Nghiên cứu thiết kế khớp nối mềm đường ray xe lửa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG HIẾU DÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHỚP NỐI MỀM
ĐƢỜNG RAY XE LỬA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG HIẾU DÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHỚP NỐI MỀM
ĐƢỜNG RAY XE LỬA
Chuyên ngành

: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số

: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Trần Văn Luận

Đà Nẵng - Năm 2018


ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Đặng Hiếu Dân


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ...................................................................................... vi
.................................................................................. vii
.................................................................................. viii
................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ....................................................... 2
1.1. Khái niệm về kết cấu tầng trên đƣờng sắt................................................. 2
1.2. Công dụng và yêu cầu đối với ray. ........................................................... 2
1.2.1. Công dụng. .......................................................................................... 2
1.2.2. Yêu cầu đối với ray ............................................................................. 2
1.2.3. Các yếu tố về kích thƣớc hình dáng và trọng lƣợng của ray. ............. 3

1.3. Những hƣ hỏng ở ray và mức độ khuyết tật ............................................. 5
1.3.1. Để bảo dƣỡng ray đƣợc tốt, kéo dài thời gian sử dụng ray ................ 7
1.3.2. Để chống ray xô .................................................................................. 7
1.3.3. Để chống ray bị bung khi nhiệt độ cao ............................................... 8
1.4. Khái niệm mối nối và liên kết mối nối ray. .............................................. 8
1.4.1. Mối nối ................................................................................................ 8
1.4.2. Phụ tùng liên kết mối nối. ................................................................. 10
1.5. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu cùng hƣớng với đề tài ................ 16
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƢƠNG TÁC GIỮA ĐẦU
MÁY VÀ ĐƢỜNG RAY.................................................................................... 18
2.1. Nghiên cứu về động lực học đầu máy - đƣờng ray ................................. 18
2.1.1. Khái niệm về bậc tự do ..................................................................... 18
2.1.2. Một số mô hình động lực học đầu máy- đƣờng ray thƣờng dùng .... 22
a. Mô hình đầu máy toa xe từ dạng đơn giản đên phức tạp .................... 23
b.Mô hình kết cấu đƣờng ray dạng dầm (ray) dày vô hạn đặt trên nền đàn
hồi ........................................................................................................................ 24


iv
c.Mô hình kết cấu đƣờng ray dạng dầm (ray) dày vô hạn đặt trên các gối
đàn hồi ................................................................................................................. 25
d. Mô hình tổng hợp đầu máy toa xe-kết cấu đƣờng ray ........................ 26
2.2. Lý luận và phân tích chấn động của đoàn tàu theo phƣơng thẳng đứng 41
2.3. Quan hệ giữa bánh xe và đƣờng ray ....................................................... 44
2.4. Các tham số cơ bản. ................................................................................ 46
2.5. Một số tiêu chuẩn về động lực học ......................................................... 48
2.5.1. Tỷ số giảm tải.................................................................................... 48
2.5.2. Gia tốc thẳng đứng và gia tốc ngang ................................................ 49
2.5.3. Chuyển vị thẳng đứng của ray .......................................................... 49
2.5.4. Hệ số chống lật D .............................................................................. 49

2.5.5. Một số giả thiết cơ bản...................................................................... 50
2.6. Mô hình trong phần mềm và kết quả tính toán ....................................... 51
2.6.1.Kết quả tính toán chuyển vị thẳng đứng theo mô hình trong phần
mềm với nhiều tốc độ khác nhau của đầu máy D11H cho trƣờng hợp mối nối có
lập lách. ............................................................................................................... 54
2.6.2. Kết quả tính toán tải trọng động thẳng đứng theo mô hình trong phần
mềm với nhiều tốc độ khác nhau cho trƣờng hợp mối nối có lập lách ............... 56
CHƢƠNG 3. NGHIEN CỨU ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM ................................ 59
3.1. Mục đích thí nghiệm ............................................................................... 59
3.2. Máy móc và thiết bị đo ........................................................................... 59
3.3. Quá trình thực nghiệm đo chuyển vị tại mối nối .................................... 63
3.3.1. Khảo sát, lựa chọn vị trí đo đạc thử nghiệm ..................................... 63
3.3.2. Sơ đồ đo tại hiện trƣờng: .................................................................. 63
3.4. Kết quả đo hiện trƣờng cho đầu máy D11H ........................................... 65
CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ KHỚP NỐI RAY ....................................................... 68
4.1. Tính toán nội lực phát sinh trên ray ........................................................ 68
4.1.1. Lực cản dọc. ...................................................................................... 69
4.1.2. Lực cản ngang. .................................................................................. 69
4.1.3. Lực cản đứng. ................................................................................... 70
4.1.4. Độ cứng của nhịp cầu ray (EJ) .......................................................... 70
a. Độ cứng trong mặt phẳng thẳng đứng EJ1 .......................................... 70


v
b. b. Độ cứng trong mặt phẳng ngang EJ2 .............................................. 70
4.2. Lực nhiệt độ và chuyển dịch co giãn của ray. ........................................ 70
4.2.1. Lực nhiệt độ ray Pt và ứng suất t.................................................... 70
4.2.2. Tính toán khe hở nhiệt giữa hai đoạn ray ......................................... 73
4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của khớp nối mềm. ................................ 74
4.4. Cấu tạo của khớp nối............................................................................... 76

