Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt việt nam tt

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

TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2017


Luận án hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Người hướng dẫn khoa học:
1.PGS.TS. Nguyễn Bính
2. PGS.TS. Nguyễn Văn Vịnh

Phản biện 1: .......................................................................
Phản biện 2: .......................................................................
Phản biện 3: ......................................................................

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại

Trường Đại học Giao thông Vận tải (Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội) vào hồi
.... giờ ngày ..... tháng ...... năm ........

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đường sắt là hệ thống hạ tầng giao thông quan trọng của mỗi Quốc gia. Từ
năm 2009, Thủ tướng Chính phủ đã triển khai kế hoạch phát triển mạng lưới đường sắt
đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 [46]. Theo đó, khối lượng lắp đặt đường sắt
sẽ rất lớn, cần có công nghệ thi công và các máy phù hợp với đường sắt Việt Nam.
Bộ Giao thông Vận tải 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.
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. 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 (là thiết bị do Việt Nam chế tạo).
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:
- Máy MĐR đặt cụm tà vẹt khổ đường 1435mm cho đường sắt Việt Nam;
- Nền đặt ray di chuyển của máy MĐR là nền đất đã đầm chặt hoặc nền đá ballast.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích;

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm.
5. Mục tiêu nghiên cứu
- Chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với điều kiện 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 (ĐLH).
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với đường sắt
Việt Nam; giải quyết các yêu cầu về tính hợp lý khi thiết kế chế tạo và khai thác có
hiệu quả máy MĐR trong điều kiện Việt Nam. Từ đó có thể tiếp tục phát triển kết quả
nghiên cứu cho các loại máy, thiết bị đặt ray và cụm tà vẹt theo công nghệ tương tự.
7. Điểm mới của luận án
- Áp dụng phương pháp AHP để đánh giá lựa chọn dạng máy đặt tà vẹt, khẳng định
máy MĐR do Việt Nam chế tạo là phù hợp với đường sắt Việt Nam;
- Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực và động lực học máy MĐR khi đặt
cụm tà vẹt, xây dựng được mô hình động lực học hệ thống thủy lực cơ cấu nâng hạ và


2
cơ cấu di chuyển của máy, xây dựng mô hình động lực học máy MĐR trong các trường
hợp làm việc điển hình, xác định được các đặc trưng động lực học của hệ;
- 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;
- Xây dựng qui trình xác định thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm
ĐLHvà xác định được bộ thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của máy.
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT
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
Mạng lưới đường sắt Việt Nam có tổng chiều dài 3.146,6 km, tổng chiều dài

đường sắt sẽ được xây mới theo kế hoạch là 1091 km, với nhu cầu vốn đầu tư khoảng:
178.020 tỷ VND. Việc xây dựng mới, nâng cấp, cải tạo đường sắt là công việc cấp thiết
để đáp ứng nhu cầu phát triển hệ thống giao thông vận tải đồng bộ của đất nước.
1.1.2. Nhu cầu cấp thiết công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam.
Ngành đường sắt ưu tiên sử dụng tà vẹt BTCT DƯL đặt trên lớp đá ballast, trên
tuyến lắp 1600 thanh/km, việc đặt tà vẹt rất nặng nhọc, cần thiết phải có các máy
chuyên dùng. Khi áp dụng cơ giới hoá xây dựng đường sắt ở mức độ khác nhau sẽ
mang lại những lợi ích khác nhau [2].
1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc áp dụng công nghệ thi công cơ giới xây
dựng đường sắt Việt Nam
Công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam có nhiều yếu tố ảnh
hưởng theo hướng bất lợi [2]. Nghiên cứu mối quan hệ giữa công nghệ-máy thi công,
các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn máy xây dựng ĐSVN cho thấy không thể nhập khẩu
máy và công nghệ của nước ngoài vì kinh phí quá lớn, năng suất quá dư so với khối
lượng thi công và không phù hợp với địa hình Việt Nam.
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:
Trên thế giới có nhiều máy và công nghệ thi công đường sắt, như:
- Tổ hợp cần trục đường sắt có tải trọng nâng 1018 tấn và đoàn toa xe.
- Cần trục chuyên dùng dạng Pooctic, đó là các máy YK12.5 và YK25 đặt các
cầu ray dài 12,5m và 25m.
- Máy xúc có bộ di chuyển đa năng lắp đặt cụm tà vẹt, ví dụ máy KGT/V.
- Máy dạng cổng trục đặt cụm tà vẹt và ray: máy DESEC TL50, PTH.


3
- Đoàn tàu liên hợp đặt tà vẹt, đặt ray. Ví dụ máy SVM1000S của Cộng hòa Áo,.
máy DPG500 của Trung Quốc. Các máy này chỉ phù hợp khi xây dựng mới đường sắt
có chiều dài rất lớn và bán kính cong của đường trên 400m.
1.2.2. Tổng quan về máy và công nghệ thi công đường sắt ở Việt Nam.

- Năm 1971-1972, Việt Nam áp dụng không thành công máy kiểu Pooctic
YK25 là do địa hình không cho phép và khối lượng thi công quá ít. Những năm 80, khi
thi công tuyến Kép-Bãi Cháy, sử dụng khung nâng đơn giản để đặt tà vẹt và ray.
- Năm 2011 sử dụng máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt với công nghệ hai bước kết
hợp để thi công đường sắt có khe nối do Việt Nam chế tạo được mô tả theo Hình 1-11:

Hình 1-11. Sơ đồ dây chuyền lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR
Máy đặt ray MĐR có kết cấu nhỏ gọn, dễ sử dụng, chi phí đầu tư thấp, phù hợp
thi công các đoạn tuyến ngắn. Luận án quan tâm đến một số loại máy sau:
Bảng 1-12. Đặc tính kỹ thuật của các loại máy lắp đặt tà vẹt đường sắt
TT

Đặc tính kỹ
thuật

Mã hiệu, chủng loại máy
KGT/V

MĐR

YK25

DPG25A

PTH350

29x3,4x4

3,6x3,8x3,3

1.4 t

75 t

6,5 t

1

Kích thước máy
LxWxH

2

Trọng lượng máy

16 t

3

Công suất động cơ

87 kW

120 kW

11 kW

120 kW

54,5 kW

4

Năng suất đặt đường

180 m/ca

600 m/ca

250 m/ca

600 m/ca

800 m/ca

5

Hệ thống truyền
động

Thủy lực

Tời cáp
điện

Thủy lựcPuly cáp

Thủy lựcTời cáp

Thủy lực

6

Tốc độ di chuyển

183
m/phút

333
m/phút

32
m/phút

250
m/phút

183
m/phút

7,3x2,5x3,2

43x3,2x5,2 2,8x3,9x4,0
102 t

1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án
1.3.1 Các công trình nghiên cứu về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt ít được công
bố chi tiết trên các tạp chí khoa học chuyên ngành, chỉ có một số công trình của các tác
giả liên quan đến đề tài của luận án như:
- N.Shadrin và các đồng sự [72] đã mô tả các công nghệ thi công của ngành

đường sắt ở Liên Xô (cũ) khi lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt bằng việc sử dụng cẩu
Platov, YK-12, YK-25 hoặc cổng trục chuyên dùng.


