khoang ắc quy đợc lắp ở sờn trái và phải
của két nhiên liệu.
Thân xe đợc phân chia bởi 5 bức vách ngăn tạo thành 6 buồng gian, gian phụ
trợ, gian làm mát, gian động lực, gian các máy phát điện phụ, gian tủ điện và cabin
điều khiển.
*/ Gian các thiệt bị phụ trợ,
Gian phụ trợ dài 2925mm, hai thùng gió khí chính đợc lắp đặt ở cả sờn trái và
phải của vách ngăn, mặt trớc còn 2 máy nén khí, làm khô khí và gian hãm điện trở.
*/ Gian làm mát
Gian làm mát dài 2080 mm, phần phía trên của gian làm mát đợc lắp các
thiết bị làm mát hình chữ V, khoang làm mát gồm 24 két làm mát loại ống đồng
phẳng. Quạt đợc lắp nằm trong khung chữ V. Thiết bị trao đổi nhiệt dầu không
khí dành cho hệ thống thuỷ tĩnh đợc lắp phía dới của khung hình chữ V. Bộ thông
gió của động cơ kéo giá chuyển hớng phía trớc và hộp số đều đợc đặt trên sàn của
gian này trong khi một hộp dầu bánh răng thuỷ lực đợc đặt ở sờn trái của vách ngăn
phía sau.
*/ Gian động lực
Gian động lực dài 4220mm, tổ hợp động cơ máy phát điện xoay chiều đợc
lắp tại gian động lực. Bộ lọc không khí và bộ thông gió khung xe đợc lắp tại sờn trái
và phải của vách ngăn và một thùng giãn nở ở phía trên của vách ngăn phía trớc.
*/ Gian các máy điện phụ
Gian các máy điện phụ dài 2310 mm, gian các máy điện đợc lắp hộp số phía
sau, máy phát điện khởi động, máy kích thích, quạt làm mát động cơ điện kéo giá
chuyển hớng phía sau và bộ thông gió cho thiết bị chỉnh lu Silic chính. Gian thiết bị
chỉnh lu Silic chính đợc đặt ở phía trên thiết bị thông gió, thiết bị chỉnh lu kích thích
ở phía bên phải của vách ngăn phía trớc, các van đợc đặt dới bên trái và một hộp
dụng cụ ở bên phải của vách ngăn phía sau.
*/ Gian tủ điện

Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 5
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Gian tủ điện dài 1750mm, tủ điện đợc lắp đặt ở phần phía trớc, một lối và
cabin điều khiển bên trái phía sau.
*/ Cabin điều khiển
Cabin điều khiển dài 2155mm, bàn điều khiển vận hành chính đợc lắp ở phía
trớc của cabin và bàn điều khiển phụ nằm ở phía sau bên trái. Bàn điều khiển này đ-
ợc lặp bộ điều khiển của tài xế (tay ga, tay đảo chiều), các tay hãm, các công tắc
điều khiển và đồng hồ chị thị. Một bếp điện đợc lắp đặt tại bàn điều khiển chính.
Trong cabin điều khiển của tài xế, có 2 ghế mà vị trị của chúng có thể điều khiển
theo ý muốn.
Hãm tay đợc lắp tại sờn phải phía dới của vách ngăn phía trớc, một van hãm
khẩn cấp và một hộp điều khiển điều hoà không khí nằm ở bên trái, một cửa ra vào
từ tủ điện đến lối đi bên trái của đầu máy nằm ở giữa vách ngăn mặt trớc và một cửa
ra vào đến lối đi bên phải của đầu máy nằm ở bên phải cabin.
Các cửa số trợt bằng hợp kim nhôm đều đợc bố trí ở cả hai bên và gắn quạt
trần, đèn nêong và điều hoà không khí gắn trên trần.
1.3. Giá chuyển hớng đầu máy D14E
Giá chuyển hớng của đầu máy D14E là loại giá chuyển hớng 3 trục, trên mỗi
giá chuyển hóng có 3 động cơ điện kéo tơng ứng với từng trục của bánh xe, các
động cơ điện kéo này đợc treo tựa trục, một đầu tựa cố định trên trục bánh xe, một
đầu đợc treo trên giá chuyển hớng.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 6
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.2 : Kết cấu tổng thể giá chuyển hớng D14E
1. Giảm chấn thuỷ lực thẳng đứng 2. Lò xo cao su
3. ĐCĐK 4. Thanh kéo lớn
5. Bánh xe 6. Hộp đựng cát
Liên kết giữa giá chuyển hớng với bệ của đầu máy thông qua 2 hệ lò xo, hệ
lò trung ơng gồm 4 lò xo cao su và hệ lò xo bầu dầu gồm 12 lò xo tròn.

Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 7
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Đặc điểm của loại giá chuyển hớng này là không có cối chuyển hớng, việc
liên kết giữa giá chuyển hớng và giá xe đầu máy thông qua các thanh kéo, giảm
chấn thuỷ lực ngang. Trên giá chuyển hớng đầu máy D14E còn bố trí 2 giảm chấn
thuỷ lực ngang về 2 phía của giá chuyển hớng. Ngoài ra trên giá chuyển hớng còn
bố trí các thiết bị hãm, thiết bị xả cát .
Một số thông số chủ yếu của giá chuyển hớng :
- Kiểu trục : C
O
- C
O
- Cự ly trục trong một giá chuyển : 2 x 1800 mm
- Chiều cao giá chuyển hớng : 1185 mm.
- Chiều rộng giá chuyển hớng : 2050 mm
- Chiều dài của giá chuyển hớng : 5900 mm
- Đờng kính mặt lăn bánh xe : 1015mm
- Trọng lợng của một giá chuyển hớng : 22000 kg
- Trọng lợng của động cơ điện kéo : 2980 kg
- Trọng lợng của một bộ trục bánh xe : 1700 kg
- Khoảng cách ngang giữa hai lò xo trung ơng : 1790mm
- Khoảng cách ngang giữa hai lò xo bầu dầu : 1800mm
1.3.1. Khung giá chuyển hớng
Khung giá đợc chế tạo từ thép tấm bằng phơng pháp hàn, gồm 2 xà dọc cạnh
và 3 xà ngang liên kết với nhau. Các xà dọc và xà ngang này đợc chế tạo từ thép
tấm có chiều dày từ 8 đến 12 mm, bên trong có các gân gia cờng.
Các góc của xà dọc và xà ngang cũng đợc hàn thêm các gân gia cờng, mặt
trên của xà dọc có lỗ để đế lò xo cao su trung ơng. Hai xà dọc giá chuyển hớng là
chi tiết chính chịu lực. Ba xà ngang có dạng hình hộp, trên mặt đáy của xà ngang
ngay chính giữa là giá đỡ lò xo mô tơ điện kéo .

Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 8
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.3: Khung giá chuyển hớng
1. Xà dọc chính 2. Lắp lò xo cao su
3. Xà ngang 4. Lắp giảm chấn thẳng đứng
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 9
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
1.3.2. Bộ trục bánh xe
Hình 1.4: Cấu tạo bộ trục bánh xe
1. Bánh xe 2. Bánh răng bị động
3. Trục xe
Trục bánh xe đầu máy D14E gồm : trục xe, 2 bánh xe có mâm bánh đúc liền
và bánh răng truyền động. Tất cả các chi tiết này đợc chế tạo bằng thép đúc sau đó
gia công chính xác. Các mối lắp ghép giữa bánh xe, bánh răng với trục bánh xe đều
là các mối lắp ghép chặt có độ dôi, không có then.
* Các kích thớc cơ bản của bộ trục bánh xe gồm :
- Giang cách bánh xe : 1353 mm
- Khoảng cách giữa 2 mặt lăn bánh xe : 1493 mm
- Đờng kính bánh xe mới : 1050 mm
- Khoảng cách giữa 2 đầu trục bãnh xe : 2125 mm
1.3.3. Hệ thống lò xo trung ơng.
Hệ thống lò xo trung ơng trên đầu máy D14E là các lò xo cao su đợc bố trí
trên đầu máy bao gồm 08 cái lắp trên hai giá chuyển, trên mỗi giá chuyển hớng có
04 lò xo cao su đợc bố trí đối xứng nhau để đỡ toàn bộ trọng lợng trên xát xi đầu
máy. Ngời ta cũng đã tính toán vị trí đặt giảm chấn cao su để sao cho tải trọng của
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 10
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
phần trên xát xi đầu máy phân bố đều trên 08 lò xo. Từ đó đảm bảo cho đầu máy
luôn luôn ở trạng thái cân bằng khi chạy trên đờng cũng nh ở trạng thái tĩnh. Đây là
loại lò xo đợc chế tạo từ cao su và thép có hình dạng hình trụ tròn, tổng số có 15 lớp

