Đồ án môn học kết cấu tính toán đầu máy toa xe

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN ĐẦU MÁY TOA XE VÀ TÀU ĐIỆN METRO

----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY
TOA XE
Giáo viên hƣớng dẫn

: ThS VŨ VĂN HIỆP

Sinh viên thực hiện

: MAI VĂN TÚ

Lớp

: 64DCDM01

Mã sinh viên

: 64DCDM3020

Hà Nội, năm 2016

Page 1

MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................. 2
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1........................................................................................................... 6
TỔNG QUAN VỀ GIÁ CHUYỂN HƢỚNG TOA XE HÀNG Ở VIỆT NAM .. 6
1.1. Các loại giá chuyển hƣớng toa xe hàng đang đƣợc sử dụng trên Đƣờng
sắt Việt Nam. ...................................................................................................... 6
1.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 6
1.1.2. Kết cấu của một số loại GCH toa xe hàng ......................................... 6
1.2. Đánh giá chung các loại GCH toa xe hàng đang sử dụng ở Việt Nam. . 11
CHƢƠNG 2......................................................................................................... 12
LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TÍNH TOÁN, CƠ SỞ TÍNH TOÁN, KIỂM
NGHIỆM MÁ GIÁ TOA XE HÀNG VIỆT NAM............................................. 12
2.1. Phƣơng án thiết kế..................................................................................... 12
2.2. Thông số kết cấu của giá chuyển hƣớng G – G do Ấn Độ sản xuất ......... 13
2.3. Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm má giá toa xe hàng .................................... 14
CHƢƠNG 3......................................................................................................... 16
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN MÁ GIÁ TOA XE HÀNG DƢỚI TÁC
DỤNG CỦA TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG ..................................................... 16
3.1. Các lực tác dụng lên má giá toa xe hàng .................................................. 16
3.1.1. Tải trọng thẳng đứng tĩnh. .................................................................. 16
3.1.2. Tải trọng thẳng đứng động.................................................................. 17
3.1.3. Tải trọng thẳng đứng phụ thêm do lực ngang sƣờn gây ra. ................ 17
3.2. Sự phân bố và điểm đặt của P trên kết cấu cơ bản của má giá…….…….19
3.3. Đặc trƣng hình học của kết cấu má giá…………………...……………..19
3.3.1. Đặc trƣng hình học của mặt cắt I, II, III (thanh 1)………..…………20
3.3.2. Đặc trƣng hình học của mặt cắt VIII và VIIIa (thanh 5)…………….20
3.3.3. Đặc trƣng hình học của mặt cắt IX và X (thanh 2)………………….21
3.3.4. Đăc trƣng hình học của các mặt cắt IV và V (thanh 3)………….…..22

3.3.5. Đặc trƣng hình học của mặt cắt VI và VII (thanh 4)…………...……23
Page 2


3.4. Biểu đồ momen do các lực X1, X2, X3, X4, X5 gây ra…………..……….23
3.4.1. Biểu đồ momen uốn do lực X1 = 1 gây ra………………...…………23
3.4.2. Biểu đồ momen do lực X2 = 1 gây ra……………………..…………24
3.4.3. Biểu đồ momen do lực X3 = 1 gây ra…………………..……………25
3.4.4. Biểu đồ momen do lực X4 = 1 gây ra…………………..……………25
3.4.5. Biểu đồ momen do lực X5 = 1 gây ra………………..………………26
3.4.6. Biểu đồ momen do tải trọng P gây ra………………..………………27
3.5. Xây dựng và giải hệ phƣơng trình chính tắc……………..……………...27
3.6. Kiểm nghiệm điều kiện bền……………………………..………………30
KẾT LUẬN…………………………………………………………………….35
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………….………………..36

Page 3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, giao thông vận tải đƣờng sắt đang là một trong các hình thức
giao thông vận tải quan trọng của một xã hội phát triển. Ở Việt Nam thì công
cuộc đổi mới của ngành Đƣờng sắt Việt Nam (ĐSVN) trong những năm qua đã
có những chuyển biến đáng kể về đầu máy cũng nhƣ toa xe, nhằm nâng cao chất
lƣợng chạy tàu cũng nhƣ chất lƣợng phục vụ.
Chuyên ngành Đầu máy toa xe ngày càng trở nên quan trọng hơn nữa, vì
để đáp ứng đƣợc những yêu cầu về phát triển giao thông đƣờng sắt thì đội ngũ

