Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------o0o-------

NGÔ VIẾT DÂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ
CHO MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN
Mã số: 62.52.01.16.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1- PGS.TS NGUYỄN BÍNH
2- PGS.TS NGUYỄN VĂN VỊNH

Hà Nội - 2017


iii
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn............................................................................................................

i

Lời cam đoan..........................................................................................................

ii

Mục lục.................................................................................................................

iii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................

v

Danh mục các bảng, biểu.....................................................................................

xi

Danh mục các các ký hiệu....................................................................................

xii

Danh mục các chữ viết tắt....................................................................................

xiv

Mở đầu..................................................................................................................

1

CHƯƠNG 1: Nghiên cứu tổng quan về máy đặt cụm tà vẹt đường sắt............

5

1.1. Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam..........

5

1.2. Tổng quan về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt..............................................

11

1.3. Tổng quan về các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án.......

16

Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu...............................................

28

CHƯƠNG 2: Nghiên cứu chọn dạng máy và nghiên cứu động lực học máy
MĐR đặt cụm tà vẹt.............................................................................

29

2.1. Chọn dạng máy lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam............................

29

2.2. Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt.....

35

2.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực nâng hàng của máy MĐR....

39

2.4. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy MĐR...........

46

2.5. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi nâng hàng.................................

51

2.6. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi di chuyển..................................

61

Kết luận chương 2............................................................................................

73

CHƯƠNG 3: Thực nghiệm máy MĐR khi đặt cụm tà vẹt.................................

74

3.1. Mục đích thực nghiệm...............................................................................

74

3.2. Phương án thực nghiệm máy MĐR đặt cụm tà vẹt....................................

74

3.3. Các thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm..................................................

78

3.4. Sơ đồ khối các nội dung thực nghiệm.......................................................

79

3.5. Trình tự tiến hành thực nghiệm trên máy MĐR........................................

80


iv
3.6. Kết quả thực nghiệm máy MĐR và xử lý số liệu......................................

82

3.7. Phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm.........

86

Kết luận chương 3............................................................................................

89

CHƯƠNG 4: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học và
xác định các thông số hợp lý của máy MĐR......................................................

90

4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy
MĐR trong trường hợp nâng hạ hàng.......................................................

90

4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy
MĐR trong trường hợp di chuyển có hàng...............................................

96

4.3. Xác định các thông số hợp lý của máy MĐR............................................

100

4.4. Kiểm tra sự biến dạng của ray di chuyển máy MĐR khi tăng khối lượng
cụm tà vẹt..................................................................................................

105

4.5. Xác định khả năng di chuyển của máy MĐR trên đường cong khi dùng
ray hiện có................................................................................................

109

4.6. Đề xuất các thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm động lực học

111

4.7. Phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng......................

111

Kết luận chương 4..............................................................................................

112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................

113

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ....................

115

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................

116

PHỤ LỤC................................................................................................................

120


v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH TRONG LUẬN ÁN
TT

Tên hình vẽ

Trang

1

Hình 1-1. Mạng lưới đường sắt Việt Nam

5

2

Hình 1-2. Tà vẹt khổ 1435 mm đường đơn

7

3

Hình 1-3. Tà vẹt BTCTDƯL đường lồng

7

4

Hình 1-4. Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác cơ giới hóa xây dựng
đường sắt

8

5

Hình 1-5. Các yếu tố thích nghi của công nghệ lắp đặt đường sắt

9

6

Hình 1-6. Sơ đồ các yếu tố kinh tế xã hội ảnh hưởng đến công tác cơ
giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam

10

7

Hình 1-7. Tổ máy và thiết bị đặt ray bằng cần trục.

11

8

Hình 1-8. Sơ đồ cấu tạo máy đặt ray DESEC TL 50.

12

9

Hình 1-9. Sơ đồ dây chuyền đặt tà vẹt và ray bằng máy SVM1000S

13

10

Hình 1-10. Máy đặt cầu ray dạng cổng trục thi công đường sắt Kép-Bãi

Cháy

14

11

Hình 1-11: Sơ đồ dây chuyền lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR

14

12

Hình 1-12: Mối quan hệ giữa các thông số cơ bản của máy lắp đặt
đường sắt

15

13

Hình 1-13. Các phương án máy đặt cụm tà vẹt và ray ở Liên Xô (cũ).

16

14

Hình 1-14. Phương pháp đánh giá chi phí, chỉ tiêu kỹ thuật để lựa chọn
máy.

16

15

Hình 1-15. Sử dụng tổ máy TCM60 để đặt tà vẹt ở Trung Quốc.

17

16

Hình 1-16. Công nghệ lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR

17

17

Hình 1-17. Sơ đồ tính toán kết cấu khung máy MĐR bằng phần mềm
SAP2000

17

18

Hình 1-18. Mô hình tính toán ảnh hưởng bởi xe con mang hàng di
chuyển trên dầm

18

19

Hình 1-19. Xác định hệ số động lực khi di chuyển xe con trên dầm chính

18

20

Hình 1-20. Mô hình cổng trục khi nâng hàng

19

21

Hình 1-21. Mô hình cổng trục khi di chuyển

19

22

Hình 1-22. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng có kể đến đàn
hồi của kết cấu thép

20

23

Hình 1-23. Mô hình phân tích động lực học cổng trục di chuyển xe con

21

24

Hình 1-24. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và

cơ cấu di chuyển cổng trục

21


vi
25

Hình 1-25. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và cơ cấu di
chuyển

22

26

Hình 1-26. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và cơ cấu di
chuyển cổng trục bánh lốp

22

27

Hình 1-27. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng cổng trục

23

28

Hình 1-28. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu
khi nâng hàng có độ chùng cáp

23

29

Hình 1-29. Sơ đồ tính và cách đánh số phần tử của kết cấu

24

30

Hình 1-30. Sơ đồ tính tối ưu hệ khung theo phương pháp chuyển vị

24

31

Hình 1-31. Sơ đồ xác định độ cứng của xi lanh thủy lực

25

32

Hình 1-32. Sơ đồ truyền động mô tơ thủy lực quay

25

33

Hình 1-33. Sơ đồ tính toán truyền động thủy lực cầu trục

26

34

Hình 1-34. Mô hình truyền động xi lanh nâng hàng của xe nâng

26

35

Hình 1-35. Sơ đồ các trường hợp thực nghiệm đánh giá kết quả tính
toán lý thuyết với thực nghiệm

27

36

Hình 2-1. Sơ đồ tiêu chí đánh giá cho công tác chọn dạng máy

29

37

Hình 2-2. Sơ đồ cấu trúc tiêu chí chọn dạng máy lắp đặt tà vẹt theo
AHP

30

38

Hình 2-3. Trị số đánh giá các phương án máy

33

39

Hình 2-4. Trị số ưu tiên tổng hợp của phương án máy

34

40

Hình 2-5. Đồ thị kết quả đánh giá chọn dạng máy

34

41

Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy MĐR.

