Giáo trình Khảo sát và thiết kế đường sắt - Tập 1 - Lê Hải Hà
336 trang
4100
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Khảo sát và thiết kế đường sắt - Tập 1 - Lê Hải Hà", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- giao_trinh_khao_sat_va_thiet_ke_duong_sat_tap_1_le_hai_ha.pdf
Nội dung text: Giáo trình Khảo sát và thiết kế đường sắt - Tập 1 - Lê Hải Hà
- TS. LÊ H I HÀ PGS.TS. PH M VĂN KÝ KH O SÁT VÀ THI T K ðƯ NG S T T P 1 HÀ N I 2005
- L I NÓI ð U Giáo trình "Kh o sát và thi t k ñư ng s t" t p 1 nh m ph c v sinh viên các chuyên ngành ñư ng s t, ñư ng s t c u và các ngành khác liên quan ñ n giao thông v n t i. Trong cu n sách gi i thi u các v n ñ có liên quan t i tính s c kéo ñ u máy, nguyên t c thi t k bình ñ và tr c d c tuy n ñư ng s t, v ch tuy n, b trí công trình nhân t o, phương pháp so sánh kinh t k thu t các phương án. ð ph c v cho sinh viên các l p chuyên ngành ñư ng s t, khi biên so n các tác gi ñã c g ng bám sát n i dung ñ i m i c a chương trình môn h c ñ phù h p tình hình th c t . Sách tái b n l n này có b xung m t s n i dung cho phù h p v i chương trình ñào t o và các quy ñ nh v tiêu chu n m i c a ngành ñư ng s t. Sau các ph n lý thuy t có ñưa nh ng ví d c th ñ b n ñ c d hi u. N i dung giáo trình và các chương m c ñã ñư c t p th các th y giáo B môn ðư ng s t Trư ng ðH Giao thông v n t i góp ý. Trong quá trình biên so n có s phân công sau: T.S Lê H i Hà ch biên vi t các chương: 2, 3, 4. PGS.TS Ph m Văn Ký vi t các chương: 1, 5, 6, 7. Trong quá trình biên so n, ch c ch n không tránh kh i nh ng sai sót, chúng tôi mong nh n ñư c nh ng ý ki n ñóng góp c a b n ñ c ñ l n xu t b n sau ñư c hoàn thi n hơn. Hà N i, tháng 3/2005 Các tác gi 1
- CHƯƠNG 1 CƠ S THI T K ðƯ NG S T 1.1. L CH S PHÁT TRI N ðƯ NG S T 1.1.1. ði m qua l ch s phát tri n h th ng ñư ng s t th gi i. Kho ng th k th 16 các m vùng núi c a các nư c Châu Âu ñã dùng “ñư ng ray” g ñ ñ y các xe goòng ch ñ y than, qu ng. Năm 1809 con trai c a Vô rô l p ñã k t c và phát tri n s nghi p c a cha làm “ñư ng ray” b ng s t có hình ch L và dùng ng a kéo. Như v y cho th y ngu n s c kéo trong th i kỳ phôi thai c a ñư ng s t là s c ngư i, s c nư c và s c súc v t và ch ch y ñư c t c ñ 5 km/h. Theo s phát tri n c a ngu n ñ ng l c và yêu c u ñ i v i ñ u máy ngày càng cao nên “ñư ng ray" t b ng gang tr ng r i ñ n gang xám, t “ñư ng s t” ñ n “ñư ng thép”. M c dù các lo i ray hi n nay ñang dùng thư ng ñư c làm b ng thép nhưng do thói quen nên v n g i là "ñư ng s t" ñ ph n ánh tình hình th c t c a th i trư c ñó. M t khác, công ngh v t li u m i trong th i ñ i chúng ta ñang phát tri n v i t c ñ nhanh , có th có nh ng lo i v t li u m i phù h p hơn, r ti n hơn thay th cho lo i thép ray. Khi ñó, l nào tên g i c a ray c thay ñ i theo v t li u làm ray cho nên chúng ta c g i nó theo tên cũ cho ti n l i hơn. Trong th i kỳ t năm 1825 ñ n năm 1840 trên th gi i ñã xây d ng ñư c t t c g n 8 nghìn km ñư ng s t. Sau ñó 10 năm thì s km ñư ng s t tăng lên 5 l n. ð n cu i th k 19 m ng lư i ñư ng s t trên th gi i lên kho ng 790 nghìn km. Vào ñ u chi n tranh th gi i th nh t vư t quá 1 tri u 1 trăm ngàn km, m ng lư i ñư ng s t th gi i hi n nay g n 2 tri u km. Trong ñó các nư c có nhi u ñư ng s t nh t là M kho ng 336.500km, t l tuy n ñôi và tuy n nhi u ñư ng chi m 11 ñ n 14,8%, Liên Xô có kho ng 138.300km trong ñó có 35 ngàn km ñư ng ñôi. n ð có 60 ngàn km. Trong m ng lư i ñư ng s t th gi i hi n nay có r t nhi u kh ñư ng. Kh 1676mm các nư c n ð , Tây Ban Nha, Ac hen ti na. Kh 1524mm Liên Xô Kh 1435mm Châu Âu, Canada, M Kh 1067mm Nh t B n, Indonexia Kh 1000mm Vi t Nam, Châu Phi 2
- Hi n nay trên th gi i ñã ñi n khí hoá ñư c 12 v n km ñư ng s t, Liên Xô ñ ng ñ u trong lĩnh v c này là 37 ngàn km. Nói ñ n ñư ng s t chúng ta cũng ph i ñ c p ñ n ñ u máy b i vì m t ñoàn tàu dài ch y trên con ñư ng s t nhìn không th y ñích cho nên ñ u máy và ñư ng ray t a như hình v i bóng. Song n u như xem l i “gia ph ” c a ñư ng s t chúng ta th y tu i c a ñư ng ray cao hơn ñ u máy nhi u. Máy hơi nư c ra ñ i có tác d ng to l n thúc ñ y cách m ng v s c s n xu t và ñ c bi t t o ñi u ki n cơ gi i hoá cho ngành v n t i ñư ng s t. M t ñi u lý thú là ñ u máy hơi nư c ñ u tiên ch y trên ñư ng ñá vào năm 1769. Sau ñó ch y trên ñư ng ray vào năm 1801 và khi y có tên “ñ u máy hơi nư c”. Máy hơi nư c c a Pa panh ra ñ i sau m t th i gian dài m i chính th c ñư c dùng trên m t ño n ñư ng s t c a nư c Anh, chi c máy ñó do Sti phen xơ ch t o ñư c chính th c dùng vào năm 1825. Công su t th c c a nó là 12 mã l c và t c ñ l n hơn 16km/h cũng t ñó ñ u máy hơi nư c m i chính th c “bư c lên vũ ñài l ch s ”. So v i các lo i ñ u máy khác, ñ u máy hơi nư c ra ñ i s m nh t và cũng ñư c c i ti n nhi u nh t. Có nh ng ñ u máy công su t l n, t c ñ cao. Ví d ñ u máy hơi nư c lo i 242 c a Pháp ch t o năm 1946 có công su t t i 4200 mã l c v i t c ñ t i 160km/h. Nhi u công ty M ñã ch t o ñ u máy hơi nư c r t hi n ñ i, công su t c c l n, t c ñ cao. ð u máy T 1 công su t t i 6.100 mã l c, kéo ñoàn tàu 1.000 t n ch y v i t c ñ 160km/h. Song tăng công su t c a ñ u máy l n hơn 3000 mã l c nói chung là khó khăn b i nó b h n ch b i kích thư c và tr ng lư ng ñ u máy n m trong kh gi i h n quy ñ nh ñ ñ m b o an toàn khi ch y tàu. ð u máy hơi nư c ñư c c i ti n nhi u nhưng cũng không k p v i ti n b khoa h c k thu t. N u như chi c ñ u máy hơi nư c ñ u tiên c a k sư Nga Sê nê pa n p ch t o năm 1833 có hi u su t 2% thì nh ng ñ u máy hơi nư c sau này có hi u su t trung bình kho ng 7% có nghĩa là trong 100 khu gian than thì ch có 7 khu gian s n sinh ra l c kéo. ðó là như c ñi m cơ b n c a s c kéo hơi nư c. B i v y, trong cu c cách m ng v ngu n ñ ng l c c a ñư ng s t, s c kéo hơi nư c ph i như ng ch cho các lo i s c kéo tiên ti n hơn như diezen và ñi n, cho nên chúng ta nói: th k 19 là tu i thanh xuân là bu i ñ u máy hơi nư c bư c lên vũ ñài l ch s thì 50 năm sau cu i th k 20 là tu i già y u và rút kh i vũ ñài l ch s . 3
- Nhi u nư c ñó n ñ nh th i h n ñào th i s c k o hơi nư c ra kh i ngành ñư ng s t như c ng hoà dõn ch ð c 1975, Hung ga ri 1980, Nh t 1975, Tõy ð c 1976 v.v m t s nư c ñã không dùng ñ u máy hơi nư c n a: Liên Xô, Tri u Tiên, Mông C , M , Pháp v.v Ch trong kho ng hơn 20 năm (1946 1967) ñã có t i 102 nư c, áp d ng s c kéo m i. Vi t Nam, t năm 1968 ngành ñư ng s t ñã b t ñ u s d ng s c kéo diezen. Hi u su t c a các lo i ñ u máy có th tính ñư c như sau: ð u máy hơi nư c 4 10% ð u máy diezen 17 35% ð u máy ñi n 14 28% ð u máy diezenl do hi u su t cao nên ñã gi m ñư c m c tiêu th nhiên li u. ð ng v phương di n giao thông v n t i thì ch tiêu quan tr ng s m t ñánh giá lo i s c kéo là năng l c thông qua và năng l c v n chuy n, s c kéo diezenl và ñi n cho phép tăng tr ng lư ng và t c ñ c a ñoàn tàu nên năng l c v n chuy n tăng 2 ñ n 2,5 l n so v i khi dùng ñ u máy hơi nư c. Vào nh ng th p k ñ u c a th k XX h u h t các thành ph l n và v a châu Âu ñã xây d ng h th ng tàu ñi n n i ñô (Tramway Light Rail) và ñw ng s t ngo i ô (Suburban Heavy Rail). ð gi i quy t n n t c ngh n giao thông các thành ph l n châu Âu ñã xây d ng h th ng tàu ñi n ng m (Full metro). London ñã b t ñ u kh i công vào năm 1883 và hoàn thành năm 1890, Budapest hoàn thành năm 1896, Paris 1900, Beclin 1902 và Hamburg năm 1912. Các tuy n ñương tàu ñi n ng m kh tiêu chu n ñư c ti p t c xây d ng các th p k ñ u c a th k XX châu Âu. Trư c năm 1970 ch có s ít thành ph có h th ng ñư ng s t ñô th (ðSðT) thì năm 1991 ñã có kho ng 160 thành ph có h th ng ðSðT 60 nư c trên th gi i và kho ng 30 thành ph khác ñang xây d ng. Các thành ph l n như Tokyo, Newyork và Moscow lư ng khách chuyên ch b ng ðSðT vư t quá 50% t ng lư ng khách tham gia giao thông nên ñã không b t c ngh n giao thông. ðSðT Tokyo, Nagoya và Osaka trong vòng bán kính 50 km ñã có s lư ng 3900 km (1992). V ch ng lo i cũng có nh ng bư c phát tri n m nh. Trư c ñây ch có 3 lo i là tàu ñi n (Tramway), tàu ñi n ng m (Full metro), tàu cao t c (Mass Rapid Transit) thì ngày nay ñã có thêm nhi u lo i m i như: tàu hi n ñ i (Advanced Light Rail), tàu 4
- m t ray (Monorail), tàu t ñ ng kh ng ngư i l i (Automated Guided Train), tàu ñ ng cơ tuy n tính (Linear Motor Train), tàu ñi n t (Magnetically Levitated Train) và tàu không lưu (Aeromover). H u h t các nư c trên th gi i dùng lo i tàu ñi n nh (Light Rail Transit) ch y trên ñư ng kh 1000 mm và 1435 mm nhưng ch y u là ñư ng 1435 mm, có th ch y qua ñư ng cong bán kính nh ñ n 50 m, ñ d c 40‰ th m chí l n hơn, s d ng ñi n th m t chi u 750V. Các thành ph Manila, Hannover, Mexyco city, Hiroshima, Cairo ñang s d ng lo i này. Còn các thành ph Newyork, London, Maxcova, Paris, Tokyo Teito và Singapore l i dùng ðSðT có s c ch l n (Heavy Rail System). Thu c lo i này có tàu cao t c Express Sbanhn và Metro. Tuy n Express có th ñi trên m t ñ t, ñi trên cao (Elevated) hay ñi ng m dư i m t ñ t (Subway hay Under ground). Lo i này có ñ d c t i ña 40‰, bán kính nh nh t ñư ng Tokyo là 91m. Tàu t ñ ng không ngư i lái AGT (Atomatic Guider hay Automatic Driverless hayN Bahn). Năm 1975 Qu c h i M ñ nh nghĩa AGT là m t h th ng v n t i ñư c ñi u khi n không c n ngư i, ch y trên ñư ng d n hư ng riêng bi t. Nó ñư c khai thác l n ñ u tiên vào năm 1971 sân bay Tampa bang Florida nư c M , năm 1972 xu t hi n Nh t có 5 h th ng. ðài B c ðài Loan có m t h th ng dài 13,5 km ch y lo i xe VAL 256, qua 13 ga. Tàu ñ ng cơ tuy n tính LIM (Linear Motor). Lo i này m i tr c xe ñư c g n m t ñ ng cơ tuy n tính (rotor) ch y trên ray kh 1435, còn stator là ray th 3 và ñi n ñư c c p t ñó. Ưu ñi m l n c a tàu ñông cơ tuy n tính là kh gi i h n ñư c thu nh , ch b ng 53% so v i tàu thư ng, cho nên khi ñi ng m dư i ñ t, ti t di n h m gi m g n 50%. Tiêu bi u cho lo i này là công trình Sky Train bang Vancowver, Canada, ñưa vào s d ng năm 1986, dài 22 km. trong ñó có 1,6 km ñi ng m, 13 km ñi trên cao, và tuy n tương t t i Tokyo dài 28 km, kh 1435, ñ d c t i ña 45‰, bán kính nh nh t 100m, kho ng cách gi a các tim ñư ng 3,1 m. Tàu ñ m t Maglev (Magnetic levitation), nó gi ng t u LIM là ñư c ñ y ñi b ng ñ ng cơ tuy n tính nhưng không ch y trên bánh xe mà trên m t ñ m không khí do l c ñ y t trư ng t o nên, trên các tuy n c a ð c (8 1989) ñ m này dày 10 mm, trên các tuy n c a Nh t (1990) d y t i 100 mm. Tuy n Maglev ñ u tiên Anh (8 1984) ch dài 600 m, nhưng năm 1997 ñã ch y th tuy n Yamanashi Nh t dài 42,8 km, ñ d c 40‰, R min = 8000 m, t c ñ khai thác 500 km/h. Tàu không lưu (Aeromover). Nó ñư c ch t o d a trên nguyên lý c a tàu bu m. Toa xe ñư c g n 2 là kim lo i ñ t trong d m bê tông r ng, toa xe chuy n ñ ng 5
- do chênh l ch áp l c không khí hai bên t m kim lo i như s c gió th i căng cánh bu m làm tàu ch y. ñây chênh l ch áp l c khí ñư c t o b i các máy nén và hút không khí. Năm 1981 tuy n Aeromover ñ u tiên c ng Alegre thu c Brazin dài 600m. Tuy n th hai ñư c xây d ng Jakacta (Indonesia) có tên Tamamini dài 3,21 km, ñ d c 100‰, R min = 25m, ñoàn tàu2 toa m i toa 120 hành khách, ch y t c ñ l n nh t 70 km/h. 1.1.2. ði m qua vài nét s phát tri n ñư ng s t Vi t Nam. T l ch s phát tri n ñư ng s t th gi i chúng ta v v i l ch s ñư ng s t Vi t Nam ñ nhìn nh n s hình thành và phát tri n c a nó. Các tuy n ñư ng s t ñã ñư c xây d ng vào các th i kỳ như sau (theo tài li u kinh t c a th c dân Pháp thì l ch s xây d ng ñư ng s t ðông Dương chia làm ba th i kỳ): a. Th i kỳ trư c năm 1898 1884 xây d ng ño n ñư ng s t Sài Gòn M theo dài 70km 1896 xây d ng ño n ñư ng s t B c Giang L ng Sơn kh 600mm 1898 tuy n ñư ng s t Hà N i Na S m ñư c n i li n dài 180km b. Th i kỳ t 1898 ñ n 1931 Cu i năm 1898 b t ñ u xây d ng tuy n H i Phòng Gia Lâm Lào Cai dài 383km kh 1000mm và các ño n tuy n sau ñây ñư c ñưa vào khai thác các năm: + H i Phòng Gia Lâm tháng 4 năm 1903 + Gia Lâm Vi t Trì tháng 11 năm 1903 + Vi t Trì Lào Cai tháng 1 năm 1906 Năm 1908 xây d ng ti p ño n ð ng ðăng ñ n H u Ngh quan dài 5km. Sau ñó xây d ng ño n gi a ð ng ðăng và Na S m dài 17km ñưa vào khai thác tháng 11 năm 1921. Th i kỳ này tuy n Hà N i Hu ðà N ng Nha Trang Sài Gòn ti p t c ñư c xây d ng. + ðo n th nh t: Hà N i Vinh B n Thu ñưa vào khai thác tháng 3 năm 1905 dài 326km. + ðo n th hai t ðà N ng ñ n ðông Hà (Qu ng Tr ) tháng 12 năm 1908 dài 175km. + ðo n th ba Sài Gòn Nha Trang vào tháng 10/1913 dài 566km. + ðo n tuy n nhánh t Tháp Chàm ñ n ðà L t xây d ng vào tháng 7 năm 1914 dài 84km. 6