4.5. Kết quả tính toán trong phần mềm tại vị trí khớp nối mềm có lập lách . 78
4.5.1. Kết quả tính toán chuyển vị thẳng đứng theo mô hình trong phần
mềm với nhiều tốc độ khác nhau của đầu máy D11H cho trƣờng hợp khớp nối
mềm có lập lách................................................................................................... 78
4.5.2. Kết quả tính toán tải trọng động thẳng đứng theo mô hình trong phần
mềm với nhiều tốc độ khác nhau cho trƣờng hợp khớp nối mềm có lập lách .... 80
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 83
5.1. Kết luận ................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 86


vi
TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHỚP NỐI MỀM ĐƢỜNG RAY XE LỬA
Học viên: Đặng Hiếu Dân
Mã số: 8520116. Khóa: 32

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Vấn đề giảm lực động tác dụng lên ray và đầu máy- toa xe cũng
nhƣ giảm chuyển vị tại mối nối vốn đƣợc quan tâm tính toán, đo đạc và có nhu
cầu cải tiến công nghệ từ lâu ở Việt Nam và cả nƣớc ngoài. Tuy vậy các nghiên
cứu và áp dụng theo nhiều hƣớng khác nhau. Đề tài “Nghiên cứu thiết kế khớp
nối mềm đƣờng ray xe lửa” đi theo hƣớng công nghệ, dùng vật liệu phù hợp
thiết kế khớp nối để giảm lực xung kích và giảm chuyển vị tại mối nối.Việc thực
hiện đề tài dựa trên nghiên cứu kết cấu tầng trên Đƣờng sắt và thiết lập cơ sở
tính toán động lực học giữa đầu máy – đƣờng ray để xây dựng mô hình động
học và thực nghiệm đo đạc chứng minh tính chính xác của mô hình, chọn vật
liệu làm khớp nối để tính toán lại theo mô hình đặt ra cơ sở khoa học cho việc

thiết kế và thử nghiệm trên Đƣờng sắt Việt Nam. Đây là đề tài có hƣớng mới và
nếu thành công thì có tính áp dụng thực tiễn lớn cho ngành Đƣờng sắt nói riêng
và ngành Giao thông vận tải ở nƣớc ta.
Từ khóa: “mối nối đƣờng sắt”, “đƣờng ray”, “khớp nối mềm”, “vật liệu
composite”, “đầu máy xe lửa”.
Abstract: STUDY OF FLEXIBLE RAIL JOINT DESIGN
The problem of reducing the driving forces on rail and car-car as well as
reduction of displacement at joints, which have been considered, measured and
have a long need to improve technology in Vietnam and abroad. However,
research and application in many different directions.
The topic of "Study on the design of rail couplings" goes in the direction
of technology, using materials suitable to design coupling to reduce the shock
force and reduce the displacement at the joint. Based on the kinetic modeling
and experimental design, the accuracy of the model is chosen, coupling material
is recalculated to model the scientific basis for design and testing. Vietnam
Railway. This is a new direction and if successful, it is a great practical
application for the railway industry in particular and the transportation industry
in our country.
Keywords –“ rail couplings, "" rails, "" soft couplings, "" composite
materials","locomotives”.


vii
D
Bảng 1-1 Kích thƣớc chủ yếu của một số loại ray trên ĐSVN ............................. 3
Bảng 1-2 Mức độ ray khuyết tật nặng và khuyết tật nguy hiểm theo quy định.... 5
Bảng 2-1 Các dao động tự do của đầu máy ........................................................ 30
Bảng 2-2 Một số tham số cơ bản của đầu máy D11H, D19E.D20E................... 46
Bảng 2-3 Một số tham số cơ bản về kết cấu đƣờng ray ...................................... 47
Bảng 3-1 Bảng máy móc và thiết bị đo ............................................................... 61

