vũ duy lộc Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu phương pháp vμ những kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám của bá nh xe với ray của đoμn tầu
Trang 1Giới thiệu Phương pháp đo vμ các kết quả
xác định hệ số bám bánh xe với ray
trong vận hμnh
PGS TS vũ duy lộc
Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT
Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu phương pháp vμ những kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám
của bá nh xe với ray của đoμn tầu chuyển động ở vận tốc đến 200km/h
Summary: The article is an introduction of test results and method of evaluating the
adhesion coefficient between wheel and rail of the train moving with the speed up to 200km/h
i đặt vấn đề
Nâng cao tốc độ chuyển động đoàn tầu cần giải quyết một loạt vấn đề cơ bản để đảm bảo
an toàn vận hành, đó là phải đảm bảo lực hãm nhỏ hơn hoặc bằng lực bám của bánh xe với ray Lực bám phụ thuộc vào hệ số bám, tải trọng trục… Vì vậy cần nghiên cứu, xác định quan
hệ giữa hệ số bám thí nghiệm với hệ số bám tính toán Từ kết quả nghiên cứu hệ số bám xác
định lực hãm hợp lý và hoàn thiện thiết bị chống lết bánh xe khi hãm
ii Nội dung
Với mục đích phản ánh
sự ổn định được thực hiện
trong vận hành những thay
đổi kết quả nghiên cứu theo
giới hạn xác định của hệ số
bám bánh xe với ray trong
chu kỳ theo dõi, trên cơ sở
đó hiệu chỉnh những chỉ
tiêu nhận được và mối quan
hệ trong tính toán
Bảng 1
Trị số của hệ số bám ψ(v) phụ thuộc vào
tải trọng trục (tấn) Loại Tốc độ
toa xe (km/h)
6 10 15 20 22
Hầu hết những nghiên
cứu thử nghiệm quá trình
bám bánh xe với ray khi hãm phụ thuộc vào thời gian hãm Trong những năm 1970, tập san ВНИИЖТ đã giới thiệu 1500 thí nghiệm trên chiều dài khu gian hơn 30.000km để xây dựng quan hệ hệ số bám phụ thuộc vào tốc độ, tải trọng trục đối với các loại đoàn tầu khách, hàng và
đầu máy
Hàng
Khách
Trang 2Để thuận tiện cho sử dụng khi tính toán hãm trong điều kiện cho phép, hệ số bám bánh xe với ray giới thiệu trong bảng 1
Những kinh nghiệm vận hành và nghiên cứu chuyên dùng thực hiện trên các tuyến đường sắt thấy rằng, tỷ lệ giữa lực bám và lực hãm đoàn tầu theo kết quả tính toán nhận được những giá trị rất tản mạn (thường không theo quy luật), có khoảng 10% sác xuất bánh xe bị trượt trong vận hành (hình 1)
ψP = 0,17 - 0,0015 (qo - 5). 4v +576v + 576
Trong trường hợp chung, giới hạn lực bám bánh xe với ray cũng như hệ số bám yêu cầu phải lớn hơn lực hãm và
hệ số ma sát (xác định theo lý thuyết của sác xuất và biến dạng dẻo kim loại)
Hệ số bám ψ phụ thuộc loại đoàn tầu, điều kiện môi trường xung quanh, hướng vận chuyển, vật liệu chế tạo guốc hãm và tốc độ vận hành
Từ kết quả thí nghiệm của nhà máy chế tạo toa xe ТВЕРСКИЙ trong những điều kiện vận hành OAO, người ta đã chế tạo một loại toa xe mới có tổng trọng 57,9 tấn (tải trọng trục qo = 14,475tấn), toa xe được trang bị hãm đĩa có bán kính đĩa hãm r = 237mm, bán kính bánh xe R = 475mm, có thiết bị chống lết bape - 4, van hãm loại 182 - 01, có thiết bị thông báo
áp lực loại No 115A chế tạo tại OAO “Транс-Маш"
Hình 1 Giới thiệu hệ số bám bánh xe với ray, phụ thuộc vμo tốc độ
chuyển động của đoμn tầu trên khu đoạn:
trong đó:
⎯⎯ Hệ số bám tính toán;
• Hệ số bám theo kết quả hãm dừng tầu;
o Hệ số bám theo kết quả lực hãm trên một trục
ψk
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0,12
Mỗi xi lanh hãm toa xe nối trực tiếp với
hệ thống truyền động (xem hình 2) tạo
thành lực ép K trên hai má hãm theo hai
phía đĩa hãm của bộ trục bánh
Để đo trị số lực nén K, người ta đã sử
dụng đát trích kẹp chặt trên cá hãm Mục
đích để xác định điểm phù hợp với trị số
ứng suất kéo, nén trên những phía khác
nhau của chi tiết
Căn cứ vào sơ đồ giới thiệu ở trên,
người ta xác định được lực nén K, lực hãm BT, hệ số ma sát ϕ trên cơ sở biến dạng uốn của biên treo
Bánh xe
Lực hãm B T
Giá chuyển
Đát trích đo lực nén K
Xi lanh hãm
Đát trích đo lực hãm B T
Đĩa hãm Má hãm Quang treo
Hình 2.