- Năm 1927 xây ti p ño n tuy n t Vinh ñ n ðông Hà dài 301km. c. Th i kỳ sau năm 1931 ðo n tuy n B n ðây Xô L c Ninh ñư c xây d ng xong và ñưa vào khai thác tháng 8 năm 1933 dài 69km. ðo n tuy n nhánh t Tân p d ki n n i ñ n Thà Kh t trên sông Mê Công (Lào). Trong ño n ñó m i xây d ng 18km t Tân p ñ n xóm L c (Vi t Nam). ðo n này ñưa vào khai thác t tháng 12 năm 1933. ðo n tuy n còn l i trong tuy n Hà N i Sài Gòn là t ðà N ng ñ n Nha Trang dài hơn 700km xây d ng xong vào tháng 10 năm 1936. Như v y t ng chi u dài tuy n t Hà N i ñ n Sài Gòn là 1728km. Sau cu c kháng chi n ch ng Pháp th ng l i năm 1954, chúng ta ñã khôi ph c tuy n Hà N i H u ngh quan, Hà N i Vinh và xây d ng thêm các tuy n Hà N i Quán Tri u, Kép Lưu Xá, Kép Bãi Cháy, C u Giát Nghĩa ðàn v.v ð n nay chi u dài ñư ng s t t ng c ng trên c nư c kho ng 2810km (chưa k các ñư ng trong m than). ðư ng s t Vi t Nam chúng ta hi n nay t n t i hai lo i kh 1435mm (Standard Gauge SG) và 1000mm (Metre Gauge MG). Còn ñư ng l ng 1000 mm v i ñư ng 1435 mm là s k t h p gi a SG và Mg. T ng chi u dài ñư ng 1000 mm là 2694 km, chi m 85%, kh 1453 6% và ñư ng l ng 9%. Vi c t n t i hai lo i kh ñư ng làm cho chúng ta g p nhi u khó khăn trong công tác qu n lý và khai thác. Hi n nay Nh t B n kh ñư ng 1067 mm v i chi u dài 28.600 km chi m 93%, còn kh tiêu chu n 1435 mm có chi u dài 2034 km ch chi m 7%. Trong khi ñó n ð , năm 1978 b d ch trương chuy n ñ i kh MG sang kh SG vì cho r ng l i nhu n thu ñư c c a ñư ng SG không tương x ng v i kinh phí chuy n ñ i. Vi t Nam theo m c tiêu quy ho ch phát tri n ñư ng s t ñ n năm 2020 thì t ñ ch y tàu khách năm 2005 là 90 km/h, năm 2010 là 100 km/h và năm 2020 là 120 km/h, tương ng t c ñ tàu hàng là 65 km/h, 70 km/h và 80 km/h ñ h i nh p v i các nư c trong khu v c. 1.2. CÁC GIAI ðO N THI T K VÀ N I DUNG ð ÁN 1.2.1. Các giai ño n thi t k . D án ñ u tư là m t t p h p nh ng ñ xu t có liên quan ñ n b v n ñ làm m i, m r ng, c i t o, nâng c p m t tuy n ñư ng s t nh m ñ t ñư c ho c nâng cao năng l c c a tuy n ñư ng. 7
- Theo tính ch t c a d án và quy mô ñ u tư, d án ñ u tư trong nư c ñư c phê thành 3 nhóm: A, B, C ñ phân c p qu n lý. ð c trưng c a m i nhóm ñư c quy ñ nh theo Ph l c c a 52/1999/Nð CP ngày 8/7/1999 c a Chính ph . Các d án quan tr ng quócc gia là nh ng d án do Qu c h i thông qua và quy t ñ nh ch trương ñ u tư theo quy t ñ nh s 05/1997/QH 10 ngày 12/12/1997 c a Qu c h i nư c C ng hoà xã h i ch nghĩa Vi t Nam. Th tư ng chính ph quy t ñ nh ñ u tư ho c u quy n quy t ñ nh ñ u tư các d án thu c nhóm A. B trư ng B Giao thông v n t i quy t ñ nh ñ u tư các d án thu c nhóm B và C v xây d ng tuy n ñư ng s t m i. T ng giám ñ c T ng Công ty ðư ng s t Vi t Nam quy t ñ nh ñ u tư các d án thu c nhóm B và C v s a ch a ñ i tu tuy n ñư ng s t cũ. Vì T ng Công ty ñư ng s t không ch là t ng công ty nhà nư c mà còn là công ty nhà nư c do Th tư ng chính ph tr c ti p qu n lý. ð i v i các doanh nghi p h ch toán ñ c l p s d ng v n c a doanh nghi p (v n kh u hao tài s n c ñ nh, qu phúc l i, qu ñ u tư phát tri n cho doanh nghi p, v n huy ñ ng ) th c hi n theo thông tư 110/2000/TT BTC ngày 14/1/2000 c a B Tài chính. V n s a ch a l n tài s n c ñ nh trong ngu n s nghi p kinh t do Ban QLCS h t ng làm ch ñ u tư ñ i v i tài s n nhóm I, các doanh nghi p công ích làm ch ñ u tư ñ i v i tài s n nhóm II. Trong chu n b ñ u tư xây d ng c a ngành ñư ng s t thư ng có các lo i sau ñây: Quy ho ch m ng ho c quy ho ch chi ti t ñ i v i m i ngu n v n. Báo cáo nghiên c u ti n kh thi (BCNCTKT) ñ i v i các d án nhóm A thu c t t c các ngu n v n. Nhóm A có quy mô l n, ph c t p nên trư c khi l p báo cáo nghiên c u ti n kh thi ph i l p báo cáo t ng quan. Báo cáo nghiên c u kh thi (BCNCKT) ñ i v i d án nhóm A, B, C thu c các ngu n v n. (D án nhóm C có m c v n ñ u tư dư i 1 t ñ ng ch l p báo cáo ñ u tư). ð i v i các d án nhóm A ch ñ u tư (ngư i ñư c giao trách nhi m tr c ti p qu n lý và s d ng v n ñ th c hi n ñ u tư theo quy ñ nh c a pháp lu t) ph i t ch c l p báo cáo nghiên c u ti n kh thi và báo cáo nghiên c u kh thi. Trư ng h p d án ñã ñư c Qu c h i ho c Chính ph quy t ñ nh ch trương ñ u tư thì ch c n l p báo cáo NCKT. 8
- Nh ng d án nhóm A ñã ñư c Th tư ng chính ph thông qua báo cáo nghiên c u ti n kh thi và cho phép phân ra các d án thành ph n (ho c ti u d án) thì nh ng d án thành ph n (ho c ti u d án) ñó ñư c l p báo cáo nghiên c u kh thi như m t d án ñ u tư ñ c l p, vi c trình duy t và qu n lý d án ph i theo quy ñ nh c a d án nhóm A. ð i v i d án nhóm B ch ñ u tư t ch c l p báo cáo nghiên c u kh thi, n u xét th y c n thi t ph i l p báo cáo nghiên c u ti n kh thi thì ngư i có th m quy n quy t ñ nh b ng văn b n. ð i v i d án nhóm C có m c v n ñ u tư t 1 t ñ ng tr lên, ch ñ u tư t ch c l p báo cáo nghiên c u kh thi. 1.2.2. N i dung ñ án các giai ño n khác nhau. 1.2.2.1. N i dung ch y u c a báo cáo nghiên c u ti n kh thi. Nghiên c u v s c n thi t ph i ñ u tư, các ñi u ki n thu n l i và khó khăn. D ki n quy mô ñ u tư, hình th c ñ u tư. Khu v c, ñ a ñi m xây d ng và d ki n nhu c u di n tích s d ng ñ t và nh ng nh hư ng v môi trư ng, xã h i và tái ñ nh cư (có phân tích ñánh giá c th ). Phân tích, l a ch n sơ b v công ngh , k thu t và và các ñi u ki n cung c p v t tư, thi t b , nguyên li u, năng lư ng. Phân tích l a ch n sơ b các phương án xây d ng. Xác ñ nh sơ b t ng m c ñ u tư (toàn b chi phí ñ u tư và xây d ng và là gi i h n chi phí t i ña c a d án ñư c xác ñ nh trong quy t ñ nh ñ u tư), phương án huy ñ ng các ngu n v n, kh năng hoàn v n và tr n , thu lãi. Tính toán hi u qu ñ u tư v m t kinh t xã h i c a d án. Xác ñ nh tính ñ c l p khi v n hành, khai thác c a d án thành ph n ho c ti u d án. Trong bư c nghiên c u kh thi nói chung là s d ng các tài li u thu th p, ñi u tra mà không t ch c ño ñ c. Ch trong trư ng h p r t ñ c bi t m i t ch c ño ñ c t i th c ñ a. ð b sung vào các b n ñ ñ a hình hi n có, các ñơn v tư v n thi t k ch c n ti n hành th sát hi n trư ng ñ ñi u ch nh tài li u cho phù h p v i tiình hình hi n t i. N i dung và yêu c u ñ i v i công tác ñi u tra, thu th p tài li u, kh o sát hi n trư ng ñư c th c hi n theo các quy ñ nh và hư ng d n c a quy trình kh o sát ñư ng s t hi n hành áp d ng trong bư c kh o sát nghiên c u ti n kh thi. Thành ph n và n i dung h sơ báo cáo NCTKT g m 3 tài li u chính sau ñây: Báo cáo thuy t minh t ng h p. H sơ b n v . 9
- Ph l c. a. Các căn c , s c n thi t ph i ñ u tư, các thu n l i và khó khăn. Các căn c kinh t xã h i. Các căn c v quy ho ch, k ho ch dài h n. Các ch trương c a các c p chính quy n. Các thu n l i khó khăn. D báo nhu c u v n t i: D báo nhu c u v n t i khách và hàng các năm tính toán (năm th 10, th 20 k t khi l p báo cáo NCTKT). Có th d báo nhu c u v n t i khách và hàng ch do ñư ng s t ñ m nh n, ho c cho các phương th c v n t i trong ñó có ñư ng s t. T ch c ch y tàu khách và tàu hàng g m: các lo i ñoàn tàu khách, thành ph n các ñoàn tàu khách, s lư ng các lo i tàu khách ch y trong ngày các năm tính toán và sơ ñ th hi n m t ñ ñôi tàu trên các ño n tuy n d án. Sơ b phân tích và l p lu n s c n thi t ph i ñ u tư. b. D ki n hình th c ñ u tư, quy mô xây d ng. Các hình th c ñ u tư (khôi ph c, c i t o, làm m i ho c k t h p gi a các hình th c ñó k rõ các ño n ñư ng, công trình, h ng m c ch y u ng v i các hình th c ñó). Quy mô xây d ng các năm tính toán. Căn c vào m t ñ ñôi tàu các ño n ñ sơ b xác ñ nh quy mô các công trình ch y u: ñư ng ñơn hay ñư ng ñôi, giao c t cùng m c hay l p th các ñư ng giao thông khác, quy mô ga khu ño n c. Gi i thi u v các công trình xây d ng (ñ a ñi m và các phương án). Nh ng y u t k thu t ch y u: kh ñư ng, c p ñư ng, s lư ng ñư ng chính, lo i s c kéo, lo i ñ u máy, ñ d c h n ch cho các hư ng tuy n, tín hi u, thông tin, phương th c ñóng ñư ng. ði u ki n t nhiên vùng tuy n d án: khí h u, khí tư ng, thu văn, ñ a hình, ñ a ch t, hi n tr ng môi trư ng. Công trình xây d ng: Công trình tuy n: các phương án hư ng tuy n (mô t vi c ch n tuy n, ñi m n i ray, tránh các chư ng ng i v t, các di tích l ch s văn hoá, tôn giáo c a m i ño n tuy n, v ch t do hay v ch khó khăn ); n n ñư ng (m t c t ngang ñ i di n cho n n ñào, n n ñ p, d ñoán các ño n n n ñư ng ñ c bi t ph i x lý, các ño n c n có công trình phòng h ) và kh i lư ng công trình. 10
- Công trình ga: phân b ga d c tuy n cho các phương án hư ng tuy n; sơ ñ ñư ng ga cho các phương án hư ng tuy n và kh i lư ng công trình c a ga. Công trình c u: các phương án v trí c u l n , d ki n các lo i k t c u ph n trên, ph n dư i; th ng kê s lư ng các c u trên tuy n (lo i c u nh , c u trung, c u l n và chi u dài m i lo i tương ng). Công trình h m: các phương án v v trí h m l n, d ki n phân ño n chi u dày áo h m cho các h m; th ng kê s lư ng các h m trên tuy n (h m ng n, v a, h m dài và chi u dài m i lo i tương ng). Ki n trúc t ng trên: lo i ray dùng trên chính tuy n, lo i ray dùng trên ñư ng ga, lo i ghi dùng trên chính tuy n và lo i tà v t, s lư ng ñ t trên chính tuy n và trên các ñư ng ga; lo i ba lát và chi u dày ba lát trên tuy n chính và trên ñư ng ga; kh i lư ng c a m i lo i trên. Tín hi u liên khoá ñóng ñư ng: lo i hình d ki n và sơ ñ m u cho ga như ng tránh và ga trung gian. Thông tin: lo i hình d ki n v ñư ng dây truy n d n và t ng ñài; sơ ñ m ng thông tin liên l c (d ki n cho t ng phương án hư ng tuy n). Cơ s ñ u máy toa xe: ư c tính s lư ng xí nghi p ñ u máy toa xe, s lư ng các tr m ñ u máy toa xe và quy mô khái quát c a xí nghi p, tr m (có th x p h ng theo l n, v a, nh ). Phân tích l a ch n sơ b các phương án: ư c tính chi phí xây d ng c a các phương án; tính toán thu chi trong th i gian khai thác c a các phương án, so sánh sơ b các phương án v m t kinh t k thu t, xã h i, môi trư ng. Phân tích ñánh giá v vi c s d ng ñ t ñai và nh hư ng v môi trư ng, xã h i, tái ñ nh cư. d. Phân tích l a ch n sơ b công ngh k thu t GTVT ñư ng s t (công ngh ph bi n nh t hi n dùng trong nư c hay ph i nh p ngo i, ưu như c ñi m, ñi u ki n cung c p, chuy n giao công ngh ). e. Sơ b phân tích các phương án t ch c thi công, ñánh giá tác ñ ng môi trư ng và sơ b v t ch c khai thác. f. Ư c tính t ng m c ñ u tư và phương án huy ñ ng v n. Ư c tính t ng m c ñ u tư (ch n lo i ñ u tư cho k t c u h t ng thu c các ch ñ u tư khác nhau và ñ u tư cho phương ti n v n t i) c a các phương án. Phương án huy ñ ng v n (v n vay ngân hàng qu c t , hay trái phi u chính ph ). g. Tính toán sơ b hi u qu ñ u tư v kinh t xã h i c a d án. 11
- Phân tích d án v m t kinh t và tài chính. Phân tích các l i ích và h u qu v m t xã h i. h. Xác ñ nh tính ñ c l p khi v n hành khai thác c a các d án thành ph n ho c ti u d án (n u có và n u k t lu n d án c n ti p t c l p NCKT). i. K t ku n và ki n ngh . K t lu n v có l p báo cáo NCKT hay b d án; các hư ng NCKT c n ph i lưu ý và các g i h n c a NCKT. Ki n ngh ñ tư v n trong nư c l p NCKT hay các hình th c ph i h p gi a tư v n trong nư c và nư c ngoài ho c thuê nư c ngoài l p NCKT. j. Các yêu c u k thu t c a d án NCTKT. B n ñ giao thông trong khu v c nghiên c u c a d án. Bình ñ t l 1:25.000 ho c 1:50.000. M t c t d c các phương án tuy n. B trí chung c a các c u. B trí chung c a các h m dài. Bình di n các ga khu ño n, ga l p tàu. 1.2.2.2. Nh ng n i dung ch y u c a báo cáo NCKT. a. Nh ng căn c ñ xác ñ nh s c n thi t ph i ñ u tư. Tình hình kinh t xã h i (hi n t i và tương lai phát tri n). Tính hình giao thông v n t i: Giao thông ñư ng b : các ñư ng ô tô, các b n xe, tr ng thái c a các ñư ng, lưu lư ng xe c a các ñư ng ñó, các ??? hàng và năng l c v n t i, d ki n v giao thông ñư ng b trong tương lai. Giao thông ñư ng thu : các tuy n v n t i thu , tr ng thái và lưu lư ng tàu thuy n trên các tuy n ñó; các c ng, tr ng thái và kh năng c a các c ng ñó; d ki n v giao thông v n t i thu trong tương lai. Giao thông ñư ng s t: các tuy n ñư ng s t, tr ng thái và năng l c thông qua hi n t i; các tr m hàng; các ga hi n có và các cơ s khác c a ñư ng s t. D báo v n t i khách và hàng: tuỳ theo các năm khai thác th 2, 5, 10 và t l tăng trong tương lai; các yêu c u v qu c phòng (n u có) và các yêu c u c a ñ a phương tuy n ñư ng s t ñi qua. ð c trưng lu ng hàng và lo i hàng; t l lu ng hàng tr thông, h s không cân b ng gi a hai chi u; các hàng ñ c bi t thích h p v i giao thông ñư ng s t (siêu trư ng, siêu tr ng, container ). 12