Bảng 4-1 Nhiệt độ ray khi lắp đặt hoặc điều chỉnh khe hở mối ......................... 74


viii

Hình 1-1 Mặt cắt ray ............................................................................................. 3
Hình 1-2 Các loại mối nối: a.Mối nối kê đơn; b.Mối nối treo;c.Mối nối kép ...... 9
Hình 1-3 Các loại mối nối của ray ...................................................................... 10
Hình 1-4 Các loại dập lách .................................................................................. 11
Hình 1-5 Mặt cắt ngang lập lách điển hình ......................................................... 11
Hình 1-6 Mối nối dập lách hai đầu...................................................................... 12
Hình 1-7 Bulông lập lách .................................................................................... 13
Hình 1-8 Lập lách dùng khi bulôngcó đầu ké dài ............................................... 14
Hình 1-9 Đệm vênh ............................................................................................. 14
Hình 1-10 Cố định thanh ray trên tà vẹt.............................................................. 15
Hình 1-11 Mối nối ray với lập lách đặc biệt liên kết ray P65 và P50 ................. 15
Hình 1-12 Sơ đồ bố trí ray- tà vẹt theo TCCS02-2009 ....................................... 17
Hình 2-1 Hệ tọa độ không gian và các bậc tự do ................................................ 18
Hình 2-2 Mô hình hệ một bậc tự do .................................................................... 19
Hình 2-3 Dao động riêng của hệ một bậc tự do không cản ................................ 21
Hình 2-4 Mô hình hệ hai bậc tự do ..................................................................... 22
Hình 2-5 Mô hình động lực học tƣ đơn giản đến phức tạp ................................. 23
Hình 2-6 Mô hình bánh xe di động trên ray dài vô hạn đặt trên nền đàn hồi ..... 24
Hình 2-7 Mô hình bánh xe di động trên nền 2 lớp .............................................. 25
Hình 2-8 Mô hình dạng một lớp đặt trên các gối đàn hồi ................................... 25
Hình 2-9 Mô hình kết cấu đƣờng ray dạng dầm (ray) dày vô hạn đặt trên các gối
đàn hồi ................................................................................................................. 25
Hình 2-10 Sơ đồ xác định độ cứng gối ray D ..................................................... 26
Hình 2-11 Quan hệ nhân quả động lực học hệ thống bánh xe - ray ................... 28
Hình 2-12 Mô hình dao động mặt cắt dọc của đầu máy 6 trục ........................... 29

Hình 2-13 Mô hình dao động ngang của đầu máy 6 trục.................................... 29


ix
Hình 2-14 Mô hình dao động trong mặt cắt đứng của đầu máy 6 trục ............... 30
Hình 2-15 Các lực tác dụng lên bộ trục bánh thứ 1 ............................................ 32
Hình 2-16 Các lực tác dụng lên giá khung chuyển hƣớng trƣớc ........................ 33
Hình 2-17 Các lực tác dụng lên thân đầu máy .................................................... 34
Hình 2-18 Lực tác dụng lên ray .......................................................................... 42
Hình 2-19 Mô hình đầu máy,toa xe - đƣờng ray chỉ xét theo phƣơng thẳng đứng
............................................................................................................................. 43
Hình 2-20 Quan hệ tƣơng tác giữa bánh xe và ray dạng lò xo ........................... 44
Hình 2-21 Quan hệ giữa lực và lƣợng co giãn của lò xo .................................... 45
Hình 2-22 Sơ đồ mô hình khung giá chuyển hƣớng hai trục bánh của đầu máy
D11H và ray ........................................................................................................ 54
Hình 2-23 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối ứng với V=40km/h54
Hình 2-24 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối ứng với V=60km/h 55
Hình 2-25 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối ứng với V=80km/h 55
Hình 2-26 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối ứng với V=100km/h
............................................................................................................................. 56
Hình 2-27 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=40km/h................................. 56
Hình 2-28 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=60km/h................................. 57
Hình 2-29 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=80km/h................................. 57
Hình 2-30 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=100km/h............................... 58
Hình 3-1 Thiết bị đo chuyển vị LVDT, 4-20 mA ............................................... 60
Hình 3-2 Bộ thu nhận dữ liệu với thiết bị đo DAQ ............................................ 61
Hình 3-3 Máy tính, bộ Gá dƣới đế ray và thiết bị đo chuyển vị ray ................... 62
Hình 3-4 Ô tô, máy phát điện và bình khí ........................................................... 62
Hình 3-5 Địa hình hiện trƣờng tại km802+700 thuộc khu gian do công ty đƣờng
sắt Quảng Nam-Đà Nẵng quản lý ....................................................................... 63

