Kiểm nghiệm trọng lượng kộo theo thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm xuống dốc dài TS. nguyễn văn chuyờn KS. nguyễn văn lõm Bộ mụn Đầu mỏy - Toa xe Khoa Cơ khớ - Trường Đại học GTVT Túm tắt: Với những đoàn tàu cú trọng lượng lớn thỡ khả năng bảo trỡ tốc độ giới hạn khi xuống dốc dài đảm bảo cho đoàn tàu vận hành an toàn phụ thuộc trực tiếp vào năng lực hóm của đoàn tàu. Trong bài bỏo tỏc giả trỡnh bày phương phỏp lựa chọn trọng lượng kộo phự hợp với năng lực hóm của đoàn tàu. Summary: The capability of ensuring and maintaining speed limit when going down slopes to keep a great load train running safely depends on the directly braking capacity the train. This article shows the method of selecting an appropriate pulling force in conformity with the train’s braking capacity. Đặt vấn đề Khi đoàn tàu xuống dốc dài, lực cản đường dốc biến thành lực kộo dốc, lực này lớn hơn nhiều so với cỏc lực cản khỏc làm cho tốc độ đoàn tàu tăng nhanh. Để đoàn tàu khụng vượt quỏ tốc độ qui định thỡ ta phải thực hiện hóm giai đoạn, tức là hóm và nhả hóm sau đú lại hóm và nhả hóm tới khi ra khỏi dốc. Khi hóm giú ộp giai đoạn, trước mỗi lần hóm lại ỏp lực thựng giú phụ phải được khụi phục đủ trị số qui định, thời gian cần cho quỏ trỡnh nạp giú nhả hóm là t n . Khi thực hiện hóm đoàn tàu cũn cú thời gian chạy khụng t k , trong khoảng thời gian này đoàn tàu tăng tốc, tức là tổng thời gian đoàn tàu tăng tốc sau một lần hóm và nhả hóm là t tt = t k + t n . Để đảm bảo an toàn chạy tàu thỡ thời gian tốc độ đoàn tàu tăng từ tốc độ ban đầu khi hóm đến tốc độ giới hạn trong trường hợp lực hóm bằng khụng là t z phải lớn hơn tổng của thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm. Tức là t z > t n + t k . II. Nội dung Thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm phụ thuộc vào trọng lượng và năng lực hóm của đoàn tàu. Dựa vào phương trỡnh t z > t n t(s) P(Kpa) Pdm tc tc tm to t(s) P(Kpa) Pdm tc tc tm to Quan hệ giữa thời gian và ỏp suất + t k ta sẽ xỏc định được trọng luợng kộo phự hợp với năng lực hóm đó cú. 1. Thời gian nạp giú nhả hóm Thời gian nạp giú nhả hóm t n phụ thuộc vào loại mỏy hóm,van hóm, lượng giảm ỏp ống hóm và số toa xe trong đoàn tàu. Thời gian này được xỏc định bằng thực nghiệm. Vớ dụ: Thụng qua thực nghiệm người ta tổng hợp được thời gian cấp giú nhả hóm (thời gian cấp giú cho thựng giú phụ) phụ thuộc vào lượng giảm ỏp ống hóm và số lượng toa xe đối với đoàn tàu được trang bị mỏy hóm JZ – 7 và van hóm KE1C – SL, dựa vào đú ta xõy dựng được cỏc đường cong t n = f(n) như sau: 2. Thời gian chạy khụng Khi tài xế thao tỏc hóm, cỏc guốc hóm khụng phải lập tức và đồng thời ộp vào bỏnh xe, sau khi guốc hóm đó ộp vào bỏnh xe ỏp lực cũng khụng lập tức đạt tới trị số dự định mà ỏp suất nồi hóm cũn cú một quỏ trỡnh tăng như hỡnh vẽ : Trong đú: t o và t m là thời gian tớnh từ lỳc tài xế đưa tay hóm vào vị trớ hóm đến khi ỏp lực nồi hóm của toa xe thứ nhất và toa xe cuối cựng của đoàn tàu bắt đầu tăng, t c là thời gian nồi