kỹ thuật nắm một vài trò cực kỳ quan trọng. Và để đáp ứng đƣợc tốc độ phát
triển của ngành đƣờng sắt thì phải cần một đội ngũ rất lớn, có trình độ, có những
phẩm chất tốt đẹp, có những đức tính của thế kỷ 21 – thế kỷ của công nghiệp
hoá, hiện đại hoá.
Trên đầu máy cũng nhƣ trên toa xe có rất nhiều bộ phận, các bộ phận này
có mối liên hệ với nhau để giúp cho đầu máy toa xe có thể hoạt động đƣợc. Một
bộ phận không thể thiếu trên cả đầu máy và toa xe đó là: “ giá chuyển hƣớng”.
Giá chuyển hƣớng là bộ phận chạy của đầu máy và toa xe, giúp cho đoàn tàu
thông qua đƣờng cong một cách dễ dàng cũng nhƣ nâng cao tính êm dịu khi tàu
chạy, cũng là bộ phận chịu tác dụng của các lực xung kích, lực hãm, lực
kéo…Trên toa xe hàng, giá chuyển hƣớng khá là đa dạng, với đặc thù là chuyên
chở các loại hàng hoá với khối lƣợng hàng hoá lớn, và thậm trí là hàng hoá siêu
trƣờng siêu trọng, tải trọng tác dụng lên giá chuyển hƣớng là rất lớn vì vậy đòi
hỏi giá chuyển hƣớng phải đƣợc tính toán thiết kế một cách chi tiết và cẩn thận
đảm bảo đủ độ bền trƣớc tải trọng mà má giá phải chịu.
Đồ án: “Kết cấu tính toán Đầu máy toa xe” là một đồ án nằm trong
chƣơng trình đào tạo của chuyên ngành Đầu máy toa xe, đây là một đồ án rất
quan trọng và cần thiết dành cho sinh viên chuyên ngành Đầu máy toa xe. Nó
giúp cho sinh viên biết đƣợc kết cấu cũng nhƣ nguyên lý hoạt động của của bộ
phận trên đầu máy, toa xe, nắm chắc kiến thức đã đƣợc học, vận dụng những
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

kiến thức đã học vào thực tế làm cho việc học không bị nhàn chán vì lý thuyết
xuông khô khan.
Trên cơ sở đó, đồ án môn học: “Kết cấu tính toán đầu máy toa xe” của

em với đề tài: “Tính toán kiểm nghiệm độ bền của Má Giá toa xe hàng dưới tác
dụng của tải trọng thẳng đứng” sẽ cho chúng ta thấy đƣợc điều kiện làm việc
của Má giá toa xe hàng là rất khắc nghiệt, vì vậy đỏi hỏi khi tính toán thiết kế
Má giá phải nắm chắc kiến thức không chỉ về lý thuyết mà còn cả thực tế, tính
toán cẩn thận để tạo ra đƣợc những loại Má giá có độ tin cậy cao, làm việc ổn
định, lâu dài với chi phí hợp lý.
Vì đây là đồ án chuyên ngành đầu tiên trong chuyên ngành đầu máy toa
xe của em nên khó có thể tránh khỏi những thiếu xót nên mong thầy (cô) trong
bộ môn giúp đỡ em để trong những đồ án sau em sẽ có thêm kinh nghiệm để
tránh vấp phải những thiếu xót và tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy (cô) trong bộ môn: “Đầu máy toa xe”
đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án môn học này, đặc biệt là ThS Vũ Văn Hiệp
đã giúp đỡ em một cách tận tình để em có thể hoàn thành tốt và đúng tiến độ đồ
án này.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày 20/10/2016
Sinh viên thực hiện

Mai Văn Tú

MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIÁ CHUYỂN HƢỚNG TOA XE HÀNG Ở VIỆT NAM
1.1.

Các loại giá chuyển hƣớng toa xe hàng đang đƣợc sử dụng trên
Đƣờng sắt Việt Nam.