Hình 3-6 Sơ đồ đo chuyển vị đứng của ray tại các vị trí .................................... 64


x
Hình 3-7 Một số hình ảnh đo chuyển vị của ray và tà vẹt ở ngoài hiện trƣờng tại
km 65+300 thuộc khu gian do công ty đƣờng sắt Hà-Ninh quản lý: .................. 65
Hình 3-8 Chuyển vị thẳng đứng của ray (Đầu máy D11H) tạivị trí mối nối, tốc
độ V=40km/h....................................................................................................... 65
Hình 3-9 Chuyển vị thẳng đứng của ray (Đầu máy D11H), tốc độ V=60km/h . 66
Hình 3-10 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối, tốc độ V=80km/h . 66
Hình 3-11 Chuyển vị thẳng đứng của ray tại vị trí mối nối (tàu khách TN1), tốc
độ V=100km/h..................................................................................................... 67
Hình 4-1 Sơ đồ phân bố nội lực ray dài. ............................................................. 69
Hình 4-2 Khe hở nhiệt giữa các thanh ray .......................................................... 73
Hình 4-3 Mô phỏng khớp nối ray........................................................................ 75
Hình 4-4 Biến dạng vật liệu khớp nối mềm ........................................................ 75
Hình 4-5 Mặt cắt khớp nối .................................................................................. 76
Hình 4-6 Chuyển vị thẳng đứng của ray ứng với V=40km/h ............................. 78
Hình 4-7 Chuyển vị thẳng đứng của ray ứng với V=60km/h ............................. 79
Hình 4-8 Chuyển vị thẳng đứng của ray ứng với V=80km/h ............................. 79
Hình 4-9 Chuyển vị thẳng đứng của ray ứng với V=100km/h ........................... 80
Hình 4-10 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=40km/h................................. 80
Hình 4-11 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=60km/h................................. 81
Hình 4-12 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=80km/h................................. 81
Hình 4-13 Tải trọng động thẳng đứng ứng với V=100km/h............................... 81


1
PHẦN
Hiện nay ngành đƣờng sắt Việt Nam đang sử dụng trên 300 đầu máy

diesel với 13 chủng loại đƣợc nhập từ nhiều nƣớc khác nhau để đáp ứng nhu cầu
vận chuyển hành khách,hàng hóa tuyến Bắc Nam. Vận tốc chạy tàu cũng tăng để
đảm bảo thời gian chạy tàu.
Tuy nhiên, hệ thống đƣờng ray xe lửa hiện nay vẫn dùng khớp nối kiểu cơ
khí, hai đoạn ray đƣợc nối với nhau qua thanh kẹp dọc và hệ thống bu lông, giữa
hai thanh ray có khe hở nhất định để bù trừ giãn nở vì nhiệt. Do tồn tại khe hở
giữa hai thanh ray và khớp nối cứng kiểu cơ khí nên khi tàu chạy độ êm dịu
không cao, khi bánh xe chạy qua khe hở giữa hai thanh ray gây va đập và rung
động lớn. Hiện nay, ngành đƣờng sắt đã ứng dụng công nghệ hàn nhiệt nhôm để
tạo liên kết mềm giữa 2 đoạn ray, nhƣng công nghệ này rất đắt tiền, và yêu cầu
cao về trình độ công nghệ. Do đó, để giải quyết vấn đề khó này, đề tài nghiên
cứu thiết kế khớp nối mềm để nối hai đoạn ray với nhau nhằm loại bỏ tiếng ồn,
va đập và rung động khi bánh xe chạy qua khe hở giữa hai đoạn ray.


2
CHƢƠNG 1.
1.1.

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Khái niệm về kết cấu tầng trên đƣờng sắt.

Hiện nay trên thế giới kết cấu tầng trên đƣờng sắt đều gồm các yếu tố sau:
-

Ray và phụ tùng nối giữ ray.
Tà vẹt.
Đá ba lát.
Đệm cát.

Ngoài ra còn có thiết bị phòng xô, ghi, giao cắt ghi, tà vẹt ghi và tà vẹt
trên cầu.
Để đảm bảo cho đòan tàu chuyển động an toàn, kết cấu tầng trên đƣờng
sắt có hai nhiệm vụ chính:
- Truyền áp lực bánh xe của đoàn tàu đến các bộ phận kết cấu tầng trên
và nền đƣờng.
- Dẫn hƣớng cho đoàn tàu chuyển động theo hƣớng ray.
Để đạt các yêu cầu trên thì kết cấu tầng trên đƣờng sắt cần phải có độ bền
vững và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật tƣơng đối khắt khe
1.2.

Công dụng và yêu cầu đối với ray.

