Giáo trình Khảo sát và thiết kế đường sắt - Tập 1 - Lê Hải Hà

Nội dung text: Giáo trình Khảo sát và thiết kế đường sắt - Tập 1 - Lê Hải Hà

1. TS. LÊ HI HÀ PGS.TS. PHM VĂN KÝ KHO SÁT VÀ THIT K ðƯNG ST TP 1 HÀ NI 2005
2. LI NÓI ðU Giáo trình "Kho sát và thit k ñưng st" tp 1 nhm phc v sinh viên các chuyên ngành ñưng st, ñưng stcu và các ngành khác liên quan ñn giao thông vn ti. Trong cun sách gii thiu các vn ñ có liên quan ti tính sc kéo ñu máy, nguyên tc thit k bình ñ và trc dc tuyn ñưng st, vch tuyn, b trí công trình nhân to, phương pháp so sánh kinh t k thut các phương án. ð phc v cho sinh viên các lp chuyên ngành ñưng st, khi biên son các tác gi ñã c gng bám sát ni dung ñi mi ca chương trình môn hc ñ phù hp tình hình thc t. Sách tái bn ln này có b xung mt s ni dung cho phù hp vi chương trình ñào to và các quy ñnh v tiêu chun mi ca ngành ñưng st. Sau các phn lý thuyt có ñưa nhng ví d c th ñ bn ñc d hiu. Ni dung giáo trình và các chương mc ñã ñưc tp th các thy giáo B môn ðưng st Trưng ðH Giao thông vn ti góp ý. Trong quá trình biên son có s phân công sau: T.S Lê Hi Hà ch biên vit các chương: 2, 3, 4. PGS.TS Phm Văn Ký vit các chương: 1, 5, 6, 7. Trong quá trình biên son, chc chn không tránh khi nhng sai sót, chúng tôi mong nhn ñưc nhng ý kin ñóng góp ca bn ñc ñ ln xut bn sau ñưc hoàn thin hơn. Hà Ni, tháng 3/2005 Các tác gi 1
3. CHƯƠNG 1 CƠ S THIT K ðƯNG ST 1.1. LCH S PHÁT TRIN ðƯNG ST 1.1.1. ðim qua lch s phát trin h thng ñưng st th gii. Khong th k th 16 các m vùng núi ca các nưc Châu Âu ñã dùng “ñưng ray” g ñ ñy các xe goòng ch ñy than, qung. Năm 1809 con trai ca Vôrôlp ñã k tc và phát trin s nghip ca cha làm “ñưng ray” bng st có hình ch L và dùng nga kéo. Như vy cho thy ngun sc kéo trong thi kỳ phôi thai ca ñưng st là sc ngưi, sc nưc và sc súc vt và ch chy ñưc tc ñ 5 km/h. Theo s phát trin ca ngun ñng lc và yêu cu ñi vi ñu máy ngày càng cao nên “ñưng ray" t bng gang trng ri ñn gang xám, t “ñưng st” ñn “ñưng thép”. Mc dù các loi ray hin nay ñang dùng thưng ñưc làm bng thép nhưng do thói quen nên vn gi là "ñưng st" ñ phn ánh tình hình thc t ca thi trưc ñó. Mt khác, công ngh vt liu mi trong thi ñi chúng ta ñang phát trin vi tc ñ nhanh , có th có nhng loi vt liu mi phù hp hơn, r tin hơn thay th cho loi thép ray. Khi ñó, l nào tên gi ca ray c thay ñi theo vt liu làm ray cho nên chúng ta c gi nó theo tên cũ cho tin li hơn. Trong thi kỳ t năm 1825 ñn năm 1840 trên th gii ñã xây dng ñưc tt c gn 8 nghìn km ñưng st. Sau ñó 10 năm thì s km ñưng st tăng lên 5 ln. ðn cui th k 19 mng lưi ñưng st trên th gii lên khong 790 nghìn km. Vào ñu chin tranh th gii th nht vưt quá 1 triu 1 trăm ngàn km, mng lưi ñưng st th gii hin nay gn 2 triu km. Trong ñó các nưc có nhiu ñưng st nht là M khong 336.500km, t l tuyn ñôi và tuyn nhiu ñưng chim 11 ñn 14,8%, Liên Xô có khong 138.300km trong ñó có 35 ngàn km ñưng ñôi. n ð có 60 ngàn km. Trong mng lưi ñưng st th gii hin nay có rt nhiu kh ñưng. Kh 1676mm các nưc n ð, Tây Ban Nha, Achentina. Kh 1524mm Liên Xô Kh 1435mm Châu Âu, Canada, M Kh 1067mm Nht Bn, Indonexia Kh 1000mm Vit Nam, Châu Phi 2
4. Hin nay trên th gii ñã ñin khí hoá ñưc 12 vn km ñưng st, Liên Xô ñng ñu trong lĩnh vc này là 37 ngàn km. Nói ñn ñưng st chúng ta cũng phi ñ cp ñn ñu máy bi vì mt ñoàn tàu dài chy trên con ñưng st nhìn không thy ñích cho nên ñu máy và ñưng ray ta như hình vi bóng. Song nu như xem li “gia ph” ca ñưng st chúng ta thy tui ca ñưng ray cao hơn ñu máy nhiu. Máy hơi nưc ra ñi có tác dng to ln thúc ñy cách mng v sc sn xut và ñc bit to ñiu kin cơ gii hoá cho ngành vn ti ñưng st. Mt ñiu lý thú là ñu máy hơi nưc ñu tiên chy trên ñưng ñá vào năm 1769. Sau ñó chy trên ñưng ray vào năm 1801 và khi y có tên “ñu máy hơi nưc”. Máy hơi nưc ca Papanh ra ñi sau mt thi gian dài mi chính thc ñưc dùng trên mt ñon ñưng st ca nưc Anh, chic máy ñó do Stiphenxơ ch to ñưc chính thc dùng vào năm 1825. Công sut thc ca nó là 12 mã lc và tc ñ ln hơn 16km/h cũng t ñó ñu máy hơi nưc mi chính thc “bưc lên vũ ñài lch s”. So vi các loi ñu máy khác, ñu máy hơi nưc ra ñi sm nht và cũng ñưc ci tin nhiu nht. Có nhng ñu máy công sut ln, tc ñ cao. Ví d ñu máy hơi nưc loi 242 ca Pháp ch to năm 1946 có công sut ti 4200 mã lc vi tc ñ ti 160km/h. Nhiu công ty M ñã ch to ñu máy hơi nưc rt hin ñi, công sut cc ln, tc ñ cao. ðu máy T1 công sut ti 6.100 mã lc, kéo ñoàn tàu 1.000 tn chy vi tc ñ 160km/h. Song tăng công sut ca ñu máy ln hơn 3000 mã lc nói chung là khó khăn bi nó b hn ch bi kích thưc và trng lưng ñu máy nm trong kh gii hn quy ñnh ñ ñm bo an toàn khi chy tàu. ðu máy hơi nưc ñưc ci tin nhiu nhưng cũng không kp vi tin b khoa hc k thut. Nu như chic ñu máy hơi nưc ñu tiên ca k sư Nga Sênê panp ch to năm 1833 có hiu sut 2% thì nhng ñu máy hơi nưc sau này có hiu sut trung bình khong 7% có nghĩa là trong 100 khu gian than thì ch có 7 khu gian sn sinh ra lc kéo. ðó là nhưc ñim cơ bn ca sc kéo hơi nưc. Bi vy, trong cuc cách mng v ngun ñng lc ca ñưng st, sc kéo hơi nưc phi nhưng ch cho các loi sc kéo tiên tin hơn như diezen và ñin, cho nên chúng ta nói: th k 19 là tui thanh xuân là bui ñu máy hơi nưc bưc lên vũ ñài lch s thì 50 năm sau cui th k 20 là tui già yu và rút khi vũ ñài lch s. 3
5. Nhiu nưc ñó n ñnh thi hn ñào thi sc ko hơi nưc ra khi ngành ñưng st như cng hoà dõn ch ðc 1975, Hunggari 1980, Nht 1975, Tõy ðc 1976 v.v mt s nưc ñã không dùng ñu máy hơi nưc na: Liên Xô, Triu Tiên, Mông C, M, Pháp v.v Ch trong khong hơn 20 năm (1946 1967) ñã có ti 102 nưc, áp dng sc kéo mi. Vit Nam, t năm 1968 ngành ñưng st ñã bt ñu s dng sc kéo diezen. Hiu sut ca các loi ñu máy có th tính ñưc như sau: ðu máy hơi nưc 410% ðu máy diezen 1735% ðu máy ñin 1428% ðu máy diezenl do hiu sut cao nên ñã gim ñưc mc tiêu th nhiên liu. ðng v phương din giao thông vn ti thì ch tiêu quan trng s mt ñánh giá loi sc kéo là năng lc thông qua và năng lc vn chuyn, sc kéo diezenl và ñin cho phép tăng trng lưng và tc ñ ca ñoàn tàu nên năng lc vn chuyn tăng 2 ñn 2,5 ln so vi khi dùng ñu máy hơi nưc. Vào nhng thp k ñu ca th k XX hu ht các thành ph ln và va châu Âu ñã xây dng h thng tàu ñin ni ñô (Tramway Light Rail) và ñwng st ngoi ô (Suburban Heavy Rail). ð gii quyt nn tc nghn giao thông các thành ph ln châu Âu ñã xây dng h thng tàu ñin ngm (Full metro). London ñã bt ñu khi công vào năm 1883 và hoàn thành năm 1890, Budapest hoàn thành năm 1896, Paris 1900, Beclin 1902 và Hamburg năm 1912. Các tuyn ñương tàu ñin ngm kh tiêu chun ñưc tip tc xây dng các thp k ñu ca th k XX châu Âu. Trưc năm 1970 ch có s ít thành ph có h thng ñưng st ñô th (ðSðT) thì năm 1991 ñã có khong 160 thành ph có h thng ðSðT 60 nưc trên th gii và khong 30 thành ph khác ñang xây dng. Các thành ph ln như Tokyo, Newyork và Moscow lưng khách chuyên ch bng ðSðT vưt quá 50% tng lưng khách tham gia giao thông nên ñã không b tc nghn giao thông. ðSðT Tokyo, Nagoya và Osaka trong vòng bán kính 50 km ñã có s lưng 3900 km (1992). V chng loi cũng có nhng bưc phát trin mnh. Trưc ñây ch có 3 loi là tàu ñin (Tramway), tàu ñin ngm (Full metro), tàu cao tc (Mass Rapid Transit) thì ngày nay ñã có thêm nhiu loi mi như: tàu hin ñi (Advanced Light Rail), tàu 4
6. mt ray (Monorail), tàu t ñng khng ngưi li (Automated Guided Train), tàu ñng cơ tuyn tính (Linear Motor Train), tàu ñin t (Magnetically Levitated Train) và tàu không lưu (Aeromover). Hu ht các nưc trên th gii dùng loi tàu ñin nh (Light Rail Transit) chy trên ñưng kh 1000 mm và 1435 mm nhưng ch yu là ñưng 1435 mm, có th chy qua ñưng cong bán kính nh ñn 50 m, ñ dc 40‰ thm chí ln hơn, s dng ñin th mt chiu 750V. Các thành ph Manila, Hannover, Mexyco city, Hiroshima, Cairo ñang s dng loi này. Còn các thành ph Newyork, London, Maxcova, Paris, Tokyo Teito và Singapore li dùng ðSðT có sc ch ln (Heavy Rail System). Thuc loi này có tàu cao tc Express Sbanhn và Metro. Tuyn Express có th ñi trên mt ñt, ñi trên cao (Elevated) hay ñi ngm dưi mt ñt (Subway hay Underground). Loi này có ñ dc ti ña 40‰, bán kính nh nht ñưng Tokyo là 91m. Tàu t ñng không ngưi lái AGT (Atomatic Guider hay Automatic Driverless hayNBahn). Năm 1975 Quc hi M ñnh nghĩa AGT là mt h thng vn ti ñưc ñiu khin không cn ngưi, chy trên ñưng dn hưng riêng bit. Nó ñưc khai thác ln ñu tiên vào năm 1971 sân bay Tampa bang Florida nưc M, năm 1972 xut hin Nht có 5 h thng. ðài Bc ðài Loan có mt h thng dài 13,5 km chy loi xe VAL 256, qua 13 ga. Tàu ñng cơ tuyn tính LIM (Linear Motor). Loi này mi trc xe ñưc gn mt ñng cơ tuyn tính (rotor) chy trên ray kh 1435, còn stator là ray th 3 và ñin ñưc cp t ñó. Ưu ñim ln ca tàu ñông cơ tuyn tính là kh gii hn ñưc thu nh, ch bng 53% so vi tàu thưng, cho nên khi ñi ngm dưi ñt, tit din hm gim gn 50%. Tiêu biu cho loi này là công trình Sky Train bang Vancowver, Canada, ñưa vào s dng năm 1986, dài 22 km. trong ñó có 1,6 km ñi ngm, 13 km ñi trên cao, và tuyn tương t ti Tokyo dài 28 km, kh 1435, ñ dc ti ña 45‰, bán kính nh nht 100m, khong cách gia các tim ñưng 3,1 m. Tàu ñm t Maglev (Magnetic levitation), nó ging tu LIM là ñưc ñy ñi bng ñng cơ tuyn tính nhưng không chy trên bánh xe mà trên mt ñm không khí do lc ñy t trưng to nên, trên các tuyn ca ðc (81989) ñm này dày 10 mm, trên các tuyn ca Nht (1990) dy ti 100 mm. Tuyn Maglev ñu tiên Anh (8 1984) ch dài 600 m, nhưng năm 1997 ñã chy th tuyn Yamanashi Nht dài 42,8 km, ñ dc 40‰, R min = 8000 m, tc ñ khai thác 500 km/h. Tàu không lưu (Aeromover). Nó ñưc ch to da trên nguyên lý ca tàu bum. Toa xe ñưc gn 2 là kim loi ñt trong dm bê tông rng, toa xe chuyn ñng 5
7. do chênh lch áp lc không khí hai bên tm kim loi như sc gió thi căng cánh bum làm tàu chy. ñây chênh lch áp lc khí ñưc to bi các máy nén và hút không khí. Năm 1981 tuyn Aeromover ñu tiên cng Alegre thuc Brazin dài 600m. Tuyn th hai ñưc xây dng Jakacta (Indonesia) có tên Tamamini dài 3,21 km, ñ dc 100‰, R min = 25m, ñoàn tàu2 toa mi toa 120 hành khách, chy tc ñ ln nht 70 km/h. 1.1.2. ðim qua vài nét s phát trin ñưng st Vit Nam. T lch s phát trin ñưng st th gii chúng ta v vi lch s ñưng st Vit Nam ñ nhìn nhn s hình thành và phát trin ca nó. Các tuyn ñưng st ñã ñưc xây dng vào các thi kỳ như sau (theo tài liu kinh t ca thc dân Pháp thì lch s xây dng ñưng st ðông Dương chia làm ba thi kỳ): a. Thi kỳ trưc năm 1898 1884 xây dng ñon ñưng st Sài Gòn M theo dài 70km 1896 xây dng ñon ñưng st Bc Giang Lng Sơn kh 600mm 1898 tuyn ñưng st Hà Ni Na Sm ñưc ni lin dài 180km b. Thi kỳ t 1898 ñn 1931 Cui năm 1898 bt ñu xây dng tuyn Hi Phòng Gia Lâm Lào Cai dài 383km kh 1000mm và các ñon tuyn sau ñây ñưc ñưa vào khai thác các năm: + Hi Phòng Gia Lâm tháng 4 năm 1903 + Gia Lâm Vit Trì tháng 11 năm 1903 + Vit Trì Lào Cai tháng 1 năm 1906 Năm 1908 xây dng tip ñon ðng ðăng ñn Hu Ngh quan dài 5km. Sau ñó xây dng ñon gia ðng ðăng và Na Sm dài 17km ñưa vào khai thác tháng 11 năm 1921. Thi kỳ này tuyn Hà Ni Hu ðà Nng Nha Trang Sài Gòn tip tc ñưc xây dng. + ðon th nht: Hà Ni Vinh Bn Thu ñưa vào khai thác tháng 3 năm 1905 dài 326km. + ðon th hai t ðà Nng ñn ðông Hà (Qung Tr) tháng 12 năm 1908 dài 175km. + ðon th ba Sài Gòn Nha Trang vào tháng 10/1913 dài 566km. + ðon tuyn nhánh t Tháp Chàm ñn ðà Lt xây dng vào tháng 7 năm 1914 dài 84km. 6