1.1.1. Giới thiệu chung
Giá chuyển hƣớng (GCH) là bộ phận chạy của đầu máy và toa xe, giúp
cho đoàn tàu thông qua đƣờng cong một cách dễ dàng cũng nhƣ nâng cao tính
năng êm dịu khi tàu chạy, cũng là bộ phận chịu tác dụng của các lực xung kích,
lực hãm, lực kéo…
Do lịch sử để lại, hiện nay trên đƣờng sắt Việt Nam đàn sử dụng rất nhiều
loại GCH có kết cấu, tính năng động lực khác nhau đƣợc nhập từ nhiều nƣớc
nhƣ Mỹ, Ấn Độ, Bỉ, Rumani, Nga, Trung Quốc,… Tuỳ theo trình độ phát triển
công nghệ, điều kiện kinh tế, xã hội, điều kiện địa lý của mỗi nƣớc mà có quan
điểm thiết kế khác nhau. Mỗi loại có ƣu nhƣợc điểm riêng cũng nhƣ cách bảo
dƣỡng sửa chữa là khác nhau, điều này gây nên những khó khăn cho công tác
vận dụng và công tác chế tạo, sửa chữa.
Hiện nay đƣờng sắt Việt Nam sử dụng khá nhiều loại GCH toa xe hàng
(tổng cộng có khoảng 4212 toa xe hàng khổ đƣờng 1000mm), tuy nhiên phổ
biến hơn cả vẫn là các loại sau:
- GCH toa xe hàng QC, Mi Sơn do Trung Quốc sản xuất.
- GCH toa xe hàng do Ấn Độ sản xuất.
- GCH toa xe hàng do Rumani, Mỹ, Bỉ sản xuất.
- GCH toa xe hàng do Công ty xe lửa Gia Lâm sản xuất gồm: 34B, GL–
GCH-02.
1.1.2. Kết cấu của một số loại GCH toa xe hàng
a) Kết cấu của GCH toa xe hàng QC do Trung Quốc sản xuất
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 6

ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Đây là GCH toa xe hàng thép đúc liền, có độ bền tƣơng đối cao, sử dụng
bầu dầu ổ trƣợt, loại này có tính năng động lực không tốt do độ nhún tĩnh nhỏ.
 Cấu tạo:

Hình 1.1: Kết cấu GCH toa xe hàng QC
1: Bánh xe

4: Guốc hãm

2: Má giá

5: Lò xo trung ƣơng

3: Bầu dầu

6: Xà nhún

 Thông số kỹ thuật:
Khoảng cách trục trong một GCH: 1659 (mm)
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Bánh xe thép đúc cán liền: Ф750 x 130 (mm)

Khoảng cách hai tâm bàn trƣợt: 1120 (mm)
Bàn trƣợt: 90 x 92 x180 (mm)
Tải trọng trục: 14 (T/trục)
Tổng độ nhún tĩnh trong một giá chuyển : 23 mm
b) Kết cấu GCH toa xe hàng do Ấn Độ sản xuất
 Cấu tạo:

Hình 1.2: Kết cấu GCH toa xe hàng do Ấn Độ sản xuất
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

1 : Bánh xe

6: Bầu dầu

11 : Khe trƣợt

2 : Má giá

7: Cối chuyển hƣớng

3 : Xà nhún giảm chấn ma sát

8 : Bàn trƣợt dƣới

4: Lò xo trung ƣơng

9: Xà mang guốc hãm

5: Cá hãm, guốc hãm

10: Đế guốc hãm

 Thông số kỹ thuật:
Đây là loại giá chuyển toa xe hàng thép đúc, có độ bền tƣơng đối cao:
σb >500 MPa, đƣợc ram ở nhiệt độ thích hợp cới các thông số nhƣ sau:
Khoảng cách trục trong một GCH: 1700(mm)
Bánh xe thép đúc cán liền: Ф780 x 135 (mm)
Khoảng cách hai tâm bàn trƣợt: 1120(mm)
Hộp trục: bầu dầu ổ bi kim (không có hộp bao)
Sử dụng hệ lò xo trung ƣơng
Tải trọng trục: 13,5 (T/trục)
Độ nhún tĩnh trong một giá chuyển: 45 ÷ 50 (mm)
Qua nhiều năm vận dụng thì GCH Ấn Độ đƣợc đánh giá là giá chuyển
hƣớng có tính năng động lực tốc, độ ổn định cao, độ an toàn cao, ít hỏng hóc,
vận dụng và sửa chữa dễ dàng. Loại GCH này đang đƣợc ngành đƣờng sắt
nghiên cứu thiết kế để thay thế cho các loại GCH hiện tại đã quá lỗi thời và độ
bền kém.
c) GCH toa xe hàng kiểu GL-GCH02 do công ty xe lửa Gia Lâm sản xuất
 Cấu tạo:
1: Bánh xe

6: Đế guốc hãm

2: Má giá

7: Bầu dầu ổ bi

3: Cá hãm, guốc hãm

8: Bàn trƣợt dƣới

4: Xà nhún

9: Xà mang guốc hãm

5: Hệ lò xo trung ƣơng

MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Hình 1.3: Kết cấu GCH toa xe hàng kiểu GL – GCH02
 Các thông số kỹ thuật:
Đây là loại giá chuyển toa xe hàng thép hàn, có độ bền tƣơng đối, chế tạo đơn
giản, các thông số kỹ thuật nhƣ sau:
Khoảng cách trục trong một GCH: 1650 (mm)
Bánh xe thép đúc cán liền: Ф780 x 135 (mm)
Khoảng cách hai tâm bàn trƣợt: 1120 (mm)
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 10

ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Hộp trục: kết cấu bầu dầu ổ bi kim (không có hộp bao)
Sử dụng hệ lò xo trung ƣơng
Tải trọng trục: 13,5 (T/trục)
Tổng độ nhún tĩnh trong một giá chuyển: 45 ÷ 50 (mm)
1.2.