- Xác ñ nh s c n thi t làm tuy n ñư ng s t: xét các m t như lư ng v n t i yêu c u x ng ñáng làm ñư ng s t, s T km; s khách km; s ñôi tàu/ngày ñêm; chi u dài v n t i bình quân thu c vùng ưu vi t ñ i v i v n t i ñư ng s t; tính ưu vi t c a v n t i ñư ng s t so v i các phương th c v n t i khác. b. L a ch n hình th c ñ u tư. Hình th c ñ u tư ñ i v i công trình ñơn v là làm m i, khôi ph c, c i t o hay nâng c p. c. Các phương án ñ a ñi m. Các ñ c tính t nhiên vùng d án: ñ a hình ñ a m o, khí h u, thu văn, ñ a ch n. Ch n l a các y u t cơ b n: kh ñư ng, c p ñư ng, s ñư ng chính, lo i s c kéo, lo i ñ u máy kéo tàu khách, lo i ñ u máy kéo tàu hàng, ñ d c ch ñ o, tín hi u liên khoá ñóng ñư ng. Thi t k t ch c ch y tàu (cho t ng phương án hương tuy n và cho các năm tính toán). T ch c ch y tàu khách (lo i tàu khách, s lư ng các lo i toa trong t ng lo i ñoàn tàu khách, tính toán s lư ng các lo i tàu khách trên t ng hư ng ñi, v . T ch c ch y tàu hàng: các lo i tàu hàng, s lư ng các lo i toa xe trong t ng lo i ñoàn tàu hàng; tính toán s lư ng các lo i ñoàn tàu hàng trên t ng hư ng. d. Các phương án công trình. Công trình tuy n ñư ng: Bình di n tuy n ñư ng: các nguyên t c ch n tuy n ñư ng, các phương án hư ng tuy n, so sánh l a ch n chúng; các phương án ñi m n i ray, so sánh l a ch n chúng; các phương án tr s R min và so sánh l a ch n chúng; các ch tiêu thi t k bình di n c a phương án l a ch n (chi u dài ñư ng chim bay, chi u dài tuy n, h s tri n tuy n, chi u dài ño n th ng, ño n cong). M t c t d c tuy n ñư ng: các kh năng v tr s ñ d c h n ch và sơ b ch n tr s h p lý cho tuy n thi t k ; các nguy n t c thi t k m t c t d c (tuỳ tình hình ñ a hình, ñ a ch t, thu văn mà thiên v ñào hay ñ p, ph i h p v i ñư ng ñ và ñ nh chi u dài c u c n, h m, giao c t ); phân ño n thi t k m t c t d c (ño n v ch t do, ño n v ch gò bó, các ch tiêu thi t k m t c t d c c a phương án l a ch n). N n ñư ng: m i phương án ñ u phân ño n n n ñư ng thông thư ng và n n ñư ng ñ c bi t; các m t c t ngang ñi n hình ng v i n n ñư ng thông thư ng; các gi i pháp thi t k x lý ng v i ño n n n ñ c bi t; các công trình thoát nư c d c 13
- tuy n, các m ñ t, ñư ng v n chuy n và c ly v n chuy n ñ t. Kh i lư ng công trình các lo i và gi i pháp thi công xây d ng ( khái quát). Các công trình c i d ch và giao c t: th ng kê các công trình hi n có ph i c i d ch, ñ ngh ñơn v nào l p thi t k c i d ch cho các công trình chuyên ngành; các công trình c th ph i d ch do ñơn v l p d án kh thi ñư ng s t th c hi n trong d án; các giao c t cùng m c và khác m c v i các ñư ng giao thông, kh i lư ng công trình các lo i và gi i pháp thi công (khái quát). Công trình ñi m phân gi i: xác ñ nh các tiêu chu n k thu t và thi t k phân b ñi m phân gi i; d ki n ñ a ñi m, ch c năng, nhi m v , quy mô các ga ng v i các năm khai thác tính toán; thi t k các ga; tính kh i lư ng công trình ga và gi i pháp xây d ng m t cách khái quát cho m i phương án. Công trình c u: xác ñ nh t i tr ng thi t k , kh gi i h n, tĩnh không thông thuy n, t n su t lũ tính toán (tĩnh không c u vư t, cao ñ ñư ng ph i vư t); d ki n v trí, lo i hình k t c u ph n trên, ph n dư i; tính toán kh u ñ , d ki n b trí các kh u ñ ; kh i lư ng công trình ch y u và d ki n gi i pháp xây d ng m t cách khái quát cho m i phương án. Công trình h m: v i m i phương án xác ñ nh kh gi i h n thi t k cho h m th ng, h m cong; căn c vào lo i hình c th ñ d ki n v trí c a vào, c a ra, ñ phân ño n các lo i áo h m khác nhau; phương án thông gió (t nhiên hay nhân t o), phương án thoát nư c, phương án chi u sáng; tính kh i lư ng công trình h m và t ng phương án tuy n; d ki n gi i pháp thi công m t cách khái quát. Công trình c ng: v i m i phương án tuy n c n th ng kê theo lo i hình và chi u dài tương ng. Công trình nhà xư ng: căn c vào ch c năng nhi m v , ñ nh biên CB CNV cho yêu c u s n xu t ñ xác ñ nh ñ a ñi m, di n tích s d ng ñ t, di n tích các khu nhà, c p nhà; th ng kê nhà xư ng toàn tuy n c a phương án tuy n l a ch n (v trí, ch c năng nhà, c p nhà, di n tích xây d ng, di n tích sàn, các công trình ph t ng khu v c); thi t k sơ b các nhà ga t i các ga khu ño n (các ga như ng tránh dùng thi t k ñ nh hình). Công trình ñ u máy: các tiêu chu n k thu t, kinh t ñ thi t k công trình ñ u máy; tính toán thi t k công trình ñ u máy, s km ch y/năm c a ñ u máy trên tuy n, s ñ u máy s d ng, s ñ u máy chi ph i, s ñ u máy ch a các c p (kỳ, c p I, c p II, gi a kỳ), s v trí s a ch a các c p. Xác ñ nh ñ a ñi m, ch c năng nhi m v , công su t c a các ño n (xí nghi p) và c a các tr m ñ u máy; d ki n các công trình, 14
- thi t k ch y u cho các ño n, tr m ñ u máy; xác ñ nh quan h h p tác v i các ño n, tr m thu c các tuy n liên quan và thi t k các xí nghi p, tr m ñ u máy. Công trình toa xe: các tiêu chu n k thu t, kinh t ñ thi t k công trình toa xe; tính toán s toa xe v n d ng, s toa xe c n thi t, s toa xe s a ch a các c p. Xác ñ nh ñ a ñi m, ch c năng nhi m v , công su t c a các ño n (xí nghi p) và c a các tr m toa xe; xác ñ nh quan h h p tác v i các ño n, tr m thu c các tuy n liên quan; d ki n các công trình, thi t b ch y u cho các ño n, tr m toa xe; thi t k các xí nghi p, tr m toa xe. Công trình tín hi u, liên khoá, ñóng ñư ng: nguyên t c thi t k ; lo i hình thi t b ñ i v i các ga, các khu gian, các ñư ng ngang; kh i lư ng công trình xây l p và th ng kê các thi t b ch y u; yêu c u nhà xư ng cho tín hi u, liên khoá và ñóng ñư ng. Công trình thông tin: nguyên t c thi t k , ph m vi thi t k các công trình thông tin, các phương án thi t k m ng thông tin [các h thông tin, các tr m thông tin (t ng ñài, các thi t b ñ u cu i, các thi t b ghép kênh), ñư ng dây truy n d n]; yêu c u nhà xư ng cho thông tin; kh i lư ng công trình xây l p và thi t b . Công trình c p ñi n, c p nư c: xác ñ nh ngu n ñi n, ngu n nư c; ph m vi thi t k và m c ñ thi t k ; d ki n kh i lư ng công trình thi t b ch y u. e. Phân tích l a ch n các phương án: Tính toán chi phí xây d ng c a các phương án, tính thu chi trong th i gian khai thác c a các phương án, so sánh l a chon các phương án v m t kinh t , k thu t, xã h i, môi trư ng. f. Phân tích l a ch n phương án k thu t công ngh GTVT ñư ng s t. g. Phân tích l a ch n các phương án t ch c thi công. h. Phương án gi i phóng m t b ng, tái ñ nh cư. i. ðánh giá tác ñ ng môi trư ng ñ i v i các phương án. Hi n tr ng môi trư ng khu v c d án; tác ñ ng c a tuy n ñư ng t i môi trư ng (ñư c xem xét trong giai ño n nghiên c u ch n tuy n, trong b trí các công trình, trong giai ño n xây d ng, khi ñưa ñư ng vào khai thác); các bi n pháp và chi phí ñ gi m thi u các tác ñ ng b t l i ñ i v i môi trư ng các giai ño n; b ng kê các thông s môi trư ng (các ho t ñ ng nh hư ng t i môi trư ng, ngu n và giá tr , m i h i môi trư ng), khuy n ngh các bi n pháp b o v , ñánh giá tác ñ ng môi trư ng. j. Phương án qu n lý khai thác, s d ng lao ñ ng. 15
- D ki n phân chia khu v c qu n lý khái thác ch y tàu và duy tu b o dư ng c u, ñương, thông tin tín hi u, ño n, tr m ñ u máy toa xe; d ki n ñ nh biên CB CNV t i các cơ s ñư ng s t trong d án; xác ñ nh yêu c u ñào t o CB CNV (khi ñã s d ng lo i thi t b m i, công ngh khai thác m i) và d ki n chi phí th c hi n. k. T ng m c ñ u tư, ngu n v n. Xác ñ nh t ng m c ñ u tư c a các phương án, ngu n v n chia ra v n ñ u tư vào k t c u h t ng và trang thi t b khai thác thu c các ch ñ u tư khác nhau. Phương án huy ñ ng v n; phân kỳ ñ u tư. l. Phân tích hi u qu ñ u tư. Phân tích ñánh giá d án v m t kinh t , tài chính, phân tích ñánh giá d án v m t xã h i và môi trư ng. m. Các m c th i gian chính th c hi n d án. n. Ki n ngh hình th c qu n lý th c hi n d án. o. Xác ñ nh ch ñ u tư. p. M i quan h và trách nhi m c a các cơ quan liên quan ñ n d án. q. Các k t ku n: V tính kh thi kinh t , k thu t c a d án; yêu c u và th i gian ñ u tư vào công trình thu c d án và cho các tuy n liên quan; các lưu ý cho bư c thi t k k thu t. 1.3. NĂNG L C TÍNH TOÁN C A ðƯ NG THI T K 1.3.1. Các s ño. Nh ng s ño v kh năng c a m t con ñư ng xác ñ nh rõ kh năng c a ñư ng ñó theo nh ng thông s k thu t c a toàn b nh ng công trình trên ñư ng, phương pháp t ch c v n t i và ch y tàu. Kh năng thông qua c a m t tuy n ñư ng ñơn ño b ng s ñôi tàu tính toán cho c hai chi u, còn ñ i v i tuy n ñôi thì ño b ng s ñoàn tàu cho t ng chi u ch y qua m t khu gian khó nh t (trong 1 ngày ñêm). Kh năng thông qua c a tàu N không ch ph thu c vào kh năng thông qua c a các khu gian mà còn c c a ga, các c u trúc c a nghi p v ñ u máy, thi t b cung c p năng lư ng. Khi thi t k ph i làm sao cho kh năng thông xe c a các công trình ga ph i b o ñ m kh năng thông xe c a các khu gian. Kh năng chuyên ch G là s t n hàng mà con ñư ng có th chuyên ch trong ñơn v th i gian (thư ng l y 1 năm) cho m i chi u, thông thư ng khi thi t k ñư ng s t kh năng chuyên ch tính cho chi u nhi u hàng. 16
- ð i v i vi c ch hàng thì tương quan gi a kh năng thông qua và kh năng chuyên ch tính theo công th c: G = 365Q H. n h (t n/năm) Trong ñó: nh: s ñôi tàu hàng trong 1 ngày ñêm QH: kh i lư ng hàng c a tàu Kh năng ch y tàu ph thu c vào lo i s c kéo và lo i ñ u máy, hình d ng tr c d c và vi c phân b ñi m phân gi i, vào phương pháp t ch c ch y tàu, vào th i gian tàu ñ ga kh năng chuyên ch ph thu c vào kh năng thông qua c a tàu hàng và tr ng lư ng c a t ng ñoàn tàu kh năng chuyên ch không ñư c tính nh hơn ñ i lư ng chuyên ch c n thi t (yêu c u) c a con ñư ng (N có th N c n thi t ). Nhưng ñ i lư ng chuyên ch c n thi t không c ñ nh mà thông thư ng luôn luôn tăng. Vì v y mà kh năng chuyên ch có th cũng c n ph i tăng lên. Khi thi t k ñư ng s t ngư i ta n ñ nh kh năng lúc ñ u c a con ñư ng và ñ ra bi n pháp tăng cư ng kh năng ñó khi lư ng hàng ch tăng lên. Kh năng d tr c a tuy n ñư ng ñư c ño các k t c u trên ñư ng mà có th chia ra thành hai lo i: vĩnh c u và bán vĩnh c u (c ñ nh và thay ñ i). Lo i k t c u vĩnh c u g m có toàn b nh ng y u t có tính ch t lâu dài và không c n ph i s a ñ i khi tăng cư ng năng l c cho con ñư ng như bình ñ , tr c d c, n n ñư ng, s phân b ñi m phân gi i và chi u dài sân ga, các công trình nhân t o trên ñư ng và sơ ñ c p ñi n n u là ñư ng ñi n khí hoá. V căn b n nh ng k t c u vĩnh c u xác ñ nh kh năng thông qua ñ i v i t ng lo i ñ u máy và t ng phương pháp t ch c ch y tàu. Nh ng k t c u bán vĩnh c u là ki n trúc t ng trên, thông tin tín hi u, các ñư ng phát tri n trong ga, ch ñ ng trong ñ pô, phương ti n ñi u khi n ch y tàu v.v Có th tăng cư ng kh năng c a ñư ng b ng cách gia c nh ng k t c u bán vĩnh c u. Còn k t c u vĩnh c u ph i thi t k sao cho có kh năng d tr lâu dài. Vi c ch n lo i và kh năng c a các k t c u vĩnh c u và bán vĩnh c u là m t trong nh ng nhi m v ñ u tiên c a vi c thi t k ñư ng. 1.3.2. Năng l c d tính c a ñư ng s t. Năng l c d tính c a ñư ng s t là kh năng lúc ñ u mà con ñư ng ph i có khi nó b t ñ u vào khai thác. 17
- Khi thi t k ñư ng m i và gia c ñư ng cũ do k t qu kh o sát kinh t ta có th n ñ nh ñư c kh năng c n thi t cho con ñư ng c th là ph i xác ñ nh ñư c lư ng hàng hoá và hành khách tính toán cho lúc giao ñư ng vào khai thác và n ñ nh ñư c nh p ñi u tăng ti n c a lư ng hàng chuyên ch trong tương lai. 1.3.3. Nh ng thông s k thu t cơ b n khi thi t k tuy n ñư ng s t. Thông s k thu t thi t k tuy n ñư ng là nh ng tiêu chu n có tính ch t nguyên t c. Nh ng tiêu chu n này xác ñ nh kích thư c, lo i sơ ñ (như sơ ñ ñi m phân gi i) kh năng d tr bình, tr c di n, tiêu chu n phân b ñi m phân gi i, phân b m t s lo i công trình quan tr ng nh t. Trong nh ng thông s k thu t có th k ra nh ng thông s cơ b n. ðó là kh ñư ng, c p ñư ng, s ñư ng chính, lo i s c kéo, ñ i lư ng ñ d c gi i h n, chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i tàu trong ga. Có khi l i phân ra nh ng thông s quan tr ng nh t trong các thông s cơ b n, c n l p lu n v m t thông s tiêu quan tr ng nh t như s ñư ng chính, lo i s c kéo v.v n u không xác ñ nh trư c s g p khó khăn khi ch n các thông s k thu t khác. Khi thi t k n u thay ñ i các thông s cơ b n thì s c n có nh ng gi i pháp khác nhau, trong quá trình khai thác mà thay ñ i chúng t c là ta ph i s a l i ñư ng. Khi xét ñ n tương quan gi a chúng v i nhau, có nh ng thông s ta ph i thay ñ i d n d n m i l i. Ví d lúc ñ u t ki n trúc t ng trên ñ t cho kh h p, tương lai ñ t ñư ng kh tiêu chu n d n cho t ng ño n, hay lúc ñ u dùng s c kéo hơi nư c sau chuy n sang s c kéo ñi n. 1.3.4. Kh năng d tính c a t ng công trình và k t c u c a nó. Vi c phân b , ch n lo i và thi t k nh ng công trình vĩnh c u và k t c u thay ñ i nh m m c ñích ñ m b o cho chúng làm vi c vĩnh c u (như n n ñư ng, công trình nhân t o, ga), hay là trong m t s năm lâu dài (kh ñư ng, s ñư ng chính, lo i ñ u máy v.v ). Kh năng d tính t ng công trình và k t c u bán vĩnh c u riêng bi t không ñư c h n ch kh năng d tính c a toàn tuy n nói chung. N u kh năng c a chúng ch ñáp ng cho vi c chuyên ch trong th i kỳ ñ u khai thác thì ph i ñ t thành v n ñ thay ñ i hay gia c chúng t ng giai ño n sau này. 1.4. NH NG YÊU C U CHU N T C KHI THI T K ðƯ NG S T 1.4.1. Nhi m v thi t k tuy n ñư ng s t. 18