8. Năm 1927 xây tip ñon tuyn t Vinh ñn ðông Hà dài 301km. c. Thi kỳ sau năm 1931 ðon tuyn Bn ðây Xô Lc Ninh ñưc xây dng xong và ñưa vào khai thác tháng 8 năm 1933 dài 69km. ðon tuyn nhánh t Tân p d kin ni ñn Thà Kht trên sông Mê Công (Lào). Trong ñon ñó mi xây dng 18km t Tân p ñn xóm Lc (Vit Nam). ðon này ñưa vào khai thác t tháng 12 năm 1933. ðon tuyn còn li trong tuyn Hà Ni Sài Gòn là t ðà Nng ñn Nha Trang dài hơn 700km xây dng xong vào tháng 10 năm 1936. Như vy tng chiu dài tuyn t Hà Ni ñn Sài Gòn là 1728km. Sau cuc kháng chin chng Pháp thng li năm 1954, chúng ta ñã khôi phc tuyn Hà Ni Hu ngh quan, Hà Ni Vinh và xây dng thêm các tuyn Hà Ni Quán Triu, Kép Lưu Xá, Kép Bãi Cháy, Cu Giát Nghĩa ðàn v.v ðn nay chiu dài ñưng st tng cng trên c nưc khong 2810km (chưa k các ñưng trong m than). ðưng st Vit Nam chúng ta hin nay tn ti hai loi kh 1435mm (Standard Gauge SG) và 1000mm (Metre Gauge MG). Còn ñưng lng 1000 mm vi ñưng 1435 mm là s kt hp gia SG và Mg. Tng chiu dài ñưng 1000 mm là 2694 km, chim 85%, kh 1453 6% và ñưng lng 9%. Vic tn ti hai loi kh ñưng làm cho chúng ta gp nhiu khó khăn trong công tác qun lý và khai thác. Hin nay Nht Bn kh ñưng 1067 mm vi chiu dài 28.600 km chim 93%, còn kh tiêu chun 1435 mm có chiu dài 2034 km ch chim 7%. Trong khi ñó n ð, năm 1978 b d ch trương chuyn ñi kh MG sang kh SG vì cho rng li nhun thu ñưc ca ñưng SG không tương xng vi kinh phí chuyn ñi. Vit Nam theo mc tiêu quy hoch phát trin ñưng st ñn năm 2020 thì t ñ chy tàu khách năm 2005 là 90 km/h, năm 2010 là 100 km/h và năm 2020 là 120 km/h, tương ng tc ñ tàu hàng là 65 km/h, 70 km/h và 80 km/h ñ hi nhp vi các nưc trong khu vc. 1.2. CÁC GIAI ðON THIT K VÀ NI DUNG ð ÁN 1.2.1. Các giai ñon thit k. D án ñu tư là mt tp hp nhng ñ xut có liên quan ñn b vn ñ làm mi, m rng, ci to, nâng cp mt tuyn ñưng st nhm ñt ñưc hoc nâng cao năng lc ca tuyn ñưng. 7
9. Theo tính cht ca d án và quy mô ñu tư, d án ñu tư trong nưc ñưc phê thành 3 nhóm: A, B, C ñ phân cp qun lý. ðc trưng ca mi nhóm ñưc quy ñnh theo Ph lc ca 52/1999/NðCP ngày 8/7/1999 ca Chính ph. Các d án quan trng quócc gia là nhng d án do Quc hi thông qua và quyt ñnh ch trương ñu tư theo quyt ñnh s 05/1997/QH 10 ngày 12/12/1997 ca Quc hi nưc Cng hoà xã hi ch nghĩa Vit Nam. Th tưng chính ph quyt ñnh ñu tư hoc u quyn quyt ñnh ñu tư các d án thuc nhóm A. B trưng B Giao thông vn ti quyt ñnh ñu tư các d án thuc nhóm B và C v xây dng tuyn ñưng st mi. Tng giám ñc Tng Công ty ðưng st Vit Nam quyt ñnh ñu tư các d án thuc nhóm B và C v sa cha ñi tu tuyn ñưng st cũ. Vì Tng Công ty ñưng st không ch là tng công ty nhà nưc mà còn là công ty nhà nưc do Th tưng chính ph trc tip qun lý. ði vi các doanh nghip hch toán ñc lp s dng vn ca doanh nghip (vn khu hao tài sn c ñnh, qu phúc li, qu ñu tư phát trin cho doanh nghip, vn huy ñng ) thc hin theo thông tư 110/2000/TTBTC ngày 14/1/2000 ca B Tài chính. Vn sa cha ln tài sn c ñnh trong ngun s nghip kinh t do Ban QLCS h tng làm ch ñu tư ñi vi tài sn nhóm I, các doanh nghip công ích làm ch ñu tư ñi vi tài sn nhóm II. Trong chun b ñu tư xây dng ca ngành ñưng st thưng có các loi sau ñây: Quy hoch mng hoc quy hoch chi tit ñi vi mi ngun vn. Báo cáo nghiên cu tin kh thi (BCNCTKT) ñi vi các d án nhóm A thuc tt c các ngun vn. Nhóm A có quy mô ln, phc tp nên trưc khi lp báo cáo nghiên cu tin kh thi phi lp báo cáo tng quan. Báo cáo nghiên cu kh thi (BCNCKT) ñi vi d án nhóm A, B, C thuc các ngun vn. (D án nhóm C có mc vn ñu tư dưi 1 t ñng ch lp báo cáo ñu tư). ði vi các d án nhóm A ch ñu tư (ngưi ñưc giao trách nhim trc tip qun lý và s dng vn ñ thc hin ñu tư theo quy ñnh ca pháp lut) phi t chc lp báo cáo nghiên cu tin kh thi và báo cáo nghiên cu kh thi. Trưng hp d án ñã ñưc Quc hi hoc Chính ph quyt ñnh ch trương ñu tư thì ch cn lp báo cáo NCKT. 8
10. Nhng d án nhóm A ñã ñưc Th tưng chính ph thông qua báo cáo nghiên cu tin kh thi và cho phép phân ra các d án thành phn (hoc tiu d án) thì nhng d án thành phn (hoc tiu d án) ñó ñưc lp báo cáo nghiên cu kh thi như mt d án ñu tư ñc lp, vic trình duyt và qun lý d án phi theo quy ñnh ca d án nhóm A. ði vi d án nhóm B ch ñu tư t chc lp báo cáo nghiên cu kh thi, nu xét thy cn thit phi lp báo cáo nghiên cu tin kh thi thì ngưi có thm quyn quyt ñnh bng văn bn. ði vi d án nhóm C có mc vn ñu tư t 1 t ñng tr lên, ch ñu tư t chc lp báo cáo nghiên cu kh thi. 1.2.2. Ni dung ñ án các giai ñon khác nhau. 1.2.2.1. Ni dung ch yu ca báo cáo nghiên cu tin kh thi. Nghiên cu v s cn thit phi ñu tư, các ñiu kin thun li và khó khăn. D kin quy mô ñu tư, hình thc ñu tư. Khu vc, ña ñim xây dng và d kin nhu cu din tích s dng ñt và nhng nh hưng v môi trưng, xã hi và tái ñnh cư (có phân tích ñánh giá c th). Phân tích, la chn sơ b v công ngh, k thut và và các ñiu kin cung cp vt tư, thit b, nguyên liu, năng lưng. Phân tích la chn sơ b các phương án xây dng. Xác ñnh sơ b tng mc ñu tư (toàn b chi phí ñu tư và xây dng và là gii hn chi phí ti ña ca d án ñưc xác ñnh trong quyt ñnh ñu tư), phương án huy ñng các ngun vn, kh năng hoàn vn và tr n, thu lãi. Tính toán hiu qu ñu tư v mt kinh t xã hi ca d án. Xác ñnh tính ñc lp khi vn hành, khai thác ca d án thành phn hoc tiu d án. Trong bưc nghiên cu kh thi nói chung là s dng các tài liu thu thp, ñiu tra mà không t chc ño ñc. Ch trong trưng hp rt ñc bit mi t chc ño ñc ti thc ña. ð b sung vào các bn ñ ña hình hin có, các ñơn v tư vn thit k ch cn tin hành th sát hin trưng ñ ñiu chnh tài liu cho phù hp vi tiình hình hin ti. Ni dung và yêu cu ñi vi công tác ñiu tra, thu thp tài liu, kho sát hin trưng ñưc thc hin theo các quy ñnh và hưng dn ca quy trình kho sát ñưng st hin hành áp dng trong bưc kho sát nghiên cu tin kh thi. Thành phn và ni dung h sơ báo cáo NCTKT gm 3 tài liu chính sau ñây: Báo cáo thuyt minh tng hp. H sơ bn v. 9
11. Ph lc. a. Các căn c, s cn thit phi ñu tư, các thun li và khó khăn. Các căn c kinh t xã hi. Các căn c v quy hoch, k hoch dài hn. Các ch trương ca các cp chính quyn. Các thun li khó khăn. D báo nhu cu vn ti: D báo nhu cu vn ti khách và hàng các năm tính toán (năm th 10, th 20 k t khi lp báo cáo NCTKT). Có th d báo nhu cu vn ti khách và hàng ch do ñưng st ñm nhn, hoc cho các phương thc vn ti trong ñó có ñưng st. T chc chy tàu khách và tàu hàng gm: các loi ñoàn tàu khách, thành phn các ñoàn tàu khách, s lưng các loi tàu khách chy trong ngày các năm tính toán và sơ ñ th hin mt ñ ñôi tàu trên các ñon tuyn d án. Sơ b phân tích và lp lun s cn thit phi ñu tư. b. D kin hình thc ñu tư, quy mô xây dng. Các hình thc ñu tư (khôi phc, ci to, làm mi hoc kt hp gia các hình thc ñó k rõ các ñon ñưng, công trình, hng mc ch yu ng vi các hình thc ñó). Quy mô xây dng các năm tính toán. Căn c vào mt ñ ñôi tàu các ñon ñ sơ b xác ñnh quy mô các công trình ch yu: ñưng ñơn hay ñưng ñôi, giao ct cùng mc hay lp th các ñưng giao thông khác, quy mô ga khu ñon c. Gii thiu v các công trình xây dng (ña ñim và các phương án). Nhng yu t k thut ch yu: kh ñưng, cp ñưng, s lưng ñưng chính, loi sc kéo, loi ñu máy, ñ dc hn ch cho các hưng tuyn, tín hiu, thông tin, phương thc ñóng ñưng. ðiu kin t nhiên vùng tuyn d án: khí hu, khí tưng, thu văn, ña hình, ña cht, hin trng môi trưng. Công trình xây dng: Công trình tuyn: các phương án hưng tuyn (mô t vic chn tuyn, ñim ni ray, tránh các chưng ngi vt, các di tích lch s văn hoá, tôn giáo ca mi ñon tuyn, vch t do hay vch khó khăn ); nn ñưng (mt ct ngang ñi din cho nn ñào, nn ñp, d ñoán các ñon nn ñưng ñc bit phi x lý, các ñon cn có công trình phòng h ) và khi lưng công trình. 10
12. Công trình ga: phân b ga dc tuyn cho các phương án hưng tuyn; sơ ñ ñưng ga cho các phương án hưng tuyn và khi lưng công trình ca ga. Công trình cu: các phương án v trí cu ln , d kin các loi kt cu phn trên, phn dưi; thng kê s lưng các cu trên tuyn (loi cu nh, cu trung, cu ln và chiu dài mi loi tương ng). Công trình hm: các phương án v v trí hm ln, d kin phân ñon chiu dày áo hm cho các hm; thng kê s lưng các hm trên tuyn (hm ngn, va, hm dài và chiu dài mi loi tương ng). Kin trúc tng trên: loi ray dùng trên chính tuyn, loi ray dùng trên ñưng ga, loi ghi dùng trên chính tuyn và loi tà vt, s lưng ñt trên chính tuyn và trên các ñưng ga; loi ba lát và chiu dày ba lát trên tuyn chính và trên ñưng ga; khi lưng ca mi loi trên. Tín hiu liên khoá ñóng ñưng: loi hình d kin và sơ ñ mu cho ga nhưng tránh và ga trung gian. Thông tin: loi hình d kin v ñưng dây truyn dn và tng ñài; sơ ñ mng thông tin liên lc (d kin cho tng phương án hưng tuyn). Cơ s ñu máy toa xe: ưc tính s lưng xí nghip ñu máy toa xe, s lưng các trm ñu máy toa xe và quy mô khái quát ca xí nghip, trm (có th xp hng theo ln, va, nh). Phân tích la chn sơ b các phương án: ưc tính chi phí xây dng ca các phương án; tính toán thu chi trong thi gian khai thác ca các phương án, so sánh sơ b các phương án v mt kinh t k thut, xã hi, môi trưng. Phân tích ñánh giá v vic s dng ñt ñai và nh hưng v môi trưng, xã hi, tái ñnh cư. d. Phân tích la chn sơ b công ngh k thut GTVT ñưng st (công ngh ph bin nht hin dùng trong nưc hay phi nhp ngoi, ưu nhưc ñim, ñiu kin cung cp, chuyn giao công ngh). e. Sơ b phân tích các phương án t chc thi công, ñánh giá tác ñng môi trưng và sơ b v t chc khai thác. f. Ưc tính tng mc ñu tư và phương án huy ñng vn. Ưc tính tng mc ñu tư (chn loi ñu tư cho kt cu h tng thuc các ch ñu tư khác nhau và ñu tư cho phương tin vn ti) ca các phương án. Phương án huy ñng vn (vn vay ngân hàng quc t, hay trái phiu chính ph ). g. Tính toán sơ b hiu qu ñu tư v kinh t xã hi ca d án. 11
13. Phân tích d án v mt kinh t và tài chính. Phân tích các li ích và hu qu v mt xã hi. h. Xác ñnh tính ñc lp khi vn hành khai thác ca các d án thành phn hoc tiu d án (nu có và nu kt lun d án cn tip tc lp NCKT). i. Kt kun và kin ngh. Kt lun v có lp báo cáo NCKT hay b d án; các hưng NCKT cn phi lưu ý và các gi hn ca NCKT. Kin ngh ñ tư vn trong nưc lp NCKT hay các hình thc phi hp gia tư vn trong nưc và nưc ngoài hoc thuê nưc ngoài lp NCKT. j. Các yêu cu k thut ca d án NCTKT. Bn ñ giao thông trong khu vc nghiên cu ca d án. Bình ñ t l 1:25.000 hoc 1:50.000. Mt ct dc các phương án tuyn. B trí chung ca các cu. B trí chung ca các hm dài. Bình din các ga khu ñon, ga lp tàu. 1.2.2.2. Nhng ni dung ch yu ca báo cáo NCKT. a. Nhng căn c ñ xác ñnh s cn thit phi ñu tư. Tình hình kinh t xã hi (hin ti và tương lai phát trin). Tính hình giao thông vn ti: Giao thông ñưng b: các ñưng ô tô, các bn xe, trng thái ca các ñưng, lưu lưng xe ca các ñưng ñó, các ??? hàng và năng lc vn ti, d kin v giao thông ñưng b trong tương lai. Giao thông ñưng thu: các tuyn vn ti thu, trng thái và lưu lưng tàu thuyn trên các tuyn ñó; các cng, trng thái và kh năng ca các cng ñó; d kin v giao thông vn ti thu trong tương lai. Giao thông ñưng st: các tuyn ñưng st, trng thái và năng lc thông qua hin ti; các trm hàng; các ga hin có và các cơ s khác ca ñưng st. D báo vn ti khách và hàng: tuỳ theo các năm khai thác th 2, 5, 10 và t l tăng trong tương lai; các yêu cu v quc phòng (nu có) và các yêu cu ca ña phương tuyn ñưng st ñi qua. ðc trưng lung hàng và loi hàng; t l lung hàng tr thông, h s không cân bng gia hai chiu; các hàng ñc bit thích hp vi giao thông ñưng st (siêu trưng, siêu trng, container ). 12