Đánh giá chung các loại GCH toa xe hàng đang sử dụng ở Việt Nam.
Mỗi loại GCH toa xe hàng đang sử dụng ở Việt Nam có kết cấu khác

nhau do đó có những đặc điểm rất khác nhau trong quá trình vận dụng cũng nhƣ
sửa chữa.
Xét về công nghệ chế tạo, trên đƣờng sắt Việt Nam hiện nay đang sử dụng
cả hai loại GCH má thép đúc và má thép hàn. Tuyệt đại bộ phận GCH thép đúc
đƣợc chế tạo ở nƣớc ngoài, GCH chế tạo trong nƣớc trƣớc đây sử dụng công
nghệ hàn tán, GCH thép hàn mới đƣợc chế tạo tại Việt Nam trong những năm
gần đây là GCH toa xe hàng 34B, đƣợc sử dụng cho các toa xe hàng đóng mới
năm 2002
Xét về số lƣợng và thời gian, GCH thép đúc đƣợc sử dụng từ năm 1963
với GCH Rumani, tiếp theo là GCH QC của Trung Quốc…loại này đang chiếm
phần lớn số lƣợng GCH toa xe hàng ở trên đƣờng sắt Việt Nam.
Về cấu tạo, các GCH thép đúc đều đƣợc lắp ghép từ má giá, xà nhún với
một hệ lò xo trung ƣơng. Trong quá trình vận dụng loại này có sức bền và độ an
toàn cao, bảo dƣớng sửa chữa đơn giản.
Về tính năng động lực, theo lý thuyết so với GCH thép đúc, GCH thép
hàn 1 hệ lò xo hộp trục có ƣu điểm nổi bật là giảm đƣợc trọng lƣợng dƣới lò xo,
giảm chấn ma sát hộp trục làm giảm biên độ dao động đứng và ngang, đƣợc
quan tâm sử dụng cho các đoàn tàu chạy với tốc độ >120km/h.

Xu hƣớng phát triển của ngành đƣờng sắt
Trong những năm gần đây, đặc biệt là sau khi chuyển đổi tổ chức Tổng
công ty Đƣờng sắt với sự ra đời của Công ty Vận tải hàng hoá đƣờng sắt, lĩnh
vực vận tải hàng hoá đƣợc chú trọng và đang khởi sắc. Doanh thu ngày càng
cao, chiếm tỷ trọng tới gần 40% tổng doanh thu vận tải.
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Tháng 02/2004, tấn xếp hàng hoá tăng trƣởng 44,8%, tần km hàng hoá
tăng trƣởng 40,8% so với cùng kỳ năm trƣớc.
Để đảm bảo chất lƣợng cho các toa xe hàng, việc quan tâm đầu tiên là
phải có bộ GCH tốt. Do vậy giá chuyển hƣớng toa xe hàng phải thoả mãn các
yêu cầu sau:
- Có kết cấu tiên tiến, đặc biệt phải có độ bền cao, ao toàn trong vận tải.
- Tốc độ, tải trọng tƣơng thích với điều kiện sử dụng của đƣờng sắt Việt
Nam.
- Cấu tạo đơn giản, các chi tiết đƣợc tiêu chuẩn hoá có tính lắp lẫn cao
thuận lợi trong bảo dƣỡng sửa chữa.
CHƢƠNG 2
LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TÍNH TOÁN, CƠ SỞ TÍNH TOÁN, KIỂM
NGHIỆM MÁ GIÁ TOA XE HÀNG VIỆT NAM
2.1. Phƣơng án thiết kế
Hiện nay đƣờng sắt Việt Nam sử dụng khoảng 4212 toa xe hàng các loại
khổ đƣờng 1000 mm, với các loại toa xe khác nhau, giá chuyển hƣớng khác
nhau, trong đó toa xe G đƣợc sử dụng nhiều nhất với số lƣợng khoảng 1762
chiếm 41%. Trong các loại toa xe G phổ biến nhất là loại toa xe G – G nhập của