4
- Thomas Siefer [63] đã nghiên cứu lựa chọn máy cẩu trục MW500-U và máy
dạng cổng trục PK1 đặt cầu ray theo chỉ tiêu chi phí thi công.
- Nguyễn Bính và các cộng sự [2],[3],[4] nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết
kế chế tạo và thử nghiệm thành công máy MĐR lắp đặt tà vẹt ĐSVN, nhưng chưa
nghiên cứu về động lực học làm cơ sở khoa học xác định các thông số hợp lý cho máy.
1.3.2. Các nghiên cứu về mô hình động lực học kết cấu khung máy dạng cổng trục:
- Nghiên cứu mô hình dao động của dầm chính cổng trục dưới tác dụng của
tải trọng tập trung và tải trọng phân bố khi xe con mang hàng di chuyển, có các tác giả
Đào Trọng Thường [34], Trần Văn Chiến [10], [11] nghiên cứu ĐLH của cổng trục khi
nâng hạ hàng, di chuyển cùng với hàng, khảo sát ảnh hưởng của tải trọng động.
- Nghiên cứu động lực học cơ cấu nâng của máy dạng cổng trục: các tác giả Vũ Liêm
Chính, Phạm Quang Dũng, Trương Quốc Thành [12] đã đề cập đến mô hình tính toán
của cơ cấu nâng có kể đến đàn hồi của kết cấu thép để tính hệ số động lực.
- Nghiên cứu động lực học cơ cấu di chuyển của máy dạng cổng trục, có các tác giả
E.Yazid, S.Parman and K.Fuad [64]: xây dựng mô hình động lực học khung cổng trục
bằng phương pháp phần tử hữu hạn, khối lượng các phần tử kết cấu. Các tác giả Vi Thụ
Bảo [78], Tôn Kiến Duệ [79], Lưu Tập Xuyên [80]: nghiên cứu về ĐLH cơ cấu nâng
và cơ cấu di chuyển cổng trục tại cảng, sử dụng ngôn ngữ lập trình để tính toán ứng
suất trong kết cấu thép. Tác giả Nguyễn Văn Vịnh và các công sự [40], [43] xây dựng
các mô hình động lực học và phương trình chuyển động cho quá trình nâng, hạ hàng
của cổng trục, xác định các thông số động lực học.
1.3.3. Các nghiên cứu xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng
Các tác giả khi xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng thường dẫn đến bài
toán tối ưu hóa kết cấu. Tác giả Lê Xuân Huỳnh [20], Võ Như Cầu [8] đưa ra các hàm
mục tiêu là tối thiểu khối lượng của kết cấu. Phương pháp này chỉ có ưu điểm đối với

những kết cấu có khối lượng lớn, còn đối với máy MĐR có khối lượng không lớn nên
áp dụng bài toán tối ưu kết cấu theo khối lượng là không phù hợp.
1.3.4. Một số công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên
các máy nâng.
- Với các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động cơ cấu nâng bằng
xi lanh, tác giả Trần Xuân Tùy [17] nêu phương pháp xác định hệ phương trình cân
bằng lưu lượng, cân bằng lực.
- Các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động mô tơ quay để di
chuyển máy, tác giả Nguyễn Đình Tứ [39] nghiên cứu ĐLH hệ truyền động thủy lực
quay dựa trên cân bằng lưu lượng và mô men lực cản của cơ cấu công tác.
- Tác giả Yury Berengard [59]: nghiên cứu động lực học truyền động thủy lực cơ cấu
nâng tải trọng 25-100T có xét đến ảnh hưởng tổn hao áp suất và lưu lượng của các van
phân phối, van an toàn, lập hệ phương trình cân bằng lưu lượng và cân bằng lực.


5
- Các tác giả Tatiana A. Minav, Denis Filatov, Juha Pyrhönen, Matti Pietola [68] đã
nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực cơ cấu nâng của xe nâng hàng.
1.3.6. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy nâng:
Có thể kể đến các tác giả công trình [13], [15], [34], tác giả Nguyễn Văn Vịnh,
Bùi Thanh Danh [43] đã tiến hành thực nghiệm trên hệ cổng trục để xác định lực căng
cáp tác dụng lên kết cấu. Luận án quan tâm tới phương pháp của công trình [43].
Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu.
Công tác cơ giới hóa đặt tà vẹt là rất cần thiết vì đây là công đoạn thi công nặng
nhọc nhất, cần xác định nên dùng loại máy nào cho phù hợp và đạt hiệu quả kinh tế.
Đến nay chưa có công trình khoa học nào công bố về nghiên cứu ĐLH máy
đặt cụm tà vẹt. Do vậy việc nghiên cứu xác định dạng máy và các thông số hợp lý của
máy đặt tà vẹt theo quan điểm ĐLH để phù hợp với Việt nam là một yêu cầu cần thiết.
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CHỌN DẠNG MÁY VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

MĐR LẮP ĐẶT CỤM TÀ VẸT.
2.1. Nghiên cứu chọn dạng máy lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam
2.1.1. Xây dựng hệ tiêu chí chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt
Máy được chọn cần thỏa mãn: Tính hợp lý về công năng, tính hiệu quả kinh tế
và tính khả thi. Luận án chọn phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để chọn máy đặt
cụm tà vẹt trên cơ sở đánh giá các tiêu chí của năm loại máy đã nêu ở Bảng 1-12.
2.1.2. Áp dụng phương pháp AHP chọn dạng máy đặt tà vẹt đường sắt Việt Nam.
2.1.2.1. Xây dựng cấu trúc chỉ tiêu đánh giá