35

42

Hình 2-7. Sơ đồ cơ cấu nâng tà vẹt

35

43

Hình 2-8. Cơ cấu di chuyển

36

44

Hình 2-9. Sơ đồ hệ thống thủy lực

36

45

Hình 2-10. Sơ đồ thi công đặt tà vẹt bằng máy MĐR

38

46

Hình 2-11. Mặt cắt mô tả vị trí ray di chuyển của máy MĐR và khối tà
vẹt BTCT DƯL trên lớp ba lát

38

47

Hình 2-12. Lắp đặt ray di chuyển máy và kiểm tra khoảng cách hai ray

38

48

Hình 2-13. Sơ đồ máy MĐR nâng, chuyển cụm tà vẹt

39

49

Hình 2-14. Mô hình động lực học của hệ thống nâng hạ cụm tà
vẹt bằng xi lanh thủy lực

40

50

Hình 2-15. Chương trình tính lực tác động lên xi lanh (Fxl) bằng phần
mềm Matlab_Simulink

43

51

Hình 2-16. Chương trình tính các thông số động lực học bằng phần

44


vii
mềm Matlab_Simulink
52

Hình 2-17. Áp suất dầu thủy lực khi nâng cụm tà vẹt P1 (Pa)

44

53

Hình 2-18. Vận tốc của móc nâng hàng khi nâng cụm tà vẹt (Vh) (m/s)

45

54

Hình 2-19. Lực căng cáp khi máy MĐR nâng hàng từ trạng thái cáp
chùng

45

55

Hình 2-20. Mô hình động lực học của mô tơ thủy lực cơ cấu di chuyển
máy

46

56

Hình 2-21. Chương trình tính toán thông số động lực học hệ thống thủy
lực di chuyển máy MĐR bằng phần mềm MatlabSimulink.

49

57

Hình 2-22. Sự thay đổi áp suất dầu thủy lực di chuyển máy theo thời
gian, P1(Pa)

50

58

Hình 2-23. Tốc độ quay của trục mô tơ thủy lực di chuyển, Wd(vòng/s)

50

59

Hình 2-24. Vận tốc di chuyển máy MĐR khi mang cụm 5 tà vẹt, Vdc
(m/phút)

50

60

Hình 2-25. Mô hình động lực học máy MĐR khi nâng hàng không có độ
chùng cáp

52

61

Hình 2-26. Chương trình tính toán thông số động lực học máy MĐR khi
nâng hàng bằng Matlab-Simulink

57

62

Hình 2-27. Áp suất dầu thủy lực P1

58

63

Hình 2-28. Tốc độ nâng hàng Vh

58

64

Hình 2-29. Lực căng cáp Fcap

58

65

Hình 2-30. Chiều cao nâng hàng Hh

59

66

Hình 2-31. Tỷ lệ lưu lượng dầu thủy lực từ bơm cấp cho xi lanh nâng
hàng

59

67

Hình 2-32. Lực căng cáp Fcap(N)

60

68

Hình 2-33. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

60

69

Hình 2-34. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

60

70

Hình 2-35. Dao động q3 của khối lượng m3

61

71

Hình 2-36. Mô hình máy MĐR di chuyển mang cụm tà vẹt

62

72

Hình 2-37. Chương trình nhập thông số đầu vào và tính áp suất dầu
thủy lực

67

73

Hình 2-38. Chương trình tính toán các thông số động lực học máy MĐR
di chuyển mang cụm tà vẹt

68

74

Hình 2-39. Khoảng cách di chuyển máy khi có hàng, q4 (m)

69

75

Hình 2-40. Vận tốc di chuyểnmáy khi có hàng, Vdc (m/s)

69


viii
76

Hình 2-41. Áp lực dầu thủy lực khi di chuyển máy, P1(Pa)

69

77

Hình 2-42. Góc lắc hàng khi máy di chuyển q8(rad)

70

78

Hình 2-43. Vận tốc quay của mô tơ thủy lực q 5 (vòng/s)

70

79

Hình 2-44. Lực căng của nhánh cáp Fcap(N) khi máy di chuyển

70

80

Hình 2-45. Tỷ lệ lưu lượng dầu thủy lực từ bơm cấp cho mô tơ thủy lưc
di chuyển

71

81

Hình 2-46. Vận tốc quay của mô tơ thủy lực q 5 (vòng/s)

71

82

Hình 2-47. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s) khi dừng hãm máy

71

83

Hình 2-48. Áp lực dầu thủy lực P1(Pa) khi dừng hãm máy

72

84

Hình 2-49. Góc lắc cáp nâng hàng khi dừng máy, q8(rad)

72

85

Hình 2-50. Lực căng cáp khi di chuyển và dừng hãm, Fcap(N)

72

86

Hình 2-51. Lực căng cáp Fcap(N) tại thời điểm dừng hãm

72

87

Hình 3-1. Mặt bằng ga Phú Diễn

74

88

Hình 3-2. Mặt bằng ga Bắc Hồng

74

89

Hình 3-3. Triển khai mặt bằng thực nghiệm máy MĐR lắp đặt cụm tà
vẹt

75

90

Hình 3-4. Thi công lớp ballast và lớp đất cho ray di chuyển máy MĐR

75

91

Hình 3-5. Đầm nền đất đạt độ chặt K=0,85÷0,95

76

92

Hình 3-6. Lắp đặt đường ray di chuyển dài 28m trên nền đất và ballast

76

93

Hình 3-7. Tập kết hai máy lên ray di chuyển đặt trên nền đá và nền đất

76

94

Hình 3-8. Sơ đồ vị trí gắn thiết bị đo

77

95

Hình 3-9. Lắp cảm biến và đồng hồ áp suất

77

96

Hình 3-10. Lắp tenxo đo biến dạng kết cấu khung

77

97

Hình 3-11. Cảm biến gia tốc tại khung dưới

77

98

Hình 3-12. Lắp kẹp khung nâng với tà vẹt thành cụm 05 thanh, 07 thanh

78

99

Hình 3-13. Gắn lắp các đầu đo lên máy MĐR

79

100 Hình 3-14. Thiết bị ghi lưu tín hiệu đo

79

101 Hình 3-15. Đo chuyển vị kết cấu khung máy khi nâng cụm tà vẹt

79

102 Hình 3-16. Sơ đồ các bài thực nghiệm theo các trường hợp làm việc của
máy

79

103 Hình 3-17. Đo đạc và kiểm soát số liệu thu nhận được trong quá trình
thử nghiệm

80

104 Hình 3-18. Đo đạc máy MĐR trong quá trình nâng cụm tà vẹt và di
chuyển trên nền ballast và nền đất đã đầm lèn

81


ix
105 Hình 3-19. Thu thập tín hiệu đo bằng các thiết bị của Trung tâm KHCN
Đại học Giao thông Vận tải và được lưu giữ trên máy tính

81

106 Hình 3-20. Hoàn thành công tác kiểm tra. đo thu thập số liệu thực
nghiệm

81

107 Hình 3-21. Tín hiệu của đầu đo trong quá trình máy MĐR nâng - di
chuyển - hạ cụm 5 tà vẹt khi máy làm việc với ray đặt trên nền đất

83

108 Hình 3-22. Thu thập tín hiệu đo khi máy MĐR nâng cụm tà vẹt trên nền
đất

84

109 Hình 3-23. Di chuyển máy có hàng với ray đặt trên nền đá

84

110 Hình 3-24. Di chuyển máy có hàng với ray đặt trên nền đất và nền
ballast

84

111 Hình 3-25. Đồ thị lực căng cáp Fcap đo được từ thực nghiệm khi MĐR
nâng hàng

85

112 Hình 3-26: Đồ thị áp suất dầu thủy lực P1 đo được từ thực nghiệm khi
MĐR di chuyển với cụm tà vẹt và dừng hãm

85

113 Hình 3-27. Đồ thị so sánh lực căng cáp Fcap (N) lý thuyết với thực
nghiệm

86

114 Hình 3-28. Đồ thị so sánh giá trị áp suất dầu thủy lực tính toán lý
thuyết với kết quả thực nghiệm máy MĐR.

87

115 Hình 3-29. Đồ thị so sánh giá trị lực căng cáp tính toán lý thuyết với
thực nghiệm

87

116 Hình 3-30. Đồ thị so sánh giá trị áp suất dầu tính toán lý thuyết với
thực nghiệm

88

117 Hình 4-1. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi khối
lượng hàng nâng bằng phần mềm Matlab-Simulink

91

118 Hình 4-2. Lực căng cáp Fcap(N)

91

119 Hình 4-3. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

91

120 Hình 4-4. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

91

121 Hình 4-5. Dao động q3 của khối lượng m3

91

122 Hình 4-6. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
khối lượng kết cấu khung máy bằng Matlab-Simulink

92

123 Hình 4-7. Lực căng cáp Fcap(N)

92

124 Hình 4-8. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

92

125 Hình 4-9. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

92

126 Hình 4-10. Dao động q3 (m)

92

127 Hình 4-11. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi độ

93


x
cứng của nền đường đặt ray chuyên dùng bằng Matlab-Simulink
128 Hình 4-12. Lực căng cáp Fcap(N)