- Vi c thi t k ph i ti n hành theo nhi m v ñư c giao. Do công trình ñư ng s t có ý nghĩa qu c gia to l n nên nhi m v thi t k ph i do các cơ quan ñư c u nhi m c a h i ñ ng B trư ng xét duy t. Nhi m v giao cho thi t k g m có: Cơ s thi t k và nh ng hư ng gi i quy t chính: Ý nghĩa c a ñư ng, ñi m ñ u và ñi m cu i, nh ng ñi m gi a mà ñư ng ph i qua, th i h n xây d ng và trình t ñưa vào khai thác, s giai ño n thi t k . Nói chung nhi m v c a ngư i thi t k là ph i phân tích t m nh ng th c m c có th phát sinh, c n th hi n sáng ki n c a mình r i ñ ñ t lên ñ xét. Khi nhi m v giao cho r i ta có th có nhi u phương án ñ gi i quy t, cho nên ph i bi t nguyên t c cân nh c ñ tìm ra nh ng gi i pháp t t nh t. 1.4.2. Nh ng tài li u cơ b n v chu n t c. V ý nghĩa con ñư ng s t này có th khác con ñư ng s t kia r t xa, có th là con ñư ng nhánh ho c có th là con ñư ng có ý nghĩa qu c gia làm vi c r t b n r n v.v cho nên khi thi t k ñư ng s t m i c n ph i bi t ch n nh ng thông s k thu t và tính ñư c m t s kh năng d tr . T t c nh ng yêu c u v phân lo i ñư ng s t và yêu c u v toàn b các k t c u ñư c nêu trong tài li u chu n t c ch y u chúng xác ñ nh tương quan gi a t t c các tuy n ñư ng s t, các tài li u ñó là: B n phân lo i ñư ng, chu n t c và quy ph m thi t k ñư ng s t, quy ph m khai thác k thu t ñư ng s t (quy ph m qu n lý ñư ng s t). B n phân lo i ñư ng s t xác ñ nh nh ng thông s k thu t và ñ c ñi m tuỳ theo ý nghĩa c a tuy n ñư ng c th ph i n ñ nh. a. Nguyên t c phân chia ñư ng s t dân d ng ra t ng c p. b. ð i lư ng thông s k thu t c a nh ng k t c u vĩnh c u c a ñư ng s t t ng c p. c. Nh ng ñ c tính nên có c a các k t c u b n vĩnh c u và các phương ti n trang b k thu t cho ñư ng s t t ng c p ñ có th th ng nh t hoá nh ng ñi u ki n khai thác cho hàng lo t tuy n ñư ng l i v i nhau. 1.4.3. Chu n t c v quy ph m thi t k ñư ng s t. Do ñư ng s t là công trình có ý nghĩa qu c gia, do vi c thi t k r t ph c t p và ph i hoàn toàn ñ m b o cho ñư ng s t làm vi c an toàn, liên t c và êm thu n nên khi thi t k chúng ta c n ph i có nh ng tài li u chu n ñ xác ñ nh nh ng yêu c u cơ b n v chu n t c. Trong chu n t c và quy trình có nêu: 19
- a. Nh ng ch tiêu có tính ch t nguyên t c v vi c ch n nh ng thông s cơ b n v năng l c d tính c a t ng k t c u và công trình, v vi c l p lu n theo k thu t kinh t gi i pháp này hay gi i pháp khác. b. Quy ñ nh lo i b r ng m t n n ñư ng, bán kính ñư ng cong, lo i tr c ngang c a n n ñư ng v.v c. Gi i h n nh ng chu n t c cho phép theo tr s nh nh t (chi u r ng n n ñư ng, kho ng cách gi a hai tim ñư ng, chi u dày l p ñá v.v ) và tr s l n nh t c a ñ i lư ng các ñ d c gi i h n. d. Nh ng ch d n v cách ch n tr s gi i h n cho phép hay tr s nên ch n (ñ i lư ng b n kính ñư ng cong, ñ d c tr c d c v.v ) e. Nh ng chu n t c d tính ñ thi t k t ng công trình và k t c u trên ñư ng trong ñó có bình di n, tr c di n n n ñư ng và ki n trúc t ng trên. Do k thu t yêu c u v n t i ngày càng c i ti n nên yêu c u c a ñư ng ph i thay ñ i do ñó chu n t c và quy trình cũng c n thay ñ i theo. Vi t Nam chúng ta ñã xây d ng chu n t c và quy trình chính th c. Hi n nay ñã có quy ph m k thu t khai thác ñư ng s t 22 TCN 240 99 ban hành ngày 2/7/1999; Quy ph m tính toán s c kéo ñ u máy và tiêu chu n thi t k ñư ng s t kh 1435mm TCVN 4117 85 ñư c ban hành b i Quy t ñ nh s 890/UBXD ngày 12/11/1985 c a ch nhi m u ban XDCB Nhà nư c. Quy ph m k thu t thi t k ñư ng s t kh 1000 mm ñư c ban hành theo quy t ñ nh s 433 Qð KT4 ngày 9/2/1976 c a B trư ng B Giao thông v n t i, các ñi u quy ñ nh ñây ñ u xu t phát t kh ñư ng 1000 mm, ñoàn tàu do ñ u máy hơi nư c T l c kéo v i công su t 1236 mã l c; các v n ñ khác như thi t k c u c ng, h m ñư ng s t, v t li u xây d ng, kh o sát, khoan thăm dò theo tiêu chu n ngành 22 TCN ho c tiêu chu n Vi t Nam TCVN liên quan ban hành. ðó là nh ng tài li u chu n m c cho chúng ta thi t k và qu n lý khai thác ñư ng s t. 20
- CHƯƠNG 2 TÍNH S C KÉO ð U MÁY 2.1. KHÁI NI M CHUNG 2.1.1. M c ñích tính s c kéo ñ u máy khi thi t k ñư ng s t. Khi thi t k ñư ng m i cũng như c i t o ñư ng cũ, vi c tính s c kéo cho phép ch n ñư c v trí h p lý nh t c a tuy n và hình dáng c a tr c d c, ñ ng th i xác ñ nh ñư c lo i ñ u máy và kh i lư ng ñoàn tàu, ñ c tính và ch ñ chuy n ñ ng c a tàu (m máy, ñóng máy, ñóng và hãm), v n t c ch y tàu và th i gian ch y tàu, tiêu hao nhiên li u (d u ma dút n u là ñ u máy ñiêzen, tiêu hao than nư c n u là ñ u máy hơi nư c, tiêu hao năng lư ng ñi n n u là ñ u máy ñi n). ð minh h a, trên hình 2.1 ñưa ra ñ th quan h v n t c ch y tàu v(S) và th i gian ch y tàu t(S) vào quãng ñư ng ñi ñư c. Hình 2 1. ð th quan h v n t c ch y tàu v(S) và th i gian ch y tàu t(S) vào quãng ñư ng ñi ñư c S. D a vào ñư ng cong v n t c v(S) v ñư c trên khu gian, chúng ta d dàng xác ñ nh ñư c th i gian ch y tàu, l c kéo c a ñ u máy và chi phí công cơ h c các th i ñi m. Theo nh ng s li u này xác ñ nh ñư c chi phí khai thác c a ñư ng trong tương lai, do ñó cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuy n thi t k . 2.1.2. Mô hình tính c a ñoàn tàu và các l c tác d ng lên nó. 1. Các gi thi t Khi tàu chuy n ñ ng trên ñư ng ta xem ñoàn tàu như ch t ñi m chuy n ñ ng dư i tác d ng c a các l c ñ t t i tr ng tâm. D a vào ñư ng cong v n t c v(S) v ñư c trên khu gian, chúng ta d dàng xác ñ nh ñư c th i gian ch y tàu, l c kéo c a ñ u máy và chi phí
- công cơ h c các th i ñi m. Theo nh ng s li u này xác ñ nh ñư c chi phí khai thác c a ñư ng trong tương lai, do ñó cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuy n thi t k . 2.1.2. Mô hình tính c a ñoàn tàu và các l c tác d ng lên nó. 1. Các gi thi t Khi tàu chuy n ñ ng trên ñư ng ta xem ñoàn tàu như ch t ñi m chuy n ñ ng dư i tác d ng c a các l c ñ t t i tr ng tâm. Khi tàu chuy n ñ ng ti n d n ( m i th i ñi m v n t c b ng nhau v ñ i lư ng và chi u) ta không xét ñ n n i l c vì n i l c không gây ra chuy n ñ ng mà ch xét ñ n ngo i l c gây ra chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. 2. Các ngo i l c a. L c kéo F (N, kN) do ñ u máy sinh ra và do ngư i lái máy tăng, gi m ho c ñóng máy. b. L c c n chuy n ñ ng W (N, kN) ph thu c vào lo i ñoàn tàu, t c ñ chuy n ñ ng, ñ d c và v trí ñư ng cong mà tàu ch y trên ñó. L c c n chuy n ñ ng xu t hi n vì nh ng nguyên nhân khách quan vì v y ngư i lái máy không ñi u ch nh ñư c. c. L c hãm ñoàn tàu B (N, kN) là l c t o ra do con ngư i thông qua b ph n hãm ñ c n chuy n ñ ng c a ñoàn tàu nh m gi m ho c gi nguyên v n t c khi xu ng d c, khi vào ga ho c cho tàu d ng l i n u c n thi t. Ph thu c vào cách ñi u khi n ch y tàu c a ngư i lái máy mà có th phân ra các ch ñ ch y tàu sau: Ch ñ kéo: ñ ng cơ c a ñ u máy m máy. Ch ñ ch y ñà: ñ ng cơ c a ñ u máy ñóng máy nhưng không s d ng hãm và ñoàn tàu chuy n ñ ng dư i tác d ng c a thành ph n tr ng l c ho c l c quán tính. Ch ñ hãm: ñ ng cơ c a ñ u máy ñóng máy, h th ng hãm làm vi c. d. Quy t c d u. Có th dùng quy t c d u như sau: ChiÒu chuyÓn ®éng W > 0 F > 0 B > 0 W < 0 Hình 2 2. Quy t c d u c a F, W, B
- L c kéo bao gi cũng tác d ng theo chi u chuy n ñ ng l y d u dương F > 0. L c hãm bao gi cũng tác d ng ngư c chi u chuy n ñ ng l y d u dương B > 0. L c c n có d u dương W > 0 khi ngư c chi u chuy n ñ ng, có d u âm W < 0 khi cùng chi u chuy n ñ ng. Cũng t n t i quy t c d u khác, ñó là nh ng l c cùng chi u chuy n ñ ng mang d u dương và ngư c chi u chuy n ñ ng mang d u âm. Theo quy t c này l c kéo mang d u dương, l c hãm mang d u âm, l c c n cũng mang d u âm tr trư ng h p l c c n do d c khi tàu chuy n ñ ng xu ng d c mang d u dương t c là kích thích chuy n ñ ng và khi lên d c mang d u âm. e. L c toàn ph n và l c ñơn v . Trong tính toán s c kéo ñ u máy ngư i ta ñưa ra khái ni m l c toàn ph n và l c ñơn v . Nh ng l c tính toán cho c ñoàn tàu, cho ñ u máy, cho m t toa xe ho c m t nhóm toa xe ñư c g i là l c toàn ph n. Các l c này ñư c ký hi u ch in hoa F, W, B và ñơn v ño là Niu tơn (N). Nh ng l c tính cho m t ñơn v tr ng l c c a ñoàn tàu, c a ñ u máy, c a toa xe ñư c g i là l c ñơn v . Tr ng l c c a ñoàn tàu, c a ñ u máy, c a toa xe t t nh t dùng ñơn v kN v i ñi u ki n là kh i lư ng c a chúng dùng ñơn v t n. Các l c ñơn v này ñư c ký hi u ch thư ng 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 kh i lư ng ñ u máy (t n) Q kh i lư ng ñoàn toa xe (t n) g gia t c tr ng trư ng, g = 9,81 m/s 2 Ví d : l c kéo toàn ph n có tr s 385500 N tác d ng vào ñoàn tàu có tr ng l c (P+Q).g = 65000 kN thì l c kéo ñơn v là f = 385500/65000 = 5,93 N/kN
- Tuỳ theo tương quan gi a tr s l c kéo, l c c n ñơn v mà tàu có nh ng chuy n ñ ng khác nhau: nhanh d n, ch m d n và ñ u. 2.2. L C C N CHUY N ð NG 2.2.1. Thành ph n c a l c c n. Khi chuy n ñ ng ñoàn tàu ch u l c c n do nhi u y u t khác nhau. ð d dàng tính ñ n các y u t này ngư i ta chia l c c n chuy n ñ ng thành hai ph n: a. L c c n cơ b n W0, w 0: là l c c n t t nhiên khi tàu ch y trên ñư ng th ng, b ng và r ng thoáng v i v n t c nh t ñ nh. b. L c c n ph : xu t hi n ch khi ñoàn tàu qua d c Wi, w i, qua ñư ng cong Wr, w r ho c khi kh i ñ ng Wkñ , w kñ . Ngoài ra c n tính ñ n m t s l c c n ph khác như khi có gió to, khi tàu ch y trong h m T ng s ñ i s c a l c c n cơ b n và l c c n ph g i là l c c n chung c a ñoàn tàu: W = W 0 + W i + W r (N) (2 4) w = w 0 + w i + w r (N/kN) (2 5) Như v y l c c n cơ b n luôn luôn x y ra khi tàu chuy n ñ ng còn l c c n ph có th có tuỳ theo ñi u ki n chuy n ñ ng và ñ c tính c a tr c d c và bình ñ trên ño n ñư ng ñã cho. C th là: Trên ñư ng b ng: W = W 0 (N) (2 6) w = w 0 (N/kN) (2 7) Trên ñư ng d c: W = W 0 + W i (N) (2 8) w = w 0 + w i (N/kN) (2 9) Trên ñư ng cong: W = W 0 + W r (N) (2 10) w = w 0 + w r (N/kN) (2 11) L c c n chung ñơn v c a ñ u máy w' = w 0' + w i' + w r' (N/kN) (2 12) L c c n chung ñơn v c a toa xe w'' = w 0'' + w i'' + w r'' (N/kN) (2 13)
- L c c n chung toàn ph n c a 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. L c c n cơ b n 1. ð nh nghĩa . L c c n cơ b n là l c c n khi tàu ch y tr n ñư ng th ng, b ng và r ng tho ng dư i c c ñi u ki n sau: v n t c tàu ch y vtàu ≥10 km/h; v n t c giú vgiú 25 0C (v i các nư c Liên Xô cũ và m t s nư c khác); v n t c 0 0 ch y tàu vtàu ≥ 10 km/h; t > 10 C; vgió < 5 m/s (v i Trung Qu c). 2. Các y u t t o nên l c c n cơ b n. L c c n cơ b n phát sinh khi có ma sát gi a các b ph n c a tàu, gi a tàu và ñư ng, gi a tàu và môi trư ng không khí. Khi tàu ch y trên ño n th ng và b ng l c c n cơ b n phát sinh do các nguyên nhân chính sau: a. L c c n do ma sát gi a c tr c và bi: là thành ph n l n c a l c c n cơ b n, l c c n này t l thu n v i h s ma sát trong bi, v i t i tr ng tr c, v i ñư ng kính tr c và t l ngh ch v i ñư ng kính bánh xe. H s ma sát ph thu c vào ch t lư ng và s lư ng m bôi trơn, vào v n t c quay c a tr c, vào v t li u m t ti p xúc. Khi tăng áp l c ñơn v , h s ma sát gi m. Hi n nay h u h t các ñ u máy toa xe ñã ñư c l p ñ t lăn, ñi u này mang l i hi u qu cao so v i l p trư t, nh t là khi kh i ñ ng vì làm gi m ñáng k h s ma sát. b. L c c n do ma sát lăn gi a bánh xe và ray: l c c n này xu t hi n do vành bánh ép trên ray và do ray b võng xu ng nên tàu chuy n ñ ng lư n sóng làm t n th t năng lư ng. Tr s c a l c c n này ph thu c vào môñun ñàn h i c a kim lo i làm vành bánh và ray, vào t i tr ng tr c và ñ c ng c a ñư ng. ð c ng c a ñư ng ph thu c vào lo i ray và tà v t cũng như s lư ng c a chúng trên 1 km chi u dài. c. L c c n do ma sát trư t gi a ñai bánh và ray: khi bánh xe lăn trên ray thì phát sinh hi n tư ng trư t. Hai bánh v a quay v a trư t là do vành bánh xe có c u t o hình côn, do ñôi bánh l p không ñúng, do ñư ng kính ñôi bánh xe không như nhau, do s ch n ñ ng c a máy, do s ti p xúc c a ñai bánh v i ray không ph i là m t ñi m mà là m t d i và trên d i ñó các bán kính khác nhau. d. T n th t ñ ng năng: do ch n ñ ng và va ch m gi a bánh xe và ray m i n i ray, ch y u là do khe h , tr ng thái m t ray và m t lăn bánh xe không ñ u. B i vì m i s va ñ p ñ u làm cho m t ph n ñ ng năng bi n thành "công cơ gi i" xung kích nên t c ñ gi m d n.