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


6
2.1.2.2 Xác định giá trị ưu tiên của các chỉ tiêu:
Mức độ quan trọng của các chỉ tiêu ở mức (1) được xác định bằng cách tổng
hợp mức độ tương đối của các chỉ tiêu tham chiếu của nó ở mức (2). Kết quả nghiên
cứu và khảo sát [3], xác định được mức độ theo 9 chỉ tiêu của 05 loại máy (Bảng 2-1).
2.1.2.3. Xác định các chỉ tiêu định lượng
CCM
- Chỉ tiêu kỹ thuật, gồm: mức độ cơ giới hóa (KCGH): K
100% ;
CGH 
CTC
năng suất thi công N(m); công suất động cơ P(kW);
- Chỉ tiêu kinh tế: vốn đầu tư máy (Io); chi phí ca máy (CCM);
2.1.2.4.Các chỉ tiêu định tính khi đánh giá phương án máy
Khả năng thông qua của máy trên tuyến; Thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt tà vẹt.
Hiệu quả xã hội; Tính dễ sửa chữa; Mức độ hiện đại của hệ điều khiển trên máy.
2.1.2.5. Xác định dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp đường sắt Việt Nam.
Áp dụng phần mềm Expert-Choice để đánh giá các chỉ tiêu của các phương án

máy, kết quả được biểu diễn trên đồ thị trên Hình 2-5.

Hình 2-5. Đồ thị kết quả đánh giá chọn dạng máy
Kết quả đã chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt phù hợp với thi công
đường sắt Việt Nam là máy MĐR do Việt Nam thiết kế và chế tạo.
2.2. Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy MĐR.
2.2.1.1.Cấu tạo chung của máy đặt cụm tà vẹt MĐR
Máy MĐR đặt cụm tà vẹt có khung máy (2, 4) dạng cổng trục, cơ cấu nâng
hạ bằng xi lanh thuỷ lực có các puly (1), cáp và móc câu nâng hàng (22), cơ cấu di
chuyển dùng mô tơ thuỷ lực dẫn động cụm bánh xe di chuyển trên ray (Hình 2-6):


7

Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy MĐR.
2.2.1.2. Cơ cấu nâng hàng của máy MĐR:
Hình 2-7. Sơ đồ cơ cấu nâng
1- Puly cố định;
2 - Cáp;
3 -Xy lanh thủy lực;
4-Puly dẫn hướng;
5-Puly di động;
6-Cụm puly móc câu

2.2.1.3. Cơ cấu di chuyển máy MĐR:
Cơ cấu di chuyển gồm 2 động cơ thủy lực đặt đối diện với nhau ở hai bên
khung máy để dẫn động hệ bánh xe di chuyển thông qua bộ truyền xích.
2.2.1.4. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy MĐR:
Hình 2-9. Sơ đồ hệ thống thủy lực

(1)-Động cơ diesel dẫn động bơm;
(2)-Truyền động đai từ bánh đà tới trục bơm;
(3)-Bơm thủy lực;
(4)-Lọc dầu thủy lực;
(5)-Van an toàn áp lực dầu công tác;
(6)-Bộ lọc dầu thủy lực đường dầu hồi;
(7)-Thùng dầu thủy lực;
(8)-Van điều khiển xy lanh nâng hạ hàng;
(9)-Van chống tụt xy lanh;
(10)-Động cơ thủy lực di chuyển;
(11)-Xy lanh thủy lực nâng hạ hàng;
(12)-Van tiết lưu cho động cơ thủy lực;
(13)-Van điều khiển động cơ di chuyển;
(14)-Đồng hồ áp lực dầu công tác;


8
Bảng 2-5. Thông số kỹ thuật của máy MĐR lắp đặt tà vẹt đường sắt
TT
Tên thông số
Ký hiệu
Đơn vị
1 - Chiều dài máy
L
m
2 - Chiều rộng
W
m
3 - Chiều cao
H

m
4 Chiều cao nâng hàng
Hh
m
5 Khối lượng máy
m3
kg
6 Khối lượng hàng nâng
m2
kg
7 Vận tốc nâng hạ hàng
Vh
m/s
8 Vận tốc di chuyển khi có hàng
Vdc
m/s
9 Công suất nguồn dẫn động
P
kW
10 Lưu lượng riêng bơm thủy lực
Vb
m3/vg
11 Lưu lượng riêng của mô tơ thủy lực
Vd
m3/vg
12 Đường kính xi lanh nâng hàng
Dxl
m
13 Đường kính của cáp nâng
dcap

mm

Giá trị
3,6
4,7
4,2
2,1
1100
1750
0÷0,1
0÷0,53
11
1,8.10-5
19,5.10-5
0,09
15

2.2.2. Những trường hợp làm việc điển hình của máy MĐR
Luận án nghiên cứu những trường hợp làm việc điển hình của máy, gồm:
- Máy MĐR đứng tại chỗ để nâng cụm tà vẹt từ khi cáp chùng;
- Máy nâng cụm tà vẹt không có độ chùng cáp;
- Khi máy đang nâng cụm tà vẹt thì dừng hãm;
- Khởi động máy MĐR di chuyển với cụm tà vẹt;
- Khi máy đang di chuyển mang cụm tà vẹt thì dừng hãm.
2.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực nâng hàng của máy
đặt cụm tà vẹt MĐR
2.3.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình tính toán:
- Mô đun đàn hồi của dầu và đường ống không phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất;
- Tổn thất lưu lượng ở bơm và mô tơ thủy lực tỷ lệ với áp suất dầu thủy lực;
- Chưa xét đến ảnh hưởng biến dạng của kết cấu khung máy MĐR;

- Cụm tà vẹt đặt trên mặt đất, cáp chùng, điều khiển xy lanh duỗi ra nâng hàng.
Trong đó:
Fxl- Lực cản tác dụng lên xi lanh thủy lực, N;
m1 - Khối lượng quy dẫn của cụm puly động và
Piston, kg;
P1, A1 - Áp suất ở khoang cao áp và diện tích
Piston tương ứng, Pa, m2;
P2, A2 - Áp suất ở khoang thấp áp và diện tích
Piston tương ứng, Pa, m2;
Ea - Hệ số tích lũy đàn hồi của ống dẫn dầu, m3 /Pa;
Qb - Lưu lượng của bơm thủy lực, m3/s;
Qat - Lưu lượng qua van an toàn, m3/s;
Hình 2-14. Mô hình động lực học của hệ thống nâng hạ cụm tà vẹt
bằng xi lanh thủy lực