xen kẽ với nhau theo chiều ngang cứ 1 lớp cao su rồi đến 1 lớp thép liên kết với
nhau nhờ loại keo đặc biệt tạo thành. Lớp cao su đợc chế tạo bằng loại vật liệu đặc
biệt có thể chịu tải trọng lớn và tải trọng thay đổi liên tục. Trên mặt đế lò xo có một
chốt định vị vị trí các tấm cao xu vào mặt khung giá chuyển.
Hình 1.5: Kết cấu lò xo cao su trung ơng
1. Lớp cao su
2. Lớp kim loại
*/ Thông số của lò xo trung ơng:
- Chiều cao tự nhiên: H = 281 mm
- Chiều cao khi đặt thân đầu máy lên: H = 278 mm
- Bề dày lớp cao su: h = 28 mm
- Đờng kính lớp thép: D = 260 mm
- Đờng kính chốt định vị: d = 48 mm
Khi đặt thân đầu máy lên (nặng 61 tấn) thì lò xo cao su giảm 4 mm (281mm
278mm), nh vậy tổng độ cứng theo phơng thẳng đứng của 2 giá chuyển hớng là
61tấn/4mm = 15250 kN/m, hay độ cứng của 1 lò xo cao su là 15250/8 = 1906,25
kN/m. Từ đó ta tính đợc độ cứng của 1 giá chuyển hớng: C
1Z
= 7625 KN/m
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 11
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
1.3.4. Hệ thống lò xo bầu dầu.
Hình 1.6. Thông số hệ thống lò xo thép bầu dầu
Trong một giá chuyển hớng của đầu máy D14E có
12 lò xo tròn bầu dầu, vậy độ cứng thẳng đứng của một
giá chuyển hớng là C
1gch
= 12x258,05 = 3096,6 kN/m.
1.3.5. Hệ thống bầu dầu
Bầu dầu của đầu máy D14E là loại bầu dầu ổ bi.

Trong mỗi bầu dầu có bố trí 2 ổ bi trụ, điều này giúp cho
đờng kính ổ bi và đờng 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. Mặt khác, việc sử dụng ổ bi trụ giúp giá thành hạ, lắp rắp
dễ dàng, tăng tải trọng hớng kính và cho phép trục bánh xe có thể dịch chuyển
ngang dễ dàng hơn so với các loại ổ bi khác.
Xét về phơng thức truyền sức kéo, bầu dầu của đầu máy D14E là loại bầu dầu
truyền sức kéo bằng thanh kéo. Các thanh kéo bầu dầu này làm nhiệm vụ truyền sức
kéo đoàn tàu từ khung giá chuyển hớng đến bầu dầu và ngợc lại.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 12
Thông số kỹ thuật của lò xo thép bầu dầu
Đờng kính trung bình: D
tb
=226mm.
Đờng kính dây : d = 38mm.
Số vòng làm việc : n
lv
= 7
Chiều cao tự do : H
td
= 330 mm
Chiều cao làm việc: 310 mm
Góc nâng lò xo: = 20
0
Độ cứng 1 lò xo : 258,05 kN/m
D
tb
d
H
td

Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.7 : Hệ thống bầu dầu
1. Trục lắp thanh kéo con 2. Thân bầu dầu
3. Miếng cao su 4. Nắp dới lò xo
5. Lò xo 6. Nắp trên lò xo
7. Vòng chặn bi 8. ổ bị trụ
9. ổ bi trụ 10. Giảm chấn thẳng đứng
11. Nắp trớc 12. Miếng đệm
1.3.6. Hệ thống hãm giá chuyển hớng.
Thiết bị hãm lắp trên mỗi giá chuyển hớng gồm có 6 blốc hãm đợc lắp vào 6
bánh xe.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 13
Hình 1.8: Cấu tạo block hãm
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
1.Guốc hãm 2. Điều chỉnh hãm 3, 26. ắc
4. Bệ đỡ guốc hãm 5. Tay đỡ guốc hãm 6, 7, 28. Ê cu
8. ống định hớng 9. Thân hộp 10, 17. Lò xo điều chỉnh
11. Vòng chặn lực đẩy 12. Vòng bi 13. Ê cu điều chỉnh
14. Thanh giằng 15. Dẫn hớng 16. Ca vét
19. Đế chặn 20. Bạc dẫn hớng 21. Chắn khe hở
22. Vòng ép 23. Nắp đầu 24. ống chắn
25. Thanh chính 27. Lò xo 29. Vòng kéo
30. Vòng dẫn hớng 31. Bát da 32. Lò xo nhả hãm
33. Ti piston 34. Đầu nối tiếp 35. Nồi hãm
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 14
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.9: Sơ đồ bố trí hệ thống hãm trên giá chuyển
Ngoài ra trên đầu máy D14E còn có bố trí hệ thống hãm tay để sử dụng khi
hệ thống hãm JZ 7 gặp trục trặc.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 15

Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hình 1.10: Số đồ bố trí hệ thống hãm tay
1.3.7. Hệ thống giảm chấn thuỷ lực
Trong một giá chuyển hớng có hai giảm chấn thủy lực ngang và 4 giảm chấn
thuỷ lực thẳng đứng đợc bố trí nh hình vẽ 1.2
+ Giảm chấn thẳng đứng đặt song song với lò xo bầu dầu, một đầu giảm chấn
nối với bầu dầu, đầu kia nối với khung giá chuyển hớng. Giảm chấn thẳng đứng có
tác dụng giảm lực chấn động từ đờng lên khung giá chuyển hớng, thân đầu máy và
ngợc lại từ đầu máy tác dụng xuống đờng. Giảm chấn này có hệ số cản giảm chấn
là K
2Z
= 60 KN.s/m.
+ Giảm chấn ngang, một đầu nối vào khung giá chuyển hớng, đầu kia nối vào
giá xe (trong một giá chuyển hớng có 2 giảm chấn ngang). Các giảm chấn ngang
làm nhiệm vụ dập tắt dao động lắc đầu của đầu máy. Giảm chấn này có hệ số cản
giảm chấn là K
1Y
= 40 KN.s/m.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 16
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Với hệ thống lò xo và giảm chấn nh trên, đầu máy D14E đợc cải thiện khá tốt
về tính năng động lực học. Điều đó có ý nghĩa rất lớn đến việc làm giảm dao động
của các thiết bị trên đầu máy, làm giảm lực tác dụng xuống đờng, hay giảm hỏng đ-
ờng, hỏng các thiết bị trên đầu máy, tăng tuổi thọ làm việc của các chi tiết và đờng,
từ đó giảm đợc chi phí khai thác, bảo dỡng đầu máy và tuyến đờng. Đồng thời tạo
điều kiện làm việc tốt cho ban lái máy, tăng khả năng an toàn cho đoàn tàu.
1.4. Động cơ DIEZEL.
Động cơ Diesel CAT 3508 là một loại động cơ tốc độ cao với 8 xi lanh đợc
bố trí theo hình chữ V, bộ nén không khí tuabin xả, bơm nớc tuần hoàn đơn, bộ
phận phun nhiên liệu bằng điện.