- e. L c c n không khí: m i v t th chuy n ñ ng ñ u làm không khí xung quanh chuy n ñ ng. T c ñ c a các b ph n không khí khác nhau tuỳ theo v trí c a v t chuy n ñ ng. Không khí chính di n b nén, phía sau sinh ra chân không, áp l c phía trư c l n hơn phía sau và s chênh l ch áp l c ñó t o ra l c c n. L c c n không khí V 2 t l thu n v i áp l c ñ ng c a không khí ρ = (trong ñó ρ m t ñ không khí, 2 còn V v n t c chuy n ñ ng) v i ti t di n ngang c a ñoàn tàu và v i h s ñ c trưng cho hình dáng c a ñoàn tàu. H s này ñư c xác ñ nh b ng th nghi m cho các lo i ñoàn tàu khác nhau. B i vì l c c n c a không khí t l thu n v i bình phương v n t c, do ñó v i nh ng ñoàn tàu t c ñ cao, ngư i ta s d ng nh ng bi n pháp ñ c bi t ñ gi m l c c n này b ng cách t o cho ñoàn tàu có hình dáng khí ñ ng h c. 2.2.3. Công th c th c nghi m tính l c c n ñơn v c a toa xe. L c c n ñơn v cơ b n c a toa xe ñư c xác ñ nh b ng th c nghi m khi thí nghi m các ñoàn tàu có l p toa trang b thi t b ño. L c c n này ch y u ph thu c vào v n t c ch y tàu V (km/h), t i tr ng tr c c a toa xe q 0 (t n/tr c), lo i toa xe và c u t o bi. 1. Công th c th c nghi m tính l c c n ñơn v cơ b n cho m t toa xe. a. ð i v i toa hàng: Công th c t ng quát c w0" = a + (b + )V (N/kN) toa hàng hai tr c Liên Xô cũ (2 15) q 0 1 2 w0" = a + (b + cv + dV ) (N/kN) toa hàng 4,6,8 tr c LX cũ (2 16) q 0 29 + V w0" = (N/kN) toa hàng 2, 4 tr c Trung Qu c (2 17) 9 + q5,0 c¶bi` trong ñó a, b, c, d h s th c nghi m B ng 2 1. H s th c nghi m a, b, c, d toa hàng Lo i toa A b c d Toa 2 tr c 1,4 0,02 0,25 Toa 4 tr c trư t 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 4 tr c lăn 0,7 3 0,1 0,0025 Toa 6 tr c lăn 0,7 8 0,1 0,0025 Toa 8 tr c lăn 0,7 6 0,038 0,0021
- q ¶c ×b q0 = (t n/tr c) n (2 18) qc bì kh i lư ng hàng và bì; q c bì = βqtt + q bì (t n) qtt kh i lư ng tính toán c a toa xe (t n) qbì kh i lư ng bì (toa r ng) (t n) β h s ch t hàng, ph thu c lo i hàng và lo i toa xe n s tr c c a m t toa xe L c c n ñơn v cơ b n c a toa xe hàng 4 tr c trên ñư ng kh 1000 mm nư c ta ñư c tính theo các công th c sau: V i toa ñ c ch y b ng trư t '' 2 w0 = 1,0 + 0,04V + 0,00032V (N/kN) (2 19) V i toa r ng ch y b ng trư t '' 2 w0 = 1,2 + 0,02V + 0,0017V (N/kN) (2 20) V i toa ñ c ch y b ng lăn '' 2 w0 = 0,7 + 0,04V + 0,0032V (N/kN) (2 21) V i toa r ng ch y b ng lăn '' 2 w0 = 0,9 + 0,02V + 0,0017V (N/kN) (2 22) L c c n ñơn v cơ b n c a toa xe khách và toa xe hàng 4 tr c trên ñư ng kh 1435 mm nư c ta ñư c tính theo các công th c sau: V i toa xe khách ho c hàng ch y b ng trư t 2 '' V w0 = 2 + (0,007 + m) (N/kN) (2 100 23) V i toa xe khách ho c hàng ch y b ng lăn 2 '' 80 V w0 = 2,2 + (0,007 + m) (N/kN) (2 V + 38 100 24) Trong ñó m là h s b m t ñư c quy ñ nh như sau: m = 0,033 ñ i v i toa xe khách 4 tr c m = 0,05 ñ i v i toa xe hàng ñ c
- m = 0,033 ñ i v i toa xe hàng r ng b. ð i v i toa khách. Công th c t ng quát 2 w0" = a + bV + cV (N/kN) (2 25) trong ñó a, b, c h s th c nghi m B ng 2 2. H s th c nghi m toa khách Lo i 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 V i toa khách Trung Qu c w 0" = 1,49 + + 0,00032V (N/kN) (2 26) V Ví d : Tính l c c n toàn ph n c a ñoàn toa xe hàng 4 tr c Liên Xô cũ có kh i lư ng 5600 t n t i th i ñi m V = 60 km/h bi t kh i lư ng bì c a toa 4 tr c là 22 t n, kh i lư ng tính toán c a toa 4 tr c là 62,5 t n và β = 0,9. Gi i: qc bì = 22 + 0,9.62,5 = 78,25 t n 78,25 q0 = = 19,56 t n/tr c 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 th c tính l c c n bình quân c a ñoàn toa xe. Trong th c t ñoàn tàu ñư c hình thành t nhi u lo i 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) l c c n ñơn v cơ b n c a t ng lo i toa (N/kN) Q2, Q 4, Q 6 kh i lư ng các nhóm toa trong ñoàn tàu (t n)
- α2, α4, α6 t l tính theo kh i lư ng c a t ng lo i toa so v i kh i lư ng ñoàn tàu M t khác n u bi t t l tính theo s lư ng c a t ng lo i toa γi, s toa trong ñoàn tàu m và kh i lư ng c a t ng 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 ki m tra tính toán c n s d ng công th c ‡”α i = 1 =i 1 2.2.4. L c c n ñơn v cơ b n c a ñ u máy. Nguyên nhân gây ra l c c n cơ b n c a ñ u máy cũng gi ng như c a toa xe. ð i v i ñ u máy khi ñóng và khi m máy có l c c n cơ b n khác nhau. Khi ñóng máy l c c n cơ b n l n hơn khi m máy (khi ñóng máy ph i tính thêm l c c n ph do ma sát các b ph n chuy n ñ ng và truy n ñ ng c a ñ u máy sinh ra), tàu ch y ñóng máy dư i tác d ng c a tr ng l c ho c l c quán tính. w' oñ = w' o + w' oñ (N/kN) (2 33) Khi tàu ch y m máy và ñóng máy l c c n ñơn v cơ b n có d ng t ng 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 th c nghi m 1. Khi tàu ch y m máy. 2 ð u máy tàu khách w' 0 = 1,9 + 0,01V + 0,0005V (N/kN) (2 36) 2 ð u máy tàu hàng w' 0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V (N/kN) (2 37) 2 ð u máy lo i m i w'0 = 1,2 + 0,025V + 0,00016V (N/kN) (2 38) 2. Khi tàu ch y ñóng máy. ð i v i ñ u máy hơi nư c lo i m i:
- 2 w' 0ñ = 3,0 + 0,002V + 0,0009V (N/kN) (2 39) ð i v i ñ u máy ñiêzen lo i m i: 2 w' 0ñ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V (N/kN) (2 40) S khác nhau c a l c c n cơ b n khi ñóng máy và khi m máy xét v giá tr tuy t ñ i tăng lên khi tăng v n t c ch y tàu. 2.2.5. L c c n ñơn v cơ b n bình quân c a ñoàn tàu. ð tính toán s c kéo c n xác ñ nh l c c n cơ b n bình quân c a 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 kh i lư ng c a ñ u máy và toa xe so v i kh i lư ng ñoàn tàu Trong ñ i ña s trư ng h p δ1 << δ2 vì v y khi tính toán g n ñúng l y w 0 ≈ w" 0. Ví d : Tính l c c n ñơn v cơ b n bình quân c a tàu hàng trư ng h p m máy và ñóng máy khi V = 60 km/h. ðoàn tàu bao g m 30% s toa 2 tr c và kh i lư ng m i toa (c hàng và bì) là 30 t n, 40% s toa 4 tr c và kh i lư ng m i toa (c hàng và bì) là 80 t n, 30% s toa 6 tr c và kh i lư ng m i toa (c hàng và bì) là 126 t n. Kh i lư ng ñoàn toa xe 3000 t n ñư c kéo b i 2 ñ u máy T ∃10 có t ng kh i lư ng là 258 t n, toa xe Liên Xô cũ. Gi i: L c c n ñơn v cơ b n c a ñ u 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) L c c n ñơn v cơ b n c a ñ u máy khi ñóng máy 2 2 w' 0ñ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V = 2,4 + 0,011.60 + 0,00035.60
- =4,32 (N/kN) L c c n ñơn v cơ b n c a toa 2 tr c ,0 25 ,0 25 w" 0(2) = 1,4+(0,02+ )V = 1,4+(0,02+ ).60 = 3,6 (N/kN) q0 30 / 2 L c c n ñơn v cơ b n c a toa 4 tr c 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) L c c n ñơn v cơ b n c a toa 6 tr c 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 kh i lư ng c a các lo i 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 Ki m tra Σαi = 0,11 + 0,41 + 0,48 = 1 L c c n ñơn v cơ b n bình quân c a 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) L c c n ñơn v cơ b n bình quân c a 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 L c c n ñơn v cơ b n bình quân c a 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. L c c n ph . 1. L c c n do ñ d c W 1, w i.
- h (m) Wi (P+Q)g α α L (km) Hình 2 3. L c c n do ñ d c W i Khi tàu ch y trên d c thì phát sinh m t l c song song v i ñư ng, chi u c a l c này ho c trùng v i chi u chuy n ñ ng (xu ng d c) ho c ngư c chi u chuy n ñ ng (lên d c). Wi = 1000(P+Q)g.sin α (N) (2 45) Vì α nh (th m chí v i d c 15‰ thì α = 0 051') nên có th coi sin α = tg α h i mà tg α = = do h tính b ng (m) và L tính b ng (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 v y l c c n ñơn v do d c v tr s b ng ñ d c và w i mang d u dương khi tàu lên d c, mang d u âm khi tàu xu ng d c. L c c n do ñ d c không ph thu c vào lo i ñ u máy toa xe và v n t c ch y tàu. Vì v y công th c trên ph bi n không ch v i các kh ñư ng s t mà còn v i các lo i v n t i khác. Ví d : N u ñoàn tàu có kh i lư ng 6000 t n ch y trên d c 5‰ thì w i = 5 (N/kN) và Wi = (P+Q)g.w i = 6000.9,81.5 = 294300 N 2. L c c n do ñư ng cong W r, w r. Khi tàu vào ñư ng cong ch u m t l c c n do nh ng nguyên nhân chính sau ñây: 1) Do vành bánh phía ngoài si t ch t vào má trong ray lưng dư i tác d ng c a l c ly tâm. 2) Do trư t ngang c a ñ u máy toa xe khi vào ñư ng cong. 3) Do bánh xe trên cùng m t tr c không ch y trên cùng m t chi u dài, bánh xe phía ngoài ph i vư t nhanh lên vì ñư ng phía ngoài dài hơn nên bánh xe v a quay v a trư t. L c c n do ñư ng cong ch y u ph thu c vào bán kính ñư ng cong, vào kh ñư ng, vào ñư ng kính bánh xe, vào c ly c ng nh c c a toa xe, vào v n t c ch y tàu, vào siêu cao ray lưng.