9
2.3.2. Thiết lập phương trình chuyển động:
Quá trình nâng hàng có ba giai đoạn:
(1) Giai đoạn 1: Cáp tải đang ở trạng thái chùng để móc hàng, δ =0,2m;
(2) Giai đoạn 2: Tiếp tục cấp dầu cho xi lanh nâng hàng, cáp bắt đầu căng
Fcap= 0, đến cuối giai đoạn hàng bắt đầu rời mặt đất;
(3) Giai đoạn 3: Hàng thực sự rời khỏi mặt đất và được nâng lên.
Hệ phương trình vi phân chuyển động thiết lập cho mô hình trên Hình 2-14:
 dP1
 Vb .b  rb .P1  (P1  Pat ).K at  A1.x;
E a .
(2-4)
dt


 m1.x  (A1.p1  A 2 .p 2 ).c  Fxl  Fms ;
Áp dụng phần mềm Matlab - Simulink lập trình giải hệ phương trình (2-4).
2.3.3. Các thông số đầu vào của mô hình tính toán: Các thông số đầu vào cho
chương trình tính thông số động lực học được thể hiện trong Bảng 2-6 trong luận án.
2.3.4. Chương trình MATLAB_SIMULINK lập với trường hợp xy lanh nâng hàng
- Xác định giá trị lực Fxl tác động lên cụm puly động theo các giai đoạn nâng hàng:

Hình 2-15. Chương trình tính lực tác động lên xi lanh (Fxl) bằng phần mềm
Matlab_Simulink
- Chương trình xác định các thông số động lực học:

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


10
- Kết quả chạy chương trình: Kết quả tính toán giá trị của lực căng cáp và vận tốc
nâng cụm tà vẹt được thể hiện bằng đồ thị từ các Hình 2-17 đến Hình 2-19:

Hình 2-19. Lực căng cáp
Hình 2-17. Áp suất dầu thủy
Hình 2-18. Vận tốc của
khi máy MĐR nâng hàng
lực khi nâng cụm tà vẹt P1
móc nâng hàng khi nâng
từ trạng thái cáp chùng
(Pa)
cụm tà vẹt (Vh) (m/s)
*> Nhận xét: Đến đầu giai đoạn 3, hàng bắt đầu rời khỏi mặt nền thì giá trị của áp suất
3

dao động mạnh, hệ số động K  Fcap _ max  12,37.10  1, 44;
d
3
Fcap _ b.ô
8,57.10
2.4. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy MĐR.
Sơ đồ mô hình động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy trên Hình 2-20:
Hình 2-20. Mô hình động lực học của mô tơ thủy lực
cơ cấu di chuyển máy

Trong đó:
P1 - Áp suất vào mô tơ thủy lực, Pa;
P2 - Áp suất ra của mô tơ thủy lực, Pa;
Jd - Mô men quán tính của mô tơ thủy lực, kg.m2;
Qd - Lưu lượng dầu ra khỏi mô tơ thủy lực, m3/s;
Mc - Mô men cản tác dụng lên trục mô tơ thủy lực, N.m;

Từ hai phương trình cân bằng lưu lượng (2-6) và cân bằng lực (2-9) thiết lập
được hệ phương trình chuyển động (2-10) cho mô hình trên Hình 2-20:
Vb [b ].(1  b )
V [ ].(1  d )
 dP1 1
.P1  (P1  Pat ).K at )  Vd .d  d d
.P1; (2-10)
E a . dt  2 (Vb .b 
[Pb ]
[Pd ]


d

P  P V [P ].(1  c .h .d )

J d . d  Vd . 1 2  d d
d  M c ;

dt
2
2.[d ]


Kết quả giải hệ phương trình (2-10) bằng phần mềm Matlab-Simulink:

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

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

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


11
*> Nhận xét: Hệ số động khi máy di chuyển: K  d _ max  1,788  1,52;
d
d _ b.ô 1,178
2.5. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi nâng hàng.

2.5.1. Trường hợp nâng hàng từ vị trí cáp căng (không có độ chùng cáp):
*/ Một số giả thiết khi xây dựng mô hình:
Khi nâng hàng, bộ máy di chuyển đứng yên; Cụm tà vẹt và khung nâng đang treo
trong không gian, xy lanh thủy lực duỗi ra để nâng hàng; Chỉ xét đến dao động của
máy trong mặt phẳng thẳng đứng (XOY); Chưa xét đến tải trọng gió khi nâng hàng;
Chưa xét đến độ dốc của nền, cao độ tại 04 bánh xe di chuyển là bằng nhau; Khối
lượng máy được phân chia đều cho hai bên khung chân máy.
Trong đó:
m1 - Khối lượng quy dẫn của cụm puly
động, piston nâng hạ, kg;
m2 - Khối lượng quy dẫn của khung nâng và
cụm tà vẹt, kg;
m3 - Khối lượng quy dẫn của kết cấu khung
máy, kg;
 - Độ chùng của cáp hàng, m;
S1 - Hệ số đàn hồi của cáp, N/m;
S2 - Hệ số đàn hồi của nền, N/m;
i1 và i2 - Bội suất cáp, i1=4, i2 = 2;
q1, q2, q3 - Chuyển vị của m1, m2, m3, (m);
Hình 2-25. Mô hình ĐLH máy MĐR khi nâng hàng không có độ chùng cáp
*/ Thiết lập phương trình chuyển động
Sử dụng phương trình Lagrange loại 2, kết hợp với phương trình cân bằng lưu
lượng hệ thủy lực xi lanh nâng hàng (2-2), có hệ phương trình sau :


m1q1  m 2 gR  i 22S1  R 2q1  Rq 2  Rq 3 


i 22 K1  R 2q1  Rq 2  Rq 3   (P1A1  P2 A 2 )c  m1g.f cl ;
(2-16)


2
2

m
q

i
S
Rq

q

q

i
K
Rq

q

q

0;




2
2

2
1
1
2
3
2
1
1
2
3

(m1  m 2 )q 3  i 22S1  Rq1  q 2  q 3   S2q 3  i 22 K1  Rq1  q 2  q 3   0;

dP

E a  1  Vb .b  rb .P1  (P1  Pat ).K at  A1.q1 ;

dt

Sử dụng Matlab-Simulink giải hệ phương trình (2-16), kết quả được biểu thị
trên các Hình 2-27 đến Hình 2-29:


12

Hình 2-29. Lực căng cáp
Hình 2-28. Tốc độ nâng
Fcap
hàng Vh
3

Nhận xét: Khi khởi động nâng hàng, hệ số động K  Fcap _ max  11,58.10  1,36;
d
3
Fcap _ b.ô 8,47.10
Hình 2-27. Áp suất dầu
thủy lực P1

Ở trường hợp này Kđ =1,36 không cao bằng khi nâng có độ chùng cáp Kđ = 1,44.
2.5.2. Trường hợp nâng hàng và dừng hãm:
Kết quả tính toán được thể hiện trên các Hình 2-32 và Hình 2-35 sau:

Hình 2-35. Dao động q3(m)của m3

Hình 2-32. Lực căng cáp Fcap(N)
Nhận xét: Hệ số động K 
d

Fcap _ max
Fcap _ b.ô



3

10,6.10
 1,25;
8,5.103

2.6. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi di chuyển mang cụm tà vẹt
2.6.1. Trường hợp khởi động di chuyển máy:

- Một số giả thiết khi xây dựng mô hình: Chỉ xét đến dao động của máy trong mặt
phẳng thẳng đứng (XOY); Chưa xét đến độ dốc và độ mấp mô của nền đường ...
- Mô hình máy MĐR di chuyển mang cụm tà vẹt :
Hình 2-36. Mô hình máy MĐR di chuyển
mang cụm tà vẹt
Trong đó:
q4- Dịch chuyển khối lượng quy dẫn m3 của
máy theo phương ngang, m;
q5, q6 - Chuyển vị góc của các động cơ thủy
lực dẫn động bộ máy di chuyển, (2πωd);
M5 (q5 ), M 6 (q 6 ) - Đặc tính ngoài của động cơ
thủy lực cơ cấu di chuyển.


13
- Thiết lập phương trình chuyển động: Sử dụng phương trình Lagrange loại 2, kết hợp
với phương trình (2-6) cân bằng lưu lượng có được hệ phương trình (2-22):
(m1  m 2  m3 )q 4  m 2q8 (  q 7 )cos q8  m 2q82 (  q 7 )sin q 8  m 2q 7 sin q 8

2m q q cos q  i3S5 .  q  i3q 4   (m  m  m )g.f .si gn(q )  Pg ;
2 7 8
8
1
2
3
cl
4
1
 5



.D 
.D 
(2-22)

 .q  S .  q  i3q 4   (P1  P2 ).Vd  f.q ;
 5 5 5 5
5

.D 
2


m q sin q  m q  S i 2q  K i 2q  m g cos q  m (  q )q 2  0;
8
2 7
1 2 7
1 2 7
2
8
2
7
8
 2 4
m 2q 4 (  q 7 )cosq8  m 2 (  q 7 ) 2 q 8  2m 2q 7q 8 (  q 7 )  m 2g(  q 7 )sin q 8  Pg 2 . cos q 8 ;

E . dP1  V .  Vb [b ].(1  b ) .P  2V .q  2 Vd [d ].(1  d ) .P  (P  P ).K ;
b
b
1

d 5
1
1
at
at
 a dt
[Pb ]
[Pd ]
;

Kết quả giải hệ phương trình (2-22) bằng Matlab_Simulink:

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

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

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

Hình 2-44. Lực căng của nhánh cáp
Fcap(N) khi máy di chuyển
3

*> Nhận xét kết quả: Hệ số động K  Fcap _ max  15,5.10  1,79;
d
3

Fcap _ b.ô

8,6.10

2.6.2 Máy di chuyển và dừng hãm:
Kết quả tính toán từ chương trình được biểu thị trên các đồ thị sau:

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

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


14

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

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

Khi máy dừng hãm phát sinh áp suất ngược trong hệ thống thủy lực là do quán
tính di chuyển máy tác động trở lại, hàng bị lắc với q8-max = 0,097rad.
Kết luận chương 2
- Chọn được máy MĐR do Việt Nam chế tạo bằng phương pháp AHP.
- Xây dựng mô hình ĐLH hệ thống TĐTL của cơ cấu nâng hàng và cơ cấu di
chuyển của máy MĐR, tính được hệ số động Kđ=1,44, dạng đồ thị tương đồng với qui
luật của máy nâng dạng cổng trục.
- Nghiên cứu ĐLH máy MĐR cho các trường hợp: nâng hàng không có độ
chùng cáp, khi đang nâng hàng thì dừng hãm, khởi động di chuyển máy với cụm tà vẹt,

khi đang di chuyển mang cụm tà vẹt thì dừng hãm. Xác định được hệ số động khi nâng
hàng Kđ = 1,36; khi máy di chuyển Kđ = 1,79.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY MĐR KHI ĐẶT CỤM TÀ VẸT
3.1 Mục đích thực nghiệm:
Kiểm nghiệm các thông số ĐLH của máy trong các trường hợp làm việc điển
hình, qua đó khẳng định tính đúng đắn, độ tin cậy của mô hình ĐLH đã thiết lập.
3.2 Phương án thực nghiệm máy MĐR đặt cụm tà vẹt
3.2.1. Địa điểm tiến hành thực nghiệm MĐR: tại Trường Đại học GTVT.
3.2.2. Mặt bằng thực nghiệm và nền để đặt đường ray di chuyển máy MĐR

Hình 3-6. Lắp đặt đường ray di chuyển dài 28m trên nền đất và ballast
3.2.3. Xác định các thông số cần đo đạc và vị trí lắp thiết bị đo
3.2.3.1. Xác định các thông số cần đo trong quá trình thực nghiệm:
- Lực căng cáp (Fcap), áp suất dầu thủy lực (P1);
- Tốc độ nâng hàng (Vh);


15
- Tốc độ di chuyển của máy khi không mang hàng và khi có hàng (V dc);
- Giá trị độ võng tĩnh của dầm ngang khi có hàng;
- Giá trị độ lún của máy tại vị trí bánh xe di chuyển;
- Các giá trị của tenxo biến dạng gắn trên kết cấu khung máy MĐR.
3.2.3.2. Vị trí lắp các thiết bị đo trên máy MĐR (Hình 3-8 trong luận án).
3.2.4. Công tác chuẩn bị về máy cần thực nghiệm: tập kết cụm tà vẹt BTCT
DƯL, huấn luyện thợ vận hành máy MĐR, kiểm tra tình trạng kỹ thuật của máy MĐR;
3.3. Các thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm máy MĐR.
Sử dụng các thiết bị: Máy đo đa kênh SDA-830C, Đầu đo lực căng cáp 20T, Cảm biến
đo biến dạng, ứng suất, Cảm biến áp suất dầu thủy lực, Cảm biến đo gia tốc ...
3.4. Sơ đồ khối các nội dung thực nghiệm:

Hình 3-16. Sơ đồ các bài thực nghiệm theo các trường hợp làm việc của máy
3.5. Trình tự tiến hành thực nghiệm trên máy MĐR:
Các bước thực nghiệm máy MĐR được thể hiện trong Bảng 3-2 của luận án.
3.6. Kết quả thực nghiệm máy MĐR và xử lý số liệu:
- Chiều cao nâng, vận tốc di chuyển máy MĐR không tải (Bảng 3-3).
- Vận tốc nâng, vận tốc di chuyển máy MĐR khi đặt cụm 5 tà vẹt (Bảng 3-4).
Kết quả thể hiện trên các Hình 3-21 đến Hình 3-24 trong luận án.