Ấn Độ, đây là loại toa xe có tự nặng nhẹ nhất nhƣng chịu đƣợc tải trọng lớn.
Từ những phân tích ở trên, cũng nhƣ ở chƣơng 1,cũng nhƣ dựa vào ƣu
nhƣợc điểm của các loại GCH toa xe hàng đang sử dụng ở trên đƣờng sắt Việt
Nam, em thấy GCH toa xe hàng G – G do Ấn Độ sản xuất có tính năng ƣu việt,
độ an toàn cao, vận dụng bảo dƣỡng sửa chƣa dê dàng. Vì vậy phƣơng án của
em là về: “Má giá toa xe hàng G – G do Ấn độ sản xuất”.
Má giá là chi tiết trực tiếp nhận lực từ xà nhún truyền xuống, nên nó cũng
là chi tiết chịu lực chính tất cả các loại tải trọng đều có giá trị rất lớn. Vì vậy
việc thiết kế chi tiết má giá đòi hỏi phải hợp lý về khả năng chịu lực, độ bền
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 12


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

cũng nhƣ tính năng động lực của kết cấu.

Hình 2.1: Hình dạng má giá G – G do Ấn Độ sản xuất
2.2. Thông số kết cấu của giá chuyển hƣớng G – G do Ấn Độ sản xuất
- Chiều dài toa xe: 13706 (mm)
- Chiều dài thùng xe: 12800 (mm)
- Chiều rộng thùng xe: 2500 (mm)
- Chiều cao thùng xe: 2600 (mm)
- Tự nặng của toa xe: 18 (tấn)
- Trọng tải: 56 (tấn)
- Khổ đƣờng: 1000 (mm)
- Tải trọng trục: 14 (T/trục)
- Tổng độ nhún tĩnh trong một giá chuyển: 45 ÷ 50 (mm)
- Cự ly trục: 1700 (mm)

- Khoảng cách hai tâm bàn trƣợt: 1120 (mm)
- Khoảng cách giữa 2 vòng lăn bánh xe: 2s = 1054 (mm)
- Sử dụng bầu dầu ổ bi, với thông số ổ bi: Ф100 x Ф250 x60 (mm)
- Đƣờng kính bánh xe: Ф780 (mm)
Má thép đúc, cối chuyển đúc liền với xà nhún, giảm chấn nêm ma sát ở xà
nhún, xà hãm đúc, kiểu rƣợt, một hệ lò xo trung ƣơng.
Thông số lò xo trung ƣơng: 5 tổ lò xo
+ lò xo ngoài: Φ27 x Φ113 x 185 (mm)
+ lò xo trong : Φ16 x Φ66 x 185 (mm)
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 13


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

- Bội suất hãm giá chuyển: 6
- Trọng lƣợng 1 giá chuyển hƣớng: Qgc = 3 (tấn)
- Vật liệu chế tạo: thép có ứng suất bền lớn 550 MPa, ứng suất chảy lớn
hơn 300 MPa.
- Vận tốc tính toán: 80km/h (22,22 m/s)
2.3. Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm má giá toa xe hàng
Thứ tự truyền lực trong giá chuyển hƣớng toa xe hàng:
Tải trọng từ thùng xe  cối chuyển hƣớng  xà nhún  lò xo trung
ƣơng  má giá  bầu dầu  cổ trục bánh xe  đƣờng sắt. Truyền phản lực
từ đƣờng sắt lên theo thứ tự ngƣợc lại.
Đối với giá chuyển hƣớng toa xe hàng, khi tính toán độ bền cần phải xét
tới các loại tải trọng: tải trọng thẳng đứng tĩnh, tải trọng thẳng đứng động, lực
ngang sƣờn do lực ly tâm và lực gió gây ra, tải trọng gây ra do lực tác dụng giữa
bánh xe và đƣờng ray, lực ngang gây ra do tải trọng ngang sƣờn, tải trọng sinh

ra do lực hãm.
Tuy nhiên khi tính toán độ bền của má giá chịu tải trọng thẳng đứng thì
chỉ xét đến tải trọng thẳng đứng tĩnh Pt, tải trọng thẳng đứng động Pđ, tải trọng
thẳng đứng phụ thêm do lực ngang sƣờn gây ra Pn, lực thẳng đứng sinh ra do
hãm P’. Các tải trọng này có tính đối xứng với cả hai mặt phẳng thẳng đứng dọc
và nằm ngang của bản thân má giá, có thể gộp lại vào bài toán chung. Tuy
nhiên, lực thẳng đứng sinh ra do hãm có khi không xảy ra cùng lúc với một
trong ba tải trọng kia, nên đƣợc xử lý thành một bài toán riêng.
Trong tính toán, trọng lƣợng riêng của má giá gộp vào chung với tải trọng
thẳng đứng tĩnh. Tải trọng tính toán P đặt lên thanh ngang dƣới của má giá,
thông qua cụm lò xo trung ƣơng, tập trung tại một số điểm. Sự phân chia tải
trọng này phụ thuộc vào việc sắp xếp cụ thể của cụm lò xo ở đầu một xà nhún và
tỷ lệ thuận với độ cứng của lò xo đặt tại mỗi điểm.
Do má giá và tải trọng tính toán P đều đối xứng đối với mặt phẳng thẳng
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