Chủng loại : CAT3508
Số xilanh và sơ đồ bố trí các xilanh : 8 xilanh và V - 45
0
Đờng kính xilanh : 170mm
Hành trình piston : 190mm
Số kỳ : 4
Tỷ số nén : 14/1
Dạng vòi phun : Bơm phun điện tử
Công suất tối đa : 975KW
Dung tích buồn cháy : 34,5 l
Vòng quay định mức : 1800 vòng/phút
Vòng quay không tải nhỏ nhất : 720 vòng/phút
Kích thớc tổng thể : 2012,3mm x 1508mm x 1727,3mm
Trọng lợng tĩnh : 4355 kg
1.5. Máy phát điện chính
Chủng loại : JF205F
Công suất danh định : 1130 KPA
Điện áp danh định : 216/644 V
Dòng điện tối đa : 3000/1007A
Tốc độ danh định : 1800 vòng/phút
Tần số danh định : 150Hz
Kiểu kích thích : độc lập
Điện áp kích thích định mức : 43/46V
Dòng điện kích thích định mức : 184/236A
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 17
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Hiệu suất : 0,915/0,945
Kiểu làm mát : tự thông gió
Trọng lợng : 3665 kg
1.6. Động cơ điện kéo

Chủng loại : ZQDR 410
Công suất danh định : 410 KW
Điện áp danh định : 550/770 V
Dòng điện danh định : 800/570 A
Dòng điện tối đa : 1080 A
Tốc độ danh định : 640 vòng/phút
Hiệu suất danh định : 93%
Chế độ làm việc : Liên tục
Dạng làm mát : Làm mát cỡng bức bằng không khí
Trọng lợng : 2980 kg
Chơng 2:
Tính toán động lực học của đầu máy D14E
2.1. Các nguyên tắc tính toán:
Đầu máy D14E là loại đầu máy hai giá chuyển hớng, mỗi giá có ba trục bánh
xe đợc treo bởi hai hệ lò xo sơ cấp và thứ cấp, không có cối chuyển hớng. Động cơ
của nó là loại động cơ diesel truyền động động điện. Đầu máy D14E đợc thiết kế để
kéo tàu hàng. Đầu máy có một cabin. Thân đầu máy đợc đặt trên 2 giá chuyển
thông qua 8 lò xo cao su

khung giá chuyển

hệ thống lò xo, giảm chấn bầu dầu

bộ trục bánh

đờng ray. Trên hệ thống treo thứ cấp có 2 giảm chấn thuỷ lực
ngang về hai phía giá chuyển hớng.
Việc tính toán động lực học D14E, trớc tiên phải nắm đợc kết cấu tổng thể
của đầu máy nhất là thứ tự truyền lực của đầu máy xuống đờng và việc bố trí các
thiết bị trên khung giá chuyển. Mặt khác ta phải xây dựng đợc mô hình phù hợp với

thực tế nhng về mặt thuật toán phải giải đợc.
* Tính toán động lực học bao gồm 3 bài toán:
- Tính toán động lực học theo phơng thẳng đứng.
- Tính toán động lực học theo phơng nằm ngang.
- Tính động lực học khi đi qua đờng cong.
Trong mỗi bài toán đều có các bớc:
+ Thành lập mô hình.
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 18
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
+ Viết hệ phơng trình cân bằng hoặc hệ phơng trình dao động.
+ Lập trình để giải các bài toán trên máy tính.
+ Phân tích kết quả tính toán và kết luận.
Để việc tính toán thực hiện đợc trên máy tính dễ dàng, các mô hình thành lập
đều là mô hình phẳng tuyến tính. Nếu dao động thẳng đứng của thân đầu máy trong
khoảng

2 mm xung quanh điểm nhún tĩnh thì có thể coi độ cứng của các lò xo
này là tuyến tính. Một số liên kết khác chúng ta phải tiến hành tuyến tính hoá bằng
cách chia nhỏ để có thể coi là tuyến tính để tính.
Khi tính toán dao động thẳng đứng chúng ta sử dụng mô hình phẳng 6 bậc tự
do bao gồm: 3 vật thể là thân xe và 2 giá chuyển hớng nối với nhau qua 2 hệ lò xo
và giảm chấn. Các dạng dao động của nó là dao động nhấp nhô và dao động gật đầu
khi đầu máy chạy trên đờng có dạng hình sin.
Khi tính toán dao động ngang chúng ta sử dụng mô hình phẳng 18 bậc tự do
bao gồm 9 vật thể là thân xe, 2 khung giá chuyển hớng và 6 bộ trục bánh. Các vật
thể này nối với nhau thông qua hệ thống lò xo và giảm chấn. Các dao động của nó
là dao động sàng ngang và lắc đầu của các vật thể nói trên.
Bài toán thông qua đờng cong của đầu máy đợc giải bằng phơng pháp
Hueman. Mô hình và cách giải bài toán này tuy đơn giản, có số bậc tự do thấp nên
việc tính toán sẽ nhanh hơn. Kết quả tính toán lực dẫn hớng sẽ lớn hơn thực tế, khi