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

Hình 3-26: Đồ thị áp suất P1 dầu thủy lực
khi MĐR di chuyển có hàng và dừng hãm


16
3.7. Phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm.
3.7.1 So sánh kết quả tính toán của mô hình động lực học hệ thống thủy lực nâng
hàng của máy MĐR với kết quả thực nghiệm

Hình 3-27: Đồ thị so sánh lực căng cáp Fcap (N) lý thuyết với thực nghiệm
So sánh giá trị lực căng cáp tính toán lý thuyết với thực nghiệm ở Bảng 3-6:
Bảng 3-6. Đánh giá sai số giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm
TT
Tên thông số
Đơn
Kết quả
Kết quả
Sai số

vị
L.thuyết
T.nghiệm
%
1
Lực Fcap khi ổn định
N
8584
8722
1,6%
2
Lực Fcap cuối giai đoạn 2
N
8604
7182
19,8%
3
Vận tốc nâng hàng Vh
m/s
0,081
0,09
11%
6
6
4
Áp suất dầu thủy lực P1
Pa
6,4.10
5,9.10
8%

Trị số sai lệch 1,6% ÷19,8% giữa kết quả lý thuyết với thực nghiệm là phù hợp
theo máy nâng dạng cổng trục, do vậy kết quả tính toán là chấp nhận được.
3.7.2 So sánh kết quả tính toán của mô hình động lực học máy MĐR trường hợp
nâng hàng khi cáp căng với kết quả thực nghiệm
Bảng 3-7. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm
TT
Tên thông số
Đơn Kết quả
Kết quả
Sai số
vị
lý thuyết T.nghiệm
%
1 Lực căng cáp Fcap khi ổn định
N
8718
8396
4,1%
2 Vận tốc nâng hàng Vh khi bình ổn
m/s
0,10
0,09
11%
3 Áp suất dầu thủy lực P1 khi bình ổn Pa
5,82 .106
6,14.106
5,5%
P1_ TN(max) 73,78.105
Hệ số động thực nghiệm K


 1,2;
d _ TN 
P1_ TN(b.ô) 61,37.105
3.7.3. So sánh kết quả tính toán theo mô hình động lực học máy MĐR trường hợp
dừng hãm khi di chuyển cụm tà vẹt với kết quả thực nghiệm.

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


17
*/ Nhận xét: Khi máy dừng hãm di chuyển có hàng, áp suất dầu dao động với hệ số
5
động: K  P1_ TN(max)  75,22.10  1,67;
d
5
P1_ TN(b.ô)
45,1.10
Kết luận chương 3:
Hình dạng đồ thị của các thông số động lực học máy MĐR thu được bằng lý
thuyết tương đối phù hợp với đồ thị thu được khi tiến hành thực nghiệm máy:
- Kết quả sai lệch từ 4,1% đến 11% so với giá trị thực nghiệm là do các yếu tố
khách quan khi đo đạc và vận hành máy, mức độ sai lệch này chấp nhận được.
- Các hệ số động khi tính toán lý thuyết và thực nghiệm đạt giá trị trong khoảng
Kđ =1,2 ÷1,35 là phù hợp với đặc điểm chung của máy nâng dạng cổng trục.
- Hình dạng đồ thị của giá trị thực nghiệm và lý thuyết tương đồng, như vậy có
thể khẳng định kết quả tính toán của mô hình là đủ độ tin cậy.
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
4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy

MĐR trong trường hợp nâng hàng.
Thay đổi khối lượng hàng và khung nâng m2, khối lượng máy m3 , độ cứng của
nền đường S2 , đường kính cáp nâng hàng dcap , thể tích riêng của bơm thủy lực Vb , qui
cách xi lanh thủy lực (A1, A2) - (Bảng 4-1 trong luận án).
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng hàng (m2):

Hình 4-2. Lực căng cáp
Fcap(N)

Hình 4-4. Vận tốc nâng
hàng Vh (m/s)

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

Khi tăng m2 lên 2370 kg và 2990 kg tương ứng cụm 7 và 9 tà vẹt thì biên độ dao
động q3 cũng tăng. Với m2 = 2370 kg thì dao động q3 có tăng nhưng giảm hệ số động
Kđ từ 1,36 xuống 1,25, vận tốc Vh giảm 8,2% so với khi m2 = 1750kg, vậy có thể chọn
m2 = 2370 kg, tăng 35%, ứng với cụm 7 tà vẹt là hợp lý.
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi khối lượng kết cấu khung (m3):


18

Hình 4-7. Lực căng cáp
Fcap(N)

Hình 4-10. Dao động q3
Hình 4-9. Vận tốc nâng
(m)

hàng Vh (m/s)
Khi tăng m3 của khung máy, biên độ dao động q3 giảm, Nhưng khi tăng giá trị m3 sẽ
tăng chi phí chế tạo máy, vậy nên chọn m3 = 1480 kg tương ứng với m2 tăng 35%.
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi độ cứng nền đường (S2):

Hình 4-12. Lực căng cáp
Fcap(N)

Hình 4-14. Vận tốc nâng Hình 4-15. Dao động q3 (m)
hàng Vh (m/s)
Với nền ballast có độ cứng cao hơn nền đất đã đầm lèn, biên độ dao động q3 giảm
nhưng tần số dao động tăng lên, trong khi biên độ của lực căng cáp và áp suất chỉ cao
hơn 1,8%. Để thuận tiện cho thi công nên chọn nền ballast.
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi đường kính cáp nâng hàng (dcap):

Hình 4-18. Áp suất dầu
Hình 4-20. Dao động q3
Hình 4-17. Lực căng cáp
thủy lực P1(Pa)
(m)
Fcap(N)
Việc thay đổi đường kính cáp nâng hàng ảnh hưởng không nhiều tới các thông số
động lực học của máy, đường kính cáp nâng hàng nên dùng là dcap=15 mm.