1.2.1. Công dụng.
Ray là bộ phận quan trọng nhất của tầng trên đƣờng sắt, dùng để đỡ và
dẫn hƣớng cho bánh xe, trực tiếp nhận lực từ bánh xe và truyền lực đó xuống tà
vẹt.
1.2.2. Yêu cầu đối với ray
Muốn tăng thời gian sử dụng của thép ray phải đảm bảo các yêu cầu:
- Mặt đỉnh ray phải vừa nhám, vừa nhẵn.
- Thép ray phải cứng và dẻo (dễ uốn)
- Thép ray phải rắn và dai (không dòn).
Những yêu cầu trên rất mâu thuẫn nhau, vì vậy khi chế tạo ray gặp nhiều
khó khăn, mặc dù kỹ thuật luyện thép có nhiều phát triển, nhƣng vấn đề chế tạo
ray vẫn chƣa đƣợc giải quyết hoàn chỉnh để phù hợp với thực tế.


3
Hiện nay khi cần thiết lực bám cho các bánh chủ động của đầu máy bộ

phận rải cát lên mặt ray phía trƣớc bánh chủ động và cũng có bằng cách tẩy sạch
chất dầu mỡ ở mặt lăn đầu ray bằng chất lỏng chuyên dùng..
1.2.3. Các yếu tố về kích thước hình dáng và trọng lượng của ray.
Tuỳ theo kỹ thuật chế tạo của từng nƣớc trên thế giới mà ray có kích
thƣớc khác nhau. Hiện nay ở Việt Nam
Theo trọng lƣợng có các loại ray: P24; P30; P38; P43; P50; P56;
P65…hiện nay sử dụng chủ yếu ray P43 (ví dụ: P43 có nghĩa là chiều dài 1m ray
cân nặng 43kg; P50 có nghĩa là chiều dài 1m ray cân nặng 50kg)
Theo chiều dài ray có các loại ray: 8m; 10m; 12m; 12,5m; 15m;
25m…hiện nay chủ yếu sử dụng ray 12,5m.

Hình 1-1 Mặt cắt ray
Bảng 1-1 Kích thước chủ yếu của một số loại ray trên ĐSVN
Kích thƣớc mặt cắt ray (mm)

Loại

Chiều dài tiêu chuẩn (m)

ray

b

B

d

H

h1

h2

75

73

150

20

192

55,3

104,4

Ray dài
(m)

Ray ngắn
(m)


4
65

73

150

18

180

45

105

50_LX 71,9 132

16

132

42

83
24,960

43_LX

70

114

14,5

140

62,5

77,5

25

24,920
24,840
12,460

43_LX

70

114

14,5

140

62,5

77,5

12,5

12,420
12,380
12,460

38_LX

68

114

13

135

59,5

75,5

12,5

12,420
12,380
12,460

43_TQ

70

114

13,5

140

62,5

77,5

12,5

12,420
12,380

38_TQ

60

120

11,5

140

60

80

9

24_TQ

51

92

10,5

107

45,5

61,5

10
11,975
11,971

30_P

56

106

11

125,5 54,125 71,375

12

11,957
11,936
11,915

26_P

50

100

10

110

46,65

63,35

12

11,975
11,915

25_P

50

95

10

115

50,5

64,5

9,5

9,480


5
7,980
25_P

50

95

10

115

50,5

64,5

8

41_TĐ

67

125

13

137

59,5

77,5

12,5

1.3.

7,920

Những hƣ hỏng ở ray và mức độ khuyết tật

Ray có khuyết tật nặng cần phải thay dần theo kế hoạch. Ray có khuyết tật
nguy hiểm phải thay ngay sau khi phát hiện.
Bảng 1-2 Mức độ ray khuyết tật nặng và khuyết tật nguy hiểm theo quy định
Khuyết
tật

Loại
đƣờng

Mức độ khuyết tật
Nấm ray bị mòn quá quy định
Nấm ray bị biến dạng hoặc bẹp lõm hoặc lƣợn sóng sâu
quá 3mm.

Đầu mối ray bị gục, bẹp sâu quá 4 mm
Mặt lăn có vết băm do bánh xe quay trƣợt sâu quá 2mm.
Thân ray hoặc đế ray bị mòn đi sâu quá 4mm, mép đế
ray bị cứa chỗ đinh đƣờng sâu quá 5mm.

Nặng

Đƣờng
chính và Nứt dọc dƣới nấm ray nhƣng chƣa lộ ra đầu ray hoặc dài
đón gửi tàu dƣới 30mm
Sứt mẻ lớp thép tôi ở đầu mối ray dài quá 25 mm.
Ray có đầu bị cắt bằng
hơi hàn, có lỗ đục bằng súng hoặc hơi hàn có lỗ sai quy
cách, các ray ngắn dƣới 4,5 m (trừ ray tiếp giáp ghi đo sơ
đồ quy định) hoặc hai đoạn ray ngắn liền nhau mà tổng
cộng chiều dài bằng hoặc dƣới 12,5m
Đƣờng ga,
đƣờng
nhánh

Nấm ray bị mòn quá quy định
Nứt ở nấm, ở thân ở đế, ở chỗ tiếp giáp giữa thân với
nấm hoặc giữa thân với đế.