14. Xác ñnh s cn thit làm tuyn ñưng st: xét các mt như lưng vn ti yêu cu xng ñáng làm ñưng st, s Tkm; s kháchkm; s ñôi tàu/ngày ñêm; chiu dài vn ti bình quân thuc vùng ưu vit ñi vi vn ti ñưng st; tính ưu vit ca vn ti ñưng st so vi các phương thc vn ti khác. b. La chn hình thc ñu tư. Hình thc ñu tư ñi vi công trình ñơn v là làm mi, khôi phc, ci to hay nâng cp. c. Các phương án ña ñim. Các ñc tính t nhiên vùng d án: ña hình ña mo, khí hu, thu văn, ña chn. Chn la các yu t cơ bn: kh ñưng, cp ñưng, s ñưng chính, loi sc kéo, loi ñu máy kéo tàu khách, loi ñu máy kéo tàu hàng, ñ dc ch ño, tín hiu liên khoá ñóng ñưng. Thit k t chc chy tàu (cho tng phương án hương tuyn và cho các năm tính toán). T chc chy tàu khách (loi tàu khách, s lưng các loi toa trong tng loi ñoàn tàu khách, tính toán s lưng các loi tàu khách trên tng hưng ñi, v. T chc chy tàu hàng: các loi tàu hàng, s lưng các loi toa xe trong tng loi ñoàn tàu hàng; tính toán s lưng các loi ñoàn tàu hàng trên tng hưng. d. Các phương án công trình. Công trình tuyn ñưng: Bình din tuyn ñưng: các nguyên tc chn tuyn ñưng, các phương án hưng tuyn, so sánh la chn chúng; các phương án ñim ni ray, so sánh la chn chúng; các phương án tr s R min và so sánh la chn chúng; các ch tiêu thit k bình din ca phương án la chn (chiu dài ñưng chim bay, chiu dài tuyn, h s trin tuyn, chiu dài ñon thng, ñon cong). Mt ct dc tuyn ñưng: các kh năng v tr s ñ dc hn ch và sơ b chn tr s hp lý cho tuyn thit k; các nguyn tc thit k mt ct dc (tuỳ tình hình ña hình, ña cht, thu văn mà thiên v ñào hay ñp, phi hp vi ñưng ñ và ñnh chiu dài cu cn, hm, giao ct ); phân ñon thit k mt ct dc (ñon vch t do, ñon vch gò bó, các ch tiêu thit k mt ct dc ca phương án la chn). Nn ñưng: mi phương án ñu phân ñon nn ñưng thông thưng và nn ñưng ñc bit; các mt ct ngang ñin hình ng vi nn ñưng thông thưng; các gii pháp thit k x lý ng vi ñon nn ñc bit; các công trình thoát nưc dc 13
15. tuyn, các m ñt, ñưng vn chuyn và c ly vn chuyn ñt. Khi lưng công trình các loi và gii pháp thi công xây dng ( khái quát). Các công trình ci dch và giao ct: thng kê các công trình hin có phi ci dch, ñ ngh ñơn v nào lp thit k ci dch cho các công trình chuyên ngành; các công trình c th phi dch do ñơn v lp d án kh thi ñưng st thc hin trong d án; các giao ct cùng mc và khác mc vi các ñưng giao thông, khi lưng công trình các loi và gii pháp thi công (khái quát). Công trình ñim phân gii: xác ñnh các tiêu chun k thut và thit k phân b ñim phân gii; d kin ña ñim, chc năng, nhim v, quy mô các ga ng vi các năm khai thác tính toán; thit k các ga; tính khi lưng công trình ga và gii pháp xây dng mt cách khái quát cho mi phương án. Công trình cu: xác ñnh ti trng thit k, kh gii hn, tĩnh không thông thuyn, tn sut lũ tính toán (tĩnh không cu vưt, cao ñ ñưng phi vưt); d kin v trí, loi hình kt cu phn trên, phn dưi; tính toán khu ñ, d kin b trí các khu ñ; khi lưng công trình ch yu và d kin gii pháp xây dng mt cách khái quát cho mi phương án. Công trình hm: vi mi phương án xác ñnh kh gii hn thit k cho hm thng, hm cong; căn c vào loi hình c th ñ d kin v trí ca vào, ca ra, ñ phân ñon các loi áo hm khác nhau; phương án thông gió (t nhiên hay nhân to), phương án thoát nưc, phương án chiu sáng; tính khi lưng công trình hm và tng phương án tuyn; d kin gii pháp thi công mt cách khái quát. Công trình cng: vi mi phương án tuyn cn thng kê theo loi hình và chiu dài tương ng. Công trình nhà xưng: căn c vào chc năng nhim v, ñnh biên CB CNV cho yêu cu sn xut ñ xác ñnh ña ñim, din tích s dng ñt, din tích các khu nhà, cp nhà; thng kê nhà xưng toàn tuyn ca phương án tuyn la chn (v trí, chc năng nhà, cp nhà, din tích xây dng, din tích sàn, các công trình ph tng khu vc); thit k sơ b các nhà ga ti các ga khu ñon (các ga nhưng tránh dùng thit k ñnh hình). Công trình ñu máy: các tiêu chun k thut, kinh t ñ thit k công trình ñu máy; tính toán thit k công trình ñu máy, s km chy/năm ca ñu máy trên tuyn, s ñu máy s dng, s ñu máy chi phi, s ñu máy cha các cp (kỳ, cp I, cp II, gia kỳ), s v trí sa cha các cp. Xác ñnh ña ñim, chc năng nhim v, công sut ca các ñon (xí nghip) và ca các trm ñu máy; d kin các công trình, 14
16. thit k ch yu cho các ñon, trm ñu máy; xác ñnh quan h hp tác vi các ñon, trm thuc các tuyn liên quan và thit k các xí nghip, trm ñu máy. Công trình toa xe: các tiêu chun k thut, kinh t ñ thit k công trình toa xe; tính toán s toa xe vn dng, s toa xe cn thit, s toa xe sa cha các cp. Xác ñnh ña ñim, chc năng nhim v, công sut ca các ñon (xí nghip) và ca các trm toa xe; xác ñnh quan h hp tác vi các ñon, trm thuc các tuyn liên quan; d kin các công trình, thit b ch yu cho các ñon, trm toa xe; thit k các xí nghip, trm toa xe. Công trình tín hiu, liên khoá, ñóng ñưng: nguyên tc thit k; loi hình thit b ñi vi các ga, các khu gian, các ñưng ngang; khi lưng công trình xây lp và thng kê các thit b ch yu; yêu cu nhà xưng cho tín hiu, liên khoá và ñóng ñưng. Công trình thông tin: nguyên tc thit k, phm vi thit k các công trình thông tin, các phương án thit k mng thông tin [các h thông tin, các trm thông tin (tng ñài, các thit b ñu cui, các thit b ghép kênh), ñưng dây truyn dn]; yêu cu nhà xưng cho thông tin; khi lưng công trình xây lp và thit b. Công trình cp ñin, cp nưc: xác ñnh ngun ñin, ngun nưc; phm vi thit k và mc ñ thit k; d kin khi lưng công trình thit b ch yu. e. Phân tích la chn các phương án: Tính toán chi phí xây dng ca các phương án, tính thu chi trong thi gian khai thác ca các phương án, so sánh la chon các phương án v mt kinh t, k thut, xã hi, môi trưng. f. Phân tích la chn phương án k thut công ngh GTVT ñưng st. g. Phân tích la chn các phương án t chc thi công. h. Phương án gii phóng mt bng, tái ñnh cư. i. ðánh giá tác ñng môi trưng ñi vi các phương án. Hin trng môi trưng khu vc d án; tác ñng ca tuyn ñưng ti môi trưng (ñưc xem xét trong giai ñon nghiên cu chn tuyn, trong b trí các công trình, trong giai ñon xây dng, khi ñưa ñưng vào khai thác); các bin pháp và chi phí ñ gim thiu các tác ñng bt li ñi vi môi trưng các giai ñon; bng kê các thông s môi trưng (các hot ñng nh hưng ti môi trưng, ngun và giá tr, mi hi môi trưng), khuyn ngh các bin pháp bo v, ñánh giá tác ñng môi trưng. j. Phương án qun lý khai thác, s dng lao ñng. 15
17. D kin phân chia khu vc qun lý khái thác chy tàu và duy tu bo dưng cu, ñương, thông tin tín hiu, ñon, trm ñu máy toa xe; d kin ñnh biên CB CNV ti các cơ s ñưng st trong d án; xác ñnh yêu cu ñào to CB CNV (khi ñã s dng loi thit b mi, công ngh khai thác mi) và d kin chi phí thc hin. k. Tng mc ñu tư, ngun vn. Xác ñnh tng mc ñu tư ca các phương án, ngun vn chia ra vn ñu tư vào kt cu h tng và trang thit b khai thác thuc các ch ñu tư khác nhau. Phương án huy ñng vn; phân kỳ ñu tư. l. Phân tích hiu qu ñu tư. Phân tích ñánh giá d án v mt kinh t, tài chính, phân tích ñánh giá d án v mt xã hi và môi trưng. m. Các mc thi gian chính thc hin d án. n. Kin ngh hình thc qun lý thc hin d án. o. Xác ñnh ch ñu tư. p. Mi quan h và trách nhim ca các cơ quan liên quan ñn d án. q. Các kt kun: V tính kh thi kinh t, k thut ca d án; yêu cu và thi gian ñu tư vào công trình thuc d án và cho các tuyn liên quan; các lưu ý cho bưc thit k k thut. 1.3. NĂNG LC TÍNH TOÁN CA ðƯNG THIT K 1.3.1. Các s ño. Nhng s ño v kh năng ca mt con ñưng xác ñnh rõ kh năng ca ñưng ñó theo nhng thông s k thut ca toàn b nhng công trình trên ñưng, phương pháp t chc vn ti và chy tàu. Kh năng thông qua ca mt tuyn ñưng ñơn ño bng s ñôi tàu tính toán cho c hai chiu, còn ñi vi tuyn ñôi thì ño bng s ñoàn tàu cho tng chiu chy qua mt khu gian khó nht (trong 1 ngày ñêm). Kh năng thông qua ca tàu N không ch ph thuc vào kh năng thông qua ca các khu gian mà còn c ca ga, các cu trúc ca nghip v ñu máy, thit b cung cp năng lưng. Khi thit k phi làm sao cho kh năng thông xe ca các công trình ga phi bo ñm kh năng thông xe ca các khu gian. Kh năng chuyên ch G là s tn hàng mà con ñưng có th chuyên ch trong ñơn v thi gian (thưng ly 1 năm) cho mi chiu, thông thưng khi thit k ñưng st kh năng chuyên ch tính cho chiu nhiu hàng. 16
18. ði vi vic ch hàng thì tương quan gia kh năng thông qua và kh năng chuyên ch tính theo công thc: G = 365Q H. n h (tn/năm) Trong ñó: nh: s ñôi tàu hàng trong 1 ngày ñêm QH: khi lưng hàng ca tàu Kh năng chy tàu ph thuc vào loi sc kéo và loi ñu máy, hình dng trc dc và vic phân b ñim phân gii, vào phương pháp t chc chy tàu, vào thi gian tàu ñ ga kh năng chuyên ch ph thuc vào kh năng thông qua ca tàu hàng và trng lưng ca tng ñoàn tàu kh năng chuyên ch không ñưc tính nh hơn ñi lưng chuyên ch cn thit (yêu cu) ca con ñưng (N có th N cn thit ). Nhưng ñi lưng chuyên ch cn thit không c ñnh mà thông thưng luôn luôn tăng. Vì vy mà kh năng chuyên ch có th cũng cn phi tăng lên. Khi thit k ñưng st ngưi ta n ñnh kh năng lúc ñu ca con ñưng và ñ ra bin pháp tăng cưng kh năng ñó khi lưng hàng ch tăng lên. Kh năng d tr ca tuyn ñưng ñưc ño các kt cu trên ñưng mà có th chia ra thành hai loi: vĩnh cu và bán vĩnh cu (c ñnh và thay ñi). Loi kt cu vĩnh cu gm có toàn b nhng yu t có tính cht lâu dài và không cn phi sa ñi khi tăng cưng năng lc cho con ñưng như bình ñ, trc dc, nn ñưng, s phân b ñim phân gii và chiu dài sân ga, các công trình nhân to trên ñưng và sơ ñ cp ñin nu là ñưng ñin khí hoá. V căn bn nhng kt cu vĩnh cu xác ñnh kh năng thông qua ñi vi tng loi ñu máy và tng phương pháp t chc chy tàu. Nhng kt cu bán vĩnh cu là kin trúc tng trên, thông tin tín hiu, các ñưng phát trin trong ga, ch ñng trong ñ pô, phương tin ñiu khin chy tàu v.v Có th tăng cưng kh năng ca ñưng bng cách gia c nhng kt cu bán vĩnh cu. Còn kt cu vĩnh cu phi thit k sao cho có kh năng d tr lâu dài. Vic chn loi và kh năng ca các kt cu vĩnh cu và bán vĩnh cu là mt trong nhng nhim v ñu tiên ca vic thit k ñưng. 1.3.2. Năng lc d tính ca ñưng st. Năng lc d tính ca ñưng st là kh năng lúc ñu mà con ñưng phi có khi nó bt ñu vào khai thác. 17
19. Khi thit k ñưng mi và gia c ñưng cũ do kt qu kho sát kinh t ta có th n ñnh ñưc kh năng cn thit cho con ñưng c th là phi xác ñnh ñưc lưng hàng hoá và hành khách tính toán cho lúc giao ñưng vào khai thác và n ñnh ñưc nhp ñiu tăng tin ca lưng hàng chuyên ch trong tương lai. 1.3.3. Nhng thông s k thut cơ bn khi thit k tuyn ñưng st. Thông s k thut thit k tuyn ñưng là nhng tiêu chun có tính cht nguyên tc. Nhng tiêu chun này xác ñnh kích thưc, loi sơ ñ (như sơ ñ ñim phân gii) kh năng d tr bình, trc din, tiêu chun phân b ñim phân gii, phân b mt s loi công trình quan trng nht. Trong nhng thông s k thut có th k ra nhng thông s cơ bn. ðó là kh ñưng, cp ñưng, s ñưng chính, loi sc kéo, ñi lưng ñ dc gii hn, chiu dài s dng ca ñưng ñón gi tàu trong ga. Có khi li phân ra nhng thông s quan trng nht trong các thông s cơ bn, cn lp lun v mt thông s tiêu quan trng nht như s ñưng chính, loi sc kéo v.v nu không xác ñnh trưc s gp khó khăn khi chn các thông s k thut khác. Khi thit k nu thay ñi các thông s cơ bn thì s cn có nhng gii pháp khác nhau, trong quá trình khai thác mà thay ñi chúng tc là ta phi sa li ñưng. Khi xét ñn tương quan gia chúng vi nhau, có nhng thông s ta phi thay ñi dn dn mi li. Ví d lúc ñu t kin trúc tng trên ñt cho kh hp, tương lai ñt ñưng kh tiêu chun dn cho tng ñon, hay lúc ñu dùng sc kéo hơi nưc sau chuyn sang sc kéo ñin. 1.3.4. Kh năng d tính ca tng công trình và kt cu ca nó. Vic phân b, chn loi và thit k nhng công trình vĩnh cu và kt cu thay ñi nhm mc ñích ñm bo cho chúng làm vic vĩnh cu (như nn ñưng, công trình nhân to, ga), hay là trong mt s năm lâu dài (kh ñưng, s ñưng chính, loi ñu máy v.v ). Kh năng d tính tng công trình và kt cu bán vĩnh cu riêng bit không ñưc hn ch kh năng d tính ca toàn tuyn nói chung. Nu kh năng ca chúng ch ñáp ng cho vic chuyên ch trong thi kỳ ñu khai thác thì phi ñt thành vn ñ thay ñi hay gia c chúng tng giai ñon sau này. 1.4. NHNG YÊU CU CHUN TC KHI THIT K ðƯNG ST 1.4.1. Nhim v thit k tuyn ñưng st. 18