19
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi bơm thủy lực và xi lanh
nâng hàng (Vb, A1, A2):

Hình 4-23. Áp suất dầu Hình 4-25. Dao động q3 (m)

Hình 4-22. Lực căng cáp
thủy lực P1(Pa)
Fcap(N)
Khi tăng Vb và Dxl thì lực căng cáp ít thay đổi, áp suất dầu giảm, dao động q3 ít
thay đổi dẫn đến hệ số động Kđ cũng giảm. Với Vb=2,2.10-5m3/vòng và Dxl = 90mm có
Kđ=1,36 thì máy làm việc êm dịu và ổn định hơn, vì vậy chọn Vb= 2,2.10-5m3/vòng.
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
Thay đổi khối lượng hàng và khung nâng m2 từ 1450 ÷ 2990 kg, khối lượng máy
m3 = 800÷4000 kg, thể tích riêng của bơm thủy lực V b = 1,8.10-5 ÷ 2,6.10-5 m3/vg.
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng hàng nâng (m2):

Hình 4-29. Áp suất dầu P1

Hình 4-30. Lực căng cáp Fcap Hình 4-31. Góc lắc q8(rad)

Khi tăng khối lượng hàng nâng m2 thì máy ổn định hơn, cụ thể là góc lắc q 8 có
biên độ giảm dần. So sánh các đồ thị nhận thấy, với khối lượng m2=2370 kg nhận được
các giá trị thông số động lực học hợp lý.
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng kết cấu khung (m3):

Hình 4-34. Vận tốc Vdc
(m/s)

Hình 4-36. Áp suất dầu P1

Hình 4-37. Góc lắc
q8(rad)

20
Khi thay đổi m1 từ 800 kg đến 4000 kg thì các thông số ĐLH khi máy di chuyển
thay đổi rất ít, vì vậy trong trường hợp này không cần xét đến sự ảnh hưởng của m 1.
- Kết quả khảo sát khi thay đổi lưu lượng riêng của bơm thủy lực (Vb):

Hình 4-39. Vận tốc Vdc
(m/s)

Hình 4-42. Góc lắc
q8(rad)

Hình 4-44. Lực căng cáp
Fcap
Khi tăng Vb từ 1,8.10-5 ÷ 2,6.10-5 m3/vg thì Vdc của máy tăng lên từ 28÷41,7
m/phút, góc lắc q8 thay đổi không nhiều, giá trị Fcap có tăng khi khởi động dẫn đến Kđ
thay đổi: Kđ = 1,5 ÷1,95. Phân tích thấy rằng, với Vb = 2,2.10-5m3/vòng thì Kđ = 1,59 và
Vdc = 35 m/phút. Vì vậy nên chọn Vb = 2,2.10-5m3/vòng là phù hợp.
4.3 Xác định các thông số hợp lý của máy MĐR:
4.3.1. Qui trình các bước xác định các thông số hợp lý của máy MĐR
Quy trình xác định các thông số hợp lý của máy đặt cụm tà vẹt đường sắt
MĐR được thực hiện theo sơ đồ Hình 4-45 trong luận án. Trong đó cần xác định kích
thước hợp lý của máy trên cơ sở thỏa mãn việc đánh giá các nhóm thông số sau:
-Thông số kết cấu máy MĐR: Dài (L), Rộng (B), Cao (H); m3 (kg);
-Thông số làm việc của máy MĐR: m2 (kg); Vh (m/s); Vdc (m/s);
- Khảo sát ảnh hưởng của các tham số: Vb (m3/vòng); m1 (kg); m2 (kg); m3 (kg);
nền đường đặt ray di chuyển máy.
Đồng thời giá trị các thông số hợp lý của máy MĐR cần được lựa chọn trên
cơ sở hệ số động Kđ ≤ 1,6 theo tiêu chuẩn TCVN 4244-2005 về thiết bị nâng.
4.3.2. Kích thước hình học của máy MĐR phải phù hợp với ĐSVN về:
- Đặc điểm kết cấu tầng trên ĐSVN: theo thiết kế đường sắt [45] và các tài liệu [53].

- Máy thông qua được hầm đường sắt: B= 3,5 đến 4,5m, H=5 đến 6m.
- Máy thông qua được cầu đường sắt: B=4-6m, H=5-8m.
- Máy phải phù hợp với kích thước và khả năng chuyên chở của phương tiện vận
chuyển: xác định được chiều cao lấy tà vẹt của máy MĐR là 2,5m.
Xác định được kích thước hợp lý của máy MĐR là: B = 3760 mm; H = 4560 mm.
4.3.3. Xác định công suất động cơ dẫn động máy MĐR khi tăng thông số làm
việc của máy ứng với việc nâng cụm 7 tà vẹt
4.3.3.1. Công suất cần thiết khi nâng cụm 7 tà vẹt:
N ng.h 

K d .(Qb .P1 )
(1,5 x 70, 4.105 x 82.105 )

 12,66, kW;
c .tl .m .1000 (0,95 x 0,9 x 0,8 x1000)

(4-1)


21
4.3.3.2.Công suất cần thiết khi di chuyển máy có hàng:
K .(Qb .P1dc )
(1,8 x 70, 4.105 x 56.105 )
Ndc  d

 10,37, kW;
d .tl .m .1000
(0,9 x 0,9 x 0,8 x1000)

(4-2)

Vậy cần chọn động cơ diesel dẫn động có công suất 13,2 kW (18 HP).
4.4 Kiểm tra sự biến dạng của ray di chuyển máy MĐR khi tăng khối lượng cụm tà vẹt:
Luận án xây dựng được đồ thị mô phỏng độ lún của ray ứng với các trường hợp
làm việc trên nền đất và nền ballast khi nâng số tà vẹt khác nhau (Hình 4-54):
Ghi chú:
------ Đường cong lún của ray trên nền đất; n=5.
------ Đường cong lún của ray trên nền đất; n=7.
------ Đường cong lún của ray trên nền đá balast; n=5.
------ Đường cong lún của ray trên nền đá balast; n=7.
Hình 4-54. Đồ thị quan hệ độ lún của ray
với trọng lượng nâng
Kết quả cho thấy máy MĐR nâng 7 tà vẹt thì vẫn dùng được loại ray hiện có.
4.5 Xác định khả năng di chuyển của máy MĐR trên đường cong:
Tính bán kính cong nhỏ nhất của đường ray (Rmin): khi máy đi vào đường
cong để không xảy ra kẹt lợi bánh xe với đường ray thì Rmin=Rmin1+B/2.
A

