tính toán đặc tính kéo của đầu máy d10h khi nâng cao tốc độ TS.. Đặt vấn đề Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT Tóm tắt: Bμi báo trình bμy phương pháp xây dựng đồ thị sức kéo vμ tính trọng lư
Trang 1tính toán đặc tính kéo của đầu máy d10h
khi nâng cao tốc độ
TS Nguyễn hữ u dũng
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
i Đặt vấn đề
Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy phương pháp xây dựng đồ thị sức kéo vμ tính trọng lượng kéo
của đầu máy D10H sau khi cải tạo nâng cao tốc độ
Summary: The paper presents an establishment method on traction force curve and
calculation of pulling capacity for locomotive after rehabilitated to increase speed
Hiện nay Liên Hiệp ĐSVN có chủ trương
thay động cơ và nâng cao tốc độ đầu máy
D10H để kéo tầu khách trên tuyến Hà nội -
Yên bái Theo phương án kỹ thuật đã được
thông qua: Động cơ trên đầu máy hiện nay là
động cơ 12V180ZJ của Trung quốc sẽ được
thay bằng động cơ CAT 3508B của Mỹ có
cùng số vòng quay 1500 vòng/phút và cùng
công suất 1100 mã lực Vấn đề làm cho một
số người còn băn khoăn là sau khi cải tạo như
thế sức kéo của đầu máy cũng như trọng
lượng kéo của nó sẽ thay đổi ra sao và liệu nó
có đáp ứng được yêu cầu kéo tầu khách của
Xí nghiệp hay không? Những tính toán sau
đây sẽ trả lời câu hỏi đó
ii Xây dựng đặc tính sức kéo của
đầu máy sau khi cải tạo
Do động cơ mới có công suất bằng công
suất động cơ cũ nên có thể coi như công suất
của đầu máy không thay đổi vì thế có thể xây
dựng đường đặc tính sức kéo của đầu máy
sau khi cải tạo dựa trên cơ sở đường đặc tính
sức kéo của đầu máy trước khi cải tạo
Nếu tốc độ đầu máy sau khi cải tạo được
nâng lên đến 70 km/h thì tỉ số tốc độ lớn nhất
trước và sau khi cải tạo là:
33 , 1 5 , 52
70 cu
max V
moi max
V
Dựa trên công thức tính công suất đầu máy ta có:
kv
F 270
kv V 270
V F
có nghĩa là nếu tốc độ đầu máy được tăng lên bao nhiêu lần thì sức kéo đầu máy sẽ giảm đi bấy nhiêu lần
Hình 1 Đặc tính sức kéo của đầu máy D10H
trước vμ sau khi cải tạo
Vì thế chúng ta có thể xây dựng đặc tính sức kéo của đầu máy sau khi cải tạo bằng cách sử dụng chính ngay đặc tính sức kéo cũ của đầu máy với sự thay đổi tỉ lệ của các trục toạ độ:
Trang 2• Tỉ lệ trục vận tốc được tăng lên kv lần,
nghía là mỗi giá trị vận tốc V trước kia được
chuyển thành: V.kv
• Tỉ lệ trục sức kéo được giảm đi kv lần,
nghía là mỗi giá trị sức kéo FK trước kia được
chuyển thành: FK/ kv = FK kF
Trong đó: 0,75
70
5 , 52 kv
1
kF = = = (3)
• Đặc tính sức kéo bám vì chỉ có trục
vận tốc thay đổi cần tính lại theo công thức:
FB =PBΨB (4)
trong đó: hệ số bám ΨB phụ thuộc vận tốc:
V 20 100
8 25
, 0
Kết quả tính sức kéo bám được ghi trong
bảng sau:
V [km/h] 0 5 10 15
ΨB 0,33 0,29 0,277 0,27
FB[ T ] B 18,48 16,24 15,49 15,12
Toàn bộ đặc tính sức kéo của đầu máy
trước và sau khi cải tạo được thể hiện trên
hình 1 Chúng ta nhận thấy:
• ở những tốc độ thấp dưới 20 km/h sức
kéo bị giảm đáng kể nhưng đây không phải là
vùng tốc độ thường xuyên vận dụng
• Trong khoảng từ 20 đến 50 km/h hai
đường đặc tính gần như trùng nhau chứng tỏ ở
những tốc độ này sức kéo không bị suy giảm
• Trên 50 km/h là vùng tốc độ mở rộng