- ð xác ñ nh l c c n do ñư ng cong thư ng s d ng các công th c kinh nghi m sau: A wr = R T c là l c c n do ñư ng cong ñư c xem như hàm s c a m t bi n s bán kính ñư ng cong. ñây h s A c n th hi n nh hư ng c a t t c các y u t trên (ngo i tr v n t c ch y tàu) a. Khi chi u dài ñư ng cong l n hơn chi u dài ñoàn tàu (l c > l t) 700 wr = (N/kN) ñ i v i ñư ng 1435 mm (2 47) R 425 wr = (N/KN) ñ i v i ñư ng 1000 mm (2 R 48) Trong ñó R bán kính ñư ng cong (m) L t R , α , K Hình 2 4. l c > l t b. Khi chi u dài ñư ng cong nh hơn chi u dài ñoàn tàu (l c < l t). M t ph n tàu n m trong ñư ng cong ch u l c c n do ñư ng cong: o 700 l c 12 2, α wr = . = (N/N) ñư ng 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) ñư ng 1000 mm (2 50) R l t l t L t R , α , K Hình 2 5. l c < l t c. Khi tàu n m trên nhi u ñư ng cong. Trư ng h p th nh t tàu n m m t ph n trên các ñư ng cong:
- L t α1 α 2 Hình 2 6. Tàu n m trên m t ph n ñư ng cong 12 (2, α1 + α2 ) wr = (N/kN) ñư ng 1435 mm (2 51) l t (5,7 α1 + α2 ) wr = (N/kN) ñư ng 1000 mm (2 52) l t Trư ng h p th hai tàu n m tr n trên các ñư ng cong: L t R1 , α 1 , K 1 R 2 , α 2 , K 2 Hình 2 7. Tàu n m tr n trong 2 ñư ng cong 12 (2, α1 + α 2 ) wr = (N/kN) ñư ng 1435mm (2 l t 53) (5,7 α1 + α 2 ) wr = (N/kN) ñư ng 1000mm (2 l t 54) Khi thi t k ñư ng s t, ñ tính chính xác hơn l c c n do ñư ng cong, Vi n nghiên c u ñư ng s t toàn Nga ki n ngh s d ng công th c 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 t c chưa cân b ng 2 τk = ( v /13 R) + ( hg /S1) h siêu cao ray lưng, mm. g gia t c rơi t do, g=9,81m/s 2
- S1 c ly gi a hai tim ray; S1= 1500mm v i ñư ng kh 1435mm; S 1= 1050mm v i ñư ng kh 1000mm. Như v y, n u 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 ñư ng cong l c c n do ñư ng cong ñư c coi tương ñương như l c c n do ñ d c i r nào ñó. Do ñó khi tàu vào ñư ng cong thì ch u m t l c c n ph ik = ±i + i r (2 56) ik ñ d c tính ñ i (d c d n xu t) ir luôn dương vì l c này luôn trái chi u chuy n ñ ng i d c th c t hay d c trung bình, có d u (+) khi lên d c; d u ( ) khi xu ng d c Ví d : Hãy xác ñ nh l c c n do ñư ng cong và d c d n xu t trên ño n tuy n sau bi t ltàu = 400m, ñư ng 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 Gi i: 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 ‰ Chi u l n d c i k = 5 + 0,5 = 5,5‰ Chi u xu ng d c 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‰ Chi u l n d c i k = 6 + 0,4 = 6,4‰ Chi u xu ng d c i k = 6 + 0,4 = 5,6‰
- 3. L c c n khi tàu kh i ñ ng W kñ , w kñ . C«ng thøc tÝnh lùc c¶n c¬ b¶n chØ ®óng khi m V ≥ 10 km/h. Lóc t u 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 l m cho hÖ sè ma s¸t ϕ t¨ng lªn. + T u ®ç ray bÞ vâng xuèng khi t u ch¹y ma s¸t t¨ng lªn. HiÖn t−îng trªn xuÊt hiÖn râ r ng nhÊt khi ®o n t u dõng qu¸ 20 phót. Sau khi t u 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 ñ i v i toa trư t A = 142 ñ i v i toa trư t A = 28 ñ i v i toa lăn q0 t i tr ng tr c (T/tr c) Quá trình kh i ñ ng c a ñoàn tàu kéo dài t th i ñi m b t ñ u chuy n ñ ng c a toa xe ñ u tiên ñ n th i ñi m kh i ñ ng c a toa xe cu i cùng. Có th xác ñ nh g n ñúng kho ng th i gian c a quá trình kh i ñ ng ñoàn tàu có kh i lư ng Q là 0,004Q (giây). Do các toa xe kh i ñ ng không cùng lúc nên l c c n bình quân c a ñoàn tàu tính theo các công th c trên nh hơn l c c n kh i ñ ng c a các toa xe riêng bi t ho c c a ñoàn không nhi u toa xe. ð i v i ñoàn có t 7 toa tr xu ng, l c c n kh i ñ ng tăng lên k l n. H s k ph thu c 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 N u tàu d ng chưa ñ n 20 phút thì l c c n khi kh i ñ ng ñư c xác ñ nh trên cơ s xây d ng ñ th w kñ (t ñ ). ð th này ñư c xây d ng t gi thi t là khi t ñ =20 phút l c c n khi kh i ñ ng ñư c xác ñ nh theo công th c (2 56), còn khi t ñ =0, l c c n ñư c xác ñ nh theo công th c l c c n cơ b n v i v=0. b w0 = a + (2 58) q 0 Trong kho ng th i gian gi a các giá tr này l c c n khi kh i ñ ng ñư c coi là thay ñ i tuy n tính. Trên hình 2 8 ñưa ra m i quan h c a l c c n khi kh i ñ ng vào th i gian d ng tàu v i toa lăn và toa trư t.
- Hình 2 8. S ph thu c vào w kñ vào th i gian d ng tàu. Nh ng hi n tư ng xu t hi n khi tàu d ng lâu s h t n u ñoàn tàu ñã ñi ñư c m t kho ng cách nh t ñ nh. Khi thi t k ñư ng s t c n chú ýý ñ n ñi u này ñ ch n các gi i pháp thi t k . Hi n nay khi tính sơ b ngư i ta l y w kñ = 4 N/kN 4. L c c n chuy n ñ ng trong h m W h, w h. Khi tàu ch y trong h m trư c tàu không khí b ép, không khí chèn hai bên m n tàu, cu i tàu không khí xo n l i do ñó gây nên l c c n. Tuỳ theo chi u dài h m, ñ m ư t và t c ñ ch y tàu mà w h = 0,5 ÷ 1,5 N/kN 5. L c c n tăng thêm do gió, do nhi t ñ th p. Khi V gió > 10 m/s và khi nhi t ñ không khí môi trư ng xu ng th p làm d u m c tr c b ñông ñ c l i d n ñ n tăng l c c n c a tàu. w0(g,t) = w 0(1+ αg).(1+ αt) (N/kN) (2 59) αg, αt các h s tính ñ n gió m nh, ñ n nhi t ñ th p. H s αg, αt ph thu c vào nhi t ñ và v n t c gió. Trong ñi u ki n Vi t nam, αt=0, còn h s αg ñư c ñưa ra trong Quy trình tính toán s c kéo ñoàn tàu ñư ng s t Vi t Nam. 2.2.7. Các bi n pháp làm gi m l c c n Làm gi m l c c n thì tăng ñư c v n t c và kh i lư ng ñoàn tàu, m t khác làm cho ñ u máy tiêu th ít nhiên li u nên phí t n v n doanh tr c ti p gi m. Làm gi m l c c n b ng các bi n pháp sau: a. C i thi n tuy n ñư ng. Tăng cư ng năng l c k t c u t ng trên: Dùng ray n ng ñ khi tàu ch y ít b võng.
- Dùng ray dài, ray hàn không m i n i ñ gi m b t l c xung kích m i n i. Theo tài li u c a Nga, s d ng ñư ng không m i n i trên tà v t bê tông c t thép v i n n ñá dăm làm gi m l c c n cơ b n t i 8 12%. Dùng l p ñá ba lát dày ñư c chèn ch t dư i tà v t. Gi c ly ñư ng ñúng v trí thi t k . b. Khi thi t k tuy n m i. Gi m b t tr s d c và chi u dài d c. Dùng bán kính R l n và gi m b t góc quay α. c. C i thi n ñ u máy toa xe. Dùng toa xe 4 tr c thay cho toa xe 2 tr c ñ gi m c ly c ng nh c và tăng t i tr ng tr c. Dùng bi c u thay cho bi trư t (ñ gi m w kñ ). Theo tài li u c a Nga, khi v=50km/h và q0=18t n/tr c l c c n khi b n khi dùng bi c u gi m 18% so v i khi dùng b trư t. Dùng d u t t và tra d u k p th i. Dùng toa xe và ñ u máy theo hình thoi. d. ð cao ch t lư ng tu s a ñư ng và ñ u máy toa xe. 2.3. L C HÃM ðOÀN TÀU 2.3.1. Các phương ti n hãm tàu. ð gi m t c, ñ gi nguyên v n t c ho c ñ tàu d ng ngư i ta dùng các phương ti n hãm. Có th t o ra l c hãm b ng hai cách: 1. Hãm cơ. Hãm b ng má phanh (gu c hãm) như ép gu c hãm vào băng ña bánh xe ho c ép gu c hãm vào ray. 2. Hãm ñi n. Hãm b ng cách thay ñ i tác d ng c a ñ ng cơ ñi n c a ñ u máy (ñ i v i ñ u máy ñi n và diêzen truy n ñ ng ñi n, hãm b ng cách bi n ñ i cơ năng thành ñi n năng, ñi n năng này tr v m ng ñi n qua dây ti p xúc ñ ng th i t o ra mô men hãm, lo i hãm này g i là hãm hoàn nguyên. ñ u máy hơi nư c hãm b ng cách m ngư c chi u hơi vào xi lanh (cách này r t nguy hi m) L c hãm ñoàn tàu thư ng l n hơn l c kéo. 2.3.2. Tính l c hãm do tác d ng c a má phanh. 1. Cơ ch hình thành. Khi ép gu c hãm vào vành bánh xe b ng m t l c K thì gi a chúng xu t hi n l c ma sát có tr s F ms = K. ϕk ( ϕk h s ma sát gi a gu c hãm và vành bánh). ð ng th i khi
- ñó cũng xu t hi n m t l c có tr s R = K. ϕk tác d ng t vành bánh vào má phanh theo chi u ngư c l i. 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 l c hãm tàu b D i hai l c v tâm tr c + L c F ms = K. ϕk và mômen M 1 tác d ng vào vành bánh xe. + L c R = K. ϕk và mômen M 2 tác d ng vào khung xe thông qua b ph n hãm. + Mômen M 2 b tri t tiêu b i các l c th ng góc gi a bánh và ray, ch còn M 1 tác d ng vào vành bánh xe. + Thay M 1 b ng ng u l c b b 1 v i cánh tay ñòn D/2 trong ñó b = K. ϕk là l c hãm, b 1 = K. ϕk là l c tác d ng t bánh vào ray, t i ñi m A có b 2 = K. ϕk là ph n l c tác d ng t ray vào bánh xe theo chi u ngư c l i. Như v y nguyên nhân gây ra l c hãm b chính là l c ma sát F ms = K. ϕk và t t nhiên s xu t hi n l c hãm không th thi u s t n t i c a s c bám gi a bánh xe và ray F ψ = P h.ψ ñ ñ m b o cho bánh xe lăn t t và d ng l i. 2. H n ch l c hãm theo ñi u ki n bám. Khi tăng l c ép K tác d ng vào m t tr c thì b = K. ϕk tăng nhưng b ≤ F ψ = P h.ψ (2 60) Trong ñó Ph t i tr ng tính cho m t tr c ñư c hãm ψ h s bám lăn gi a bánh xe và ray Vì n u b > F ψ thì s c bám m t, bánh xe ng ng quay, má phanh bó ch t kéo bánh xe l t trên ray làm bánh xe mòn v t. Hi n tư ng như th g i là bó hãm và c n tránh nó trong v n d ng ñ u máy toa xe. ψ Như v y K ≤ Ph = δPh (2 61) φk
- ψ δ = hi u su t hãm φk ñ u 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 gi a gu c hãm và vành bánh xe ϕk. H s ma sát ϕk ch y u ph thu c vào v n t c ch y tàu (km/h), vào l c nén c a gu c hãm K (kN), vào các y u t khác như th i gian kéo dài quá trình hãm, ñ c ng c a gu c hãm, tr ng thái m t lăn H s ma sát ϕk ñư c xác ñ nh b i các công th c th c nghi m. + V i má phanh gang 16 k. + 1000 V + 100 ϕk = 0,6 . (2 62) 80 k. + 1000 5V + 100 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t pho 16 k. + 1000 V + 100 ϕk = 0,5 . (2 63) 52 k. + 1000 5V + 100 + V i má phanh kim lo i h n h p k + 200 V + 150 ϕk = 0,44 . (2 64) k.4 + 200 2V + 150 Trong ñó k l c nén má phanh ñơn v K k = v i má phanh kép (hãm hai phía) 4 K k = v i má phanh ñơn (hãm m t phía) 2 4. Tính l c hãm c a ñoàn tàu do tác d ng c a gu c hãm sinh ra. L c hãm toàn ph n tác d ng vào ñoàn tàu b ng t ng c a tích các l c ép má phanh v i các h s ma sát B = 1000 ∑ Kϕk (N) (2 65) Trong ñó K l c ép má phanh lên m t tr c (kN). L c hãm ñơn v tác d ng lên ñoàn tàu B ‡”Kφk b = = 1000 = 1000 δ.ϕk (N/kN) (2 66) P( + Q g) P( + Q g) ΣK δ = hi u su t hãm c a các gu c hãm ñoàn tàu. P( + Q g)
- N u ñoàn tàu có các toa xe có cùng lo i gu c hãm ta dùng công th c (2 64), (2 65) ñ xác ñ nh l c hãm. N u ñoàn tàu có nhi u lo i toa và trang b các lo i gu c hãm khác nhau thì ta tính cho t ng nhóm toa riêng bi t. 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) N u 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 v y dùng công th c trên ñ tính l c hãm là ph c t p, ñ ñơn gi n phép tính y ngư i ta s d ng phương pháp d n xu t. 5. Tính l c hãm c a ñoàn tàu theo phương pháp d n xu t (phương pháp thu g n). H s th c t ϕk c a gu c hãm m i bánh xe ph thu c vào v n t c ch y tàu V và l c ép gu c hãm k. ð ñơn gi n phép tính ngư i ta lo i tr tham s k ra kh i ϕk b ng c¸ch thay th h s ma sát th c t ϕk b ng h s ma sát tính toán ϕkt và l c ép c a gu c hãm th c t k ñư c thay th b ng l c ép tính toán k t. ð ñ m b o ñi u ki n l c hãm không b thay ñ i ta ph i có: B = 1000 ΣKϕk = 1000 ΣKtϕkt φk hay là Kϕk = K tϕkt K t = K (2 68) φkt Như v y ñ xác ñ nh K t c n bi t k, ϕk, ϕkt . Tr s ϕk ñư c xác ñ nh theo các công th c (2 60, 61, 62), còn ϕkt cũng ñư c xác ñ nh theo công th c này song v i ñi u ki n là kt = 27 (kN/tr c) ng v i tr s l c nén trung bình c a gu c hãm toa xe 4 tr c Liên Xô. + V i 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 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t pho:
- 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 + V i má phanh kim lo i h n h p l y k t = 16 (kN/tr c) (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 nư c ta và m t s nư c trên th gi i (Trung Qu c) l y k t = 17,5 (kN/tr c) + V i 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 + V i má phanh gang có tăng hàm lư ng ph t 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
- 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 + V i má phanh kim lo i h n h p l y. 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 thư ng các tr s K, K t ñư c ñưa ra trong quy trình tính s c kéo ñ u máy. Cu i cùng l c hãm ñơn v có d ng: ΣK t b = 1000 .ϕkt = 1000 δtϕkt (N/kN)) (2 69) P( + Q g) ΣK t Trong ñó δt = hi u su t hãm tính toán, nó th hi n l c nén có tr s là (P + Q)g bao nhiêu tác d ng vào m t ñơn v tr ng l c c a ñoàn tàu. ð xác ñ nh hi u su t hãm tính toán c a toa xe c n bi t: + S toa có hãm c a t ng nhóm toa trong ñoàn tàu n i. + S tr c có hãm c a m i toa c a t ng nhóm toa trong ñoàn tàu m i. + L c nén tính toán trên m i tr c toa c a t ng nhóm toa K t(i) . + Kh i lư ng ñoàn toa xe Q. L c ép toàn ph n trên t t c các tr c có hãm c a ñoàn toa xe: ΣKt = Σni.m i.K t(i) (kN) Hi u su t hãm tính toán c a toa xe: ΣK tx Σn i m i K )i(t δtx = = (2 70) Qg Qg N u tính c hãm c a ñ u máy thì: ΣK tx + ΣK td δt = (2 71) P( + Q g) Chú ý: Khi hãm tàu kh n c p s d ng 100% l c hãm l n nh t α = 1 Khi hãm tàu d ng ga s d ng 50% l c hãm l n nh t α = 0,5
- Khi hãm tàu xu ng d c s d ng 20% l c hãm l n nh t α = 0,2 Ví d : M t ñoàn tàu có 3 lo i toa xe v i Q = 3000 t n g m: 8 toa xe ch hàng 4 tr c hãm m t phía (phanh ñơn) có K 1 = 65 kN/tr c 15 toa xe r ng 4 tr c hãm m t phía (phanh ñơn) có K 2 = 35 kN/tr c 10 toa xe ch hàng 2 tr c hãm hai phía (phanh kép) có K 3 = 65 kN/tr c Hãy tính l c hãm ñơn v khi ñoàn tàu ch y v i v n t c 60 km/h, các toa xe dùng má phanh gang có k t = 17,5 kN/tr c. Gi i: a. Tính l c hãm theo phương pháp thông thư ng. Trư c h t tính: 16k +1000 V + 100 ϕk = 0,6 . 80k + 1000 5V + 100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t 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 + ð i v i 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 + ð i v i 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 v y l c hãm toàn ph n c a 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 d n xu t (thu g n)
- Trư c h t tính: V +100 60 +100 ϕkt = 0,32. = 0,32. = 0,128 5V +100 5.60 +100 + ð i v i nhóm toa xe th nh t tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: φk1 ,0 101 Kt1 = K. 1 = .65 = 51,29 kN φkt ,0 128 + ð i v i nhóm toa xe th hai tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: φk2 ,0 128 Kt2 = K. 2 = .35 = 35 kN φkt ,0 128 + ð i v i nhóm toa xe th ba tính l c nén tính toán cho m t tr c bánh: φk3 ,0 131 Kt3 = K. 3 = 5,6. = 66,52 kN φkt ,0 128 L c hãm toàn ph n c a 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 K t lu n: T hai phương pháp khác h n nhau nh n ñư c k t qu như nhau song rõ ràng phương pháp thu g n ñơn gi n hơn. 2.3.3. Tính l c hãm hoàn nguyên (v i ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen truy n ñ ng ñi n). L c hãm hoàn nguyên x y ra khi tàu ch y ñóng máy xu ng d c. Lúc này, m c dù ñã ng t ñi n ñ ng cơ ñi n kéo, nhưng bánh xe ti p t c quay và qua h th ng bánh răng làm quay tr c ñ ng cơ ñi n bi n nó thành máy phát ñi n tr l i m ng ñ ng th i t o ra mô men hãm (l c hãm). ð tàu xu ng d c v i t c ñ cho phép thư ng s d ng hãm ñi u hoà (hãm ñ u máy), khi ñó ñ i lư ng t c ñ cho phép ñư c xác ñ nh theo hãm cơ h c (hãm toa xe) ñ sao cho ng v i chi u dài hãm n ñ nh tàu ph i d ng ñư c. L c hãm c n thi t B ct ñ gi t c ñ cho phép khi tàu xu ng d c i k có th xác ñ nh t ñi u ki n cân b ng l c tác d ng khi tàu chuy n ñ ng ñ u. B ct + Pgw' 0ñ + Qgw" 0 = (P+Q)gi k (N) Bct = (P+Q)gi k Pgw' 0ñ Qgw" 0 (N) (2 72) ho c là B ct + (P+Q)gw 0ñ = (P+Q)gi k (N) Bct = (P+Q)g(i k w 0ñ ) (N) (2 73)
- Ví d : Xác ñ nh l c hãm ñi u hoà c n thi t v i ñoàn tàu do ñ u máy BL80 kéo có (P+Q) = 3800 t n, 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. L C KÉO VÀ ð C TÍNH L C KÉO C A ð U MÁY 2.4.1. Khái ni m chung. Hi n nay ngành ñư ng s t th gi i s d ng các lo i s c kéo: ñi n, ñiêzen, hơi nư c, khí. Hi u su t c a ñ u máy ñi n 18 ÷ 25%, ñiêzen 24 ÷ 28%, hơi nư c 6 ÷8%. ð i v i m i ñ u máy ngư i ta tìm ra v n t c tính toán V p và l c kéo tính toán F kp mà ng v i chúng ñ u máy ñư c s d ng h p lý nh t. Nh ng tr s này ñư c ñưa ra trong quy trình tính s c kéo. 2.4.2. S th hi n l c kéo c a ñ u máy. a. ð i v i ñ u máy hơi nư c. V M P i F F 1 A F 2 Hình 2 10. Hình thành l c kéo F ñ u máy hơi nư c. Áp l c hơi nư c P i hình thành trong xi lanh ñư c ñun sôi làm cho pít tông chuy n ñ ng và thông qua h th ng c n biên làm cho bánh xe quay v i mô men M. Thay M b ng ng u l c FF 1. F l c kéo c a ñ u máy t i tâm quay c a bánh xe. F1 l c ñ t t i ñi m ti p xúc gi a bánh xe và ray (ñi m A) tác d ng t bánh xe xu ng ray có hư ng ngư c chi u chuy n ñ ng. T i A có ph n l c F 2 tác d ng t ray vào bánh xe và ñây là ngo i l c gây ra chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. b. ð i v i ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen. Tr c ñ ng cơ quay sinh ra mô men M 1, khi ñó bánh xe quay sinh ra mô men M 2 M2 = M1η Trong ñó:
- r = 2 h s truy n ñ t r1 η h s xét ñ n t n th t trong quá trình truy n ñ t Thay mô men M 2 b ng ng u l c như ñ u máy hơi nư c ñ phân tích l c. M 2 r 2 r 1 M 1 F F A F 1 2 Hình 2 11. L c kéo F c a ñ u máy ñiêzen 2.4.3. Phân bi t ba khái ni m v l c kéo ñ u máy. a. L c kéo ch th F i. Là l c kéo tác d ng lên vành bánh hoàn toàn tương ng v i công do hơi nư c tác d ng lên pít tông ho c tương ng v i công do ñ ng cơ ñi n sinh ra trong ñ u máy ñi n và ñiêzen mà không xét ñ n s hao h t do l c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. b. L c kéo bám F k. Là l c kéo ñ t lên vành bánh, nó ñư c xác ñ nh b ng l c kéo ch th v i l c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. Fk = F i Pg. w' 0 (N) (2 74) Trong ñó Pg. w' 0 l c c n c a các b ph n máy móc c a ñ u máy. c. L c kéo có ích F c. Là l c kéo móc n i c a ñ u máy v i toa xe ñ u tiên. Fc = F k Pg(w' 0 + w' i + w' r) (N) (2 75) l c này dùng ñ th ng l c c n c a ñoàn tàu. Chú ý: Khi tính s c kéo ngư i ta s d ng F k mà không s d ng F i vì chuy n ñ ng trên ñư ng ph c t p do các y u t d c và ñư ng cong. 2.4.4. H n ch l c kéo theo ñi u ki n bám. F là l c bên trong do ngư i ñi u khi n, F tăng thì F 2 tăng nhưng F ch tăng ñ n m t gi i h n t i ña nào ñó. L c t i ña này không vư t quá l c bám gi a bánh xe và ray. Fk ≤ 1000 ψΣPg (N) (2 76)
- Trong ñó: ψ h s ma sát bám lăn gi a bánh xe và ray. ΣP kh i lư ng c a các bánh xe ch ñ ng ñè lên ray, ΣP =P; P kh i lư ng bám c a ñ u máy. Gi i thích: Vì khi F k > 1000 ψg thì s c bám gi a bánh xe và ray s m t ñi d n ñ n bánh xe không th lăn mà b t ñ u trư t tăng nhanh chuy n ñ ng tròn theo tâm tr c d n ñ n bánh xe ñánh võng t i ch . Mu n tránh hi n tư ng ñó ph i gi m b t l c kéo ho c r i cát lên ray tăng thêm s c bám. H s ma sát bám lăn ψ gi a bánh xe và ray ph thu c vào c u t o c a các b ph n ch y c a ñ u máy, vào tr ng thái m t ray và vành bánh, vào nhi u y u t khác. Vì v y ψ ñư c xác ñ nh b ng th c nghi m. + ð i v i ñ u máy hơi nư c: A ψ = 100 + V Trong ñó: V t c ñ tàu ch y A h s th c nghi m; A=22 ÷28 tuỳ ñ u máy; A=30 v i ñ u máy hi n ñ i + ð i v i ñ u máy ñi n và ñiêzen: A ψ = B + C + DV Trong ñó: B, C, D h s th c nghi m 10 ψ = 0,20 + v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1000 mm 100 +12V 8 ψ = 0,25 + v i ñ u máy ñiêzen kh ñư ng 1435 mm 100 + 20V + Khi tàu ch y trên ñư ng cong có R ≤ 400m và trong h m thì ψ gi m xu ng. + Thư ng ψ = 0,4 v i ray s ch có r i l p b t th ch anh m n ψ = 0,15 ray m ư t. 2.4.5. Các khái ni m v kh i lư ng ñ u máy. Kh i lư ng bám c a ñ u máy: là kh i lư ng c a các bánh xe ch ñ ng ñè lên ray Kh i lư ng tính toán c a ñ u máy: là kh i lư ng c a ñ u máy c ng v i tăng ñe than nư c và 2/3 s than nư c. ñ u máy ñi n và ñ u máy ñiêzen kh i lư ng bám b ng kh i lư ng tính toán vì nó không có bánh d n hư ng và tăng ñe than nư c.
- 2.4.6. T ng s l c kéo c a nhi u ñ u máy. ð nâng cao kh i lư ng và vư t qua nh ng d c l n ngư i ta tăng cư ng l c kéo b ng cách dùng hai ho c ba ñ u máy. ð u máy ph thêm có th l p ñ u (kéo) hay cu i (ñ y). N u l c kéo quá l n d x y ra ñ t móc, n u l c ñ y quá l n thì vào ñư ng cong toa xe có nguy cơ b l t ra ngoài. Do ñó ngư i tài x ph i ph i h p cho ăn kh p. 2.5. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUY N ð NG C A ðOÀN TÀU 2.5.1. Phân tích ñi u ki n chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. Tàu chuy n ñ ng ñư c là do l c tác ñ ng lên nó. Quá trình v n ñ ng c a ñoàn tàu trên tuy n ñư c ñ c trưng b i ba ch ñ làm vi c c a ñ u máy. a. Ch ñ kéo (m máy). R = F k W (N) (2 77) r = f k w (N/kN) trong ñó : R, r h p l c toàn ph n và h p l c ñơn v b. Ch ñ ch y 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 d ng hãm. ð c trưng v n ñ ng c a ñoàn tàu ñư c xác ñ nh b i tr s và hư ng c a h p l c. + N u R = 0 thì tàu ch y ñ u ho c ñ ng yên. + N u R > 0 thì ñoàn tàu v n ñ ng có gia t c. + N u R < 0 thì ñoàn tàu v n ñ ng gi m t c. 2.5.2. S ph thu c c a h p l c vào t c ñ ch y tàu. B i vì l c kéo bám F k ph thu c vào v n t c tàu ch y V (thông qua h s ψ), l c c n cơ b n W 0 cũng ph thu c vào v n t c ch y tàu V cho nên chúng ta có th dùng phương pháp ñ th ñ xác ñ nh giá tr c a h p l c và t ñó phân tích ñ c tính v n ñ ng c a ñoàn tàu. Ta có Fk = f 1(V) W0 = f 2(V) Do ñó ñ th c a chúng bao gi cũng xác ñ nh ñư c thông qua vi c kh o sát các hàm s trên. B i vì l c c n ph không ph thu c vào v n t c nên:
- W = W 0 + W i t ñó R = F k W Trên hình v 2 12 trình bày phương pháp xác ñ nh giá tr R. ñây ñư ng cong F k = f(V) bi u th ñ c tính s c kéo c a ñ u máy ñã cho, ñư ng cong W = f(V) bi u th l c c n c a ñoàn tàu. T hình v ta th y R gi m khi tăng v n t c ch y. m t v n t c V cb nào ñó mà tr s c a l c kéo và l c c n b ng nhau (F k = W) thì v n t c ñó ñư c g i là v n t c cân b ng (ví d ñây n u ñoàn tàu ch y trên ñư ng th ng và b ng thì v n t c cân b ng là 0 V cb , còn ñoàn tàu ch y trên tuy n ñư ng có thêm l c c n ph thì v n t c cân b ng là i V cb ). V n t c cân b ng là v n t c l n nh t mà ñoàn tàu có th ñ t ñư c do k t qu c a gia t c gây ra trên ño n ñư ng kh o 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 gi a F k, W và V T phân tích trên ta có nh n xét: N u V 0 N u V = V cb thì R = 0 N u V > V cb thì R <0 2.5.3. Thành l p phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. Phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu là phương trình bi u di n quan h hàm s gi a gia t c v i h p l c tác d ng lên ñoàn tàu. ð xây d ng phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu, ngư i ta coi ñoàn tàu là m t h th ng c ng. Căn c vào ñ nh lu t b o toàn ñ ng năng thì vi phân ñ ng năng h th ng b ng vi phân công c a h p l c tác d ng lên h th ng, t ñó có th l p ñư c phương trình chuy n ñ ng c a ñoàn tàu.