kết qủa tính toán thoả mãn yêu cầu thì về an toàn sẽ đảm bảo hơn.
2.2. Các số liệu dùng trong tính toán:
Bảng 2.1. Số liệu dùng trong tính toán động lực học đầu máy D14E
TÊN ký hiệu đơn vị trị số
Các khối lợng
Khối lợng thân xe
M
C
Tấn 61
Khối lợng một khung giá chuyển hớng
M
T
Tấn 11,83
Khối lợng một trục bánh xe
M
K
Tấn 1,9
Mônen quán tính
Mômen quán tính thân xe đối với trục X J
1X
t m
2
118,81
Mômen quán tính thân xe đối với trục Y J
1Y
t m
2
1586,51
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 19
Tính toán động lực học Đầu máy D14E

Mômen quán tính thân xe đối với trục Z J
1Z
t m
2
1575,08
Mômen quán tính khung gch với trục X J
2X
t m
2
5,81
Mômen quán tính khung gch với trục Y J
2Y
t m
2
37,51
Mômen quán tính khung gch với trục Z J
2Z
t m
2
40,41
độ cứng và Hệ số cản giảm chấn
Độ cứng lò xo tính cho một bộ trục bánh
- Hớng dọc C
2X
kN/m 491,5
- Hớng ngang C
2Y
kN/m 491,5
- Hớng thẳng đứng C
2Z

kN/m 1032,2
Độ cứng lx TW tính cho 1 GCH
- Hớng dọc C
1X
kN/m 1006,2
- Hớng ngang C
1Y
kN/m 1006,2
- Hớng thẳng đứng C
1Z
kN/m 7625
Hệ số cản giảm chấn tính cho một trục bánh
- Hớng dọc K
2X
kNs/m 0
- Hớng ngang K
2Y
kNs/m 0
- Hớng thẳng đứng K
2Z
kNs/m 120
Hệ số cản g.ch TW tính cho 1 GCH
- Hớng dọc K
1X
kNs/m 0
- Hớng ngang K
1Y
kNs/m 40
- Hớng thẳng đứng K
1Z

kNs/m 0
các kích thớc chiều dài
Khoảng cách giữa 2 cối chuyển hớng 2l m 8,780
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 20
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Khoảng cách giữa 2 trục trong 1 GCH l
T
m 1,800
Khoảng cách ngang giữa 2 lò xo TW 2b
S
m 1,790
Khoảng cách ngang giữa 2 lò xo bầu dầu 2b m 1,800
Khoảng cách 2 vòng lăn 1 trục bánh 2S m 1,493
Đờng kính bánh xe D m 1,050
2.3. Tính toán dao động thẳng đứng của đầu máy:
C
1Z
2Z
C
2L
X
1Z
C
2Z
C
C
M
Z
M
T

L
T
2Z
K
2Z
K
Z
C
T2
Z
T1
Z
Hình 2.1. Mô hình tính toán dao động thẳng đứng của đầu máy D14E
2.3.1. Mô hình dao động.
Hình 2.1 là mô hình đầu máy trên mặt phẳng thẳng đứng dùng để nghiên cứu,
tính toán các dao động thẳng đứng của đầu máy D14E. Trong mô hình này các bộ
phận trên lò xo của đầu máy gồm 3 vật thể là thân đầu máy (ký hiệu M
C
) có khối l-
ợng M
C
và 2 khung giá chuyển hớng (ký hiệu M
T
) có khối lợng M
T
nối với nhau
thông qua hệ lò xo thứ cấp (trung ơng) gồm 4 lò xo cao su có độ cứng C
1Z
. Liên kết
giữa giá chuyển hớng với trục bánh xe thông qua hệ thống lò xo sơ cấp (lò xo bầu

dầu) gồm 6 cặp lò xo tròn (trong một giá chuyển hớng có 12 lò xo tròn) có độ cứng
C
2Z
.
C
1Z
= 4*1906,25