Rmin

B

b

a

c

d

-Δe độ hở an toàn giữa gờ bánh xe
và cạnh ray. Chọn Δe= 3mm;

D

C
Rmin1

Hình 4-55. Xác định bán kính cong của đường ray cho máy di chuyển
Trường hợp bị kẹt khi xe di chuyển vào đường cong xuất hiện tại vị trí (a),
(b),(c) và (d), bằng phương pháp hình học, xác định được giá trị của R min và Rmin1:
Rmin1= 42,5 m , khi đó Rmin có giá trị: Rmin= 42,5 + 3,76/2 = 44,38 m;
Mối quan hệ giữa R, Q và Vdc(m/ph) khi máy di chuyển vào đường cong được
biểu thị trên Hình 4-58.


22
Hình 4-58. Đồ thị quan hệ R,Q và
Vdc(m/ph)
- Đường (1) ứng với Q1 nâng 5 tà vẹt.
- Đường (2) ứng với Q2 nâng 9 tà vẹt.
Xác định được vận tốc di chuyển lớn nhất của máy là Vdc(max) < 141 m/ph.
Để đảm bảo an toàn, chỉ nên sử dụng máy MĐR di chuyển với cụm 07 tà vẹt.
4.6. Đề xuất các thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm động lực học.
Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học của máy
MĐR, luận án đề xuất giá trị các thông số hợp lý của máy MĐR theo Bảng 4-4:
Bảng 4-4. Giá trị các thông số hợp lý của máy lắp đặt đường sắt Việt Nam
TT

Tên thông số

Ký
hiệu

Đơn
vị

1
2
3
4
5
6
7
8

Chiều dài máy
Chiều rộng thông qua
Chiều cao
Chiều cao nâng hàng
Khối lượng máy
Khối lượng hàng nâng
Vận tốc nâng hạ hàng
Vận tốc di chuyển
khi có hàng
Công suất nguồn dẫn
động
Lưu lượng riêng bơm
thủy lực
Đường kính xi lanh

nâng hàng
Đường kính của cáp
nâng
Lưu lượng riêng mô tơ
thủy lực

L
W
H
Hh
m3
m2
Vh
Vdc

9
10
11
12
13

m
m
m
m
kg
kg
m/s
m/s

Miền giá trị
thông số
khảo sát
3,6÷5,6
4,2÷4,7
3,2÷5
2,1÷2,5
(0,8÷4)103
(1,5÷3)103
0,1÷0,15
0,4÷0,6

Giá trị
thông số
hợp lý
4,5
4,2
4,5
2,5
1,48.103
2,37.103
0,1
0,58

Thông
số máy
hiện có
3,6
4,7
4,2

2,1
1,1.103
1,75.103
0,1
0,53

P

kW

10÷14,7

13,2

11

Vb

m3/vg

(1,6÷2,6)10-5

2,2.10-5

1,8.10-5

Dxl

m

0,08÷0,2

0,09

0,09

dcap

mm

10÷18

15

15

Vd

m3/vg

(6,7÷19,5)10-5

19,5.10-5

19,5.10-5

Bộ thông số hợp lý kiến nghị cho máy MĐR có 8/13 thông số có trị số lớn hơn, 4
thông số không thay đổi, riêng bề rộng máy nhỏ hơn so với máy hiện có.
4.7. Phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng.
Thực tế áp dụng máy MĐR tại công trình xây dựng đường sắt Hạ Long- Cái Lân

năm 2011, cho thấy việc sử dụng máy MĐR dễ dàng và giảm được chi phí trực tiếp
trên 50% so với phương án của Cienco 1 [56]. Điều đó chứng tỏ tính khả thi khi áp
dụng máy MĐR.


23

Hình 4-59. Máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt tại ga Cái Lân
Kết luận chương 4:
- Xây dựng 08 chương trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực
học của máy giải bằng Matlab-Simulink.
- Kết quả tính toán được biểu thị trên 36 đồ thị ở các mục 4.1 và mục 4.2 mô tả sự
thay đổi của 8 thông số gồm: lực căng cáp Fcap (N), áp suất dầu thủy lực P1(Pa), vận tốc
nâng hàng Vh (m/s), vận tốc di chuyển máy Vdc (m/s), vận tốc góc d (vòng/s) của mô
tơ thủy lực, khoảng cách dịch chuyển máy q 4 (m) dao động q3 (m) của khối lượng m3,
góc lắc cáp nâng hàng q8 (rad). Từ đó đánh giá và lựa chọn được giá trị các thông số
của máy theo quan điểm động lực học.
- Kết hợp với các điều kiện địa hình, đặc điểm cầu hầm, vận chuyển tà vẹt... để
kiểm tính thông số hình học của máy, công suất động cơ dẫn động, đánh giá độ biến
dạng và điều kiện ổn định của ray cho máy làm việc.
- Đề xuất bộ thông số hợp lý cho máy MĐR đặt cụm tà vẹt theo Bảng 4-4.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I/ KẾT LUẬN:
Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các
kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới và đề xuất cụ
thể như sau:
1. Luận án đã nghiên cứu một số công trình khoa học về công nghệ và máy lắp đặt
đường sắt ở trong và ngoài nước, phân tích các đặc điểm của đường sắt Việt Nam ảnh
hưởng đến việc lựa chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt. Luận án đã áp dụng phương pháp
phân tích thứ bậc AHP lựa chọn được máy MĐR phù hợp với điều kiện xây dựng

đường sắt Việt Nam.
2.Trên cơ sở đánh giá đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy MĐR,
luận án đã tiến hành nghiên cứu ĐLH hệ thống truyền động thủy lực dẫn động các cơ
cấu nâng hàng, cơ cấu di chuyển và nghiên cứu ĐLH của máy MĐR trong các trường
hợp làm việc điển hình là nâng hàng và di chuyển có hàng ứng với các trạng thái làm
việc là: nâng hàng từ khi cáp chùng, nâng cụm tà vẹt không có độ chùng cáp, khi đang
nâng hàng thì dừng hãm, khởi động di chuyển với cụm tà vẹt, khi đang di chuyển mang
cụm tà vẹt thì dừng hãm.