93

129 Hình 4-13. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

93

130 Hình 4-14. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

93

131 Hình 4-15. Dao động q3 (m)

93

132 Hình 4-16. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
đường kính cáp nâng hàng bằng Matlab-Simulink

94

133 Hình 4-17. Lực căng cáp Fcap(N)

94

134 Hình 4-18. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

94

135 Hình 4-19. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

94

136 Hình 4-20. Dao động q3 (m)

94

137 Hình 4-21. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
các thông số của bơm thủy lực và xi lanh nâng hàng bằng MatlabSimulink

95

138 Hình 4-22. Lực căng cáp Fcap(N)

95

139 Hình 4-23. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

95

140 Hình 4-24. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

95

141 Hình 4-25. Dao động q3 (m)

95

142 Hình 4-26. Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với khối lượng
hàng nâng khác nhau bằng Matlab-Simulink

96

143 Hình 4-27. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s)

97

144 Hình 4-28. Khoảng cách di chuyển q4(m)

97

145 Hình 4-29. Áp suất dầu thủy lực P1 (Pa)

97

146 Hình 4-30. Lực căng cáp Fcap (N)

97

147 Hình 4-31. Góc lắc cáp nâng hàng q8(rad)

97

148 Hình 4-32. Vận tốc mô tơ thủy lực ωd(vòng/s)

97

149 Hình 4-33. Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với khối lượng
kết cấu khung máy khác nhau bằng Matlab-Simulink

98

150 Hình 4-34. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s)

98

151 Hình 4-35. Khoảng cách di chuyển q4(m)

98

152 Hình 4-36. Áp suất dầu thủy lực P1 (Pa)

98

153 Hình 4-37. Góc lắc cáp nâng hàng q8(rad)

98

154 Hình 4-38. Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với lưu lượng
bơm thủy lực khác nhau bằng Matlab-Simulink

99

156 Hình 4-39. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s)

99


xi
157

Hình 4-40. Khoảng cách di chuyển q4(m)

99

158 Hình 4-41. Áp suất dầu thủy lực P1 (Pa)

99

159 Hình 4-42. Góc lắc cáp nâng hàng q8(rad)

99

160 Hình 4-43. Vận tốc mô tơ thủy lực ωd(vòng/s)

99

161 Hình 4-44. Lực căng cáp Fcap (N)

99

162 Hình 4-45. Qui trình xác định các thông số hợp lý của máy đặt cụm tà
vẹt MĐR

100

163 Hình 4-46. Mặt cắt ngang đại diện kiến trúc tầng trên đường sắt Việt
Nam

101

164 Hình 4-47. Mặt cắt ngang hầm điển hình trên tuyến đường sắt Việt Nam

102

165 Hình 4-48. Cầu đường sắt Đò Lèn

102

166 Hình 4-49. Sơ đồ xác định chiều cao lấy tà vẹt của máy MĐR trên toa
xe

103

167 Hình 4-50 Sơ đồ xác định chiều cao lấy tà vẹt của máy MĐR trên ô tô

103

168 Hình 4-51. Cấu tạo ray cho máy MĐR di chuyển

105

169 Hình 4-52. Kết cấu dạng ray di chuyển

106

170 Hình 4-53. Mô hình ray làm việc trên nền đất

106

171 Hình 4-54. Đồ thị quan hệ độ lún của ray với trọng lượng nâng

108

172 Hình 4-55. Xác định bán kính cong của đường ray cho máy di chuyển

109

173 Hình 4-56. Sơ đồ áp lực thực tế

110

174 Hình 4-57. Sơ đồ áp lực tính toán

110

175 Hình 4-58. Đồ thị quan hệ R,Q và Vdc(m/ph)

110

176 Hình 4-59. Máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt tại ga Cái Lân

112

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU DÙNG TRONG LUẬN ÁN
TT

Tên bảng biểu

Trang

1

Bảng 1-1. Chiều dài các tuyến đường sắt chính hiện có của ĐSVN

5

2

Bảng 1-2. Danh mục các dự án đường sắt đã được phê duyệt

6

3

Bảng 1-3. Danh mục các dự án xây dựng giai đoạn 2020- 2030

6

5

Bảng 1-4. Đánh giá mức độ cơ giới xây dựng ĐS Việt Nam hiện nay

8

6

Bảng 1-5. Đặc tính kỹ thuật máy YK25

11

7

Bảng 1-6. Đặc tính kỹ thuật máy DPG-25A

12

8

Bảng 1-7. Đặc tính kỹ thuật máy đặt đường sắt KGT/V

12

9

Bảng 1-8. Đặc tính kỹ thuật máy PTH350

12


xii
10

Bảng 1-9. Đặc tính kỹ thuật của máy SVM1000S

13

11

Bảng 1-10. Đặc tính kỹ thuật máy DPG500

13

12

Bảng 1-11. Đặc tính kỹ thuật máy MĐR

14

13

Bảng 1-12: Đặc tính kỹ thuật của các loại máy lắp đặt tà vẹt đường sắt

15

14

Bảng 2-1. Đánh giá các tiêu chí của máy lắp đặt đường sắt

31

15

Bảng 2-2: So sánh công suất và năng suất đặt tà vẹt của các phương án
máy

31

16

Bảng 2-3. So sánh chi phí lắp đặt tà vẹt theo các phương án máy

32

17

Bảng 2-4. Bảng tính chi phí ca máy lắp đặt tà vẹt đường sắt

32

18

Bảng 2-5. Thông số kỹ thuật của máy MĐR lắp đặt tà vẹt đường sắt

37

19

Bảng 2-6: Các thông số đầu vào cho chương trình tính thông số động
lực học

43

20

Bảng 2-7. Các thông số đầu vào cho chương trình tính hệ thống thủy
lực di chuyển

48

21

Bảng 2-8. Các thông số nhập vào chương trình tính toán thông số động
lực học máy MĐR khi nâng cụm tà vẹt

57

22

Bảng 2-9. Các thông số đầu vào của mô hình tính toán động lực học

66

23

Bảng 3-1. Danh mục thiết bị đo đạc thực nghiệm máy.

78

24

Bảng 3-2. Thứ tự tiến hành thực nghiệm máy MĐR đặt tà vẹt.