hóm nạp giú để ỏp lực tăng từ khụng đến trị số dự định. * Xỏc định t m : Một cỏch gần đỳng ta coi tốc độ lan truyền súng hóm bằng chiều dài ống hóm đoàn tàu chia cho thời gian tớnh từ khi ỏp lực nồi hóm toa xe cuối cựng bắt đầu tăng. Đối với van hóm KE 1C - SL cú tốc độ lan truyền súng hóm khi hóm thường là 150 m/s và khi hóm khẩn là 270 m/s. Như vậy ta cú: dtdt h m L 150 L V t  (sec) với L đt là chiều dài đoàn tàu. * Xỏc định t c : Gọi P ct là ỏp lực nồi hóm cần thiết để tổng lực hóm và lực cản vận hành thắng được lực gia tốc của đường dốc (đoàn tàu bắt đầu giảm tốc) tức là: jod ib  (1) Với : hhh ***1000b  - Lực hóm chuyển đổi đơn vị đoàn tàu (N/KN) G P G*P* " 0 ' od od    - Lực cản đơn vị đoàn tàu chạy đà (N/KN) i j - Độ dốc qui đổi ( oo o / ). trong đú :  b - Hệ số hóm thường.  h - Hệ số ma sỏt chuyển đổi.  h - Hóm suất chuyển đổi đoàn tàu khi hóm khẩn.  ’ od - Lực cản cơ bản đơn vị đầu mỏy chạy đà (N/KN).  ” o - Lực cản cơ bản đơn vị toa xe (N/KN). P - Khối lượng tớnh toỏn đầu mỏy (Tấn) G - Khối lượng kộo (Tấn)  Hệ số ma sỏt chuyển đổi : 100 V * 6 V *)V110(*006,0 100 V * 14 100V*6,3 *356,0 0h      trong đú : V 0 : Tốc độ đoàn tàu ban đầu khi hóm V: Tốc độ đoàn tàu trong quỏ trỡnh hóm  Hóm suất chuyển đổi đoàn tàu khi hóm khẩn:   gGP KK * '' h ' h h    trong đú: '' h ' h K,K  - Tổng ỏp lực chuyển đổi guốc hóm đầu mỏy và toa xe. Vỡ khi hóm và nhả hóm giai đoạn để trỏnh hiện tượng dồn toa phỏt sinh lực đấm ta thường hóm toa xe và nhả hóm đầu mỏy do đú ta cú :   gGP KK * '' h ' h h     Áp lực chuyển đổi guốc hóm 100V*6 V *)V110(*006.0 100V*14 100V*6,3 *356,0 100V*6 V *)V110(*006.0 100V*14 100V*6,3 * 100K*5 100K *64,0 *KK 0 0 h            (KN) Với: k bbbb 2 b n n***p*d* 4 K    là ỏp lực thực tế của một guốc hóm ộp vào bỏnh xe. trong đú: d b : Đường kớnh xi lanh hóm(m). p b : ỏp suất xi lanh hóm(Kpa). b  : Hiệu suất truyền động hóm. b  : Bội suất hóm. n b : Số xi lanh hóm trờn một toa xe. n k : Số guốc hóm trờn một toa xe. Đặt k bbb 2 b n n***d* 4 A    odj iB    100V*14 100V*6,3 *64,0A 1    100 V * 6 V *)V110(*006,0B 01   Ta được: b P*AK  h 11 b b b h 11 h BA* 100P*A*5 100P*A *P*A BA* 100K*5 100K *KK           g*)GP(* BA* 100P*A*5 100P*A *P*A*n*n g*)GP( K h 11 b b bk" h h         trong đú: n là số toa xe trong đoàn tàu Từ (1) ta cú: Bibib odjjod  Hay: g*)GP(* BA* 100P*A*5 100P*A *P*A*n*n ***1000B h 11 b b bk hh      11 b b bk h BA* 100P*A*5 100P*A *P*A*n*n *1000 g*)GP( *B        100P*A*5 100P*A *P A*A*n*n B *1000 g*)GP( *B b b b 1k 1 h        Đặt: 1k 1 h A*A*n*n B *1000 g*)GP( *B C     100P*A*5 100P*A *PC b b b    Hay: b 2 bb b b b P*100P*A)100P*A*5(*C 100P*A*5 100P*A *PC     C*100P*)A*C*5100(P*A b 2 b  = 0 (***) Giải phương trỡnh (***) ta tỡm được ỏp lực nồi hóm cần thiết P ct để thắng lực gia tốc đường dốc (lỳc này tốc độ đoàn tàu bắt đầu giảm). Gọi t c là thời gian nạp giú vào nồi hóm để ỏp lực đạt trị số bằng P ct , nhưng thực tế cỏc toa xe khụng cú ỏp lực này cựng một lỳc, trong tớnh toỏn kiểm nghiệm thiờn về an toàn ta cú thể coi