đứng dọc mà sơ đồ tính toán của má giá đƣợc tạo thành bởi đƣờng trục tâm hình
của mặt cắt ngang các thanh. Nội lực tại mặt cắt ngang các thanh má giá gồm:
momen uốn trong mặt phẳng má giá, lực cắt và lực kéo nén dọc trục, không có
momen xoắn.
Nhƣ sơ đồ tính toán, má giá gồm có 3 ô kín tạo thành khung cứng
phẳng,là kết cấu siêu tĩnh bậc 9. Xét tới tính chất đối xứng đối với mặt phẳng
thẳng đứng ngang đi qua giữa má giá của kết cấu má giá và tải trọng đặt lên nó,
bậc siêu tĩnh giảm xuống chỉ còn 5.
Tại mặt cắt ngang nằm trên trục đối xứng, lực cắt (ẩn lực phản đối xứng)

không tồn tại.
Trong tính toán chỉ cần xem xét một nửa má giá, trong đó mối liên kết của
nửa má giá đã bỏ đi đối với nửa còn lại đƣợc thay thế bằng các ràng buộc tƣơng
ứng: ngoặc vuông ([ ) – momen uốn, thanh nối – lực dọc trục.

Hình 2.2: Má giá và sơ đồ tính toán má giá
Để xác định nội lực của má giá, thƣờng dùng phƣơng pháp lực; ở đây cần
lƣu ý, các thanh tạo thành má giá nối kết với nhau trong một vùng rộng lớn và
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

kích thƣớc mặt cắt ngang các thanh tại vùng kết nối là đại lƣợng đáng kể so với
chiều dài của chúng. Qua các công trình nghiên cứu, đặc điểm này của má giá có
thể đƣợc xử lý nhƣ sau:
- Khi lập sơ đồ tính toán, cho rằng trong vùng nối kết (đƣợc vẽ đậm nét ở
sơ đồ tính toán, biểu đồ momen uốn và lực dọc trục giảm nhỏ dần theo quy luật
đƣờng thẳng trên một đoạn dài vừa vặn bằng chiều cao mặt cắt ngang của thanh
đƣợc xét bắt đầu thừ chỗ góc lƣợn của vùng nối kết; biểu đồ lực cắt không cần
vẽ vì vùng nối kết đƣợc coi là tuyệt đối cứng; trên các đoạn thanh nằm giữa hai
vùng nối kết, các biểu đồ nội lực đƣợc vẽ theo cách thông thƣờng.
- Kết cấu cở bản của má giá theo phƣơng pháp lực đƣợc lựa chọn với các
ẩn lực momen uốn X1, X3; lực dọc trục X2, X4; lực cắt X5.
CHƢƠNG 3
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN MÁ GIÁ TOA XE HÀNG DƢỚI
TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG
Tải trọng thẳng đứng đặt lên má giá bao gồm: Tải trọng thẳng đứng tĩnh

Pt, tải trọng thẳng đứng động Pđ, tải trọng thẳng đứng phụ thêm do lực ngang
sƣờn gây ra Pn, lực thẳng đứng sinh ra cho hãm P’. Tuy nhiên ta chỉ xét ba lực
đầu tiên, vì lực thẳng đứng sinh ra do hãm P’ có khi không xảy ra cùng một lúc
với ba tải trong kia, nên đƣợc xét thành một bài toán riêng.
3.1. Các lực tác dụng lên má giá toa xe hàng
3.1.1. Tải trọng thẳng đứng tĩnh.
Tải trọng thẳng đứng tĩnh đƣợc xác định theo tải trọng trục cho phép, vì
nhƣ vậy đảm bảo cho giá chuyển hƣớng lắp ráp đƣợc cho các toa xe hàng có
trọng tải khác nhau.
Tải trọng tĩnh đặt lên một má giá đƣợc tính theo công thức:
Pt 
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