6
Khuyết
tật

Loại

Mức độ khuyết tật

đƣờng
Đế ray bị vỡ rời

Đầu ray bị gục, bẹp từ 8 mm trở lên
Ray ngắn dƣới 4,5 m (Trừ ray tiếp giáp ghi đo sơ đồ quy
định)
Khuyết
tật

Loại
đƣờng

Mức độ khuyết tật

Nứt dƣới nấm ray, lộ ra phía đầu ray hoặc dài quá 50mm
Nứt ở lỗ ray
Nứt chạy dọc phần giữa thân ray
Nứt hoặc vỡ đế ray

Nguy
hiểm

Nứt ngang trên mặt lăn ray hoặc nứt ngang mặt lăn nấm
Đƣờng
chính và ray hoặc gẫy ngang do các nguyên nhân đó.
đón gửi tàu Nứt hoặc phình ra theo chiều nằm ngang hoặc chiều
thẳng đứng và phát triển theo hƣớng dọc nấm ray có lộ ra

hoặc không lộ ra trên mặt lăn hoặc má ray
Các hiện tƣợng gẫy ngang, nứt ngang khác hoặc vỡ một
phần ở nấm ray, đế ray
Vỡ nấm ray
Đƣờng ga,
đƣờng
nhánh

Nấm ray bị mòn đứng đến mức làm cho lõi bánh xe
chạm vào bu lông mối
Gẫy ngang ray
Các khuyết tật khác nguy hiểm đến an toàn chạy tàu.


7
1.3.1. Để bảo dưỡng ray được tốt, kéo dài thời gian sử dụng ray
Phải giữ gìn đầu mối ray luôn luôn ở trạng thái tốt, các tà vẹt đầu mối và
áp mối phải luôn chèn chặt, đá trong ô phải đƣợc đầm, nền đƣờng phải thoát
nƣớc.
Bu lông mối thƣờng xuyên phải đƣợc xiết chặt, đảm bảo áp chặt lập lách
vào ray, không đƣợc có những khe hở ở khoảng giữa lập lách quá quy định cho
phép.
Phải thƣờng xuyên đóng chặt đinh đƣờng, vặn chặt đinh xoắn, bu lông
cóc, sửa các bản đệm bị sai lệch không đƣợc để có khe hở giữa đế ray và bản
đệm quá 1mm.
Khi xếp dỡ và đặt ray cấm quăng ném ray và đặt ray trên chỗ không bằng
phẳng, cấm dùng búa đánh vào ray hoặc đánh vào đầu lập lách khi dồn ray hoặc
để di động ray.
Cấm chặt ray bằng đục, cấm cắt ray bằng hơi hàn, cấm đục lỗ ray bằng
hơi hàn hoặc bằng bắn súng, cấm dùng ray làm đe để chặt sắt, để nắn

đinh…hoặc bất cứ hành động nào gây thƣơng tật ray
Khi thay ray phải chọn ray có cùng độ mòn nhƣ ray đang sử dụng trên
đƣờng
Cấm để đất, bùn, các chất bẩn, các chất ăn mòn bám dính vào ray.
Khi ray ở đƣờng cong bị mòn nhiều phải kiểm tra lại các tiêu chuẩn kỹ
thuật đƣờng, kiểm tra tốc độ tàu và tìm biện pháp chống ray mòn (nhƣ đặt thiết
bị phun dầu, đặt ray chống mòn…)
1.3.2. Để chống ray xô
Phải thƣờng xuyên kiểm tra và bảo đảm các chống xô luôn luôn chặt chẽ
nhƣ quy định.
Phải xiết chặt các bu lông mối, bu lông cóc, đóng chặt các đinh đƣờng, ô
đá phải đầy và đầm chặt.
Phải theo dõi hiện tƣợng di động của ray, nếu ray vẫn tiếp tục xô thì phải
đặt thêm thiết bị chống xô.