như thời gian toa xe cuối cựng của đoàn tàu cú ỏp lực nồi hóm đạt trị số P ct , tại thời điểm này tất cả cỏc toa xe trong đoàn tàu cựng cú trị số ỏp lực nồi hóm như vậy. Tức là thời gian tớnh từ khi tài xế đưa tay hóm về vị trớ hóm đến khi đoàn tàu bắt đầu giảm tốc là : t k = t c + t m (s), trong khoảng thời gian này đoàn tàu tăng tốc độ. Dựa vào kết quả thực nghiệm ta cú quan hệ giữa ỏp lực nồi hóm, lượng giảm ỏp ống hóm và thời gian nạp giú vào nồi hóm. Quan hệ giữa lượng giảm ỏp ống hóm, ỏp lực nồi hóm và thời gian nạp giú vào ống hóm 3. Xỏc định thời gian đoàn tàu tăng tốc Khi tài xế đưa tay hóm về vị trớ hóm, sau khoảng thời gian t k = t c + t m tốc độ đoàn tàu bắt đầu giảm. Sau khi tốc độ giảm đến trị số dự định (Lỳc này ỏp lực nồi hóm đó đạt trị số lớn nhất tương ứng với lượng giảm ỏp ống hóm) tài xế thực hiện cấp giú đoàn xe để nhả hóm, vỡ ỏp lực nồi hóm chưa lập tức giảm đến khụng nờn sau khi nhả hóm tốc độ đoàn tàu vẫn tiếp tục giảm. Gọi t ct là thời gian nạp giú nhả hóm để ỏp lực nồi hóm giảm từ trị số lớn nhất (tương ứng với lượng giảm ỏp ống hóm) đến trị số P ct , trong khoảng thời gian t ct đoàn tàu giảm tốc độ. Dựa vào mối quan hệ giữa thời gian nạp giú vào nồi hóm với lượng giảm ỏp ống hóm và ỏp lực nồi hóm ta xỏc định được thời gian cần thiết để ỏp lực nồi hóm đạt trị số P ct và P max là t c và t cmax , ta được: t ct = t cmax - t c . Như vậy, thời gian đoàn tàu tăng tốc sau khi nhả hóm là: t n - t ct (s), tức là tổng thời gian đoàn tàu tăng tốc trong một lần thực hiện hóm và nhả hóm là: t tt = t k + t n - t ct = t c + t m + t n - ( t cmax - t c ) = 2*t c + t m + t n - t cmax (s). 4. Thời gian đoàn tàu tăng từ tốc độ ban đầu khi hóm đến tốc độ giới hạn Gọi V o là tốc độ ban đầu khi hóm, V gh là tốc độ giới hạn. Ta chia khoảng tốc độ từ V o đến V gh thành nhiều gian cỏch tốc độ, thời gian đoàn tàu tăng tốc độ đến tốc độ giới hạn được tớnh theo phương phỏp phõn đoạn cộng dồn:       n 1i jod i1i z )i( )vv(*30 t (s) trong đú: v i ,v i+1 - Tốc độ đầu và cuối trong gian cỏch tốc độ (Km/h).  od - Lực cản cơ bản đơn vị của đoàn tàu khi chạy đà (N/KN). i j - Độ dốc qui đổi oo o / Dựa vào cỏc thụng số kỹ thuật của đoàn tàu và tuyến đường ta cú thể xỏc định được t z và t tt . Như vậy ta cú 2 giỏ trị đó xỏc định ứng với số toa xe n là t z và t tt , so sỏnh hai giỏ trị này ta được: Nếu t z > t tt thỡ trọng lượng kộo đó thoả món theo điều kiện nạp giú nhả hóm. Nếu t z  t tt thỡ trọng lượng kộo chưa thoả món theo điều kiện nạp giú nhả hóm ta tiếp tục làm như sau: Ta chọn 3 giỏ trị trọng lượng kộo khỏc nhau G 1 , G 2 , G 3 tương ứng với số toa xe là n 1 , n 2 , n 3 sau đú tớnh được cỏc giỏ trị: t z1 , t z2 , t z3 , t tt1 , t tt2 , t tt3 . Tiến hành vẽ cỏc đường cong t z = f(n) và t tt = f(n), cỏc đường cong này cắt nhau tại một điểm cú số toa xe là n max tương ứng với trọng lượng kộo G max . Giỏ trị trọng lượng kộo G max thoả món điều kiện nạp giú nhả hóm khi xuống dốc cú độ dốc qui đổi i j . Cần chỳ ý rằng cỏc đường cong t z = f(n) và