20. Vic thit k phi tin hành theo nhim v ñưc giao. Do công trình ñưng st có ý nghĩa quc gia to ln nên nhim v thit k phi do các cơ quan ñưc u nhim ca hi ñng B trưng xét duyt. Nhim v giao cho thit k gm có: Cơ s thit k và nhng hưng gii quyt chính: Ý nghĩa ca ñưng, ñim ñu và ñim cui, nhng ñim gia mà ñưng phi qua, thi hn xây dng và trình t ñưa vào khai thác, s giai ñon thit k. Nói chung nhim v ca ngưi thit k là phi phân tích t m nhng thc mc có th phát sinh, cn th hin sáng kin ca mình ri ñ ñt lên ñ xét. Khi nhim v giao cho ri ta có th có nhiu phương án ñ gii quyt, cho nên phi bit nguyên tc cân nhc ñ tìm ra nhng gii pháp tt nht. 1.4.2. Nhng tài liu cơ bn v chun tc. V ý nghĩa con ñưng st này có th khác con ñưng st kia rt xa, có th là con ñưng nhánh hoc có th là con ñưng có ý nghĩa quc gia làm vic rt bn rn v.v cho nên khi thit k ñưng st mi cn phi bit chn nhng thông s k thut và tính ñưc mt s kh năng d tr. Tt c nhng yêu cu v phân loi ñưng st và yêu cu v toàn b các kt cu ñưc nêu trong tài liu chun tc ch yu chúng xác ñnh tương quan gia tt c các tuyn ñưng st, các tài liu ñó là: Bn phân loi ñưng, chun tc và quy phm thit k ñưng st, quy phm khai thác k thut ñưng st (quy phm qun lý ñưng st). Bn phân loi ñưng st xác ñnh nhng thông s k thut và ñc ñim tuỳ theo ý nghĩa ca tuyn ñưng c th phi n ñnh. a. Nguyên tc phân chia ñưng st dân dng ra tng cp. b. ði lưng thông s k thut ca nhng kt cu vĩnh cu ca ñưng st tng cp. c. Nhng ñc tính nên có ca các kt cu bn vĩnh cu và các phương tin trang b k thut cho ñưng st tng cp ñ có th thng nht hoá nhng ñiu kin khai thác cho hàng lot tuyn ñưng li vi nhau. 1.4.3. Chun tc v quy phm thit k ñưng st. Do ñưng st là công trình có ý nghĩa quc gia, do vic thit k rt phc tp và phi hoàn toàn ñm bo cho ñưng st làm vic an toàn, liên tc và êm thun nên khi thit k chúng ta cn phi có nhng tài liu chun ñ xác ñnh nhng yêu cu cơ bn v chun tc. Trong chun tc và quy trình có nêu: 19
21. a. Nhng ch tiêu có tính cht nguyên tc v vic chn nhng thông s cơ bn v năng lc d tính ca tng kt cu và công trình, v vic lp lun theo k thut kinh t gii pháp này hay gii pháp khác. b. Quy ñnh loi b rng mt nn ñưng, bán kính ñưng cong, loi trc ngang ca nn ñưng v.v c. Gii hn nhng chun tc cho phép theo tr s nh nht (chiu rng nn ñưng, khong cách gia hai tim ñưng, chiu dày lp ñá v.v ) và tr s ln nht ca ñi lưng các ñ dc gii hn. d. Nhng ch dn v cách chn tr s gii hn cho phép hay tr s nên chn (ñi lưng bn kính ñưng cong, ñ dc trc dc v.v ) e. Nhng chun tc d tính ñ thit k tng công trình và kt cu trên ñưng trong ñó có bình din, trc din nn ñưng và kin trúc tng trên. Do k thut yêu cu vn ti ngày càng ci tin nên yêu cu ca ñưng phi thay ñi do ñó chun tc và quy trình cũng cn thay ñi theo. Vit Nam chúng ta ñã xây dng chun tc và quy trình chính thc. Hin nay ñã có quy phm k thut khai thác ñưng st 22 TCN 240 99 ban hành ngày 2/7/1999; Quy phm tính toán sc kéo ñu máy và tiêu chun thit k ñưng st kh 1435mm TCVN 4117 85 ñưc ban hành bi Quyt ñnh s 890/UBXD ngày 12/11/1985 ca ch nhim u ban XDCB Nhà nưc. Quy phm k thut thit k ñưng st kh 1000 mm ñưc ban hành theo quyt ñnh s 433 Qð KT4 ngày 9/2/1976 ca B trưng B Giao thông vn ti, các ñiu quy ñnh ñây ñu xut phát t kh ñưng 1000 mm, ñoàn tàu do ñu máy hơi nưc T lc kéo vi công sut 1236 mã lc; các vn ñ khác như thit k cu cng, hm ñưng st, vt liu xây dng, kho sát, khoan thăm dò theo tiêu chun ngành 22 TCN hoc tiêu chun Vit Nam TCVN liên quan ban hành. ðó là nhng tài liu chun mc cho chúng ta thit k và qun lý khai thác ñưng st. 20
22. CHƯƠNG 2 TÍNH SC KÉO ðU MÁY 2.1. KHÁI NIM CHUNG 2.1.1. Mc ñích tính sc kéo ñu máy khi thit k ñưng st. Khi thit k ñưng mi cũng như ci to ñưng cũ, vic tính sc kéo cho phép chn ñưc v trí hp lý nht ca tuyn và hình dáng ca trc dc, ñng thi xác ñnh ñưc loi ñu máy và khi lưng ñoàn tàu, ñc tính và ch ñ chuyn ñng ca tàu (m máy, ñóng máy, ñóng và hãm), vn tc chy tàu và thi gian chy tàu, tiêu hao nhiên liu (du ma dút nu là ñu máy ñiêzen, tiêu hao than nưc nu là ñu máy hơi nưc, tiêu hao năng lưng ñin nu là ñu máy ñin). ð minh ha, trên hình 2.1 ñưa ra ñ th quan h vn tc chy tàu v(S) và thi gian chy tàu t(S) vào quãng ñưng ñi ñưc. Hình 2 1. ð th quan h vn tc chy tàu v(S) và thi gian chy tàu t(S) vào quãng ñưng ñi ñưc S. Da vào ñưng cong vn tc v(S) v ñưc trên khu gian, chúng ta d dàng xác ñnh ñưc thi gian chy tàu, lc kéo ca ñu máy và chi phí công cơ hc các thi ñim. Theo nhng s liu này xác ñnh ñưc chi phí khai thác ca ñưng trong tương lai, do ñó cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuyn thit k. 2.1.2. Mô hình tính ca ñoàn tàu và các lc tác dng lên nó. 1. Các gi thit Khi tàu chuyn ñng trên ñưng ta xem ñoàn tàu như cht ñim chuyn ñng dưi tác dng ca các lc ñt ti trng tâm. Da vào ñưng cong vn tc v(S) v ñưc trên khu gian, chúng ta d dàng xác ñnh ñưc thi gian chy tàu, lc kéo ca ñu máy và chi phí
23. công cơ hc các thi ñim. Theo nhng s liu này xác ñnh ñưc chi phí khai thác ca ñưng trong tương lai, do ñó cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuyn thit k. 2.1.2. Mô hình tính ca ñoàn tàu và các lc tác dng lên nó. 1. Các gi thit Khi tàu chuyn ñng trên ñưng ta xem ñoàn tàu như cht ñim chuyn ñng dưi tác dng ca các lc ñt ti trng tâm. Khi tàu chuyn ñng tin dn ( mi thi ñim vn tc bng nhau v ñi lưng và chiu) ta không xét ñn ni lc vì ni lc không gây ra chuyn ñng mà ch xét ñn ngoi lc gây ra chuyn ñng ca ñoàn tàu. 2. Các ngoi lc a. Lc kéo F (N, kN) do ñu máy sinh ra và do ngưi lái máy tăng, gim hoc ñóng máy. b. Lc cn chuyn ñng W (N, kN) ph thuc vào loi ñoàn tàu, tc ñ chuyn ñng, ñ dc và v trí ñưng cong mà tàu chy trên ñó. Lc cn chuyn ñng xut hin vì nhng nguyên nhân khách quan vì vy ngưi lái máy không ñiu chnh ñưc. c. Lc hãm ñoàn tàu B (N, kN) là lc to ra do con ngưi thông qua b phn hãm ñ cn chuyn ñng ca ñoàn tàu nhm gim hoc gi nguyên vn tc khi xung dc, khi vào ga hoc cho tàu dng li nu cn thit. Ph thuc vào cách ñiu khin chy tàu ca ngưi lái máy mà có th phân ra các ch ñ chy tàu sau: Ch ñ kéo: ñng cơ ca ñu máy m máy. Ch ñ chy ñà: ñng cơ ca ñu máy ñóng máy nhưng không s dng hãm và ñoàn tàu chuyn ñng dưi tác dng ca thành phn trng lc hoc lc quán tính. Ch ñ hãm: ñng cơ ca ñu máy ñóng máy, h thng hãm làm vic. d. Quy tc du. Có th dùng quy tc du như sau: ChiÒu chuyÓn ®éng W > 0 F > 0 B > 0 W < 0 Hình 2 2. Quy tc du ca F, W, B
24. Lc kéo bao gi cũng tác dng theo chiu chuyn ñng ly du dương F > 0. Lc hãm bao gi cũng tác dng ngưc chiu chuyn ñng ly du dương B > 0. Lc cn có du dương W > 0 khi ngưc chiu chuyn ñng, có du âm W < 0 khi cùng chiu chuyn ñng. Cũng tn ti quy tc du khác, ñó là nhng lc cùng chiu chuyn ñng mang du dương và ngưc chiu chuyn ñng mang du âm. Theo quy tc này lc kéo mang du dương, lc hãm mang du âm, lc cn cũng mang du âm tr trưng hp lc cn do dc khi tàu chuyn ñng xung dc mang du dương tc là kích thích chuyn ñng và khi lên dc mang du âm. e. Lc toàn phn và lc ñơn v. Trong tính toán sc kéo ñu máy ngưi ta ñưa ra khái nim lc toàn phn và lc ñơn v. Nhng lc tính toán cho c ñoàn tàu, cho ñu máy, cho mt toa xe hoc mt nhóm toa xe ñưc gi là lc toàn phn. Các lc này ñưc ký hiu ch in hoa F, W, B và ñơn v ño là Niu tơn (N). Nhng lc tính cho mt ñơn v trng lc ca ñoàn tàu, ca ñu máy, ca toa xe ñưc gi là lc ñơn v. Trng lc ca ñoàn tàu, ca ñu máy, ca toa xe tt nht dùng ñơn v kN vi ñiu kin là khi lưng ca chúng dùng ñơn v tn. Các lc ñơn v này ñưc ký hiu ch thưng f, w, b . F f = (N/kN) ( P + Q g) (2 1) W w = (N/kN) (2 ( P + Q g) 2) B b = (N/kN) ( P + Q g) (2 3) ñây: P khi lưng ñu máy (tn) Q khi lưng ñoàn toa xe (tn) g gia tc trng trưng, g = 9,81 m/s 2 Ví d: lc kéo toàn phn có tr s 385500 N tác dng vào ñoàn tàu có trng lc (P+Q).g = 65000 kN thì lc kéo ñơn v là f = 385500/65000 = 5,93 N/kN
25. Tuỳ theo tương quan gia tr s lc kéo, lc cn ñơn v mà tàu có nhng chuyn ñng khác nhau: nhanh dn, chm dn và ñu. 2.2. LC CN CHUYN ðNG 2.2.1. Thành phn ca lc cn. Khi chuyn ñng ñoàn tàu chu lc cn do nhiu yu t khác nhau. ð d dàng tính ñn các yu t này ngưi ta chia lc cn chuyn ñng thành hai phn: a. Lc cn cơ bn W0, w 0: là lc cn tt nhiên khi tàu chy trên ñưng thng, bng và rng thoáng vi vn tc nht ñnh. b. Lc cn ph: xut hin ch khi ñoàn tàu qua dc Wi, w i, qua ñưng cong Wr, w r hoc khi khi ñng Wkñ , w kñ . Ngoài ra cn tính ñn mt s lc cn ph khác như khi có gió to, khi tàu chy trong hm Tng s ñi s ca lc cn cơ bn và lc cn ph gi là lc cn chung ca ñoàn tàu: W = W 0 + W i + W r (N) (2 4) w = w 0 + w i + w r (N/kN) (2 5) Như vy lc cn cơ bn luôn luôn xy ra khi tàu chuyn ñng còn lc cn ph có th có tuỳ theo ñiu kin chuyn ñng và ñc tính ca trc dc và bình ñ trên ñon ñưng ñã cho. C th là: Trên ñưng bng: W = W 0 (N) (2 6) w = w 0 (N/kN) (2 7) Trên ñưng dc: W = W 0 + W i (N) (2 8) w = w 0 + w i (N/kN) (2 9) Trên ñưng cong: W = W 0 + W r (N) (2 10) w = w 0 + w r (N/kN) (2 11) Lc cn chung ñơn v ca ñu máy w' = w 0' + w i' + w r' (N/kN) (2 12) Lc cn chung ñơn v ca toa xe w'' = w 0'' + w i'' + w r'' (N/kN) (2 13)
26. Lc cn chung toàn phn ca ñoàn tàu W = w'.P.g + w''.Q.g (N) (2 14) Hay W = (w 0' + w i' + w r').P.g + (w 0'' + w i'' + w r'').Q.g (N) 2.2.2. Lc cn cơ bn 1. ðnh nghĩa . Lc cn cơ bn là lc cn khi tàu chy trn ñưng thng, bng và rng thong dưi cc ñiu kin sau: vn tc tàu chy vtàu ≥10 km/h; vn tc giú vgiú 25 0C (vi các nưc Liên Xô cũ và mt s nưc khác); vn tc 0 0 chy tàu vtàu ≥ 10 km/h; t > 10 C; vgió < 5 m/s (vi Trung Quc). 2. Các yu t to nên lc cn cơ bn. Lc cn cơ bn phát sinh khi có ma sát gia các b phn ca tàu, gia tàu và ñưng, gia tàu và môi trưng không khí. Khi tàu chy trên ñon thng và bng lc cn cơ bn phát sinh do các nguyên nhân chính sau: a. Lc cn do ma sát gia c trc và bi: là thành phn ln ca lc cn cơ bn, lc cn này t l thun vi h s ma sát trong bi, vi ti trng trc, vi ñưng kính trc và t l nghch vi ñưng kính bánh xe. H s ma sát ph thuc vào cht lưng và s lưng m bôi trơn, vào vn tc quay ca trc, vào vt liu mt tip xúc. Khi tăng áp lc ñơn v, h s ma sát gim. Hin nay hu ht các ñu máy toa xe ñã ñưc lp ñt lăn, ñiu này mang li hiu qu cao so vi lp trưt, nht là khi khi ñng vì làm gim ñáng k h s ma sát. b. Lc cn do ma sát lăn gia bánh xe và ray: lc cn này xut hin do vành bánh ép trên ray và do ray b võng xung nên tàu chuyn ñng lưn sóng làm tn tht năng lưng. Tr s ca lc cn này ph thuc vào môñun ñàn hi ca kim loi làm vành bánh và ray, vào ti trng trc và ñ cng ca ñưng. ð cng ca ñưng ph thuc vào loi ray và tà vt cũng như s lưng ca chúng trên 1 km chiu dài. c. Lc cn do ma sát trưt gia ñai bánh và ray: khi bánh xe lăn trên ray thì phát sinh hin tưng trưt. Hai bánh va quay va trưt là do vành bánh xe có cu to hình côn, do ñôi bánh lp không ñúng, do ñưng kính ñôi bánh xe không như nhau, do s chn ñng ca máy, do s tip xúc ca ñai bánh vi ray không phi là mt ñim mà là mt di và trên di ñó các bán kính khác nhau. d. Tn tht ñng năng: do chn ñng và va chm gia bánh xe và ray mi ni ray, ch yu là do khe h, trng thái mt ray và mt lăn bánh xe không ñu. Bi vì mi s va ñp ñu làm cho mt phn ñng năng bin thành "công cơ gii" xung kích nên tc ñ gim dn.