Trong thí nghiệm đã sử dụng loại đát trích ДДХ có dải từ 0 ữ 10KG/cm2, độ sai lệch không
Trang 3Pk, KG/cm quá 0,5% để đo áp lực
Phân tích biểu đồ cho thấy,
áp suất xilanh hãm lớn nhất
4,1KG/cm2, thời gian nạp đầy
xilanh hãm 4,9 giây, toa xe được
trang bị guốc hãm comporits loại
max 140 - 42 - 70
5
Trong chu kỳ đầu tiên thực
hiện 34 thí nghiệm đánh giá mức
độ bám bánh xe với ray khi hãm
ở tốc độ 80 ữ 200km/h, có 26 thí nghiệm trị số lực bám đạt được nằm trong giới hạn cho phép, 5 thí nghiệm nhận được giá trị lực bám lớn nhất, khoảng 20 ữ 30% trường hợp thiết bị tự động chống lết làm việc, 3 trường hợp cặp trục bánh xe bị trượt với chiều dài từ 30 ữ 50mm
Thực tế trong mỗi trường hợp
giá trị cuối cùng áp suất đạt được
của xilanh hãm vượt quá giá trị tính
toán Kết quả ghi lại của 1 trong 26
thí nghiệm khi trị số trượt bộ trục
bánh lớn nhất do hãm có quan hệ với
thiết bị chống lết
Rõ ràng, trong trường hợp ở khu
vực bị lết, sự bám giảm tạo điều kiện
phát triển lết, còn sau khi bánh xe
được hãm có lực hãm nhỏ hơn lực
bám thì bánh xe tự khôi phục lại
chuyển động quay Giá trị hệ số bám khi thí nghiệm bằng khoảng 75% giá trị tính toán
Khi lực hãm bằng lực bám, một trong những cặp bánh xe giảm sự quay, trong thời gian đó tồn tại một trục bánh xe nào đó quay xung quanh nó Dưới tác dụng của lực hãm tác dụng vào cặp trục bánh làm giảm gia tốc chuyển động với trị số lớn nhất là 15 km/h/s (4m/s2) thì sự trượt tương đối xẩy ra khoảng 8% Điều đó phù hợp với nhịp làm việc của thiết bị chống lết, đóng van cung cấp gió ép vào xilanh hãm và mở van xả gió ép xi lanh hãm ra ngoài trời cho đến khi sự trượt bộ trục bánh giảm đến ngưỡng (mức ) quy định Sau đó van xả đóng, mở van cung cấp và quá trình hãm được lặp lại Kiểm tra tốc độ quay mỗi bộ trục bánh xe, xác định những trị số của
số lần trượt bánh xe, giảm gia tốc và so sánh những trị số nhận được với những ngưỡng cho trước có hơn 40 lần cho mỗi cặp bánh xe quay khi tốc độ chuyển động toa xe đến 200km/giờ (Khi hãm toa xe của đoàn tầu vận hành với tốc độ cao, trang bị guốc hãm gang hãm suất có thể lấy Bánh xe = 90 ữ 100%)
Kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám bánh xe với ray đoàn tầu khách khi hãm với tốc độ bắt đầu hãm đến 200km/h giới thiệu trong bảng 2
áp suất gió ép ống hãm chính 4
3 2 1 0
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 t, s
áp suất gió xilanh hãm