2q o  Q1
m
Page 16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

trong đó:
qo – tải trọng trục cho phép: qo = 14 (T/trục);
Q1 – trọng lƣợng của tất cả các chi tiết kể từ chi tiết nằm dƣới sát
má giá:
Q1 = 2,4 (T);
m – số lƣợng má giá trong một giá chuyển: m = 2;
Pt 

do đó:

2.14  2,4
 128
2

(kN)

3.1.2. Tải trọng thẳng đứng động
Tải trọng thẳng đứng động đặt vào một má giá đƣợc tính theo công thức:

Pd  k d .Pt
trong đó:
kd – hệ số tải trọng động thẳng đứng, đƣợc tính theo công thức:

kd  a  b

c(v  d)
ft

với: a = 0,15 cho phần tử má giá dƣới lò xo của giá chuyển hƣớng
b – hệ số xét tới ảnh hƣởng của số lƣợng trục bánh xe mtr trong
một giá chuyển hƣớng: b 

m tr  2 2  2

 1;
2m tr
2.2

c và d - hệ số, phụ thuộc vào vận tốc toa xe:
ta có vận tốc của toa xe: v = 22 m/s nên c = 0,00036, d = 0;

v – vận tốc của toa xe, m/s;
ft – tổng độ nhún tĩnh của trang trí lò xo ứng với trọng lƣợng
toàn thể, ft = 0,045 ÷ 0,05 (m), chọn ft = 0,045 (m);
do đó: k d  0,15  1
=> Pd  0,327.128  41,85

0,00036(22,22  0)
 0,327
0,05

(kN)

3.1.3. Tải trọng thẳng đứng phụ thêm do lực ngang sườn gây ra.
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 17


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Do ảnh hƣởng của lực ly tâm khi toa xe qua đƣờng cong và lực gió, gọi
chung là lực ngang sƣờn, các má giá ở về một bên toa xe chịu thêm một phần tải
trọng thẳng đứng, các má giá ở bên kia thì ngƣợc lại, đƣợc giảm tải.
Khi bỏ qua biến dạng của lò xo, trị số của tải trọng thẳng đứng phụ thêm
gây ra bởi tải trọng ngang sƣờn, đặt lên má giá đƣợc tính theo công thức:

Pn 

Hlt .h lt  Hgi .h li
m1.b

;

trong đó:
Hlt – lực ly tâm của phần toa xe ở bên trên chi tiết đƣợc xét, đƣợc tính
 v2 h r 
  , N;
theo công thức: H lt  Qo 
Rg
2s 


với:
Qo – trọng lƣợng toàn thể của toa xe:
Qo = (56 – 2.3).10 = 500 (kN)
v – vận tốc của toa xe khi vào đƣờng cong,
R – bán kính đƣờng cong, R = 100 (m);
g – gia tốc trọng trƣờng, g = 10 m/s2;
hr – độ siêu cao của ray ngoài, với khổ đƣờng 1m,
thì hr = 0,08 (m);
2s – khoảng cách vòng lăn bánh xe, 2s = 1054 (mm);
Tuy nhiên ở đây ta có thể tính toán một cách xấp xỉ, lấy lực ly tâm bằng
7,5% trọng lƣợng toàn thể của toa xe:

 Hlt 

7,5.500
 37,5 (kN)
100

Hgi - lực gió đặt lên thùng xe, H gi  w.l th .h th
trong đó:
w – áp suất gió đặt lên thùng xe: w = 500 (N/m2);
lth – chiều dài thùng xe: lth = 12,8 (m);
hth – chiều cao thùng xe: hth = 2,6 (m);
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

 H gi  500.12,8.2,6  16640 (N) = 16,64 (kN);
hlt và hgi – khoảng cách thẳng đứng từ điểm đặt lực Pn tới điểm đặt lực
lần lƣợt của Hlt và Hgi: ta có hlt = 1,72 (m) hgi = 2,125 (m);
 Pn 

37,5.1,72  16,64.2,125
 33 (kN)
2.1,495

3.2. Sự phân bố và điểm đặt của P trên kết cấu cơ bản của má giá
 Tổng tải trọng thẳng đứng:

P  Pt  Pd  Pn  128  41,85  33  202,85 (kN)
P1 

P 202,85

 40,57 (kN)

5
5

P2  2P1  2.40,57  81,14 (kN)
 Kết cấu cơ bản của má giá:
70

X5

X3

180

X1

X4

X2

X4
90

X3

X5

P/2
25
0
90

P2

P1/2

90
76

180

Hình 3.1: Kết cấu cơ bản của má giá
3.3. Đặc trƣng hình học của kết cấu má giá
Đặc trƣng hình học của các mặt cắt ở đây là: Jz, F trên sơ đồ ta thấy các
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

mặt cắt (I, II, III); (VI, VII); (VIII, VIIIa); (IX, X) đều có đặc trƣng hình học
giống nhau.
3.3.1. Đặc trưng hình học của mặt cắt I, II, III (thanh 1)