sức kéo giảm theo quy luật hyperbol
Như vậy việc tăng tốc độ không làm giảm
khả năng kéo so với trước nhưng lại lại mở
rộng thêm được vùng tốc độ vận dụng
Iii tính toán trọng lượng kéo của
đầu máy sau khi cải tạo
1 Tính trọng lượng đoàn tầu theo độ
dốc hạn chế của tuyến đường
Theo công thức:
( " i )
i ' P F G
O
O K
+ ω
+ ω
ư
trong đó: FK là sức kéo lâu dài của đầu máy
FK = 110000 kg; P là trọng lượng của đầu máy
P = 56 T; ω’O là sức cản cơ bản của đầu máy
Theo quy trình tính sức kéo của Liên hiệp
ĐSVN ban hành ngày 24 - 5 - 1985:
2
L O
M
F 0453 , 0 V 0931 , 0 q
132 5 , 6
với qO là tải trọng trục, qO = 14 [T]; F là tiết diện ngang của đầu máy, [m2]; ML là khối lượng của đầu máy ML= 56 [T]
Ta tính được:
ω'O =15,93+0,0931V+0,0086V2 [N/T] (8)
ω’
O là sức cản cơ bản của toa xe Lấy theo toa xe khách 4 trục ổ bi:
ω"O=15+0,26V+0,0029V2 [N/T] (9) Với V là vận tốc dài lâu của đầu máy
V = 16,2 km/h i là độ dốc hạn chế của tuyến
đường, i = 12o/o o ta tính được:
ω’O = 19,6952 [N/T] = 2,01 [kg/T]
ω“O = 19,973 [N/T] = 2,038 [kg/T]
Như vậy:
12 038 , 2
12 01 , 2 56 11000
+
+
ư
Trên độ dốc i =12o/oo đầu máy có thể kéo
được đoàn tầu có Q = 728 [T]
2 Tính trọng lượng đoàn tầu theo điều kiện khởi động
Theo công thức:
max i O KD
"
' P F G
ω + ω
ω + ω
ư
trong đó: FKD là sức kéo khi khởi động của đầu máy FK = 15500 kg; ω’O là sức cản cơ bản của
đầu máy khi khởi động ω’O = 5 kg/T; ω“O là sức cản đơn vị của toa xe khi khởi động:
(12)
] T / N [ V 0029 , 0 V 26 , 0 15
ω
Trang 3ωi max là sức cản phụ ứng với độ dốc cực
đại ωi max= 12 kg/T
Với V = 10 km/h và i = 12o/oo ta tính được:
ω “O = 17,89 [N/T] = 1,8255 [kg/T]
Như vậy:
12 8255 , 1
12 5 56 15500
+
+
ư
=
Khi khởi động trên độ dốc lớn nhất đầu
máy có thể kéo được đoàn tầu có Q = 1050 [T]
IV Tính tốc độ lớn nhất của đầu
máy khi kéo đoμn tầu có trọng
lượng cố định
Muốn xác định được tốc độ này ta cần
xây dựng các đường đặc tính sức cản đoàn
tàu trên cùng một đồ thị với đường sức kéo
sau đó xác định vận tốc ứng với giao điểm của
đường đặc tính sức kéo và các đường đặc tính
sức cản này tính với đoàn tầu có trọng lượng
Q trên độ dốc io/oo nghĩa là các điểm có:
( ' i ) G( " i)
P
FK = ω O+ + ω O+ (13)
Trong đó ω’O và ω“O phụ thuộc tốc độ V
tính theo (8), (9)
Các đồ thị xây dựng bằng phần mềm
MATLAB khi đầu máy kéo các đoàn tàu
Q = 400 tấn và Q = 700 tấn được thể hiện trên
hình 2
Tốc độ lớn nhất đầu máy có thể đạt được
trên các độ dốc 0, 5, 10, 12, 15o/o o trước và
sau khi cải tạo khi kéo đoàn tầu Q = 400 tấn
tấn được ghi lại trong bảng sau:
Vmax [km/h]
Q[T] i o/o o
400
Chúng ta thấy khi kéo đoàn tầu Q = 400 tấn tốc độ lớn nhất đạt được trước và sau khi cải tạo không chênh lệch nhau nhiều Trong bảng trên chúng ta cũng thấy được tốc độ lớn nhất đầu máy đạt được khi kéo đoàn tầu khách Q = 700 tấn trên tuyến Hà nội - Lào cai
Hình 2 Xác định Vmax khi kéo đoμn tầu
có Q = 400 t vμ 700 t
Tài liệu tham khảo
[1] Baránszky-Job Imre - Vasúti Jảrmu
szerke-zetek, Budapest, 1979
[2] Lại ngọc Đường Sức kéo Đoàn tầu (Bài giảng
Cao học) Hà nội, 2000
[3] Nguyễn Văn Chuyên Sức kéo Đoàn tầu Hà
nội, 2001
[4] Liên hiệp ĐSVN Các tài liệu về Đầu máy
D10H Hà nội, 2002♦