27. e. Lc cn không khí: mi vt th chuyn ñng ñu làm không khí xung quanh chuyn ñng. Tc ñ ca các b phn không khí khác nhau tuỳ theo v trí ca vt chuyn ñng. Không khí chính din b nén, phía sau sinh ra chân không, áp lc phía trưc ln hơn phía sau và s chênh lch áp lc ñó to ra lc cn. Lc cn không khí V 2 t l thun vi áp lc ñng ca không khí ρ = (trong ñó ρ mt ñ không khí, 2 còn V vn tc chuyn ñng) vi tit din ngang ca ñoàn tàu và vi h s ñc trưng cho hình dáng ca ñoàn tàu. H s này ñưc xác ñnh bng th nghim cho các loi ñoàn tàu khác nhau. Bi vì lc cn ca không khí t l thun vi bình phương vn tc, do ñó vi nhng ñoàn tàu tc ñ cao, ngưi ta s dng nhng bin pháp ñc bit ñ gim lc cn này bng cách to cho ñoàn tàu có hình dáng khí ñng hc. 2.2.3. Công thc thc nghim tính lc cn ñơn v ca toa xe. Lc cn ñơn v cơ bn ca toa xe ñưc xác ñnh bng thc nghim khi thí nghim các ñoàn tàu có lp toa trang b thit b ño. Lc cn này ch yu ph thuc vào vn tc chy tàu V (km/h), ti trng trc ca toa xe q 0 (tn/trc), loi toa xe và cu to bi. 1. Công thc thc nghim tính lc cn ñơn v cơ bn cho mt toa xe. a. ði vi toa hàng: Công thc tng quát c w0" = a + (b + )V (N/kN) toa hàng hai trc Liên Xô cũ (2 15) q 0 1 2 w0" = a + (b + cv + dV ) (N/kN) toa hàng 4,6,8 trc LX cũ (2 16) q 0 29 + V w0" = (N/kN) toa hàng 2, 4 trc Trung Quc (2 17) 9 + q5,0 c¶bi` trong ñó a, b, c, d h s thc nghim Bng 2 1. H s thc nghim a, b, c, d toa hàng Loi toa A b c d Toa 2 trc 1,4 0,02 0,25 Toa 4 trc trưt 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 4 trc lăn 0,7 3 0,1 0,0025 Toa 6 trc lăn 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 8 trc lăn 0,7 6 0,038 0,0021
28. q ¶c ×b q0 = (tn/trc) n (2 18) qcbì khi lưng hàng và bì; q cbì = βqtt + q bì (tn) qtt khi lưng tính toán ca toa xe (tn) qbì khi lưng bì (toa rng) (tn) β h s cht hàng, ph thuc loi hàng và loi toa xe n s trc ca mt toa xe Lc cn ñơn v cơ bn ca toa xe hàng 4 trc trên ñưng kh 1000 mm nưc ta ñưc tính theo các công thc sau: Vi toa ñc chy bng trưt '' 2 w0 = 1,0 + 0,04V + 0,00032V (N/kN) (2 19) Vi toa rng chy bng trưt '' 2 w0 = 1,2 + 0,02V + 0,0017V (N/kN) (2 20) Vi toa ñc chy bng lăn '' 2 w0 = 0,7 + 0,04V + 0,0032V (N/kN) (2 21) Vi toa rng chy bng lăn '' 2 w0 = 0,9 + 0,02V + 0,0017V (N/kN) (2 22) Lc cn ñơn v cơ bn ca toa xe khách và toa xe hàng 4 trc trên ñưng kh 1435 mm nưc ta ñưc tính theo các công thc sau: Vi toa xe khách hoc hàng chy bng trưt 2 '' V w0 = 2 + (0,007 + m) (N/kN) (2 100 23) Vi toa xe khách hoc hàng chy bng lăn 2 '' 80 V w0 = 2,2 + (0,007 + m) (N/kN) (2 V + 38 100 24) Trong ñó m là h s b mt ñưc quy ñnh như sau: m = 0,033 ñi vi toa xe khách 4 trc m = 0,05 ñi vi toa xe hàng ñc
29. m = 0,033 ñi vi toa xe hàng rng b. ði vi toa khách. Công thc tng quát 2 w0" = a + bV + cV (N/kN) (2 25) trong ñó a, b, c h s thc nghim Bng 2 2. H s thc nghim toa khách Loi toa a b c Toa khách Liên Xô cũ 1,4 0,012 0,0003 Toa khách n ð 2,46 0,026 0,00029 20 2 Vi toa khách Trung Quc w 0" = 1,49 + + 0,00032V (N/kN) (2 26) V Ví d: Tính lc cn toàn phn ca ñoàn toa xe hàng 4 trc Liên Xô cũ có khi lưng 5600 tn ti thi ñim V = 60 km/h bit khi lưng bì ca toa 4 trc là 22 tn, khi lưng tính toán ca toa 4 trc là 62,5 tn và β = 0,9. Gii: qcbì = 22 + 0,9.62,5 = 78,25 tn 78,25 q0 = = 19,56 tn/trc 4 0,3 + .1,0 60 + ,0 0025.602 w0"(4) = 0,7 + = 1,52 (N/kN) 19,56 W0" = w 0".Q.g = 1,52.5600.9,81 = 73502 (N) 2. Công thc tính lc cn bình quân ca ñoàn toa xe. Trong thc t ñoàn tàu ñưc hình thành t nhiu loi toa xe, lúc ñó: W0" = w 0"(2) Q2.g + w 0"(4) Q4.g + w 0"(6) Q6.g (N) (2 27) W0 " Q2 Q4 Q6 w 0" = = w0"(2) + w0"(4) + w0"(6) (N/kN) g.Q Q Q Q n w0" = α2.w 0"(2) + α4.w 0"(4) + α6.w 0"(6) = ‡”w )i(0 ".αi (N/kN) (2 =i 1 28) Trong ñó: w" 0(2) , w" 0(4) , w" 0(6) lc cn ñơn v cơ bn ca tng loi toa (N/kN) Q2, Q 4, Q 6 khi lưng các nhóm toa trong ñoàn tàu (tn)
30. α2, α4, α6 t l tính theo khi lưng ca tng loi toa so vi khi lưng ñoàn tàu Mt khác nu bit t l tính theo s lưng ca tng loi toa γi, s toa trong ñoàn tàu m và khi lưng ca tng toa q i (k c hàng và bì) ta có: mγ2q2 γ2q2 α2 = = (2 29) m(γ2q2 + γ4q4 + γ6q6 ) γ2q2 + γ4q4 + γ6q6 mγ4q4 γ4q4 α4 = = (2 30) m(γ2q2 + γ4q4 + γ6q6 ) γ2q2 + γ4q4 + γ6q6 mγ 6 q 6 γ 6 q 6 α6 = = (2 31) m(γ 2 q 2 + γ 4 q 4 + γ 6 q 6 ) γ 2 q 2 + γ 4 q 4 + γ 6 q 6 γ i q i hay là αi = n (2 32) ‡”γ i q i =i 1 n ð kim tra tính toán cn s dng công thc ‡”α i = 1 =i 1 2.2.4. Lc cn ñơn v cơ bn ca ñu máy. Nguyên nhân gây ra lc cn cơ bn ca ñu máy cũng ging như ca toa xe. ði vi ñu máy khi ñóng và khi m máy có lc cn cơ bn khác nhau. Khi ñóng máy lc cn cơ bn ln hơn khi m máy (khi ñóng máy phi tính thêm lc cn ph do ma sát các b phn chuyn ñng và truyn ñng ca ñu máy sinh ra), tàu chy ñóng máy dưi tác dng ca trng lc hoc lc quán tính. w' oñ = w' o + w' oñ (N/kN) (2 33) Khi tàu chy m máy và ñóng máy lc cn ñơn v cơ bn có dng tng quát như sau: 2 w' o = a 1 + b 1V + c 1V (N/kN) (2 34) 2 w' oñ = a 2 + b 2V + c 2V (N/kN) (2 35) trong ñó a 1, b 1, c 1, a 2, b 2, c 2 các h s thc nghim 1. Khi tàu chy m máy. 2 ðu máy tàu khách w' 0 = 1,9 + 0,01V + 0,0005V (N/kN) (2 36) 2 ðu máy tàu hàng w' 0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V (N/kN) (2 37) 2 ðu máy loi mi w'0 = 1,2 + 0,025V + 0,00016V (N/kN) (2 38) 2. Khi tàu chy ñóng máy. ði vi ñu máy hơi nưc loi mi:
31. 2 w' 0ñ = 3,0 + 0,002V + 0,0009V (N/kN) (2 39) ði vi ñu máy ñiêzen loi mi: 2 w' 0ñ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V (N/kN) (2 40) S khác nhau ca lc cn cơ bn khi ñóng máy và khi m máy xét v giá tr tuyt ñi tăng lên khi tăng vn tc chy tàu. 2.2.5. Lc cn ñơn v cơ bn bình quân ca ñoàn tàu. ð tính toán sc kéo cn xác ñnh lc cn cơ bn bình quân ca ñoàn tàu nói chung. Khi tàu m máy W0 = W' 0 + W" 0 = w' 0 P.g + w" 0 Q.g (N) (2 41) Khi tàu ñóng máy Wñ = W' 0ñ + W" o = w' 0ñ P.g + w" 0 Q.g (N) (2 42) Khi tàu m máy W0 0 P.'w + w"0 Q. w0 = = = w' 0δ1 + w" 0δ2 (N/kN) (2 43) P( + Q g) P + Q Khi tàu ñóng máy W0® 'w 0® P. + w"0 Q. w0ñ = = = w' 0ñ δ1 + w" 0δ2 (N/kN) (2 44) P( + Q g) P + Q Trong ñó δ1, δ2 t l v khi lưng ca ñu máy và toa xe so vi khi lưng ñoàn tàu Trong ñi ña s trưng hp δ1 << δ2 vì vy khi tính toán gn ñúng ly w 0 ≈ w" 0. Ví d: Tính lc cn ñơn v cơ bn bình quân ca tàu hàng trưng hp m máy và ñóng máy khi V = 60 km/h. ðoàn tàu bao gm 30% s toa 2 trc và khi lưng mi toa (c hàng và bì) là 30 tn, 40% s toa 4 trc và khi lưng mi toa (c hàng và bì) là 80 tn, 30% s toa 6 trc và khi lưng mi toa (c hàng và bì) là 126 tn. Khi lưng ñoàn toa xe 3000 tn ñưc kéo bi 2 ñu máy T ∃10 có tng khi lưng là 258 tn, toa xe Liên Xô cũ. Gii: Lc cn ñơn v cơ bn ca ñu máy khi m máy 2 2 w' 0= 2,2+0,01V+ 0,0003V = 2,2 + 0,01.60 + 0,0003.60 = 3,88(N/kN) Lc cn ñơn v cơ bn ca ñu máy khi ñóng máy 2 2 w' 0ñ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V = 2,4 + 0,011.60 + 0,00035.60
32. =4,32 (N/kN) Lc cn ñơn v cơ bn ca toa 2 trc ,0 25 ,0 25 w" 0(2) = 1,4+(0,02+ )V = 1,4+(0,02+ ).60 = 3,6 (N/kN) q0 30 / 2 Lc cn ñơn v cơ bn ca toa 4 trc 0,3 + 1,0 V + ,0 0025V 2 0,3 + .1,0 60 + ,0 0025.602 w" 0(4) = 0,7 + = 0,7 + q 0 80 / 4 =1,6(N/kN) Lc cn ñơn v cơ bn ca toa 6 trc 8 + 1,0 V + ,0 0025V 2 8 + .1,0 60 + ,0 0025.602 w" 0(6) = 0,7 + = 0,7 + q 0 126 / 6 =1,65 (N/kN) Ta có t l theo khi lưng ca các loi toa xe γ 2 q 2 .3,0 30 α2 = = = 0,11 γ 2 q 2 + γ 4 q 4 + γ 6 q 6 .3,0 30 + .4,0 80 + .3,0 126 γ 4 q 4 .4,0 80 α4 = = = 0,41 γ 2 q 2 + γ 4 q 4 + γ 6 q 6 .3,0 30 + .4,0 80 + .3,0 126 γ 6 q 6 .3,0 126 α6 = = = 0,48 γ 2 q 2 + γ 4 q 4 + γ 6 q 6 .3,0 30 + .4,0 80 + .3,0 126 Kim tra Σαi = 0,11 + 0,41 + 0,48 = 1 Lc cn ñơn v cơ bn bình quân ca ñoàn toa xe w" 0= α2w" 0(2) + α4w" 0(4) + α6w" 0(6) = 0,11.3,6+0,41.1,6+0,48.1,65=1,85 (N/kN) Lc cn ñơn v cơ bn bình quân ca tàu hàng khi m máy 'w 0 P + w"0 Q ,3 88.258 + ,1 85.3000 w0 = = = 2,01 (N/kN) P + Q 258 + 3000 Lc cn ñơn v cơ bn bình quân ca tàu hàng khi ñóng máy 'w 0® P + w"0 Q ,4 32.258 + ,1 85.3000 w0ñ = = = 2,05 (N/kN) P + Q 258 + 3000 2.2.6. Lc cn ph. 1. Lc cn do ñ dc W 1, w i.
33. h (m) Wi (P+Q)g α α L (km) Hình 2 3. Lc cn do ñ dc W i Khi tàu chy trên dc thì phát sinh mt lc song song vi ñưng, chiu ca lc này hoc trùng vi chiu chuyn ñng (xung dc) hoc ngưc chiu chuyn ñng (lên dc). Wi = 1000(P+Q)g.sin α (N) (2 45) Vì α nh (thm chí vi dc 15‰ thì α = 0 051') nên có th coi sin α = tg α h i mà tg α = = do h tính bng (m) và L tính bng (km) L 1000 i Khi ñó W i = 1000(P+Q)g = (P+Q)gi 1000 Wi P( + Q)gi wi = = = i (2 46) P( + Q g) P( + Q g) Như vy lc cn ñơn v do dc v tr s bng ñ dc và w i mang du dương khi tàu lên dc, mang du âm khi tàu xung dc. Lc cn do ñ dc không ph thuc vào loi ñu máy toa xe và vn tc chy tàu. Vì vy công thc trên ph bin không ch vi các kh ñưng st mà còn vi các loi vn ti khác. Ví d: Nu ñoàn tàu có khi lưng 6000 tn chy trên dc 5‰ thì w i = 5 (N/kN) và Wi = (P+Q)g.w i = 6000.9,81.5 = 294300 N 2. Lc cn do ñưng cong W r, w r. Khi tàu vào ñưng cong chu mt lc cn do nhng nguyên nhân chính sau ñây: 1) Do vành bánh phía ngoài sit cht vào má trong ray lưng dưi tác dng ca lc ly tâm. 2) Do trưt ngang ca ñu máy toa xe khi vào ñưng cong. 3) Do bánh xe trên cùng mt trc không chy trên cùng mt chiu dài, bánh xe phía ngoài phi vưt nhanh lên vì ñưng phía ngoài dài hơn nên bánh xe va quay va trưt. Lc cn do ñưng cong ch yu ph thuc vào bán kính ñưng cong, vào kh ñưng, vào ñưng kính bánh xe, vào c ly cng nhc ca toa xe, vào vn tc chy tàu, vào siêu cao ray lưng.
34. ð xác ñnh lc cn do ñưng cong thưng s dng các công thc kinh nghim sau: A wr = R Tc là lc cn do ñưng cong ñưc xem như hàm s ca mt bin s bán kính ñưng cong. ñây h s A cn th hin nh hưng ca tt c các yu t trên (ngoi tr vn tc chy tàu) a. Khi chiu dài ñưng cong ln hơn chiu dài ñoàn tàu (l c > l t) 700 wr = (N/kN) ñi vi ñưng 1435 mm (2 47) R 425 wr = (N/KN) ñi vi ñưng 1000 mm (2 R 48) Trong ñó R bán kính ñưng cong (m) L t R , α , K Hình 2 4. l c > l t b. Khi chiu dài ñưng cong nh hơn chiu dài ñoàn tàu (l c < l t). Mt phn tàu nm trong ñưng cong chu lc cn do ñưng cong: o 700 l c 12 2, α wr = . = (N/N) ñưng 1435 mm (2 49) R l t l t πRα o Rα o vì l c = = 180o 57 3, o 425 l c 5,7 α wr = . = (N/kN) ñưng 1000 mm (2 50) R l t l t L t R , α , K Hình 2 5. l c < l t c. Khi tàu nm trên nhiu ñưng cong. Trưng hp th nht tàu nm mt phn trên các ñưng cong:
35. L t α1 α 2 Hình 2 6. Tàu nm trên mt phn ñưng cong 12 (2, α1 + α2 ) wr = (N/kN) ñưng 1435 mm (2 51) l t (5,7 α1 + α2 ) wr = (N/kN) ñưng 1000 mm (2 52) l t Trưng hp th hai tàu nm trn trên các ñưng cong: L t R1 , α 1 , K 1 R 2 , α 2 , K 2 Hình 2 7. Tàu nm trn trong 2 ñưng cong 12 (2, α1 + α 2 ) wr = (N/kN) ñưng 1435mm (2 l t 53) (5,7 α1 + α 2 ) wr = (N/kN) ñưng 1000mm (2 l t 54) Khi thit k ñưng st, ñ tính chính xác hơn lc cn do ñưng cong, Vin nghiên cu ñưng st toàn Nga kin ngh s dng công thc sau: wr =200/ R + 1,5 τk Thay R=57,3 lc/α° có wr = (3,5 α°/lc)+ 1,5 τk (2 55) trong ñó τk gia tc chưa cân bng 2 τk = ( v /13 R) + ( hg /S1) h siêu cao ray lưng, mm. g gia tc rơi t do, g=9,81m/s 2
36. S1 c ly gia hai tim ray; S1= 1500mm vi ñưng kh 1435mm; S 1= 1050mm vi ñưng kh 1000mm. Như vy, nu lc ≥ lt thì wr = (3,5 α°/lc) + 1,5 τk lc < lt thì wr = [(3,5 α°/lc) + 1,5 τk]lc/lt Khi tàu vào ñưng cong lc cn do ñưng cong ñưc coi tương ñương như lc cn do ñ dc i r nào ñó. Do ñó khi tàu vào ñưng cong thì chu mt lc cn ph ik = ±i + i r (2 56) ik ñ dc tính ñi (dc dn xut) ir luôn dương vì lc này luôn trái chiu chuyn ñng i dc thc t hay dc trung bình, có du (+) khi lên dc; du () khi xung dc Ví d: Hãy xác ñnh lc cn do ñưng cong và dc dn xut trên ñon tuyn sau bit ltàu = 400m, ñưng kh 1000 mm 5 0 6 500 450 600 R = 500 m 1 R3 = 800 m α = 150 0 1 α3 = 20 K = 130 m 1 75 m 500 m K 3 = 279 m R2 = 600 m 0 α2 = 10 K 2 = 105 m Gii: K1 < l t  K1 + 75 + K 2 < lt K 2 < l t  5,7 Σα o 5,7 .(15 +10) wr = = = 0,47 ≈ 0,5 (N/kN) lt 400 wr = i r = 0,5 ‰ Chiu ln dc i k = 5 + 0,5 = 5,5‰ Chiu xung dc i k = 5 + 0,5 = 4,5‰ 5,7 α .5,7 20 K3 = 279m < l t = 400m
    w r = = = 0,38 ≈ 0,4 (N/kN) lt 400 wr = i r = 0,4‰ Chiu ln dc i k = 6 + 0,4 = 6,4‰ Chiu xung dc i k = 6 + 0,4 = 5,6‰
37. 3. Lc cn khi tàu khi ñng W kñ , w kñ . C«ng thøc tÝnh lùc c¶n c¬ b¶n chØ ®óng khi m V ≥ 10 km/h. Lóc tu khëi ®éng ph¸t sinh lùc c¶n phô khëi ®éng v×: + DÇu ë cæ trôc bÞ ch¶y xuèng d−íi ®«ng ®Æc l¹i lm cho hÖ sè ma s¸t ϕ t¨ng lªn. + Tu ®ç ray bÞ vâng xuèng khi tu ch¹y ma s¸t t¨ng lªn. HiÖn t−îng trªn xuÊt hiÖn râ rng nhÊt khi ®on tu dõng qu¸ 20 phót. Sau khi tu dõng qu¸ 20 phót cã thÓ dïng c«ng thøc thùc nghiÖm tÝnh lùc c¶n khëi ®éng: A wkñ = (N/kN) (2 57) q 0 + 7 A = 142 ñi vi toa trưt A = 142 ñi vi toa trưt A = 28 ñi vi toa lăn q0 ti trng trc (T/trc) Quá trình khi ñng ca ñoàn tàu kéo dài t thi ñim bt ñu chuyn ñng ca toa xe ñu tiên ñn thi ñim khi ñng ca toa xe cui cùng. Có th xác ñnh gn ñúng khong thi gian ca quá trình khi ñng ñoàn tàu có khi lưng Q là 0,004Q (giây). Do các toa xe khi ñng không cùng lúc nên lc cn bình quân ca ñoàn tàu tính theo các công thc trên nh hơn lc cn khi ñng ca các toa xe riêng bit hoc ca ñoàn không nhiu toa xe. ði vi ñoàn có t 7 toa tr xung, lc cn khi ñng tăng lên k ln. H s k ph thuc s toa xe n trong ñoàn: n 1 2 3 4 5 6 7 k 1,8 1,6 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 Nu tàu dng chưa ñn 20 phút thì lc cn khi khi ñng ñưc xác ñnh trên cơ s xây dng ñ th w kñ (t ñ). ð th này ñưc xây dng t gi thit là khi t ñ=20 phút lc cn khi khi ñng ñưc xác ñnh theo công thc (256), còn khi t ñ=0, lc cn ñưc xác ñnh theo công thc lc cn cơ bn vi v=0. b w0 = a + (2 58) q 0 Trong khong thi gian gia các giá tr này lc cn khi khi ñng ñưc coi là thay ñi tuyn tính. Trên hình 28 ñưa ra mi quan h ca lc cn khi khi ñng vào thi gian dng tàu vi toa lăn và toa trưt.