= 7625 kN/m
K
2Z
= 2*60 = 120 kN.s/m
C
2Z
= 4*258,05 = 1032,2 kN/m
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 21
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Trong đó: C
1Z
là tổng độ cứng của hệ lò xo trung ơng theo phơng thẳng đứng.
C
2Z
, K
2Z
là tổng độ cứng lò xo bầu dầu và hệ số giảm chấn của 1 bộ trục
bánh.
Mô hình 2.1 có 6 bậc tự do : Đó là các chuyển vị nhấp nhô (theo trục Z) và
gật đầu (lắc quanh Y) của thân đầu máy và 2 khung giá chuyển.
2.3.2. Hệ phơng trình dao động.
Các phơng trình cân bằng lực của vật thể cũng chính là các phơng trình dao

động đợc viết dựa trên nguyên lý D'allamber và định luật 2 Newton. Đối với mỗi
vật thể ta viết đợc 2 phơng trình, nên tổng số phơng trình là 6 phơng trình.
*Phơng trình dao động nhấp nhô và gật đầu của thân đầu máy:
( ) ( )
0
2111
=+++
TCCZTCCZCC
ZLZCZLZCZM

(2.1)
( ) ( )
0
2111
=++
TCCZTCCZCC
ZLZLCZLZLCJ

(2.2)
Trong đó: Z
C
,
C

chuyển vị nhấp nhô và gật đầu của thân xe
Z
T1
; Z
T2
chuyển vị nhấp nhô của khung giá chuyển hớng trớc và sau

*Phơng trình dao động nhấp nhô của 2 khung giá chuyển hớng:
( )
( )
0
31121112
3112212
1112111
=+++
+++
++++
)ZLZ(K)ZLZ(K
ZLZC)ZZ(C
)ZLZ(CZLZCZM
BTTTZBTTTZ
BTTTZBTZ
BTTTZTCCZTT






(2.3)
( )
( )
0
62224222
6222522
4222212
=+++

+++
+++
)ZLZ(K)ZLZ(K
ZLZC)ZZ(C
)ZLZ(CZLZCZM
BTTTZBTTTZ
BTTTZBTZ
BTTTZTCCZTT






(2.4)
Trong đó: Z
T1
, Z
T2
- Là chuyển vị nhấp nhô của 2 khung giá chuyển hớng.
Z
B1

Z
B6
- Là di chuyển thẳng đứng của 6 trục bánh xe do mặt đ-
ờng lồi lõm gây nên.
*Phơng trình dao động gật đầu của 2 khung giá chuyển hớng
( )
0

31123112
1112111211
=
++++
)ZLZ(KLZLZCL
)ZLZ(KL)ZLZ(CLJ
BTTTZTBTTTZT
BTTTZTBTTTZTTT







(2.5)
( )
0
62226222
4222422222
=
++++
)ZLZ(KLZLZCL
)ZLZ(KL)ZLZ(CLJ
BTTTZTBTTTZT
BTTTZTBTTTZTTT

(2.6)
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 22
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
Trong đó :
C1
,
C2
là chuyển vị gật đầu của 2 khung giá chuyển hớng trớc và sau.
Z
B1
, Z
B2
, Z
B4
,

Z
B6
là di chuyển thẳng đứng của 6 trục bánh xe do mặt đ-
ờng lồi lõm gây nên.
Sau khi biến đổi và xắp xếp lại ta đợc hệ phơng trình:
02
2111
=++ )ZZ(CZCZM
TTZCZCC