8
1.3.3. Để chống ray bị bung khi nhiệt độ cao
Phải giữ gìn khe hở ray đúng tiêu chuẩn, nếu khi có số đầu mối liên tiếp bị
cháy, căng quá quy định phải tiến hành điều chỉnh ngay không đƣợc tiến hành
bất cứ công tác sửa chữa đƣờng nào khi chƣa điều chỉnh khe hở.
Phải sửa chữa những chỗ sai lệch phƣơng hƣớng
Cấm tiến hành những việc làm yếu trạng thái ổn định của đƣờng và của
nền đá khi trời nắng nhiệt độ cao, khi các chống xô, các cóc và đinh đƣờng chƣa
đƣợc củng cố chắc chắn.
* Ray phải được kiểm tra theo đúng chế độ quy định.
Những ray có khuyết tật phải đƣợc phân loại theo đúng quy định, đồng
thời phải tìm nguyên nhân gây hƣ hỏng và tìm biện pháp phòng trừ ngay.
Những ray có khuyết tật nhẹ cần đƣợc theo dõi và có biện pháp sửa chữa
và hạn chế khuyết tật phát triển.

Những ray có khuyết tật nặng hoặc khuyết tật nguy hiểm quy định ở bảng
trên, phải đƣợc xử lý theo đúng quy định. Các ray này phải đƣợc đánh dấu bằng
sơn vàng hoặc sơn trắng trên thân ray, phía trong lòng đƣờng ở chỗ có khuyết
tật. Tại chỗ đánh dấu phải ghi ký hiệu khuyết tật và vạch một dấu (X) nếu là
khuyết tật nặng và (XX) nếu là khuyết tật nguy hiểm
1.4.

Khái niệm mối nối và liên kết mối nối ray.

1.4.1. Mối nối
Là chỗ nối hai thanh ray với nhau, ở chç mối nối đƣờng ray bị phân cách
và tạo thành khe hở, nên đƣợc liên kết với nhau bằng lập lách. Khe hở ở mối nối
để cho ray thay đổi chiều dài khi nhiệt độ ngoài trời tăng làm cho ray nở ra hoặc
co lại khi nhiệt độ giảm. Do vậy khi bánh xe chạy qua mối nối sẽ phát sinh lực
xung kích vào đƣờng sắt tại vị trí mối nối là chỗ yếu nhất của đƣờng sắt, lực cản
tăng khoảng 10% trong quá trình chạy tàu. Do vậy về mặt cấu tạo, biện pháp thi
công bảo quản mối nối có ý nghĩa quan trọng để duy trì trạng thái của tuyến
đƣờng.
Phân loại mối nối theo vị trí tƣơng đối giữa tàvẹt và mối nối ray thì có các
loại sau:
- Mối nối kê đơn ( H 1-1a)


9
- Mối nối kê kép ( H 1-1c)
- Mối nối treo ( H 1-1b)
Thời kỳ đầu đƣờng sắt các nƣớc trên thế giới hay dùng mối nối kê đơn
trên tà vẹt, vì cho rằng nó chắc chắn, nhƣng quá trình chạy tàu cho rằng loại mối
nối này có nhiều nhƣợc điểm so với mối nối treo.
Tà vẹt dễ bị xoay không vuông góc với tim đƣờng, nên độ chặt của đa ba

lát bị phá hoại và độ ổn định của đá ba lát bị mất dần.
Lực xung kích của bánh xe chạy qua đập vào mối nối, do đó đầu ray bị
dập mạnh, bẹt và mòn, đầu lập lánh và mối nối bị pha hoại.
Nhƣ vậy trạng thái của đầu ray chỗ mối nối trên tà vẹt khi bánh xe chạy
qua đến một đầu ray (H 1-35) do lực truyền lệch tâm trên tà vẹt, tà vẹt bị quay
về phía áp lực gây ứng suất lớn ở đá ba lát và khi bánh xe lăn qua sang đầu bên
kia thì lại xẩy ra tƣơng tự, cứ nhƣ vậy nhiều đoàn tàu chạy qua th× của ba lát
chỗ mối nối bị phá hoại và tà vẹt mất ổn định.

Hình 1-2 Các loại mối nối: a.Mối nối kê đơn; b.Mối nối treo;c.Mối nối kép
1. Ray; 2. Lập lách; 3.Đệm; 4. Tà vẹt
.


10

Hình 1-3 Các loại mối nối của ray
a. Mối nối đối xứng; b. Mối nối so le .
Trong quá trình sử dụng các loại mối nối cho thấy mối nối đối xứng là
loại tốt hơn vì:
- Số lần lực xung kích giảm đi một nửa so với mối nối so le.
- Toa xe chạy qua ổn định không bị tác động lực dập xung kích lệch và
thay đổi luôn.
- Cơ khí hoá trong thi công khi đặt ray và khi thay ray cũng thuận lợi.
Hiện nay trên thế giới nhiều nƣớc đã hàn ray chỗ mối nối thành đoạn ray
dài khoảng 800m gọi là đƣờng sắt không mối nối. Có thể hàn ray bằng hàn hơi
hay hàn điện. Công nghệ hàn ray với lập lách và ray với móc phòng xô bằng thứ
keo muốn dán đầu ray lại với nhau rửa sạch đầu ray bằng cách phun cát sau đó
nung đầu ray lên tới 1000C, nung lập lách tới 50oC sau đó lại dùng keo dán đầu
ray và lập lách lại rồi nung nóng lần thứ hai lên tới 150 oC và để nguội ngoài