80

25

Bảng 3-3. Kết quả đo thông số khi vận hành máy MĐR không tải

82

26

Bảng 3-4. Kết quả đo thông số khi vận hành máy MĐR nâng cụm tà vẹt

82

27

Bảng 3-5. Thời gian thao tác trong một chu kì làm việc của máy

83

28

Bảng 3-6. Đánh giá sai số giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm

86

29

Bảng 3-7. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm

87

30

Bảng 4-1. Giá trị thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng

90

31

Bảng 4-2. Giá trị thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng

96

32

Bảng 4-3. Giá trị độ lún của ray ứng với các trường hợp làm việc

108

33

Bảng 4-4. Giá trị các thông số hợp lý của máy lắp đặt đường sắt Việt

Nam

111

34

Bảng 4-5. So sánh hiệu quả kinh tế- xã hội khi áp dụng máy MĐR thi
công đường sắt

112

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu
L

Diễn giải
Chiều dài cơ sở của máy

Đơn vị tính
m


xiii
W

Chiều rộng cơ sở của máy

m

H

Chiều cao của máy

m

m1

Khối lượng cụm puly động

kg

m2

Khối lượng hàng nâng

kg

m3

Khối lượng kết cấu khung máy

kg

S1

Độ cứng của cáp nâng hàng

N/m

S2

Độ cứng của nền đường đặt ray di chuyển

N/m

i1

Bội suất cáp ở cụm puly động

-

i2

Bội suất cáp ở puly móc câu

-

i3

Tỷ số truyền của cụm xích di chuyển

-

Ecap

Mô đun đàn hồi của cáp thép

Pa

Est

Mô đun đàn hồi của thép

Pa

Eoil

Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực

Pa

Ep

Mô đun đàn hồi của ống cao su

Pa

E1

Mô đun qui dẫn của dầu và xi lanh nâng hàng

Pa

E2

Mô đun qui dẫn của dầu và ống cao su

Pa

D

Đường kính của bánh xe di chuyển

m

qi

Tọa độ suy rộng thứ i

-

Qi

Lực suy rộng thứ i

N

P1

Áp suất dầu cao áp

Pa

P2

Áp suất dầu hồi về thùng

Pa

Pat

Áp suất dầu an toàn

Pa

[Pb]

Áp lực định mức của bơm

Pa

[Pd]

Áp lực định mức của động cơ

Pa

[b]

Tốc độ quay định mức của bơm

vòng/s

[d]

Tốc độ quay định mức của động cơ thủy lực

vòng/s

Vb

Lưu lượng riêng của bơm

m3/s

Vd

Lưu lượng riêng của mô tơ thủy lực

m3/s

rb

Hệ số tổn thất lưu lượng của bơm thủy lực

-

rd

Hệ số tổn thất lưu lượng của mô tơ thủy lực

-

c

Hiệu suất truyền động của xi lanh thủy lực

%

b

Hiệu suất truyền động của bơm thủy lực

%

d

Hiệu suất truyền động của mô tơ thủy lực

%

L_tuyo

Chiều dài của tuy ô thủy lực

m

D_tuyo

Đường kính tuy ô thủy lực

m

Gia tốc trọng trường

m/s2

Vdc

Vận tốc di chuyển

m/s

Fcap

Lực căng một nhánh cáp

Vh

Vận tốc nâng hàng

g

N
m/s


xiv
Kđ

Hệ số động

-

Gm

Trọng lượng máy

N

Q

Trọng lượng vật nâng

N

U

Chỉ tiêu tổng hợp

-

wi

Trọng số so sánh chỉ tiêu

-

fms

Hệ số ma sát

-

Fms

Lực ma sát

N

Ea

Hệ số tích lũy đàn hồi của đường ống dẫn dầu

-

Qrd

Lưu lượng rò rỉ của bơm

m3/s

Qrd

Lưu lượng rò rỉ của mô tơ thủy lực

m3/s

Kat

Hệ số lưu lượng qua van an toàn

Ar

Diện tích nền ảnh hưởng ở dưới bánh xe di chuyển máy

Kf

Hệ số nền

m2
T/m3

Ecap

Mô đun đàn hồi cáp thép

Pa

Acap

Diện tích tiết diện cáp thép

m2

Lcap

Chiều dài cáp

m

Mcl

Mô men cản lăn

Nm

Mô men quán tính trên trục mô tơ thủy lực

Jd

kgm2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu

Diễn giải

AHP

Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process)

BTCT DƯL

Bê tông cốt thép dự ứng lực

CGH

Cơ giới hóa

CSHT

Cơ sở hạ tầng

CBCNV

Cán bộ công nhân viên

ĐSVN

Đường sắt Việt Nam

ĐS

Đường sắt

ĐLH

Động lực học

MĐR

Máy đặt tà vẹt đường sắt, mã hiệu MĐR

MĐR-01

Máy MĐR số 01

MĐR-02

Máy MĐR số 02

NCKH

Nghiên cứu khoa học

GTVT

Giao thông vận tải

KTTT

Kiến trúc tầng trên (đường sắt)

KCTT

Kết cấu tầng trên (đường sắt)

PA1, PA2,
PA4, PA5
TĐTL

PA3, Phương án 1, phương án 2, phương án 3, phương án 4, phương án 5
Truyền động thủy lực


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Giao thông đường sắt là hệ thống hạ tầng giao thông quan trọng của mỗi Quốc
gia. Để đáp ứng nhu cầu vận tải hàng hóa và hành khách trong quá trình phát triển
kinh tế Việt Nam, từ năm 2009, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt và triển khai kế
hoạch phát triển mạng lưới đường sắt đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 [46].
Theo kế hoạch này, sẽ cải tạo nâng cấp các tuyến đường hiện có, xây dựng mới một số
tuyến với tổng chiều dài lên đến 2096 km kết nối giữa các thành phố lớn như Hà Nội,
TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng với các khu công nghiệp và các tỉnh lân cận.
Như vậy, khối lượng công tác lắp đặt đường sắt sẽ rất lớn, đòi hỏi phải có công
nghệ thi công cùng với các thiết bị cơ giới phù hợp với điều kiện đầu tư và tổ chức thi
công lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam, từ đó mới có thể hoàn thành kế

hoạch phát triển hệ thống đường sắt đã đề ra.
Trên thế giới, hiện có nhiều tập đoàn xây dựng đường sắt nổi tiếng với những
thương hiệu như Robel, Plasser&Theurer, Shinkansen... Ở mỗi tập đoàn này, họ có
những công nghệ xây dựng cùng với thiết bị và máy thi công đường sắt theo những
cách riêng biệt. Ở Việt Nam trong những năm qua ngành đường sắt đã nhập một số
thiết bị nâng giật chỉnh ray, chèn đá, thay tà vẹt của nước ngoài, nhưng qua sử dụng
cho thấy những công nghệ đó vẫn chưa thể áp dụng đồng bộ cho xây dựng đường sắt ở
Việt Nam. Riêng các máy lắp đặt tà vẹt đường sắt dùng cho xây dựng mới hoặc đại tu
đường sắt thì hầu như chưa nhập máy nào của nước ngoài, nhất là các máy hiện đại.
Nguyên nhân chính là do điều kiện kinh tế Việt Nam còn nhiều hạn chế, vốn đầu tư
cho xây dựng đường sắt còn ít và chủ yếu là vốn vay. Trong khi đó, vốn đầu tư các
máy móc thiết bị của nước ngoài cũng rất lớn, chi phí vận hành và vật tư phụ tùng cho
sửa chữa đắt tiền. Ngoài ra, việc đầu tư các máy thi công đường sắt còn phụ thuộc vào
trình độ quản lý, trình độ tay nghề của người thợ Việt Nam và khối lượng thi công.
Đứng trước những yêu cầu cấp bách và khó khăn đó, Bộ giao thông vận tải đã
tổ chức các buổi hội thảo với sự tham gia của nhiều chuyên gia trong ngành đường sắt
để nghiên cứu tìm giải pháp cơ giới hóa thi công đường sắt sao cho phù hợp với đặc
thù của Việt Nam. Nhìn chung, các chuyên gia và cơ quan quản lý đều thống nhất
quan điểm cho rằng, cần phải lựa chọn được công nghệ thi công và chủng loại máy
phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, ưu tiên sử dụng các máy được thiết kế chế tạo
trong nước như vậy mới bảo đảm tính ổn định và phát triển bền vững. Vấn đề là phải
xác định được chủng loại và thông số hợp lý của máy đó để đảm bảo được tính hiệu
quả về kinh tế và kỹ thuật.
Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho
máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam” là cần thiết và có tính thực tiễn cao.