- Khi ñoàn tàu chuy n ñ ng thì ñ ng năng c a ñoàn tàu bao g m ñ ng năng c a kh i lư ng tham gia chuy n ñ ng t nh ti n v i v n t c v (ñ u máy và các toa xe không tính các ñôi bánh xe) và c a kh i lư ng tham gia chuy n ñ ng quay (các ñôi bánh xe). ( M − M v) 2 T = k + T (2 2 ∑ k 80) ñây: M Kh i lư ng ñoàn tàu tính c các ñôi bánh xe Mk Kh i lư ng các ñôi bánh xe Tk ð ng năng c a m t ñôi bánh xe ð ng năng c a bánh xe có kh i lư ng m khi lăn mà không trư t trong ñi u ki n v n t c tâm bánh b ng v n t c chuy n ñ ng t nh ti n v c a ñoàn tàu ñư c xác ñ nh theo công th c sau 1 1 T = mv 2 + Iω 2 (2 81) k 2 2 Trong ñó: I Mômen quán tính c a ñôi bánh xe so v i tr c quay. ω V n t c góc 1 D I = m( )2 (2 82) 2 2 Trong ñó: D ðư ng kính bánh xe B i vì ñi m ti p xúc c a bánh xe v i ray là tâm t c th i ñ i v i ray nên D v v = ω. ⇒ ω = 2 D 2 Thay I và ω vào công th c (2 81) nh n ñư c 2 1 2 1 1 D 2 v 3 2 Tk = mv + . m. ( ) = mv (2 83) 2 2 2 2 ( D )2 4 2 ð ng năng c a ñoàn tàu (khi b qua ñ ng năng c a các b ph n quay ñ ng cơ kéo và tính ñ n Σm = M k) ñư c xác ñ nh 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 kh i lư ng quay. M
- H s kh i lư ng quay ñư c xác ñ nh b ng th c nghi m (xem b ng 2 3). Trong th c t l y γ = 0.06. L y vi phân phương trình trên ta ñư c: dT = vdv.M.(1+ γ) Theo ñ nh lu t b o toàn ñ ng năng ta có: v.dv.M(1+ γ) = R.dS= R.v.dt dv R T ñó = dt 1( + γ)M N u ta nhân c t s và m u s c a v ph i v i gia t c 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 Kh i lư ng ñ u máy (t n) Q Kh i lư ng ñoàn toa xe (t n) N u v n t c ñoàn tàu tính theo km/h và g = 9,81 m/s2 ñ i ra km/h 2 thì ,9 81.602.602 ξ = = 120 1000.1000.(1+ γ) và gia t c c a ñoàn tàu là dv = 120.r (km/h 2) dt ho c là dv = 2.r (km/h sau m t phút) dt B ng 2 3. B ng h s kh i lư ng quay Ki u ñ u máy và toa xe γ ð u máy hơi nư c có tăng ñe 0,04 ÷ 0,06 ð u máy ñi n và ñiêzen 0,20 ÷ 0,30 Toa xe ñ ng cơ 0,10 ÷ 0,15 Toa xe khách 0,04 ÷ 0,05 Toa xe 4 tr c có hàng và không hàng 0,03 ÷ 0,04 Toa xe 2 tr c có hàng 0,04 ÷ 0,05 Toa xe 2 tr c không hàng 0,10 ÷ 0,12 Trong th c t tính toán ngư i ta l y γ = 0,06
- dV = 120.r (km/h 2) (2 85) dt ho c là dV = 2.r (km/h cho m t phút) dt dV Khi r = 1 (N/kN) thì = 2 (km/h cho 1 phút) dt Ví d : m t th i ñi m nào ñó trên ñư ng tàu ch y lên d c 4‰ v i V = 40 km/h và trong th i ñi m 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 t c ñ tăng thì l c kéo bám F k gi m (do ψ gi m) và l c c n W tăng, ví d qua 1 phút n a (f k w 0) = 4 (N/KN) thì r = 0 và V = 42 km/h. Tuỳ theo s k t h p c a các l c tác d ng vào ñoàn tàu mà có ba ch ñ chuy n ñ ng: a. Tàu chuy n ñ ng m máy: dV 2 = 120(f k w) (km/h ) (2 86) dt Ph thu c vàu tương quan gi a f k và w mà có th có các trư ng h p tàu ch y gia t c, ñ u và gi m t c. b. Tàu chuy n ñ ng ñóng máy: dv 2 = 120 w ñ (km/h ) (2 87) dt X y ra trong trư ng h p xu ng d c dài trư c lúc hãm ñóng máy. Tuỳ theo tr c d c và bình di n mà tàu ch y có lúc ch m d n w ñ > 0 (thư ng xu ng d c nh và có nhi u ñư ng cong), nhanh d n w ñ 0 ; ( < 0 ) dt
- Phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu là phương trình cơ b n c a s c kéo ñ u máy. D a trên phương trình này có th xác ñ nh kh i lư ng cho phép l n nh t, t c ñ và th i gian ch y tàu, ñ ng th i gi i ñư c các bài toán hãm, xác ñ nh hao phí nhiên li u và năng lư ng ñi n, công cơ h c c a ñ u máy và công c a l c c n. 2.5.4. Tính kh i lư ng ñoàn tàu và ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu theo các ñi u ki n h n ch nó. 1. Tính kh i lư ng ñoàn tàu. a. Công th c tính kh i lư ng ñoàn tàu (c bì). V i ñư ng s t t n t i khái ni m d c h n ch ip. D c h n ch là d c l n nh t có chi u dài không h n ch mà trên ñó tàu hàng v i kh i lư ng Q do m t ñ u máy kéo lên d c v i v n t c ñ u và b ng v n t c tính toán nh nh t Vp. Giá tr v n t c tính toán nh nh t Vp và l c kéo bám tính toán Fkp c a các ñ u máy ñư c ñưa ra trong quy trình tính toán s c kéo. Khi thi t k tuy n m i ngư i ta tính kh i lư ng ñoàn tàu Q theo d c h n ch . Ta th y khi tàu chuy n ñ ng ñ u thì Fk = W Fkp = Pg(w' 0 + ip) + Qg(w" 0 + ip) (N) F − Pg( w '+i ) Q = kp 0 p (t n) (2 89) ( "w 0 +i p g) N u thay w' 0 và w" 0 b ng w0 thì Fkp = (P+Q)g .( w0 + ip) F Q = kp P (t n) (2 90) ( w0 + i p g) Nh n xét: Ta th y r ng: Kh i lư ng ñoàn tàu t l ngh ch v i ip. Fk và w0 có quan h v i V (xem ph n 2.5.2), n u Q l n thì V nh và Fk ph i l n. Quan h gi a Q và V t t nh t là l i d ng ñ y ñ s c kéo bám. M i lo i ñ u máy có Fkp và ñó có v n t c tính toán nh nh t V p (hay là v n t c lâm gi i). + ñ u máy hơi nư c Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám lăn và ñư ng năng su t c p hơi tính toán cho máy hơi. + ñ u máy ñi n Vp l y theo ñi m giao c t gi a ñư ng h n ch theo ñi u ki n bám và cư ng ñ dòng ñi n. + ñ u máy ñiêzen Vp l y theo giá tr cư ng ñ lâu dài. Công th c (2 85) có th ñư c s d ng như công th c g n ñúng b i vì không th xác ñ nh w0 n u không bi t Q. M t cách g n ñúng có th coi w0 ≈ w"0, lúc ñó
- F Q = kp P (t n) (2 91) (w"0 i+ p g) b. Công th c tính kh i lư ng hàng c a ñoàn tàu. k QH = ∑ niβiqtt(i) i=1 Trong ñó: ni s toa nhóm i (2 tr c, 4 tr c, 6 tr c ) βi h s s d ng t i tr ng tính toán toa nhóm i (h s ch t hàng) qtt(i) t i tr ng tính toán c a toa nhóm i N u ch bi t t ng s toa xe n và t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa là γi thì kh i lư ng hàng ñư c tính theo công th c: k k QH = ∑ nγiβiqtt(i) = n ∑ γiβiqtt(i) i=1 i=1 Khi tính sơ b thư ng ngư i ta s d ng h s s d ng t i tr ng ñoàn tàu η (t l gi a kh i lư ng hàng và kh i lư ng c bì) Q η = H Q Có th xác ñ nh η khi ch c n bi t t l theo s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa γi và t i tr ng c a chúng. k Ta có Q = n ∑ γiqi i=1 Trong ñó: qi kh i lư ng toa c bì c a t ng nhóm k s lư ng 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 Thư ng ngư i ta l y Q H = η.Q ( η = 0,6 ÷ 0,7) (2 92) Ví d : Xác ñ nh kh i lư ng ñoàn tàu do ñ u máy 2TE116 kéo lên d c i p = 12‰ bi t Vp = 24,2 km/h, F kp = 487970 N , P = 271 t n, toa xe 4 tr c có q 0 = 18 t n/tr c. Gi i: 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
- =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 (t n) .9 81 ,1( 08 +12) Tính theo công th c g n ñúng: 487970 Q = − 271 = 3529 (t n) ,9 81 ,1( 08 +12) Ví d : Hãy xác ñ nh h s s d ng t i tr ng ñoàn tàu η bi t ñoàn tàu bao g m 40% toa 4 tr c có q bì = 22 t n, q t t =62 t n, β = 0,9 ; 60% toa 4 tr c có q bì = 21,7 t n, q t t =50 t n, β = 0,85. Gi i: Trư c h t ta tính kh i lư ng toa c bì: q1 = 22 + 0,9.62 = 77,8 t n q2 = 21,7 + 0,85.50 = 64,2 t n ,0.4,0 90.62 + ,0.6,0 85.50 η = = 0,69 .4,0 77 8, + .6,0 64 2, 2. Ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu theo các ñi u ki n h n ch nó. a. Ki m tra theo ñi u ki n kh i ñ ng. các ga ñoàn tàu thư ng ph i d ng. các ñi m d ng ñó thư ng có ñ d c không l n song sau m i l n d ng ñoàn tàu l i ph i kh i ñ ng ñ th c hi n hành trình c a mình. Do ñó ngoài vi c kh c ph c l c c n cơ b n và l c c n ñư ng d c còn ph i kh c ph c l c c n kh i ñ ng n a. Khi ñó phương trình cân b ng l c c a ñoàn tàu có d ng: Fk(kñ) = Pg(w kñ + i k(kñ) ) + Qg(w kñ + i k(kñ) ) (N) F k(k )® Qkñ = P (t n) (2 93) (w k® + i k(k )® g) Trong ñó: Fk(kñ) l c kéo bám c a ñ u máy khi kh i ñ ng. wkñ l c c n ñơn v cơ b n và l c c n ph c a ñoàn tàu lúc kh i ñ ng. ik(kñ) ñ i lư ng d c quy ñ i mà trên ñó ñoàn tàu kh i ñ ng. Như v y ki m tra ñi u ki n kh i ñ ng c a ñoàn tàu có th b ng cách: + So sánh Q kñ v i Q và n u Q kñ ≥Q thì tàu kh i ñ ng ñư c. F k(k )® + So sánh i k(kñ) v i i k và n u i k ≤ i kkñ = w kñ (2 94) P( + Q g) thì tàu kh i ñ ng ñư c.
- Ví d . Hãy ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu do ñ u máy VL80 kéo theo ñi u ki n kh i ñ ng bi t ñoàn tàu bao g m 40% kh i lư ng là toa 4 tr c bi c u, còn l i là toa 4 tr c bi trư t. C hai lo i toa có q 0 = 18 t n; i p = 9‰; V p = 44,3 km/h; F k(kñ) = 650010N; F kp = 475785 N; P = 184 t n. Gi i: 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 (t n) 17010 12190 10240 8250 7300 6540 5920 5400 4790 w" 0 = 1,38 (N/kN) v i toa xe 4 tr c bi c u w" 0 = 1,66 (N/KN) v i toa xe 4 tr c bi trư t 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 t n ,1( 52 + ,9)9 81 Như v y ñ d c l n nh t mà ñoàn tàu có Q = 4400 t n có th kh i ñ ng ñư c là: 650010 ik ≤ = 10,6‰ (184 + 4400 ,9) 81 K t lu n: ðoàn tàu có kh i lư ng ñư c tính v i d c h n ch ip = 9‰ ñư c kéo b i ñ u máy VL80 có th kh i ñ ng ñư c th m chí n u nó d ng trên d c 9‰. Nh n xét: N u vì lý do nào ñó mà tàu b t bu c ph i d ng trên d c l n thì có kh năng tàu không kh i ñ ng ñư c, lúc này ho c là g i thêm ñ u máy n a, ho c là kéo t ng ph n c a ñoàn tàu, ho c là lùi ñoàn tàu t i d c có th kh i ñ ng ñư c. b. Ki m tra khi d ng tàu trong ph m vi chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i. Trong trư ng h p ñoàn tàu có kh i lư ng l n d n ñ n chi u dài c a nó cũng dài thì c n ki m tra xem chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i có ñ ñ nó ñ không. Mu n ñ ñư c ph i ñ m b o ñư c ñi u ki n: k Lsd ≥ L tàu = L ñm + n ‡”γ i l. i + 10 m (2 95) =i 1 Trong ñó: Lsd chi u dài s d ng c a ñư ng ñón g i
- Lñm = chi u dài ñ u máy n s toa trong ñoàn tàu γi t l v s lư ng c a t ng nhóm toa so v i t ng s toa trong ñoàn tàu li chi u dài toa xe c a m i nhóm 10 m chi u dài d tr (ñ phòng ñ không ñúng v trí) 3. Tính ñ n nh hư ng c a m t s y u t khi xác ñ nh kh i lư ng ñoàn tàu v i s c kéo ñiêzen. a. Tính ñ n nh hư ng c a ñi u ki n không khí. Công su t c a ñ ng cơ kéo b gi m ñ i v i khu v c có ñi u ki n không khí khác 0 0 mm tiêu chu n (ñi u ki n chu n khi t môi trư ng = +20 C; áp su t không khí là 760 c t thu ngân) t F kp = F kp (1 k t k a) (2 96) Trong ñó: k t h s tính ñ n vi c gi m l c kéo bám do nhi t ñ khu v c khác nhi t ñ chu n k a h s tính ñ n vi c gi m l c kéo bám do áp su t không khí khu v c khác áp su t tiêu chu n. ( k t ; k a xem trong quy trình tính s c kéo ñ u máy) 0 Ví d : V i ñ u máy 2TE10L ñi u ki n chu n có F kp = 502270 N thì v i t kk = 30 0C; áp su t không khí A = 700 mm thu ngân thì t F kp = 502270.(1 − 0,050 − 0,086) = 433600 N Kh i lư ng ñoàn tàu có i p = 9‰; P = 258 t n; w" 0 = 2,31 (N/kN); w' 0 = 1,38 (N/kN) thì: + Trong ñi u ki n tiêu chu n: 502270 − 258 ,2( 31+ 9). ,9 81 Q = = 4650 t n ,1( 38 + 9). ,9 81 + Trong ñi u ki n khác tiêu chu n: 433600 − 258 ,2( 31+ 9). ,9 81 Q = = 3980 t n ,1( 38 + 9). ,9 81 b. Tính ñ n nh hư ng c a ñư ng cong bán kính nh . ðư ng kh 1435 mm, khi tàu vào ñư ng cong có R ≤ 500m thì h s bám lăn gi m do tăng ñ trư t c a bánh xe. 250 + ,1 55R ψ(r) = ψ 500 + 1,1 R Trong ñó: ψ h s bám lăn trên ñư ng th ng
- ψ(r) h s bám lăn trên ñư ng cong R bán kính ñư ng cong Lúc này kh i lư ng ñoàn tàu qua d c h n ch và ñư ng cong có R < 500m là: 1000ψ P i(P + 'w +w ) Q = r( ) p 0 r (t n) (2 97) i p + "w 0 +wr ð i v i ñ u máy kh ñư ng 1000 mm khi ch y trên ñư ng cong có R ≤ 200m thì lư ng gi m h s bám lăn tính theo b ng sau (ho c là xem quy ph m thi t k k thu t ñư ng s t kh 1000 mm) B¶ng 2 1. L−îng gi¶m hÖ sè b¸m khi b¸n kÝnh nhá Bán kính ñư ng cong 200 150 125 100 75 60 40 R (m) Lư ng gi m h s 9 11 13 15 18 20 25 bám lăn ϕk (%) 2.5.5. Ki m tra kh i lư ng ñoàn tàu theo ñi u ki n tăng t c sau khi d ng ga. Khi kh i ñ ng và khi tăng t c ga, n u sau ga là ño n lên d c h n ch dài, thì ñoàn tàu khi t i d c này c n ñ t ñư c v n t c không nh hơn v n t c tính toán. N u không, v n t c ñoàn tàu trên d c này tăng r t ch m làm tăng th i gian ch y tàu và tiêu hao nhiên li u. V i nh ng ñ u máy ñi n dùng dòng ñi n m t chi u yêu c u trên là b t bu c, n u không có th làm nóng quá m c ñi n tr kh i ñ ng. ð ki m tra c n xây d ng ñư ng cong v n t c b t ñ u t tim ga t i ñ u d c h n ch . Chi u dài ño n ñư ng tăng t c S p c n ñ ñ v n t c ñoàn tàu ñ t ñư c v n t c tính toán trư c khi ñuôi ñoàn tàu ñi t i ñ u d c h n ch (xem hình 2 13a): a) S p 0 6 9 Sga 400 wi, N/KN
- b) S Hình 2 13. Xác ñ nh chi u dài ño n tăng t c a) Sơ ñ tính toán (v trí c a ñoàn tàu khi v n t c c a nó c n ñ t v n t c tính toán). b) Quan h w i(S) khi tính ñ n chi u dài ñoàn tàu. T c là: l t u Sp ≤ S ga + lh + (2 98) 2 trong ñó Sga Chi u dài n a n n ga, m. lh Chi u dài y u t hoãn hòa, m. ltàu Chi u dài ñoàn tàu, m. Quy trình tính toán s c kéo c a Nga ki n ngh khi ki m tra nên l y l c kéo trong ñ th ñư ng ñ c tính s c kéo nh hơn l c kéo theo ñi u ki n bám. Trong m t s trư ng h p quan tr ng, khi ki m tra c n xây d ng ñư ng cong v n t c có xét ñ n chi u dài ñoàn tàu. Theo tài li u c a Nga, chi u dài ño n tăng t c th c t l n hơn t 150 200m so v i tính toán khi coi ñoàn tàu là m t ch t ñi m. T hình v 2 13b th y r ng tính ñ n chi u dài c a ñoàn tàu s ph n ánh s thay ñ i th c t l c c n do d c. 2.6. TÍCH PHÂN PHƯƠNG TRÌNH CHUY N ð NG C A ðOÀN TÀU 2.6.1. M c ñích. Nh m xác ñ nh v n t c và th i gian ch y tàu, t c là V(S) và t(S). Các m i quan h này có th nh n ñư c trên cơ s phương trình vi phân chuy n ñ ng c a ñoàn tàu: dt = ξ (r. V) (2 99) dV Trong ñó r(V) h p l c ñơn v tác d ng vào ñoàn tàu (ph thu c v n t c ch y tàu, bình ñ tr c d c ). ξ = 120
- dV T công th c trên ta có dt = , tích phân c hai v c a phương trình này trong ξ (r. V) kho ng thay ñ i v n t c t v ñ t i v c (khi tr c d c và bình di n không thay ñ i) chúng ta nh n ñư c kho ng th i gian tương ng v i kho ng thay ñ i v n t c cho trư c tc vc dV 1 vc dV dt = → t − t = t = (2 100) ∫ ∫ξr(V ) c d ξ ∫ r(V ) td vd vd ð nh n ñư c quãng ñư ng tương ng v i s gia v n t c trên, ta nhân c hai v v i v: .V dV dt.V = ξ (r. V) mà dS=v.dt, do ñó, l y tích phân trong kho ng thay ñ i v n t c chúng ta nh n ñư c quãng ñư ng c n 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 l y tích phân v ph i c a (2 95), (2 96) c n th hi n r(v) d ng gi i tích. Trong ph m vi m t ño n có d c không ñ i r(v) d ng gi i 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 M i quan h F k(v) ñư c ñưa ra b ng ñư ng ñ c tính s c kéo t k t qu th nghi m và vi c th hi n nó d ng gi i tích r t ph c t p. Vì v y, trong th c t tính toán s c kéo, ngư i ta dùng phương pháp tích phân g n ñúng và phương pháp ñ th ñ xác ñ nh v n t c và th i gian ch y tàu. 2.6.2 Tích phân g n ñúng phương trình chuy n ñ ng c a ñoàn tàu. 1. Gi thi t: ð xác ñ nh g n ñúng v n t c và th i gian ch y tàu theo phương pháp gi i tích, ngư i ta s d ng các m i quan h (2 95) (2 96) v i các gi thi t sau: Trong kho ng thay ñ i v n t c t V ñ ñ n V c , h p l c r(v tb ) coi là không ñ i tương V® + Vc ng v i v n t c trung bình V = , t c là r(V tb ) có th ñưa ra ngoài d u tích phân. tb 2 S gia v n t c V = Vc V® càng nh thì càng chính xác, trên th c t v = 5 ÷10 km / h . Gi thi t th hai là h qu c a gi thi t th nh t, t c là khi coi trong kho ng thay ñ i dV v n t c t V ñ ñ n V c có r(V tb ) = const thì gia t c c a nó a = = (rξ V ) = const . dt tb