Hình 3.2: Đặc trƣng hình học của mặt cắt I, II, III
F1 = 76.220 = 16720 (mm2) = 0,01672 (m2)
220.763
J z1 
 8047893 (mm4 ) = 0,084.104 (m4 )
12

3.3.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt VIII và VIIIa (thanh 5)

Hình 3.3: Đặc trƣng hình học của mặt cắt VIII, VIIIa
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 20


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

F5 = 8400 (mm2) = 0,0084 (m2)
J 5  3430000 (mm 4 ) = 0,0343.10 4 (m 4)

3.3.3. Đặc trưng hình học của mặt cắt IX và X (thanh 2)

Hình 3.4: Đặc trƣng hình học của mặt cắt IX, X
Ta quy về dạng đơn giản nhƣ sau:

z

18

o

160

II

x

III

19

I

60

Hình 3.5: Đặc trƣng hình học của mặt cắt IX, X dạng đơn giản
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

F2 = 160.18 + 2.18.42 = 4392 (mm2) ≈ 0,0044 (m2)
III

III

I

I

J z2  J zI  J zII  J zIII   (x ci  x a ) 2 .Fi  2.J zI  J zIII   (x ci  x a ) 2.Fi
1,8.4,23 16.1,83 2
 2.


 1 .28,8  22.7,56  22.7,56
12
12
4
 119 (cm ) = 0,0119.104 (m 4 )
3.3.4. Đăc trưng hình học của các mặt cắt IV và V (thanh 3)

Hình 3.6: Đặc trƣng hình học của mặt cắt IV, V
Ta quy về hình đơn giản: (hình 3.7)
F3 = 14.1,8 + 2.7,2.1,8 = 51,12 (cm2) = 0,00512 (m2)
III

III

J z3  J zI  J zII  J zIII   (x ci  x a ) .Fi 2.J zII  J zIII   (x ci  x a ) 2.Fi
2

i I

 2.

i I

1,8.7,23 14.1,83

 (2,3)2 .12,96  2.4,52.25,2
12
12

 1207,8 (cm 4 ) = 0,12.10 4 (m 4 )

MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

z
II

18

z

160

z
III

I

32
90
Hình 3.7: Đặc trƣng hình học của mặt cắt IV, V dạng đơn giản
3.3.5. Đặc trưng hình học của mặt cắt VI và VII (thanh 4)
Đặc trƣng hình học của mặt cắt VI và VII giống với đặc trung hình học
của mặt cắt IV và V cho nên:
F4 = 0,00512 (m2)
Jz4 = 0,12.10-4 (m4)

3.4. Biểu đồ momen do các lực X1, X2, X3, X4, X5 gây ra
3.4.1. Biểu đồ momen uốn do lực X1 = 1 gây ra
Ta có:

h1 = 0,076 (m)
l1 = 0,18 (m)
h2 = 0,06 (m)
l1 = 0,14 (m)
h5 = 0,07 (m)
l5 = 0,18 (m)

MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

h5

l5

h2

X1 = 1

l2

1

h2

1
1

h1

l1

Hình 3.8: Biểu đồ momen uốn do lực X1 = 1 gây ra
3.4.2. Biểu đồ momen do lực X2 = 1 gây ra

h5

l5

h2

160

X2 = 1

Q=1

h2

a0

l2

a2

a1

N = -1

488

300

N=1

h1

l1

Hình 3.9: Biểu đồ momen uốn do lực X2 = 1 gây ra
MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐẦU MÁY TOA XE

Ta có: a0 = 0,488 (m)
a1 = 0,16 (m)
a2 = l2 + a1 = 0,3 (m)
3.4.3. Biểu đồ momen do lực X3 = 1 gây ra
h4

l4

h4

h2

X3 = 1

1

l2

h3
1

h2

l3
h3

Hình 3.10: Biểu đồ momen do lực X3 = 1 gây ra
Ta có:

h3 = 0,09 (m)
l3 = 0,256 (m)
h4 = 0,09 (m)
l4 = 0,2 (m)

3.4.4. Biểu đồ momen do lực X4 = 1 gây ra
Ta có:

n = 0,16 (m)
m = 0,296 (m)
f = 0,36 (m)
e = 0,188 (m)

MAI VĂN TÚ – 64DCDM01

Page 25