2
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu xây dựng được cơ sở khoa học cho việc xác định các thông số hợp

lý của máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam, đây chính là thiết bị do Việt
Nam chế tạo;
Kết quả nghiên cứu của luận án nhằm góp phần nâng cao chất lượng thiết kế
chế tạo máy lắp đặt tà vẹt trong nước phù hợp với điều kiện Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu:
Máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam có mã hiệu MĐR do Việt Nam chế tạo.
3.2 Phạm vi nghiên cứu:
- Luận án tập trung nghiên cứu máy MĐR đặt cụm tà vẹt có các thông số kỹ thuật
thể hiện ở Bảng 2-5;
- Tà vẹt sử dụng cho khổ đường 1435mm trên tuyến thẳng của đường sắt Việt Nam
là tà vẹt bê tông cốt thép dự ứng lực;
- Nền đặt ray di chuyển của máy khi lắp tà vẹt có hai trường hợp là: nền đất đã đầm
chặt hoặc nền đá ballast đầm sơ bộ.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích các điều kiện đặc thù thi công
xây dựng đường sắt Việt Nam;
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết để xác định các thông số động lực học của máy và của hệ
thống truyền động thủy lực mà trực tiếp là hệ số động lực.
Kết quả thực nghiệm đo đạc các thông số động lực học và các thông số làm
việc của máy là cơ sở để đánh giá tính đúng đắn của các mô hình đã thiết lập.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số động lực để xác định thông số hợp lý
của máy đặt tà vẹt.
5. Mục tiêu nghiên cứu
- Chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với xây dựng đường sắt Việt Nam;
- Xác định được các thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) cho
máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam theo quan điểm động lực học.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu thu được của luận án là xác định được các thông số hợp lý

cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam phù hợp với chiến lược phát triển mạng
lưới đường sắt Việt Nam đến năm 2030;
- Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo có ích cho việc giải
quyết các yêu cầu về tính hợp lý khi thiết kế chế tạo và khai thác hiệu quả máy MĐR
trong điều kiện Việt Nam;


3
- Có thể tiếp tục phát triển kết quả nghiên cứu của luận án cho các loại máy và
thiết bị đặt ray và cụm tà vẹt theo công nghệ đặt ray tương tự.
7. Điểm mới của luận án
- Luận án đã tổng hợp, phân tích các công nghệ và máy lắp đặt tà vẹt đường sắt ở
trong và ngoài nước đồng thời phân tích các đặc điểm kinh tế, địa hình tự nhiên ảnh
hưởng đến việc lựa chọn máy đặt tà vẹt đường sắt Việt Nam. Từ việc áp dụng phương
pháp phân tích thứ bậc AHP để đánh giá lựa chọn dạng máy đặt tà vẹt, luận án đã
khẳng định máy MĐR do Việt Nam chế tạo là phù hợp với đường sắt Việt Nam;
- Luận án nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực và động lực học máy MĐR
khi đặt cụm tà vẹt, kết quả là xây dựng được mô hình động lực học hệ thống thủy lực
cơ cấu nâng hạ và cơ cấu di chuyển của máy MĐR, đồng thời xây dựng mô hình động
lực học máy MĐR trong các trường hợp làm việc điển hình. Tiến hành giải hệ phương
trình chuyển động và xác định được các đặc trưng động lực học của hệ;
- Tiến hành thực nghiệm máy MĐR làm việc theo các điều kiện thực tế thi công
gồm có thay đổi nền, số lượng tà vẹt trong cụm, chế độ dừng hãm khi làm việc;
- Luận án đã xây dựng qui trình các bước xác định thông số hợp lý của máy MĐR
đặt cụm tà vẹt theo quan điểm động lực học đồng thời phù hợp với điều kiện đặc thù
về địa hình, điều kiện thi công, kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam và xác định được
bộ thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của máy (Bảng 4-4).
8. Bố cục của luận án
Luận án được bố cục theo các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu nhu cầu công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt, phân tích các
công nghệ thi công của đường sắt trên thế giới và trong nước, từ đó đánh giá khả năng
ứng dụng công tác cơ giới hóa của ngành đường sắt trong nước hiện nay;
Nghiên cứu tổng quan các công trình khoa học liên quan đến đề tài luận án đã
được các tác giả trong và ngoài nước thực hiện, xem xét kế thừa và bổ sung những vấn
đề chưa được nghiên cứu để giải quyết mục tiêu của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu chọn dạng máy và nghiên cứu động lực học máy MĐR
đặt cụm tà vẹt
Luận án xây dựng hệ tiêu chí chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt
Nam. Phân tích các công nghệ điển hình và máy lắp đặt tà vẹt đường sắt theo hệ tiêu
chí đánh giá. Nghiên cứu áp dụng phương pháp thứ bậc AHP chọn dạng máy đồng
thời ứng dụng phần mềm Expert-Choice hỗ trợ tính toán xác định chỉ tiêu tổng hợp
đánh giá phương án máy. Kết quả xác định được phương án máy MĐR có chỉ tiêu
tổng hợp cao nhất được ưu tiên lựa chọn phục vụ lắp đặt tà vẹt đường sắt Việt Nam;


4
Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy MĐR đặt cụm tà vẹt, đánh
giá các trường hợp làm việc điển hình;
Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực cơ cấu nâng hạ hàng,
hệ thống truyền động thủy lực mô tơ di chuyển máy. Nghiên cứu động lực học máy
MĐR trong các trường hợp làm việc điển hình.
Sử dụng phương trình Lagrange loại 2 để lập hệ phương trình vi phân chuyển
động của máy, ứng dụng phần mềm Matlab_Simulink để tính toán và mô phỏng giá trị
các thông số động lực học bằng đồ thị.
Chương 3: Thực nghiệm máy MĐR khi đặt cụm tà vẹt
Trình bày phương án và kết quả việc triển khai thực nghiệm máy MĐR lắp đặt
cụm tà vẹt. Các kết quả bằng số thu được từ thực nghiệm được sử dụng để so sánh với
giá trị của thông số được tính toán từ lý thuyết, qua đó kiểm chứng độ tin cậy của mô
hình động lực học máy, của thuật toán và công cụ phần mềm tính toán.

Chương 4: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học và xác định
các thông số hợp lý của máy MĐR.
Nội dung chương này trình bày kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến
thông số động lực học của mô hình. Từ các kết quả thu được, tác giả tiến hành phân
tích đành giá miền giá trị của các thông số của máy theo quan điểm động lực học.
Phân tích các điều kiện thi công thực tế trên tuyến đường sắt Việt Nam để lựa chọn
các thông số hợp lý của máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam.
Kết luận và kiến nghị: Trình bày các kết luận chính của luận án, các đóng góp mới
của luận án và hướng nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo và các phụ lục: Liệt kê các tài liệu tham khảo, nêu danh mục
các công trình đã công bố liên quan đến đề tài luận án, kết quả tính toán, các thuật toán
và công cụ tính toán đã sử dụng trong nghiên cứu.