38. Hình 2 8. S ph thuc vào w kñ vào thi gian dng tàu. Nhng hin tưng xut hin khi tàu dng lâu s ht nu ñoàn tàu ñã ñi ñưc mt khong cách nht ñnh. Khi thit k ñưng st cn chú ýý ñn ñiu này ñ chn các gii pháp thit k. Hin nay khi tính sơ b ngưi ta ly w kñ = 4 N/kN 4. Lc cn chuyn ñng trong hm W h, w h. Khi tàu chy trong hm trưc tàu không khí b ép, không khí chèn hai bên mn tàu, cui tàu không khí xon li do ñó gây nên lc cn. Tuỳ theo chiu dài hm, ñ m ưt và tc ñ chy tàu mà w h = 0,5 ÷ 1,5 N/kN 5. Lc cn tăng thêm do gió, do nhit ñ thp. Khi V gió > 10 m/s và khi nhit ñ không khí môi trưng xung thp làm du m c trc b ñông ñc li dn ñn tăng lc cn ca tàu. w0(g,t) = w 0(1+ αg).(1+ αt) (N/kN) (2 59) αg, αt các h s tính ñn gió mnh, ñn nhit ñ thp. H s αg, αt ph thuc vào nhit ñ và vn tc gió. Trong ñiu kin Vit nam, αt=0, còn h s αg ñưc ñưa ra trong Quy trình tính toán sc kéo ñoàn tàu ñưng st Vit Nam. 2.2.7. Các bin pháp làm gim lc cn Làm gim lc cn thì tăng ñưc vn tc và khi lưng ñoàn tàu, mt khác làm cho ñu máy tiêu th ít nhiên liu nên phí tn vn doanh trc tip gim. Làm gim lc cn bng các bin pháp sau: a. Ci thin tuyn ñưng. Tăng cưng năng lc kt cu tng trên: Dùng ray nng ñ khi tàu chy ít b võng.
39. Dùng ray dài, ray hàn không mi ni ñ gim bt lc xung kích mi ni. Theo tài liu ca Nga, s dng ñưng không mi ni trên tà vt bê tông ct thép vi nn ñá dăm làm gim lc cn cơ bn ti 812%. Dùng lp ñá ba lát dày ñưc chèn cht dưi tà vt. Gi c ly ñưng ñúng v trí thit k. b. Khi thit k tuyn mi. Gim bt tr s dc và chiu dài dc. Dùng bán kính R ln và gim bt góc quay α. c. Ci thin ñu máy toa xe. Dùng toa xe 4 trc thay cho toa xe 2 trc ñ gim c ly cng nhc và tăng ti trng trc. Dùng bi cu thay cho bi trưt (ñ gim w kñ ). Theo tài liu ca Nga, khi v=50km/h và q0=18tn/trc lc cn khi bn khi dùng bi cu gim 18% so vi khi dùng b trưt. Dùng du tt và tra du kp thi. Dùng toa xe và ñu máy theo hình thoi. d. ð cao cht lưng tu sa ñưng và ñu máy toa xe. 2.3. LC HÃM ðOÀN TÀU 2.3.1. Các phương tin hãm tàu. ð gim tc, ñ gi nguyên vn tc hoc ñ tàu dng ngưi ta dùng các phương tin hãm. Có th to ra lc hãm bng hai cách: 1. Hãm cơ. Hãm bng má phanh (guc hãm) như ép guc hãm vào băng ña bánh xe hoc ép guc hãm vào ray. 2. Hãm ñin. Hãm bng cách thay ñi tác dng ca ñng cơ ñin ca ñu máy (ñi vi ñu máy ñin và diêzen truyn ñng ñin, hãm bng cách bin ñi cơ năng thành ñin năng, ñin năng này tr v mng ñin qua dây tip xúc ñng thi to ra mô men hãm, loi hãm này gi là hãm hoàn nguyên. ñu máy hơi nưc hãm bng cách m ngưc chiu hơi vào xi lanh (cách này rt nguy him) Lc hãm ñoàn tàu thưng ln hơn lc kéo. 2.3.2. Tính lc hãm do tác dng ca má phanh. 1. Cơ ch hình thành. Khi ép guc hãm vào vành bánh xe bng mt lc K thì gia chúng xut hin lc ma sát có tr s F ms = K. ϕk ( ϕk h s ma sát gia guc hãm và vành bánh). ðng thi khi
40. ñó cũng xut hin mt lc có tr s R = K. ϕk tác dng t vành bánh vào má phanh theo chiu ngưc li. V M 1 F = K ϕ K ϕ ms K K K b K ϕ K R = K ϕ K A b 2 b 1 M 2 Hình 2 9. Hình thành lc hãm tàu b Di hai lc v tâm trc + Lc F ms = K. ϕk và mômen M 1 tác dng vào vành bánh xe. + Lc R = K. ϕk và mômen M 2 tác dng vào khung xe thông qua b phn hãm. + Mômen M 2 b trit tiêu bi các lc thng góc gia bánh và ray, ch còn M 1 tác dng vào vành bánh xe. + Thay M 1 bng ngu lc b b 1 vi cánh tay ñòn D/2 trong ñó b = K. ϕk là lc hãm, b 1 = K. ϕk là lc tác dng t bánh vào ray, ti ñim A có b 2 = K. ϕk là phn lc tác dng t ray vào bánh xe theo chiu ngưc li. Như vy nguyên nhân gây ra lc hãm b chính là lc ma sát F ms = K. ϕk và tt nhiên s xut hin lc hãm không th thiu s tn ti ca sc bám gia bánh xe và ray F ψ = P h.ψ ñ ñm bo cho bánh xe lăn t t và dng li. 2. Hn ch lc hãm theo ñiu kin bám. Khi tăng lc ép K tác dng vào mt trc thì b = K. ϕk tăng nhưng b ≤ F ψ = P h.ψ (2 60) Trong ñó Ph ti trng tính cho mt trc ñưc hãm ψ h s bám lăn gia bánh xe và ray Vì nu b > F ψ thì sc bám mt, bánh xe ngng quay, má phanh bó cht kéo bánh xe lt trên ray làm bánh xe mòn vt. Hin tưng như th gi là bó hãm và cn tránh nó trong vn dng ñu máy toa xe. ψ Như vy K ≤ Ph = δPh (2 61) φk
41. ψ δ = hiu sut hãm φk ñu máy δ = 0,5 ÷ 0,6 toa hàng δ = 0,6 ÷ 0,65 toa khách δ = 0,7 ÷ 0,9 3. H s ma sát gia guc hãm và vành bánh xe ϕk. H s ma sát ϕk ch yu ph thuc vào vn tc chy tàu (km/h), vào lc nén ca guc hãm K (kN), vào các yu t khác như thi gian kéo dài quá trình hãm, ñ cng ca guc hãm, trng thái mt lăn H s ma sát ϕk ñưc xác ñnh bi các công thc thc nghim. + Vi má phanh gang 16 k. + 1000 V + 100 ϕk = 0,6 . (2 62) 80 k. + 1000 5V + 100 + Vi má phanh gang có tăng hàm lưng pht pho 16 k. + 1000 V + 100 ϕk = 0,5 . (2 63) 52 k. + 1000 5V + 100 + Vi má phanh kim loi hn hp k + 200 V + 150 ϕk = 0,44 . (2 64) k.4 + 200 2V + 150 Trong ñó k lc nén má phanh ñơn v K k = vi má phanh kép (hãm hai phía) 4 K k = vi má phanh ñơn (hãm mt phía) 2 4. Tính lc hãm ca ñoàn tàu do tác dng ca guc hãm sinh ra. Lc hãm toàn phn tác dng vào ñoàn tàu bng tng ca tích các lc ép má phanh vi các h s ma sát B = 1000 ∑ Kϕk (N) (2 65) Trong ñó K lc ép má phanh lên mt trc (kN). Lc hãm ñơn v tác dng lên ñoàn tàu B ‡”Kφk b = = 1000 = 1000 δ.ϕk (N/kN) (2 66) P( + Q g) P( + Q g) ΣK δ = hiu sut hãm ca các guc hãm ñoàn tàu. P( + Q g)
42. Nu ñoàn tàu có các toa xe có cùng loi guc hãm ta dùng công thc (264), (265) ñ xác ñnh lc hãm. Nu ñoàn tàu có nhiu loi toa và trang b các loi guc hãm khác nhau thì ta tính cho tng nhóm toa riêng bit. 1 2 n ‡”K ® ‡”K x 1 ‡”K x 2 ‡”K x n = δñ ; = δx ; = δx ; = δx P( + Q g) P( + Q g) P( + Q g) P( + Q g) Nu h s ϕk khác nhau ta có: ñ 1 1 2 2 n n b = 1000( δñϕk + δx ϕk + δx ϕk + + δx ϕk ) (N/kN) (2 67) Như vy dùng công thc trên ñ tính lc hãm là phc tp, ñ ñơn gin phép tính y ngưi ta s dng phương pháp dn xut. 5. Tính lc hãm ca ñoàn tàu theo phương pháp dn xut (phương pháp thu gn). H s thc t ϕk ca guc hãm mi bánh xe ph thuc vào vn tc chy tàu V và lc ép guc hãm k. ð ñơn gin phép tính ngưi ta loi tr tham s k ra khi ϕk bng c¸ch thay th h s ma sát thc t ϕk bng h s ma sát tính toán ϕkt và lc ép ca guc hãm thc t k ñưc thay th bng lc ép tính toán k t. ð ñm bo ñiu kin lc hãm không b thay ñi ta phi có: B = 1000 ΣKϕk = 1000 ΣKtϕkt φk hay là Kϕk = K tϕkt
    K t = K (2 68) φkt Như vy ñ xác ñnh K t cn bit k, ϕk, ϕkt . Tr s ϕk ñưc xác ñnh theo các công thc (260, 61, 62), còn ϕkt cũng ñưc xác ñnh theo công thc này song vi ñiu kin là kt = 27 (kN/trc) ng vi tr s lc nén trung bình ca guc hãm toa xe 4 trc Liên Xô. + Vi má phanh gang: 16k +1000 V + 100 16.27 + 1000 V + 100 ϕkt = 0,6 . = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 80.27 + 1000 5V +100 V +100 = 0,27. 5V +100 16k + 1000 V +100 6,0 . φk 80k +1000 5V + 100 16k +1000 Kt = K = K = 2,22 K (kN) φ V +100 80k +1000 kt ,0 27 5V + 100 + Vi má phanh gang có tăng hàm lưng pht pho:
43. 16k +1000 V + 100 16.27 + 1000 V + 100 ϕkt = 0,5 . = 0,5 . 52k + 1000 5V + 100 52.27 + 1000 5V +100 V +100 = 0,30. 5V +100 16k + 1000 V +100 5,0 . φk 52k +1000 5V + 100 16k +1000 Kt = K = K = 1,67 K (kN) φ V +100 52k +1000 kt 3,0 5V + 100 + Vi má phanh kim loi hn hp ly k t = 16 (kN/trc) (toa Liên Xô): k + 200 V +150 16 + 200 V +150 ϕkt = 0,44 . = 0,44 . 4k + 200 2V +150 .4 16 + 200 2V +150 V + 150 = 0,36. 2V + 150 k + 200 V + 150 ,0 44 . φk 4k + 200 2V +150 k + 200 Kt = K = K = 1,22 K (kN) φ V + 150 4k + 200 kt ,0 36 2V + 100 nưc ta và mt s nưc trên th gii (Trung Quc) ly k t = 17,5 (kN/trc) + Vi má phanh gang: 16k +1000 V + 100 16.17 5, +1000 V + 100 ϕkt = 0,6 . = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 80.17 5, + 1000 5V + 100 V +100 = 0,32. 5V +100 16k + 1000 V +100 6,0 . 16k +1000 φk 80k +1000 5V + 100 Kt = K = K = 1,88 K (kN) φ V +100 80k +1000 kt ,0 32 5V + 100 + Vi má phanh gang có tăng hàm lưng pht pho: 16k +1000 V + 100 16.17 5, +1000 V +100 ϕkt = 0,5 . = 0,5 . 52k + 1000 5V + 100 52.17 5, +1000 5V +100 V +100 = 0,34. 5V +100
44. 16k + 1000 V +100 5,0 . φk 52k +1000 5V + 100 16k +1000 Kt = K = K = 1,47 K (kN) φ V + 100 52k +1000 kt ,0 34 5V + 100 + Vi má phanh kim loi hn hp ly. k + 200 V +150 17 5, + 200 V +150 ϕkt = 0,44 . = 0,44 . 4k + 200 2V +150 .4 17 5, + 200 2V +150 V + 150 = 0,36. 2V + 150 k + 200 V + 150 ,0 44 . φk 4k + 200 2V +150 k + 200 Kt = K = K = 1,22 K (kN) φ V + 150 4k + 200 kt ,0 36 2V + 100 Thông thưng các tr s K, K t ñưc ñưa ra trong quy trình tính sc kéo ñu máy. Cui cùng lc hãm ñơn v có dng: ΣK t b = 1000 .ϕkt = 1000 δtϕkt (N/kN)) (2 69) P( + Q g) ΣK t Trong ñó δt = hiu sut hãm tính toán, nó th hin lc nén có tr s là (P + Q)g bao nhiêu tác dng vào mt ñơn v trng lc ca ñoàn tàu. ð xác ñnh hiu sut hãm tính toán ca toa xe cn bit: + S toa có hãm ca tng nhóm toa trong ñoàn tàu n i. + S trc có hãm ca mi toa ca tng nhóm toa trong ñoàn tàu m i. + Lc nén tính toán trên mi trc toa ca tng nhóm toa K t(i) . + Khi lưng ñoàn toa xe Q. Lc ép toàn phn trên tt c các trc có hãm ca ñoàn toa xe: ΣKt = Σni.m i.K t(i) (kN) Hiu sut hãm tính toán ca toa xe: ΣK tx Σn i m i K )i(t δtx = = (2 70) Qg Qg Nu tính c hãm ca ñu máy thì: ΣK tx + ΣK td δt = (2 71) P( + Q g) Chú ý: Khi hãm tàu khn cp s dng 100% lc hãm ln nht α = 1 Khi hãm tàu dng ga s dng 50% lc hãm ln nht α = 0,5
45. Khi hãm tàu xung dc s dng 20% lc hãm ln nht α = 0,2 Ví d: Mt ñoàn tàu có 3 loi toa xe vi Q = 3000 tn gm: 8 toa xe ch hàng 4 trc hãm mt phía (phanh ñơn) có K 1 = 65 kN/trc 15 toa xe rng 4 trc hãm mt phía (phanh ñơn) có K 2 = 35 kN/trc 10 toa xe ch hàng 2 trc hãm hai phía (phanh kép) có K 3 = 65 kN/trc Hãy tính lc hãm ñơn v khi ñoàn tàu chy vi vn tc 60 km/h, các toa xe dùng má phanh gang có k t = 17,5 kN/trc. Gii: a. Tính lc hãm theo phương pháp thông thưng. Trưc ht tính: 16k +1000 V + 100 ϕk = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 + ði vi nhóm toa xe th nht ta có: K1 65 k1 = = = 32,5 kN 2 2 16.32 5, +1000 60 +100 ϕk1 = 0,6 . = 0,101 80.32 5, +1000 .5 60 +100 + ði vi nhóm toa xe th hai ta có: K 2 35 k2 = = = 17,5 kN 2 2 16.17 5, +1000 60 +100 ϕk2 = 0,6 . = 0,128 80.17 5, +1000 .5 60 +100 + ði vi nhóm toa xe th ba ta có: K 3 65 k3 = = = 16,25 kN 4 4 16.16,25 +1000 60 +100 ϕk3 = 0,6 . = 0,131 80.16,25 +1000 .5 60 +100 Như vy lc hãm toàn phn ca c ñoàn tàu là: B = 1000( ΣnimiΣKiϕki ) B = 1000(8.4.65.0,101 + 15.4.35.0,128 + 10.2.65.0,131) B = 650000 N B 650000 b = = = 22,09 (N/kN) Qg 3000 ,9. 81 b. Tính theo phương pháp dn xut (thu gn)