không khí. Khi đó cƣờng độ chịu kéo đạt tới 250kg/cm2.
1.4.2. Phụ tùng liên kết mối nối.
Để nối hai đầu ray lại với nhau ngƣời ta dùng lập lách nối đảm bảo cho
hai đầu ray khỏi bị xê dịch theo hƣớng thẳng đứng. Đầu tiên dùng lập lách dẹt,
loại lập lách dẹt này tƣơng đối cứng theo chiều thẳng đứng, nhƣng lại ngắn theo
chiều ngang ( H 1-4). Do vậy khi tải trọng tàu, tốc độ chạy tàu và khối lƣợng
vận chuyển ngày một tăng thì loại lập lách này không phù hợp, nên phải thay đổi
tiết diện của lập lách.


11

Hình 1-4 Các loại dập lách
a. Lập lách dẹt, b. Lập lách chữ L
b. Lập lách có đuôi, d. Lập lách 2 đầu
1.Ray; 2. Lập lách; 3. Bu lông
Lập lách đƣợc chế tạo bằng loại thép ít các bon không nhiệt luyện, hiện
nay đã khắc phục khuyết tật này. Vì vậy có thể tăng ứng suất của lập lách lên
gấp hai lần và độ rắn, độ bền chống mòn ở các mặt tiếp xúc cũng tăng. Thép làm
lập lách càng rắn và càng có khả năng chống mòn nhất là khi nhiệt luyện, không
đƣợc chế tạo hình dáng phức tạp, không đƣợc cho phép tập trung ứng suất.

Hình 1-5 Mặt cắt ngang lập lách điển hình


12

Hình 1-6 Mối nối dập lách hai đầu
1.Đinh liên kết, 2. Tấm đệm sắt, 3. Bu lông
4. Lập lách, 5. Đệm vênh, 6. Đai ốc

Đối với ray P43 và P50 hiện nay loại lập lách có hai đầu( Hình 1.6) loại
này cứng, khoẻ, mặt tiếp xúc với ray rộng nên làm việc tốt.
Loại lập lách hai đầu SNG chế tạo bằng thép các bon Mác tanh CT6 và
CT7.
Theo tiêu chuẩn của SNG lập lách sau khi nhiệt luyện đạt những tính năng
sau:
- Đƣờng ren của bu lông và ren của ốc vít tròn xoay.
- Mặt tiếp xúc của ray lập lách bị nén do ma sát.
- Mặt tiếp xúc lập lách và đầu bu lông bị mòn do ma sát.


13
- Mũ ốc bu lông không bị tròn lỏng ra, vì khi bánh xe chạy qua mối nối
lực xung kích phát sinh làm rung chuyển bu lông. Vậy muốn khắc phục nguyên
nhân thứ 1, 2 và thứ 4 thì làm bu lông bằng thép cứng phải có nhiệt luyện.
Ở Liên xô cũ chế tạo ray P38 và P43 dùng bu lông đƣờng kính 22mm, ray
P50 là 24mm còn ray P65 và P75 là 28mm.

Hình 1-7 Bulông lập lách
a. Bu lông có đầu kéo dài một phia
b. Bu lông 2 bậc
Muốn khắc phục bu lông bị xoay thì đối với loại lập lách dùng bu lông có
đầu kéo dài về một phía ( H 1-6a), còn đối với lập lách dùng bu lông làm thành
hai bậc ( H 1-6b) và có hình bầu dục, nhƣ vậy lỗ lập lách hai đầu phải làm khác
nhau có lỗ tròn và lỗ bầu dục( H 1-7).


14

Hình 1-8 Lập lách dùng khi bulôngcó đầu ké dài

a.Lập lách 4 lỗ; b. Lập lách 6 lỗ
Đệm vênh làm bằng loại thép đặc biệt phải có nhiệt luyện( H 1-9) và đảm
bảo ghì chặt cho bu lông và chống hiện tƣợng xoay tròn.
Những mối nối cách điện và dẫn điện phải đƣợc bảo quản thật tốt để đảm
bảo an toàn cho tàu chạy qua và tín hiệu làm việc chính xác. Liên kết ray với tà
vẹt điển hình nhƣ hình ( H 1-10).

Hình 1-9 Đệm vênh