Hình 3 Giới thiệu biểu đồ nạp đầy gió xilanh hãm khi hãm khẩn
V,km/h 220 200 180 160 140 120 100 80 20 40 60
0 -20
5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 0,5 1 1,5
0 -0,5
2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,2 0,4 0,6
0 -0,2
Tốc độ chuyển động của trục bánh
Hình 4 Ghi kết quả thí nghiệm với sự trượt tương đối
không lớn của bộ trục bánh
Trang 4Bảng 2
Với guốc hãm chất dẻo loại 140-42-70
Tốc độ bắt
đầu hãm
áp suất ống
hãm chính
kG/cm 2
áp suất xilanh hãm kG/cm 2
Vị trí đứng km+c
C - số cột mốc
Đường hãm
Hệ số tính toán lực nén vP
Hệ số bám thực tế bánh xe trên ray ψp
αP = ψp/ψK
155 4,93 4,11 1404,7 0,29 0,064 0,728
141 4,80 4,01 1036,4 0,34 0,082 0,837
Để thuận lợi cho nghiên cứu thực tế, ta đặt hệ số αP xác định bằng tỉ lệ tương ứng giữa hệ
số bám thí nghiệm ψP với hệ số bám tính toán [ψK] trong những điều kiện giống nhau về tốc độ chuyển động và tải trọng: αP =
K
p
ψ ψ
Trong một loại 15 thí nghiệm giới thiệu trên bảng, hệ số hãm (hãm suất) trung bình là 0,374 = vP , sai lệch lớn nhất so với vP là 30%, hệ số bám trung bình ψP = 0,092 bằng khoảng 90% hệ số bám tính toán ψK = 0,9176
iii Kết luận
1 Nghiên cứu và chuẩn bị thiết
bị đo tổng hợp cho phép nâng cao độ
chính xác và đánh giá đúng giá trị lực
nén guốc hãm (đĩa hãm) và lực hãm
khi hãm cũng như động lực học quá
trình hãm với sự trượt trong thời gian
ngắn
2 Những kết quả đo thực tế
nhận được cho phép đánh giá điều kiện bám bánh xe với ray trên khu gian so với hệ số bám tính toán và những kết quả đo trong điều kiện của những năm trên đây
ψ 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06
1
2 3
Hình 5 Đồ thị hệ số bám bánh xe với ray phụ thuộc vμo tốc độ
Hệ số bám tính toán (ψk);
2,3 - hệ số bám thực tế tương ứng với lực nén
K =2,1tấn/trục và K = 2,85tấn/trục
3 Kết quả nghiên cứu là cơ sở xác định hệ số bám bánh xe với ray và hợp lý hoá sử dụng thiết bị chống lết bộ trục bánh xe
Trang 5Tµi liÖu tham kh¶o
[1] КАЗАРИНОВ В.М ВУКОЛОВЛА КОЭФФИЦЕЛТЫ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИПРИ
ТОРМОЖЕНИИ ТРУДЫ ВНИИЖТ“ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТО-ТОРМОЗНОИ ТЕХНИКИ НА ЖЕЛЗНЫХ ДОРОГАХ СССР ВЫП 212.1961
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ и ТЕПЛОВОЗНАЯ ТЯГА 1994
ВНИИЖТ ВЫП 604.М.Транепорм 1979
[4] Казаринов А.В ВЫбОР ОПМИЦАЛЬНОГО РАСЪЕМНОГО КОЭФИЦИЕНМА СЦЕЛЕМИЯ КОЛЕС С
РЕЛЬСАМИ ГЛЯ ВАЪОНОВ С ГИИЕККОВЫИ ТОРИОЗОЦ ВНИИЖТ ВЫП 629.М.Транепорм 1980♦