46. Trưc ht tính: V +100 60 +100 ϕkt = 0,32. = 0,32. = 0,128 5V +100 5.60 +100 + ði vi nhóm toa xe th nht tính lc nén tính toán cho mt trc bánh: φk1 ,0 101 Kt1 = K. 1 = .65 = 51,29 kN φkt ,0 128 + ði vi nhóm toa xe th hai tính lc nén tính toán cho mt trc bánh: φk2 ,0 128 Kt2 = K. 2 = .35 = 35 kN φkt ,0 128 + ði vi nhóm toa xe th ba tính lc nén tính toán cho mt trc bánh: φk3 ,0 131 Kt3 = K. 3 = 5,6. = 66,52 kN φkt ,0 128 Lc hãm toàn phn ca ñoàn tàu là: B = 1000 ϕkt (ΣnimiΣKi) B = 1000.0,128(8.4.51,29 + 15.4.35 + 10.2.66,52) = 650000 kN B 650000 b = = = 22,09 (N/kN) Qg 3000 ,9. 81 Kt lun: T hai phương pháp khác hn nhau nhn ñưc kt qu như nhau song rõ ràng phương pháp thu gn ñơn gin hơn. 2.3.3. Tính lc hãm hoàn nguyên (vi ñu máy ñin và ñu máy ñiêzen truyn ñng ñin). Lc hãm hoàn nguyên xy ra khi tàu chy ñóng máy xung dc. Lúc này, mc dù ñã ngt ñin ñng cơ ñin kéo, nhưng bánh xe tip tc quay và qua h thng bánh răng làm quay trc ñng cơ ñin bin nó thành máy phát ñin tr li mng ñng thi to ra mô men hãm (lc hãm). ð tàu xung dc vi tc ñ cho phép thưng s dng hãm ñiu hoà (hãm ñu máy), khi ñó ñi lưng tc ñ cho phép ñưc xác ñnh theo hãm cơ hc (hãm toa xe) ñ sao cho ng vi chiu dài hãm n ñnh tàu phi dng ñưc. Lc hãm cn thit B ct ñ gi tc ñ cho phép khi tàu xung dc i k có th xác ñnh t ñiu kin cân bng lc tác dng khi tàu chuyn ñng ñu. B ct + Pgw' 0ñ + Qgw" 0 = (P+Q)gi k (N) Bct = (P+Q)gi k Pgw' 0ñ Qgw" 0 (N) (2 72) hoc là B ct + (P+Q)gw 0ñ = (P+Q)gi k (N) Bct = (P+Q)g(i k w 0ñ ) (N) (2 73)
47. Ví d: Xác ñnh lc hãm ñiu hoà cn thit vi ñoàn tàu do ñu máy BL80 kéo có (P+Q) = 3800 tn, i k = 10‰, V = 75 km/h, w 0ñ = 2,3 N/kN Bct = (P+Q)g(i k w 0ñ ) = 3800.9,81.(10 2,3) = 281586 (N) 2.4. LC KÉO VÀ ðC TÍNH LC KÉO CA ðU MÁY 2.4.1. Khái nim chung. Hin nay ngành ñưng st th gii s dng các loi sc kéo: ñin, ñiêzen, hơi nưc, khí. Hiu sut ca ñu máy ñin 18 ÷ 25%, ñiêzen 24 ÷ 28%, hơi nưc 6 ÷8%. ði vi mi ñu máy ngưi ta tìm ra vn tc tính toán V p và lc kéo tính toán F kp mà ng vi chúng ñu máy ñưc s dng hp lý nht. Nhng tr s này ñưc ñưa ra trong quy trình tính sc kéo. 2.4.2. S th hin lc kéo ca ñu máy. a. ði vi ñu máy hơi nưc. V M P i F F 1 A F 2 Hình 2 10. Hình thành lc kéo F ñu máy hơi nưc. Áp lc hơi nưc P i hình thành trong xi lanh ñưc ñun sôi làm cho pít tông chuyn ñng và thông qua h thng cn biên làm cho bánh xe quay vi mô men M. Thay M bng ngu lc FF 1. F lc kéo ca ñu máy ti tâm quay ca bánh xe. F1 lc ñt ti ñim tip xúc gia bánh xe và ray (ñim A) tác dng t bánh xe xung ray có hưng ngưc chiu chuyn ñng. Ti A có phn lc F 2 tác dng t ray vào bánh xe và ñây là ngoi lc gây ra chuyn ñng ca ñoàn tàu. b. ði vi ñu máy ñin và ñu máy ñiêzen. Trc ñng cơ quay sinh ra mô men M 1, khi ñó bánh xe quay sinh ra mô men M 2 M2 = M1η Trong ñó:
48. r = 2 h s truyn ñt r1 η h s xét ñn tn tht trong quá trình truyn ñt Thay mô men M 2 bng ngu lc như ñu máy hơi nưc ñ phân tích lc. M 2 r 2 r 1 M 1 F F A F 1 2 Hình 2 11. Lc kéo F ca ñu máy ñiêzen 2.4.3. Phân bit ba khái nim v lc kéo ñu máy. a. Lc kéo ch th F i. Là lc kéo tác dng lên vành bánh hoàn toàn tương ng vi công do hơi nưc tác dng lên pít tông hoc tương ng vi công do ñng cơ ñin sinh ra trong ñu máy ñin và ñiêzen mà không xét ñn s hao ht do lc cn ca các b phn máy móc ca ñu máy. b. Lc kéo bám F k. Là lc kéo ñt lên vành bánh, nó ñưc xác ñnh bng lc kéo ch th vi lc cn ca các b phn máy móc ca ñu máy. Fk = F i Pg. w' 0 (N) (2 74) Trong ñó Pg. w' 0 lc cn ca các b phn máy móc ca ñu máy. c. Lc kéo có ích F c. Là lc kéo móc ni ca ñu máy vi toa xe ñu tiên. Fc = F k Pg(w' 0 + w' i + w' r) (N) (2 75) lc này dùng ñ thng lc cn ca ñoàn tàu. Chú ý: Khi tính sc kéo ngưi ta s dng F k mà không s dng F i vì chuyn ñng trên ñưng phc tp do các yu t dc và ñưng cong. 2.4.4. Hn ch lc kéo theo ñiu kin bám. F là lc bên trong do ngưi ñiu khin, F tăng thì F 2 tăng nhưng F ch tăng ñn mt gii hn ti ña nào ñó. Lc ti ña này không vưt quá lc bám gia bánh xe và ray. Fk ≤ 1000 ψΣPg (N) (2 76)
49. Trong ñó: ψ h s ma sát bám lăn gia bánh xe và ray. ΣP khi lưng ca các bánh xe ch ñng ñè lên ray, ΣP =P; P khi lưng bám ca ñu máy. Gii thích: Vì khi F k > 1000 ψg thì sc bám gia bánh xe và ray s mt ñi dn ñn bánh xe không th lăn mà bt ñu trưt tăng nhanh chuyn ñng tròn theo tâm trc dn ñn bánh xe ñánh võng ti ch. Mun tránh hin tưng ñó phi gim bt lc kéo hoc ri cát lên ray tăng thêm sc bám. H s ma sát bám lăn ψ gia bánh xe và ray ph thuc vào cu to ca các b phn chy ca ñu máy, vào trng thái mt ray và vành bánh, vào nhiu yu t khác. Vì vy ψ ñưc xác ñnh bng thc nghim. + ði vi ñu máy hơi nưc: A ψ = 100 + V Trong ñó: V tc ñ tàu chy A h s thc nghim; A=22 ÷28 tuỳ ñu máy; A=30 vi ñu máy hin ñi + ði vi ñu máy ñin và ñiêzen: A ψ = B + C + DV Trong ñó: B, C, D h s thc nghim 10 ψ = 0,20 + vi ñu máy ñiêzen kh ñưng 1000 mm 100 +12V 8 ψ = 0,25 + vi ñu máy ñiêzen kh ñưng 1435 mm 100 + 20V + Khi tàu chy trên ñưng cong có R ≤ 400m và trong hm thì ψ gim xung. + Thưng ψ = 0,4 vi ray sch có ri lp bt thch anh mn ψ = 0,15 ray m ưt. 2.4.5. Các khái nim v khi lưng ñu máy. Khi lưng bám ca ñu máy: là khi lưng ca các bánh xe ch ñng ñè lên ray Khi lưng tính toán ca ñu máy: là khi lưng ca ñu máy cng vi tăng ñe than nưc và 2/3 s than nưc. ñu máy ñin và ñu máy ñiêzen khi lưng bám bng khi lưng tính toán vì nó không có bánh dn hưng và tăng ñe than nưc.
50. 2.4.6. Tng s lc kéo ca nhiu ñu máy. ð nâng cao khi lưng và vưt qua nhng dc ln ngưi ta tăng cưng lc kéo bng cách dùng hai hoc ba ñu máy. ðu máy ph thêm có th lp ñu (kéo) hay cui (ñy). Nu lc kéo quá ln d xy ra ñt móc, nu lc ñy quá ln thì vào ñưng cong toa xe có nguy cơ b lt ra ngoài. Do ñó ngưi tài x phi phi hp cho ăn khp. 2.5. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUYN ðNG CA ðOÀN TÀU 2.5.1. Phân tích ñiu kin chuyn ñng ca ñoàn tàu. Tàu chuyn ñng ñưc là do lc tác ñng lên nó. Quá trình vn ñng ca ñoàn tàu trên tuyn ñưc ñc trưng bi ba ch ñ làm vic ca ñu máy. a. Ch ñ kéo (m máy). R = F k W (N) (2 77) r = f k w (N/kN) trong ñó : R, r hp lc toàn phn và hp lc ñơn v b. Ch ñ chy ñà (ñóng máy). R = Wñ (N) (2 78) r = wñ (N/kN) c. Ch ñ hãm. R = (W ñ + αB) (N) (2 79) r = (w ñ + αb) (N/kN) trong ñó α h s s dng hãm. ðc trưng vn ñng ca ñoàn tàu ñưc xác ñnh bi tr s và hưng ca hp lc. + Nu R = 0 thì tàu chy ñu hoc ñng yên. + Nu R > 0 thì ñoàn tàu vn ñng có gia tc. + Nu R < 0 thì ñoàn tàu vn ñng gim tc. 2.5.2. S ph thuc ca hp lc vào tc ñ chy tàu. Bi vì lc kéo bám F k ph thuc vào vn tc tàu chy V (thông qua h s ψ), lc cn cơ bn W 0 cũng ph thuc vào vn tc chy tàu V cho nên chúng ta có th dùng phương pháp ñ th ñ xác ñnh giá tr ca hp lc và t ñó phân tích ñc tính vn ñng ca ñoàn tàu. Ta có Fk = f 1(V) W0 = f 2(V) Do ñó ñ th ca chúng bao gi cũng xác ñnh ñưc thông qua vic kho sát các hàm s trên. Bi vì lc cn ph không ph thuc vào vn tc nên:
51. W = W 0 + W i t ñó R = F k W Trên hình v 212 trình bày phương pháp xác ñnh giá tr R. ñây ñưng cong F k = f(V) biu th ñc tính sc kéo ca ñu máy ñã cho, ñưng cong W = f(V) biu th lc cn ca ñoàn tàu. T hình v ta thy R gim khi tăng vn tc chy. mt vn tc V cb nào ñó mà tr s ca lc kéo và lc cn bng nhau (F k = W) thì vn tc ñó ñưc gi là vn tc cân bng (ví d ñây nu ñoàn tàu chy trên ñưng thng và bng thì vn tc cân bng là 0 V cb , còn ñoàn tàu chy trên tuyn ñưng có thêm lc cn ph thì vn tc cân bng là i V cb ). Vn tc cân bng là vn tc ln nht mà ñoàn tàu có th ñt ñưc do kt qu ca gia tc gây ra trên ñon ñưng kho sát. F K W W(V) W (V) 0 F K (V) i o O V V V cb cb Hình 2 12. Quan h gia F k, W và V T phân tích trên ta có nhn xét: Nu V 0 Nu V = V cb thì R = 0 Nu V > V cb thì R <0 2.5.3. Thành lp phương trình vi phân chuyn ñng ca ñoàn tàu. Phương trình vi phân chuyn ñng ca ñoàn tàu là phương trình biu din quan h hàm s gia gia tc vi hp lc tác dng lên ñoàn tàu. ð xây dng phương trình vi phân chuyn ñng ca ñoàn tàu, ngưi ta coi ñoàn tàu là mt h thng cng. Căn c vào ñnh lut bo toàn ñng năng thì vi phân ñng năng h thng bng vi phân công ca hp lc tác dng lên h thng, t ñó có th lp ñưc phương trình chuyn ñng ca ñoàn tàu.
52. Khi ñoàn tàu chuyn ñng thì ñng năng ca ñoàn tàu bao gm ñng năng ca khi lưng tham gia chuyn ñng tnh tin vi vn tc v (ñu máy và các toa xe không tính các ñôi bánh xe) và ca khi lưng tham gia chuyn ñng quay (các ñôi bánh xe). ( M − M v) 2 T = k + T (2 2 ∑ k 80) ñây: M Khi lưng ñoàn tàu tính c các ñôi bánh xe Mk Khi lưng các ñôi bánh xe Tk ðng năng ca mt ñôi bánh xe ðng năng ca bánh xe có khi lưng m khi lăn mà không trưt trong ñiu kin vn tc tâm bánh bng vn tc chuyn ñng tnh tin v ca ñoàn tàu ñưc xác ñnh theo công thc sau 1 1 T = mv 2 + Iω 2 (2 81) k 2 2 Trong ñó: I Mômen quán tính ca ñôi bánh xe so vi trc quay. ω Vn tc góc 1 D I = m( )2 (2 82) 2 2 Trong ñó: D ðưng kính bánh xe Bi vì ñim tip xúc ca bánh xe vi ray là tâm tc thi ñi vi ray nên D v v = ω. ⇒ ω = 2 D 2 Thay I và ω vào công thc (281) nhn ñưc 2 1 2 1 1 D 2 v 3 2 Tk = mv + . m. ( ) = mv (2 83) 2 2 2 2 ( D )2 4 2 ðng năng ca ñoàn tàu (khi b qua ñng năng ca các b phn quay ñng cơ kéo và tính ñn Σm = M k) ñưc xác ñnh như sau: M − M 3 v 2 Mv 2 0.5M Mv 2 T = k v 2 + v 2 m = ( M + 0.5M ) = (1+ k ) = (1+ γ ) 2 4 ∑ 2 k 2 M 2 (2 84) 5.0 M ñây, k = γ H s khi lưng quay. M
53. H s khi lưng quay ñưc xác ñnh bng thc nghim (xem bng 23). Trong thc t ly γ = 0.06. Ly vi phân phương trình trên ta ñưc: dT = vdv.M.(1+ γ) Theo ñnh lut bo toàn ñng năng ta có: v.dv.M(1+ γ) = R.dS= R.v.dt dv R T ñó = dt 1( + γ)M Nu ta nhân c t s và mu s ca v phi vi gia tc rơi t do g thì: dv R.g R.g R g = = = . = r. ξ dt M.g 1( + γ) 1000(P + Q)g 1( + γ) (P + Q)g 1000.(1+ γ) ñây: P Khi lưng ñu máy (tn) Q Khi lưng ñoàn toa xe (tn) Nu vn tc ñoàn tàu tính theo km/h và g = 9,81 m/s2 ñi ra km/h 2 thì ,9 81.602.602 ξ = = 120 1000.1000.(1+ γ) và gia tc ca ñoàn tàu là dv = 120.r (km/h 2) dt hoc là dv = 2.r (km/h sau mt phút) dt Bng 2 3. Bng h s khi lưng quay Kiu ñu máy và toa xe γ ðu máy hơi nưc có tăng ñe 0,04 ÷ 0,06 ðu máy ñin và ñiêzen 0,20 ÷ 0,30 Toa xe ñng cơ 0,10 ÷ 0,15 Toa xe khách 0,04 ÷ 0,05 Toa xe 4 trc có hàng và không hàng 0,03 ÷ 0,04 Toa xe 2 trc có hàng 0,04 ÷ 0,05 Toa xe 2 trc không hàng 0,10 ÷ 0,12 Trong thc t tính toán ngưi ta ly γ = 0,06
54. dV = 120.r (km/h 2) (2 85) dt hoc là dV = 2.r (km/h cho mt phút) dt dV Khi r = 1 (N/kN) thì = 2 (km/h cho 1 phút) dt Ví d: mt thi ñim nào ñó trên ñưng tàu chy lên dc 4‰ vi V = 40 km/h và trong thi ñim ñó có f k w 0 = 5 (N/KN) thì sau 1 phút: V = 40 + 2.r.1 = 40 + 2(f k w).1 = 40 + 2(f k w 0 w i).1 = 40 + 2(5 4).1 = 42 km/h Khi tc ñ tăng thì lc kéo bám F k gim (do ψ gim) và lc cn W tăng, ví d qua 1 phút na (f k w 0) = 4 (N/KN) thì r = 0 và V = 42 km/h. Tuỳ theo s kt hp ca các lc tác dng vào ñoàn tàu mà có ba ch ñ chuyn ñng: a. Tàu chuyn ñng m máy: dV 2 = 120(f k w) (km/h ) (2 86) dt Ph thuc vàu tương quan gia f k và w mà có th có các trưng hp tàu chy gia tc, ñu và gim tc. b. Tàu chuyn ñng ñóng máy: dv 2 = 120 w ñ (km/h ) (2 87) dt Xy ra trong trưng hp xung dc dài trưc lúc hãm ñóng máy. Tuỳ theo trc dc và bình din mà tàu chy có lúc chm dn w ñ > 0 (thưng xung dc nh và có nhiu ñưng cong), nhanh dn w ñ 0 ; ( < 0 ) dt