02

2111
2
=+ )ZZ(LCCLJ
TTZZCCC

)ZZZ(C)ZZ(K
)LZ(CZ)CC(ZKZM
BBBZBBZ
CCZTZZTZTT
3212312
1121121
32
++++
=+++


)ZZZ(C)ZZ(K
)LZ(CZ)CC(ZKZM
BBBZBBZ
CCZTZZTZTT
6542642
1221222
32
++++
=+++


)ZZ(Cl
)ZZ(KlKLClJ
BBZT

BBZTTZTTZTTT
312
31212
2
12
2
1
22
+
+=++


)ZZ(Cl
)ZZ(KlKLClJ
BBZT
BBZTTZTTZTTT
642
64222
2
22
2
2
22
+
+=++


Đây là hệ phơng trình vi phân cấp 2 không thuần nhất có thể sắp xếp để viết
lại một cách gọn hơn dới dạng ma trận và các véc tơ nh sau:
D

D D
D
M Z K Z C Z F+ + =
&& &
(2-8)
Trong đó :
-
D
M
là ma trận đờng chéo, kích thớc 6
ì
6. Gọi là ma trận khối lợng.
-
D
K
là ma trận vuông, kích thớc 6
ì
6. Gọi là ma trận giảm chấn.
-
D
C
là ma trận vuông, kích thoc 6
ì
6. Gọi là ma trận độ cứng.
-
Z
là véc tơ chuyển vị, có 6 phần tử.
-
D
F

là véc tơ lực kích thích, 4 trong 6 phần tử của nó là những lực và
môment kích thích do mặt đờng lồi lõm gây nên.
- Giá trị các ma trận
D
M
,
D
K
,
D
C
,
D
F
nh sau:
Ma trận khối lợng
D
M
:
M
c
0 0 0 0 0
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 23
(2-7)
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
0 J
c
0 0 0 0
0 0 M
t

0 0 0
0 0 0 M
t
0 0
0 0 0 0 J
tz
0
0 0 0 0 0 J
tz
Ma trận hệ số cản
D
K
:
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 2K
2Z
0 0 0
0 0 0 2K
2Z
0 0
0 0 0 0 2l
2
T
K
2Z
0
0 0 0 0 0 2l
2
T

K
2Z
Ma trận độ cứng
D
C
:
2C
1Z
0 -C
1Z
-C
1Z
0 0
0 2L
2
C
1Z
-LC
1Z
LC
1Z
0 0
-C
1Z
-LC
1Z
C
1Z
+3C
2Z

0 0 0
-C
1Z
-LC
1Z
0 C
1Z
+3C
2Z
0 0
0 0 0 0 2l
2
T
C
2Z
0
0 0 0 0 0 -2l
2
T
C
2Z
Véc tơ
D
F
:
0
0
)ZZZ(C)ZZ(K
BBBZBBZ 3212312
++++

)ZZZ(C)ZZ(K
BBBZBBZ 6542642
++++

)ZZ(CL)ZZ(KL
BBZTBBZT 312312


Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 24
Tính toán động lực học Đầu máy D14E
)ZZ(CL)ZZ(KL
BBZTBBZT 642642


Trong đó những di chuyển thẳng đứng của cac trục bánh xe khi đầu máy
chuyển động nh sau:

t
h
X
L
cos
h
Z
p
B
=

=

2
2
2
1
)t(
h
)lX(
L
cos
h
Z
T
p
B 22
2
2
2
2
=

=
)tcos(
h
)lX(
L
cos
h
Z
T
P

B 23
4
2
2
2
2
=

=

4B
Z
)tcos(
h
)LX(
Lp
cos
h
1
2
2
2
2
2
=

=
)tcos(
h
)lLX(

L
cos
h
Z
T
P
B 215
22
2
2
2
2
=

=

)tcos(
h
)lLX(
L
cos
H
Z
T
P
B 216
42
2
22
2

2
=

=

P
L
V
=
2
;
P
L
L
1
1
2
=
;
P
T
L
L
=
2
V- Là tốc độ chuyển động của đầu máy ;
L
P
- Là chiều dài của 1 thanh ray.
Thêm vào các phần tử ảo cần thiết để véc tơ hóa các di chuyển thẳng đứng

của các trục bánh xe. Các giá trị đó nh sau:
Sinh viên: Đào Lâm Quế Lớp Đầu máy toa xe K43 25