5

CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT
Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt tà vẹt đường sắt là vấn đề cấp thiết hiện nay của
ngành đường sắt Việt Nam. Từ những đặc điểm của các công nghệ lắp đặt kết cấu tầng
trên đường sắt hiện có trên thế giới và đặc thù xây dựng đường sắt ở trong nước, luận
án nghiên cứu xác định dạng máy lắp đặt tà vẹt phù hợp với thực tế Việt Nam. Với
mục đích đưa máy lắp đặt tà vẹt áp dụng hiệu quả phục vụ xây dựng đường sắt Việt
Nam, việc đánh giá công năng của máy là rất quan trọng. Từ đó cho thấy những ưu
nhược điểm của máy thể hiện thông qua các thông số kỹ thuật kinh tế. Để có phương
pháp khoa học giải quyết vấn đề, tác giả luận án nghiên cứu những thành tựu và tồn tại
của các công trình khoa học liên quan đến đề tài luận án, theo đó xác định những nội
dung cần đi sâu nghiên cứu của luận án.
1.1. Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam và các yếu
tố ảnh hưởng.

1.1.1. Phương hướng phát triển mạng lưới ĐSVN
Đường sắt là phương tiện vận tải có năng lực chuyên chở rất lớn, mỗi chuyến
tàu có sức vận tải đến vài ngàn tấn. Đường sắt Việt Nam hiện có một số đặc điểm sau:
Theo số liệu thống kê [51], mạng lưới đường sắt quốc gia có tổng chiều dài
3.146,6 km, đường chính tuyến 2.632 km gồm 3 loại khổ đường: 1000mm chiếm
85%, khổ đường 1435mm chiếm 6%, đường lồng (1435mm&1000mm) chiếm 9%,
được phân bổ theo 7 trục chính gồm:
Bảng 1-1. Chiều dài các tuyến đường sắt
chính hiện có của Đường Sắt Việt Nam.
TT

Các tuyến chính

Chiều
dài
(Km)
1.726

1

Hà Nội –TP Hồ Chí Minh

2

Gia Lâm – Hải Phòng

96,6

3

Yên Viên – Lào Cai

285

4

Hà Nội - Đồng Đăng

163,7

5

Đông Anh – Quán Triều

6

Kép – Lưu Xá

55,6

7

Kép – Hạ Long

105,6

55

Hình 1-1. Mạng lưới đường sắt Việt Nam
-Ở phía Bắc, mạng đường sắt hiện có đã phân bổ đều trên ba hành lang chính:

phía Đông, phía Bắc và phía Đông bắc và đã có thêm các tuyến Kép – Hạ Long, Đông
Anh – Quán Triều, Kép – Lưu Xá.


6
-Ở phía Nam, các tuyến TP.Hồ Chí Minh – Mỹ Tho và TP.Hồ Chí Minh – Lộc
Ninh, Tháp Chàm – Đà Lạt nằm trong kế hoạch được khôi phục.
-Tuyến Thống Nhất hiện khai thác với hiệu quả chưa cao so với nhu cầu vận tải
của xã hội. Kết cấu hạ tầng đường sắt nhìn chung là cũ và lạc hậu, sử dụng nhiều loại
ray trên tuyến (P43, P50). Tà vẹt nhiều chủng loại, hiện nay ĐSVN đang chuyển sang
sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực liền khối dùng phụ kiện đàn hồi.
Mục tiêu quy hoạch phát triển ngành giao thông với các dự án xây mới đường
sắt được thể hiện khái quát trong các Bảng 1-2 và Bảng 1-3, [46], [47]:
Bảng 1-2. Danh mục các dự án đường sắt đã được phê duyệt
TT

Dự án đường sắt

Chiều
dài
(km)

Khổ đường

Vốn đầu tư
(tỷVND)

1

Tuyến Lào Cai-Hà Nội-Hải Phòng

1435 mm; đường đôi

381

91.200

2

Đường sắt vào cảng Hải Phòng

1435 mm; đường đôi

57

15.000

3

Tuyến vào mỏ Thạch Khê (Hà Tĩnh)

1435 mm; đường đơn

60

3.360

4

Tuyến Vũng Áng – Mụ Giạ

1000 mm; đường đơn

119

7.600

5

Tuyến Đông Hà – Lao Bảo

1000 mm; đường đơn

114

4.560

6

Tuyến Dĩ An- Lộc Ninh

1000 mm; đường đơn

128

8.600

7

Tuyến Trảng Bom – Hòa Hưng

1435 mm;

49

11.000

8

Tuyến TP.Hồ Chí Minh – Cần Thơ

1435 mm; đường đôi

150

28.800

9

Tuyến Trảng Bàng-Tân Thới Hiệp

1435 mm; đường đôi

33

7.900

1091

178.020

Tổng cộng:

Như vậy có thể thấy, tổng chiều dài đường sắt sẽ được xây mới theo kế hoạch là
1091km, với nhu cầu vốn đầu tư khoảng: 178.020 tỷ VND. Ngoài ra còn có các dự án
đã được qui hoạch và đang chờ nguồn vốn:
Bảng 1-3. Danh mục các dự án xây dựng giai đoạn 2020- 2030
TT

Tuyến đường sắt

Chiều dài tuyến
(km)

Khổ đường
(mm)

1

Tuy Hòa - Buôn Ma Thuột

169

1435

2

Đắc Nông - Bình Thuận

121

1435

3

Đà Nẵng - Kon Tum - Đắc Lắc - Bình Phước

550

1435

4

Nam Định-Thái Bình-Hải Phòng-Quảng Ninh

120

1435

5

Lạng Sơn - Quảng Ninh (Mũi Chùa)

95

1435

6

Hạ Long - Móng Cái

150

1435

Tổng cộng:

1205

Theo phương hướng phát triển đường sắt Việt Nam nêu trên cho thấy việc xây
dựng mới, nâng cấp, cải tạo đường sắt là công việc cấp thiết. Đây là công việc có khối
lượng rất lớn, yêu cầu phải thực hiện nhanh chóng, chất lượng, hiệu quả để tạo tiền đề


7
cho các công việc khác trong tiến trình xây dựng phát triển đường sắt. Điều này chỉ có
thể thực hiện tốt, có hiệu quả khi làm tốt công tác áp dụng cơ giới hoá xây dựng đường
sắt.
1.1.2. Nhu cầu cấp thiết công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt
Nam.
Trên tuyến đường sắt quốc gia, ngành đường sắt ưu tiên sử dụng loại kiến trúc
tầng trên dùng ray P50 có khe nối liên kết phụ kiện đàn hồi với tà vẹt bê tông cốt thép
dự ứng lực đặt trên lớp đá ballast.
Theo quy định của Bộ GTVT, kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam hiện tại và
trong tương lai có đặc điểm cơ bản là:
- Về lớp đệm đường (lớp ba lát): Sử dụng đá dăm 2,5 x 5 cm; Chiều dày lớp đá chính
tuyến 35cm, đường ga 30 cm.
- Về tà vẹt: sử dụng tà vẹt BTDƯL cho khổ đường 1000mm, 1435mm và đường lồng,
liên kết phụ kiện đàn hồi theo tiêu chuẩn Châu Âu. Qui cách đặt tà vẹt: Trên đường
thẳng và đường cong R > 600m lắp 1600 thanh/km; trên đường cong R ≤ 600m lắp

1760 thanh/km, khu vực lát tấm đan đặt 2000 thanh/km.
Quy cách kỹ thuật của tà vẹt bê tông cốt thép dự ứng lực tiêu chuẩn được thể
hiện trên các Hình 1-2 và Hình 1-3:
174
196