55. Phương trình vi phân chuyn ñng ca ñoàn tàu là phương trình cơ bn ca sc kéo ñu máy. Da trên phương trình này có th xác ñnh khi lưng cho phép ln nht, tc ñ và thi gian chy tàu, ñng thi gii ñưc các bài toán hãm, xác ñnh hao phí nhiên liu và năng lưng ñin, công cơ hc ca ñu máy và công ca lc cn. 2.5.4. Tính khi lưng ñoàn tàu và kim tra khi lưng ñoàn tàu theo các ñiu kin hn ch nó. 1. Tính khi lưng ñoàn tàu. a. Công thc tính khi lưng ñoàn tàu (c bì). Vi ñưng st tn ti khái nim dc hn ch ip. Dc hn ch là dc ln nht có chiu dài không hn ch mà trên ñó tàu hàng vi khi lưng Q do mt ñu máy kéo lên dc vi vn tc ñu và bng vn tc tính toán nh nht Vp. Giá tr vn tc tính toán nh nht Vp và lc kéo bám tính toán Fkp ca các ñu máy ñưc ñưa ra trong quy trình tính toán sc kéo. Khi thit k tuyn mi ngưi ta tính khi lưng ñoàn tàu Q theo dc hn ch. Ta thy khi tàu chuyn ñng ñu thì Fk = W Fkp = Pg(w' 0 + ip) + Qg(w" 0 + ip) (N) F − Pg( w '+i )
    Q = kp 0 p (tn) (2 89) ( "w 0 +i p g) Nu thay w' 0 và w" 0 bng w0 thì Fkp = (P+Q)g .( w0 + ip) F
    Q = kp P (tn) (2 90) ( w0 + i p g) Nhn xét: Ta thy rng: Khi lưng ñoàn tàu t l nghch vi ip. Fk và w0 có quan h vi V (xem phn 2.5.2), nu Q ln thì V nh và Fk phi ln. Quan h gia Q và V tt nht là li dng ñy ñ sc kéo bám. Mi loi ñu máy có Fkp và ñó có vn tc tính toán nh nht V p (hay là vn tc lâm gii). + ñu máy hơi nưc Vp ly theo ñim giao ct gia ñưng hn ch theo ñiu kin bám lăn và ñưng năng sut cp hơi tính toán cho máy hơi. + ñu máy ñin Vp ly theo ñim giao ct gia ñưng hn ch theo ñiu kin bám và cưng ñ dòng ñin. + ñu máy ñiêzen Vp ly theo giá tr cưng ñ lâu dài. Công thc (285) có th ñưc s dng như công thc gn ñúng bi vì không th xác ñnh w0 nu không bit Q. Mt cách gn ñúng có th coi w0 ≈ w"0, lúc ñó
56. F Q = kp P (tn) (2 91) (w"0 i+ p g) b. Công thc tính khi lưng hàng ca ñoàn tàu. k QH = ∑ niβiqtt(i) i=1 Trong ñó: ni s toa nhóm i (2 trc, 4 trc, 6 trc ) βi h s s dng ti trng tính toán toa nhóm i (h s cht hàng) qtt(i) ti trng tính toán ca toa nhóm i Nu ch bit tng s toa xe n và t l theo s lưng ca tng nhóm toa so vi tng s toa là γi thì khi lưng hàng ñưc tính theo công thc: k k QH = ∑ nγiβiqtt(i) = n ∑ γiβiqtt(i) i=1 i=1 Khi tính sơ b thưng ngưi ta s dng h s s dng ti trng ñoàn tàu η (t l gia khi lưng hàng và khi lưng c bì) Q η = H Q Có th xác ñnh η khi ch cn bit t l theo s lưng ca tng nhóm toa so vi tng s toa γi và ti trng ca chúng. k Ta có Q = n ∑ γiqi i=1 Trong ñó: qi khi lưng toa c bì ca tng nhóm k s lưng nhóm toa trong ñoàn tàu k k n‡”γ iβ i q )i(tt ‡”γ iβ i q )i(tt =i 1 =i 1 η = k = k n‡”γ i q i ‡”γ i q i =i 1 =i 1 Thưng ngưi ta ly Q H = η.Q ( η = 0,6 ÷ 0,7) (2 92) Ví d: Xác ñnh khi lưng ñoàn tàu do ñu máy 2TE116 kéo lên dc i p = 12‰ bit Vp = 24,2 km/h, F kp = 487970 N , P = 271 tn, toa xe 4 trc có q 0 = 18 tn/trc. Gii: 3 + 1,0 V + ,0 0025V 2 3 + .1,0 24 2, + ,0 0025.24 2, 2 w" 0 = 0,7 + = 0,7 + 18 18
57. =1,08 N/kN 2 2 w' 0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V = 2,2 + 0,01.24,2 + 0,0003.24,2 = 2,62 N/kN 487970 − 271 ,9. 81 ,2( 62 +12) Q = = 3500 (tn) .9 81 ,1( 08 +12) Tính theo công thc gn ñúng: 487970 Q = − 271 = 3529 (tn) ,9 81 ,1( 08 +12) Ví d: Hãy xác ñnh h s s dng ti trng ñoàn tàu η bit ñoàn tàu bao gm 40% toa 4 trc có q bì = 22 tn, q t t =62 tn, β = 0,9 ; 60% toa 4 trc có q bì = 21,7 tn, q t t =50 tn, β = 0,85. Gii: Trưc ht ta tính khi lưng toa c bì: q1 = 22 + 0,9.62 = 77,8 tn q2 = 21,7 + 0,85.50 = 64,2 tn ,0.4,0 90.62 + ,0.6,0 85.50 η = = 0,69 .4,0 77 8, + .6,0 64 2, 2. Kim tra khi lưng ñoàn tàu theo các ñiu kin hn ch nó. a. Kim tra theo ñiu kin khi ñng. các ga ñoàn tàu thưng phi dng. các ñim dng ñó thưng có ñ dc không ln song sau mi ln dng ñoàn tàu li phi khi ñng ñ thc hin hành trình ca mình. Do ñó ngoài vic khc phc lc cn cơ bn và lc cn ñưng dc còn phi khc phc lc cn khi ñng na. Khi ñó phương trình cân bng lc ca ñoàn tàu có dng: Fk(kñ) = Pg(w kñ + i k(kñ) ) + Qg(w kñ + i k(kñ) ) (N) F k(k )® Qkñ = P (tn) (2 93) (w k® + i k(k )® g) Trong ñó: Fk(kñ) lc kéo bám ca ñu máy khi khi ñng. wkñ lc cn ñơn v cơ bn và lc cn ph ca ñoàn tàu lúc khi ñng. ik(kñ) ñi lưng dc quy ñi mà trên ñó ñoàn tàu khi ñng. Như vy kim tra ñiu kin khi ñng ca ñoàn tàu có th bng cách: + So sánh Q kñ vi Q và nu Q kñ ≥Q thì tàu khi ñng ñưc. F k(k )® + So sánh i k(kñ) vi i k và nu i k ≤ i kkñ = w kñ (2 94) P( + Q g) thì tàu khi ñng ñưc.
58. Ví d. Hãy kim tra khi lưng ñoàn tàu do ñu máy VL80 kéo theo ñiu kin khi ñng bit ñoàn tàu bao gm 40% khi lưng là toa 4 trc bi cu, còn li là toa 4 trc bi trưt. C hai loi toa có q 0 = 18 tn; i p = 9‰; V p = 44,3 km/h; F k(kñ) = 650010N; F kp = 475785 N; P = 184 tn. Gii: 28 142 wkñ = 0,4. + .6,0 = 3,85 (N/kN) 18 + 7 18 0, + 7 650010 Qkñ = 184 ,3( 85 + i k(k )® g) ik(kñ) (‰) 0 1,5 2,5 4 5 6 7 8 9 Qkñ (tn) 17010 12190 10240 8250 7300 6540 5920 5400 4790 w" 0 = 1,38 (N/kN) vi toa xe 4 trc bi cu w" 0 = 1,66 (N/KN) vi toa xe 4 trc bi trưt w" 0 = 0,4.1,38 + 0,6.1,66 = 1,52 (N/kN) w' 0 = 2,93 (N/kN) 475785 −184.( ,2 93 + 9). ,9 81 Q = = 4400 tn ,1( 52 + ,9)9 81 Như vy ñ dc ln nht mà ñoàn tàu có Q = 4400 tn có th khi ñng ñưc là: 650010 ik ≤ = 10,6‰ (184 + 4400 ,9) 81 Kt lun: ðoàn tàu có khi lưng ñưc tính vi dc hn ch ip = 9‰ ñưc kéo bi ñu máy VL80 có th khi ñng ñưc thm chí nu nó dng trên dc 9‰. Nhn xét: Nu vì lý do nào ñó mà tàu bt buc phi dng trên dc ln thì có kh năng tàu không khi ñng ñưc, lúc này hoc là gi thêm ñu máy na, hoc là kéo tng phn ca ñoàn tàu, hoc là lùi ñoàn tàu ti dc có th khi ñng ñưc. b. Kim tra khi dng tàu trong phm vi chiu dài s dng ca ñưng ñón gi. Trong trưng hp ñoàn tàu có khi lưng ln dn ñn chiu dài ca nó cũng dài thì cn kim tra xem chiu dài s dng ca ñưng ñón gi có ñ ñ nó ñ không. Mun ñ ñưc phi ñm bo ñưc ñiu kin: k Lsd ≥ L tàu = L ñm + n ‡”γ i l. i + 10 m (2 95) =i 1 Trong ñó: Lsd chiu dài s dng ca ñưng ñón gi
59. Lñm = chiu dài ñu máy n s toa trong ñoàn tàu γi t l v s lưng ca tng nhóm toa so vi tng s toa trong ñoàn tàu li chiu dài toa xe ca mi nhóm 10 m chiu dài d tr (ñ phòng ñ không ñúng v trí) 3. Tính ñn nh hưng ca mt s yu t khi xác ñnh khi lưng ñoàn tàu vi sc kéo ñiêzen. a. Tính ñn nh hưng ca ñiu kin không khí. Công sut ca ñng cơ kéo b gim ñi vi khu vc có ñiu kin không khí khác 0 0 mm tiêu chun (ñiu kin chun khi t môi trưng = +20 C; áp sut không khí là 760 ct thu ngân) t F kp = F kp (1 k t k a) (2 96) Trong ñó: k t h s tính ñn vic gim lc kéo bám do nhit ñ khu vc khác nhit ñ chun k a h s tính ñn vic gim lc kéo bám do áp sut không khí khu vc khác áp sut tiêu chun. ( k t ; k a xem trong quy trình tính sc kéo ñu máy) 0 Ví d: Vi ñu máy 2TE10L ñiu kin chun có F kp = 502270 N thì vi t kk = 30 0C; áp sut không khí A = 700 mm thu ngân thì t F kp = 502270.(1 − 0,050 − 0,086) = 433600 N Khi lưng ñoàn tàu có i p = 9‰; P = 258 tn; w" 0 = 2,31 (N/kN); w' 0 = 1,38 (N/kN) thì: + Trong ñiu kin tiêu chun: 502270 − 258 ,2( 31+ 9). ,9 81 Q = = 4650 tn ,1( 38 + 9). ,9 81 + Trong ñiu kin khác tiêu chun: 433600 − 258 ,2( 31+ 9). ,9 81 Q = = 3980 tn ,1( 38 + 9). ,9 81 b. Tính ñn nh hưng ca ñưng cong bán kính nh. ðưng kh 1435 mm, khi tàu vào ñưng cong có R ≤ 500m thì h s bám lăn gim do tăng ñ trưt ca bánh xe. 250 + ,1 55R ψ(r) = ψ 500 + 1,1 R Trong ñó: ψ h s bám lăn trên ñưng thng
60. ψ(r) h s bám lăn trên ñưng cong R bán kính ñưng cong Lúc này khi lưng ñoàn tàu qua dc hn ch và ñưng cong có R < 500m là: 1000ψ P i(P + 'w +w ) Q = r( ) p 0 r (tn) (2 97) i p + "w 0 +wr ði vi ñu máy kh ñưng 1000 mm khi chy trên ñưng cong có R ≤ 200m thì lưng gim h s bám lăn tính theo bng sau (hoc là xem quy phm thit k k thut ñưng st kh 1000 mm) B¶ng 2 1. L−îng gi¶m hÖ sè b¸m khi b¸n kÝnh nhá Bán kính ñưng cong 200 150 125 100 75 60 40 R (m) Lưng gim h s 9 11 13 15 18 20 25 bám lăn ϕk (%) 2.5.5. Kim tra khi lưng ñoàn tàu theo ñiu kin tăng tc sau khi dng ga. Khi khi ñng và khi tăng tc ga, nu sau ga là ñon lên dc hn ch dài, thì ñoàn tàu khi ti dc này cn ñt ñưc vn tc không nh hơn vn tc tính toán. Nu không, vn tc ñoàn tàu trên dc này tăng rt chm làm tăng thi gian chy tàu và tiêu hao nhiên liu. Vi nhng ñu máy ñin dùng dòng ñin mt chiu yêu cu trên là bt buc, nu không có th làm nóng quá mc ñin tr khi ñng. ð kim tra cn xây dng ñưng cong vn tc bt ñu t tim ga ti ñu dc hn ch. Chiu dài ñon ñưng tăng tc S p cn ñ ñ vn tc ñoàn tàu ñt ñưc vn tc tính toán trưc khi ñuôi ñoàn tàu ñi ti ñu dc hn ch (xem hình 213a): a) S p 0 6 9 Sga 400 wi, N/KN
61. b) S Hình 2 13. Xác ñnh chiu dài ñon tăng tc a) Sơ ñ tính toán (v trí ca ñoàn tàu khi vn tc ca nó cn ñt vn tc tính toán). b) Quan h w i(S) khi tính ñn chiu dài ñoàn tàu. Tc là: l tu Sp ≤ S ga + lh + (2 98) 2 trong ñó Sga Chiu dài na nn ga, m. lh Chiu dài yu t hoãn hòa, m. ltàu Chiu dài ñoàn tàu, m. Quy trình tính toán sc kéo ca Nga kin ngh khi kim tra nên ly lc kéo trong ñ th ñưng ñc tính sc kéo nh hơn lc kéo theo ñiu kin bám. Trong mt s trưng hp quan trng, khi kim tra cn xây dng ñưng cong vn tc có xét ñn chiu dài ñoàn tàu. Theo tài liu ca Nga, chiu dài ñon tăng tc thc t ln hơn t 150200m so vi tính toán khi coi ñoàn tàu là mt cht ñim. T hình v 213b thy rng tính ñn chiu dài ca ñoàn tàu s phn ánh s thay ñi thc t lc cn do dc. 2.6. TÍCH PHÂN PHƯƠNG TRÌNH CHUYN ðNG CA ðOÀN TÀU 2.6.1. Mc ñích. Nhm xác ñnh vn tc và thi gian chy tàu, tc là V(S) và t(S). Các mi quan h này có th nhn ñưc trên cơ s phương trình vi phân chuyn ñng ca ñoàn tàu: dt = ξ (r. V) (2 99) dV Trong ñó r(V) hp lc ñơn v tác dng vào ñoàn tàu (ph thuc vn tc chy tàu, bình ñ trc dc ). ξ = 120
62. dV T công thc trên ta có dt = , tích phân c hai v ca phương trình này trong ξ (r. V) khong thay ñi vn tc t v ñ ti v c (khi trc dc và bình din không thay ñi) chúng ta nhn ñưc khong thi gian tương ng vi khong thay ñi vn tc cho trưc tc vc dV 1 vc dV dt = → t − t = t = (2 100) ∫ ∫ξr(V ) c d ξ ∫ r(V ) td vd vd ð nhn ñưc quãng ñưng tương ng vi s gia vn tc trên, ta nhân c hai v vi v: .V dV dt.V = ξ (r. V) mà dS=v.dt, do ñó, ly tích phân trong khong thay ñi vn tc chúng ta nhn ñưc quãng ñưng cn tìm: S v v c c .V dV 1 c .V dV dS = ¨S S = S = (2 101) ç ç(rξ V) c ® ξ ç(r V) S®v ® v ® ð ly tích phân v phi ca (295), (296) cn th hin r(v) dng gii tích. Trong phm vi mt ñon có dc không ñi r(v) dng gii tích như sau: r(v) = (f k – w) = 2 2 Fk )v(  a( 1 + b1V + c1V P) + a( 2 + b 2 V + c 2 V )Q  = −  + w r + w i  (2 102) P( + Q g)  P + Q  Mi quan h F k(v) ñưc ñưa ra bng ñưng ñc tính sc kéo t kt qu th nghim và vic th hin nó dng gii tích rt phc tp. Vì vy, trong thc t tính toán sc kéo, ngưi ta dùng phương pháp tích phân gn ñúng và phương pháp ñ th ñ xác ñnh vn tc và thi gian chy tàu. 2.6.2 Tích phân gn ñúng phương trình chuyn ñng ca ñoàn tàu. 1. Gi thit: ð xác ñnh gn ñúng vn tc và thi gian chy tàu theo phương pháp gii tích, ngưi ta s dng các mi quan h (295) (296) vi các gi thit sau: Trong khong thay ñi vn tc t V ñ ñn V c , hp lc r(v tb ) coi là không ñi tương V® + Vc ng vi vn tc trung bình V = , tc là r(V tb ) có th ñưa ra ngoài du tích phân. tb 2 S gia vn tc V = Vc V® càng nh thì càng chính xác, trên thc t v = 5 ÷10 km / h . Gi thit th hai là h qu ca gi thit th nht, tc là khi coi trong khong thay ñi dV vn tc t V ñ ñn V c có r(V tb ) = const thì gia tc ca nó a = = (rξ V ) = const . dt tb