t tt = f(n) mà chỳng ta xõy dựng là những đường gấp khỳc vỡ vậy mà số toa xe n max sẽ khụng phải là số nguyờn do đú khi tớnh toỏn trọng lượng kộo ta tớnh tương ứng với số toa nguyờn: (n max - 1) < n < n max . Vớ dụ: Tớnh toỏn cho đầu mỏy D19E kộo cỏc đoàn tàu trờn tuyến Hà Nội - Tp. Hồ Chớ Minh (Chỉ cần tớnh cho hai cung khú khăn nhất của tuyến là Huế - Đà Nẵng và Mường Mỏn - Sài Gũn) ta được cỏc kết quả sau: Cung Huế - Đà Nẵng (Xuống dốc 17 oo o / ) Tàu khỏch G k = 880 (Tấn) G k = 1120 (Tấn) r 80 90 100 80 90 100 V 0 25 25 26 26 24 24 25 25 26 tt 11.287 9.208 9.259 8.263 12.39 10.08 10.11 9.15 9.13 t z 10.017 10.017 8.0178 8.018 12.01 12.01 10.01 10.01 9.01 KL Kđ đ Kđ Kđ Kđ đ Kđ đ Kđ Tàu hàng G h = 896 (Tấn) G h = 1176 (Tấn) r 80 90 100 80 90 100 V 0 23 23 24 24 23 23 24 24 25 tt 11.98 12.05 10.18 12.57 12.64 10.97 11.03 t z 14.01 12.01 12.01 14.01 12.01 12.01 10.01 KL Kđ đ Kđ đ Kđ đ Kđ đ Kđ Cung Mường Mỏn - Sài Gũn (Xuống dốc 15 oo o / ) Tàu khỏch G k = 1000 (Tấn) G k = 1280 (Tấn) r 80 90 100 80 90 100 V 0 25 25 26 26 25 26 26 27 27 tt 11.617 9.464 9.51 6 8.491 11.01 11.07 8.95 8.98 8.09 t z 10.015 10.01 5 8.01 6 8.016 11.55 9.25 9.25 6.94 6.94 KL Kđ đ Kđ Kđ đ Kđ đ Kđ Kđ Tàu hàng G h = 1000 (Tấn) G h = 1344 (Tấn) r 80 90 100 80 90 100 V 0 24 24 25 25 26 24 24 25 25 26 tt 10.55 10.61 9.75 9.81 11.2 1 11.2 8 9.75 2 9.80 4 t z 12.01 10.01 10.01 8.02 12.0 3 10.0 1 10.0 1 8.01 KL Kđ đ Kđ Đ KĐ Kđ đ Kđ đ Kđ iii. Kết luận Thụng qua kết quả tớnh toỏn kiểm nghiệm trọng lượng kộo theo thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm của đầu mỏy D19E trờn tuyến Hà Nội - Tp.Hồ Chớ Minh ta thấy: Với điều kiện cụ thể về tuyến đường (độ dốc và tốc độ giới hạn của đoạn xuống dốc) và năng lực hóm của đoàn tàu (loại mỏy hóm và van hóm) là cố định ta cú thể lựa chọn trọng lượng kộo dựa vào mối quan hệ giữa trọng lượng kộo với tốc độ ban đầu khi hóm và lượng giảm ỏp ống hóm. Tựy thuộc vào yờu cầu vận hành là cần nõng cao tần số kộo hay nõng cao tốc độ chạy tàu mà ta lựa chọn sao cho kinh tế nhất. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Văn Chuyờn. Sức kộo đoàn tàu. Hà Nội, 2001 [2]. Nguyễn Văn Chuyờn, Vũ Duy Lộc, Khuất Tất Nhưỡng, Kiều Duy Sức. Hóm đoàn tàu. Hà Nội, 1996. [3]. Nguyễn Văn Lõm, Dương Chớ Đạt. Đồ ỏn tốt nghiệp. Hà Nội, 2004. [4]. Cụng Lệnh Sức Kộo Số 10 - ĐMTX – 2002. Đường Sắt Việt Nam. [5]. Cụng Lệnh Tốc Độ chạy tàu: Số 01 – CĐ - 2003. Đường Sắt Việt Nam . của thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm. Tức là t z > t n + t k . II. Nội dung Thời gian chạy khụng và thời gian nạp giú nhả hóm phụ thuộc vào trọng lượng và năng lực hóm. với năng lực hóm đó cú. 1. Thời gian nạp giú nhả hóm Thời gian nạp giú nhả hóm t n phụ thuộc vào loại mỏy hóm, van hóm, lượng giảm ỏp ống hóm và số toa xe trong đoàn tàu. Thời gian này được. Dựa vào kết quả thực nghiệm ta cú quan hệ giữa ỏp lực nồi hóm, lượng giảm ỏp ống hóm và thời gian nạp giú vào nồi hóm. Quan hệ giữa lượng giảm ỏp ống hóm, ỏp lực nồi hóm và thời gian nạp giú