150

1260

220

270

1800

2400-2500

Hình 1-3. Tà vẹt BTCTDƯL đường lồng
Hình 1-2. Tà vẹt khổ 1435 mm đường đơn
+ Khối lượng của một tà vẹt: 310 kg;
+ Khối lượng của một tà vẹt: 306 kg.
+ Kích thước của tà vẹt:
+ Kích thước của tà vẹt:
L x B x H = 2500 x 280 x 174 mmm.
L x B x H = 2500 x 270 x 174 mm.
Để đảm bảo chất lượng thi công KCTT đường sắt, cần sử dụng nhiều loại máy
và thiết bị, gồm các nhóm máy đặt tà vẹt, đặt ray, rải ba lát, hàn ray, đầm ballast và
chỉnh đường, kiểm tra đo đạc, máy vận chuyển và xếp dỡ nghiệp vụ đường sắt...
- Về phương thức hoạt động có các loại: Máy thuộc nhóm nặng là những máy

khi hoạt động chiếm cứ cả khu gian khi có tàu chạy qua phải đưa máy về ga có đường
tránh (ví dụ máy chèn đá 08-8GS); máy nhóm nhẹ chỉ chiếm đường "tranh thủ", khi có
tàu chạy sẽ tháo dỡ hoặc dịch chỗ ra bên đường (ví dụ như: máy kích ray, máy chèn đá
mini XYD - 2 và các thiết bị cỡ nhỏ xiết chặt đai ốc...).
Khi áp dụng cơ giới hoá xây dựng đường sắt ở mức độ khác nhau sẽ mang lại
những lợi ích khác nhau và được thể hiện trong Bảng 1-4, [2]:


8
Bảng 1-4. Đánh giá mức độ cơ giới xây dựng đường sắt Việt Nam hiện nay
TT

Chỉ tiêu so sánh

1

Tỷ lệ cơ giới hoá %
công việc

2

Tốc độ thi công

3

Chất lượng công trình

4

Năng lực phục vụ

- Tải trọng đoàn tàu
- Tốc độ đoàn tàu
Tuổi thọ công trình
Chi phí trung tu
bảo dưỡng
Vốn đầu tư cho
CGH xây dựng
Hiệu quả khai thác

5
6
7
8
9

Mức độ phục vụ xã hội

10

Giảm sức lao động
công nhân

Mức độ cơ giới hoá xây dựng đường sắt
CGH tất cả
CGH một
CGH 1 số
Thủ công
các công
phần
công đoạn

đoạn
0%

 10-20%

 30-50%

Rất chậm

Chậm

Thấp

Còn thấp

Thấp
 50km/h
Thấp

Còn thấp
 80km/h
Không cao

Lớn

Khá lớn

(0)

Không cao

Cao

Rất cao

Thấp

(-)

(-)

Hạn chế

Không cao
Còn hạn
chế

Tương đối tốt

Tốt

Nặng nhọc

Một phần

Nhiều

Tối đa

Tương đối

nhanh
Tương đối
cao
Khá cao
 120km/h
Khá cao
(-)

Gần 100%
Rất nhanh
Cao
Lớn
tới 150km/h
Cao
(-)

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc áp dụng công nghệ thi công cơ giới xây
dựng đường sắt Việt Nam
Thực tế của ngành ĐSVN trong công tác xây dựng đường sắt hiện nay cho thấy
những ảnh hưởng chính đến công tác cơ giới hóa xây dựng KCTT đường sắt ở Việt
Nam có nhiều yếu tố ảnh hưởng theo hướng bất lợi, có thể khái quát trên Hình 1-4,
[2]:

Hình 1-4. Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt
Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt đối với các
đơn vị xây dựng đường sắt cũng như với ngành đường sắt nói chung là rất phức tạp.


9
Mức độ quan trọng của các yếu tố ảnh hưởng có thể xếp theo thứ tự tương đối (từ

nhiều đến ít) bắt đầu là (1) tiếp đến là (2), (3), (4), (5), (6).
Việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến việc áp dụng công nghệ cơ giới xây
dựng Đường sắt Việt Nam cần xuất phát từ thực tế của ngành đường sắt theo thời kỳ
lịch sử trong mối quan hệ tổng thể với các điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội và con
người một cách khách quan và logíc. Có thể khái quát các điều kiện này như sau:
-Về điều kiện địa hình tự nhiên:
Đường sắt Việt nam phải vượt qua nhiều địa hình phức tạp, điều kiện thi công
khó khăn như nhiều sông ngòi, đèo dốc, hầm núi, vòng cua bán kính nhỏ, ví dụ như
tuyến Hà Nội - Lào Cai có 39% chiều dài toàn tuyến có R < 300m, nhiều đoạn dốc tới
12‰. Đặc điểm địa hình như vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn đến công nghệ xây dựng và cơ
giới hoá xây dựng Đường sắt. Trên tuyến đường sắt Việt Nam có rất nhiều các cầu,
hầm đường sắt giao nhau với đường dân sinh và mương cống thủy lợi. Mặt bằng thi
công dọc theo tuyến chính khó mở rộng do khó khăn trong công tác đền bù giải phóng
mặt bằng. Đây cũng chính là những nguyên nhân cản trở việc áp dụng các công nghệ
thi công cơ giới đường sắt với các thiết bị đồng bộ, quy mô lớn.
-Về yếu tố xã hội và kinh tế :
Yếu tố này được thể hiện qua đường lối phát triển, mục đích thực hiện, vốn đầu
tư cho Xây dựng Đường sắt; kể cả tác động của trình độ Khoa học công nghệ.
-Về yếu tố con người,
Yếu tố con người được hiểu theo nghĩa rộng bao gồm lực lượng con người
tham gia lao động, trình độ lao động, phương thức tổ chức lao động, nó chịu ảnh
hưởng rất lớn của nền kinh tế quốc dân.
- Mối quan hệ giữa công nghệ-máy thi công, các yếu tố đánh giá tính thích nghi
để lựa chọn khi xây dựng KCTT ĐSVN có thể mô tả trên Hình 1-5:

A

Công nghệ TCCG

B

Công năng của máy

C

Vốn đầu tư, trình độ tổ chức thi công,
nhu cầu xây dựng (số km/năm)

D

Đặc thù kết cấu tầng trên đường sắt
Việt Nam

Hình 1-5. Các yếu tố thích nghi của công nghệ lắp đặt đường sắt
Các công nghệ và máy thi công cơ giới đòi hỏi phải phù hợp với hoàn cảnh
kinh tế, điều kiện tự nhiên, kết cấu đường sắt và nhu cầu xây dựng, trình độ tổ chức
sản xuất của Việt Nam. Thực tế cho thấy không thể nhập khẩu toàn bộ một công nghệ
TCCG KTTT ĐS nào của nước ngoài vì: Kinh phí quá lớn, khó triển khai; Năng suất


10
lớn quá dư so với nhu cầu tốc độ thi công (>1000m/ngày); Các máy quá lớn không
phù hợp với địa hình thi công KTTT ĐSVN.
Với quan điểm trên, có thể mô tả mối liên hệ giữa các yếu tố kinh tế - xã hội
ảnh hưởng tới việc cơ giới hóa xây dựng ĐSVN trong bằng sơ đồ trên Hình 1-6 :
Công nghệ CGH XDĐS
của thế giới ngày càng
hoàn thiện.
*Có điều kiện vận dụng
từng phần vào ĐSVN

Nghiên cứu KHCN về
XD ĐSVN
* Ưu tiên phát triển theo
hướng ứng dụng.
+ NC lựa chọn đầu tư
máy TCĐS phù hợp.
+ NC công nghệ CGH
phù hợp, hiệu quả.
+ Tự thiết kế chế tạo một
số loại máy
Địa hình thi công ĐSVN:
*Vẫn còn khó khăn

Quản lý XD theo cơ chế
thị trường.
* Các Công ty XDĐS có
lực lượng lao động dồi
dào.

Vốn đầu tư cho CSHT
* Vẫn còn hạn chế
* Đòi hỏi vốn rất lớn

- Nhu cầu phát triển
kinh tế xã hội VN.
- Tác động của quá
trình hội nhập.

Xây dựng, phát triển
hệ thống ĐS Việt Nam.

* Phương hướng phát
triển hệ thống ĐSVN:

- Nâng cấp, cải tạo các tuyến.
- Xây dựng mới một số tuyến
ĐS đô thị.
- Xây dựng đường đôi một số
đoạn tuyến.
- Xây dựng ĐS Hà Nội - TP.Hồ
Chí Minh.

1. Giai đoạn đến 2030.
- Đổi mới quản lý để
thoát khỏi lạc hậu.
- Cổ phần hóa doanh
nghiệp để phát triển.
2. Giai đoạn từ 2030.
- XD ĐSVN phát triển
theo hướng hiện đại

Kết cấu kiến trúc tầng trên ĐS:
- Ray P50 dài 25m
- Khổ đường 1435/1000
- Tà vẹt BTCTDUL tiêu chuẩn.
- Thử nghiệm ray hàn liền một
số đoạn tuyến.
- Ballast tiêu chuẩn.

Giải pháp cơ giới hoá Xây dựng Đường sắt Việt Nam:

- Lựa chọn công nghệ thi công CGH kiến trúc tầng trên ĐS khi xây dựng mới cho hai
loại kết cấu đường ray: có khe nối và ray hàn liền.
- Cơ giới hóa xây dựng đường sắt phù hợp với sự phát triển theo từng giai đoạn.
- Kết hợp nhập khẩu với tự thiết kế chế tạo cho một số máy thi công ĐS phù hợp với nhu
cầu và năng lực.
- Tiếp tục áp dụng CGH và dây chuyền máy thi công cho các dự án lớn.

Hình 1-6. Sơ đồ các yếu tố kinh tế xã hội ảnh hưởng
đến công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam


11
1.2. Tổng quan về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt.
1.2.1. Tổng quan về máy và công nghệ đặt tà vẹt trên thế giới:
Hiện trên thế giới có nhiều công nghệ và máy thi công đường sắt. Mỗi loại
công nghệ đều có đặc thù kỹ thuật và quy trình thi công đường sắt khác nhau, do vậy
cần sử dựng thiết bị thi công phù hợp với công nghệ đó.
1.2.1.1. Sử dụng tổ hợp cần trục đường sắt và đoàn toa lắp đặt cầu ray.
Tổ hợp thiết bị gồm có đoàn toa chở cầu ray và cần trục có tải trọng nâng 1018
tấn có thể quay vòng 180 độ cho mỗi chu kỳ cẩu và đặt ray – chủ yếu cho cầu ray dài
12,5 m. Có thể mô tả tổ hợp máy này theo Hình 1-7:
1

2

3

4

v

5

Hình 1-7. Tổ máy và thiết bị đặt ray bằng cần trục.
1. Đầu máy;
2. Toa xe chở cầu ray; 3. Chồng ray trên toa xe.
4. Cần trục đặt ray trên đường sắt; 5. Cầu ray đang hạ xuống nền.

Khi cẩu hết các mảng cầu ray trên toa xe sát cần trục nhất thì dùng cáp kéo
chồng ray trên toa xe kế tiếp sang sàn toa đã hết cầu ray nhờ sức kéo của cần trục.
1.2.1.2 Sử dụng cần trục chuyên dùng dạng Pooctic để đặt cầu ray.
Dạng Pooctic này đã được sử dụng để lắp đặt hệ thống đường sắt ở Liên Xô (cũ)
bởi các loại máy YK12.5 và YK25 khi lắp đặt các cầu ray dài 12,5m và 25m.
Bảng 1-5. Đặc tính kỹ thuật máy YK25
1
2
3
4
5
6

Năng suất lắp đặt
Trọng lượng máy
Công suất động cơ
Kích thước máy
LxWxH (m)
Số thợ vận hành máy
Tốc độ di chuyển

600 m/ca

102 tấn
120 kW
43,3x3,2x5,28
2
20 km/h

Hình ảnh máy YK25
Khi sử dụng máy YK25 có thể đạt năng suất đặt ray tới 600 m/giờ, rất thích
hợp cho việc thi công tuyến mới với chiều dài đường lớn. Tuy nhiên máy có kết cấu
cồng kềnh vì dài tới 44m. Loại máy này được sử dụng rất có hiệu quả ở Nga khi xây
dựng tuyến đường sắt BAICAN – AMUA dài 11000 km với địa hình rộng rãi. Nhưng
đối với Việt Nam thì việc áp dụng YK 25 trên đường sắt hiện tại là rất khó khăn do
trên tuyến có nhiều cầu, hầm, đồng thời khối lượng thi công ít.
- Ngành đường sắt Trung Quốc cũng đã sử dụng máy DPG-25A có kết cấu tương
tự máy YK25 để đặt cầu ray dài 25m.


12
Bảng 1-6. Đặc tính kỹ thuật máy DPG-25A
1
2
3
4
5
6

Năng suất lắp đặt
Trọng lượng máy
Công suất động cơ
Kích thước máy

LxWxH (m)
Số thợ vận hành máy
Tốc độ di chuyển

600 m/ca
75 tấn
120 kW
29x3,4x4
2
15 km/h

Máy đặt đường sắt DPG-25A

1.2.1.3. Sử dụng máy có bộ di chuyển đa năng lắp đặt cụm tà vẹt
- Điển hình cho dạng máy này là máy KGT/V của Pháp. Máy chỉ sử dụng hiệu
quả khi thi công trên tuyến đường đôi, phạm vi lấy tà vẹt hạn chế, năng suất thấp.
Bảng 1-7. Đặc tính kỹ thuật máy đặt đường sắt KGT/V
Năng suất lắp đặt
Trọng lượng máy
Công suất động cơ
Kích thước tổ máy
LxWxH (m)
Số thợ vận hành máy
Tốc độ di chuyển

1
2
3
4
5

6

180 m/ca
16 tấn
87 kW
7,3x2,5x3,2
1
11km/h

Máy đặt đường sắt KGT/V
1.2.1.4. Sử dụng máy dạng cổng trục đặt cụm tà vẹt và ray.
- Sử dụng loại máy di chuyển trên đường ray. Điển hình cho công nghệ này là sử dụng
máy PTH 350. Thiết bị này rất thích hợp cho việc thi công những tuyến đường sắt có
chiều dài không quá lớn hoặc đại tu tuyến cũ.
Bảng 1-8. Đặc tính kỹ thuật máy PTH350
1
2
3
4
5
6

Năng suất lắp đặt
Trọng lượng máy
Công suất động cơ
Kích thước một máy
LxWxH (m)
Số thợ vận hành máy
Tốc độ di chuyển khi
đặt tà vẹt

800 m/ca
6,5 tấn
54,4 kW
3,6x3,8x3,3
2
12 km/h
Máy đặt đường sắt PTH350

Loại máy này có kết cấu nhỏ gọn, nhưng cần có đường ray di chuyển riêng.
- Sử dụng máy di chuyển bằng bằng bánh xích. Điển hình là máy DESEC TL50
có cấu tạo theo Hình 1-8:
7

6

5

4

3

2

8

9

1

Hình 1-8. Sơ đồ cấu tạo máy đặt ray DESEC TL 50.