Tính toán động lực học của đầu máy toa xe

Tài liệu tham khảo Tính toán động lực học của đầu máy toa xe

Với mong muốn nâng cao sức kéo và rút ngắn thời gian chạy tàu để chuyên chở hàng hoá và hành khách ngày càng tốt hơn, ngành Đờng Sắt đã không ngừng đầu t cơ sở vật chất, nâng cao chất lợng cầu đờng, Đầu t sức kéo mới, thay các đầu máy có công suất nhỏ, tốc độ thấp bằng các đầu máy hiện đại công suất lớn có tốc độ cấu tạo cao Một trong những sức kéo mới đợc đầu t gần đây nhất là đầu máy D13E (của ấn Độ), đầu máy Đổi mới D19E (của Trung Quốc), đầu máy D20E của Đức Cùng với đầu máy Trung Quốc D14E sẽ tạo nên sức kéo mạnh mẽ trong diện mạo mới của đờng sắt Việt Nam Đầu máy D14E đợc nhập vào nớc ta từ năm 2002, do công ty cổ phần đầu máy xe lửa Quảng Châu sản xuất Hiện nay, đầu máy D14E có 5 chiếc, do xí nghiệp đầu máy Hà Lào quản lý, và

để kéo tàu khách, tàu hàng đi một số tỉnh phía bắc

Tính toán động lực học của Đầu máy Toa xe không phải là điều mới mẻ, song trớc

đây chỉ mới quan tâm đến các loại đầu máy 4 trục, công suất nhỏ có cấu tạo đơn giản, hệ thống treo lò xo giảm chấn một cấp, số vật thể cần xét trong hệ dao động ít cho nên số

ph-ơng trình cần thành lập để khảo sát các dao động cũng ít Đầu máy Trung Quốc D14E là

đầu máy có kết cấu tơng đối hiện đại, giá chuyển hớng 3 trục không có cối chuyển, hệ thống lò xo và giảm chấn hai cấp, khi tính toán động lực học của đầu máy này, đòi hỏi phải thành lập những mô hình phức tạp hơn, số vật thể cần xét trong dao động sẽ nhiều hơn vì vậy số phơng trình cần thành lập để khảo sát các dao động cũng nhiều hơn Vì vậy đề

tài: “Tính toán động lực học đầu máy D14E” sẽ đi vào tính toán kiểm nghiệm về mặt lý

thuyết tính năng động lực của đầu máy D14E, qua đó có những ý kiến về giải pháp hạn chế những dao động bất lợi, kéo dài tuổi thọ vận dụng đầu máy và sức khoẻ của công nhân lái tàu

Đề tài của em bao gồm 2 phần : phần 1 là giới thiệu chung về đầu máy D14E, phần

2 là tính toán động lực học Sau đây em xin đi vào từng phần :

Phần 1 : Đầu máy D14E bao gồm :

[1] : gian các thiết bị phụ trợ có 2 thùng gió chính và máy nén khí, gian hãm điện trở

[2] : gian làm mát thiết bị làm mát hình chữ V, bao gồm 24 két làm mát loại ống

đồng phẳng

[3] : gian động lực tổ hợp động cơ máy phát điện xoay chiều đợc lắp tại đây Động cơ của đầu máy D14E là loại CAT3508, có 8 xi lanh bố trí hình chữ V, công suất tối đa là

975KW, số kỳ là 4, tỉ số nén là 14/1 Còn máy phát điện là loại JF205F, công suất danh

định 1130KPA, hiệu suất đạt từ 0,915 – 0,945

[4] : gian các máy điện phụ lắp các máy phát điện khởi động, máy kích thích, quạt làm mát động cơ điện kéo

[5] : gian tủ điện đợc lắp ở phần phía trớc

[6] : Cabin điều khiển là nơi mà tài xế ngồi điều khiển đầu máy

[7] : GCH đây là loài GCH 3 trục, trên mỗi GCH có lắp 3 ĐCĐK treo kiểu tựa trục Liên kết giữa GCH với bệ đầu máy thông qua 2 hệ lò xo, hệ lò xo TW bao gồm 4 lò xo cao

su còn hệ lò xo bầu dầu có 12 lò xo trụ tròn

[7.1] : khung GCH đợc chế tạo từ thép tấm và đợc hàn lại với nhau, gồm 2 xà dọc cạnh và 3 xà ngang liên kết ở các góc đợc hàn thêm các tấm gia cờng

[7.2] : bộ trục bánh xe, tất cả các chi tiết của bộ trục bánh xe đều đợc chế tạo từ đúc sau đó gia công chính xác

[7.3] : hệ thống lò xo trung ơng bao gồm 4 lò xo cao su Đây là loại lò xo chế tạo từ cao su và thép có dạng hình trụ tròn, tổng số có 15 lớp xen kẽ với nhau cứ 1 lớp cao su rồi

đến 1 lớp thép liên kết với nhau bằng 1 loại keo đặc biệt

[7.4] : hệ thống giảm chấn thuỷ lực ở mỗi GCH có 2 giảm chấn thuỷ lực ngang và 4 giảm chấn thuỷ lực thẳng đứng Thuỷ lực ngang 1 đầu nối với khung GCH còn đầu kia thì nối với bệ đầu máy Thuỷ lực thẳng đứng 1 đầu nối với bầu dầu còn 1 đầu nối với khung GCH

[7.5] : ĐCĐK là loại ZQDR – 410, công suất danh định 410 KW, hiệu suất là 0,93, đợc làm mát bằng không khí

Phần 2 : Tính toán động lực học

Việc tính toán động lực, trớc tiên phải nắm vững kết cấu tổng thể đầu máy nhất là thứ tự việc truyền lực từ trên xuống dới và việc bố trí các thiết bị trên khung GCH

*/ Tính toán động lực học bao gồm 3 bài toán :

- Tính toán động lực học theo phơng thẳng đứng

- Tính toán động lực học theo phơng nằm ngang

- Tính động lực khi đi qua đờng cong

*/ Trong mỗi bài toán thì đều có 3 bớc :

- Lập mô hình dao động

- Viết hệ phơng trình cân bằng hoặc phơng trình dao động

- Lập trình để giải bài toán

- Kết luận

Khi tính động lực học theo phơng thẳng đứng ta có 6 bậc tự do đó là thân xe và 2 khung GCH Các dạng dao động là dao động nhấp nhô và gật đầu của vật thể

Khi tính động lực học theo phơng ngang ta có 18 bậc tự do đó là thân xe, 2 khung GCH, 6 bộ trục bánh xe Các dạng dao động là dao động sàng ngang và lắc đầu

Bài toán thông qua đờng cong đợc giải bằng phơng pháp Hueman

1 Tính toán động lực theo phơng thẳng đứng.

Để viết đợc hệ phơng trình cân bằng ta sử dụng nguyên lý Dlămbe và định luật 2 Newton Mỗi vật thể bao gồm 2 phơng trình : dao động thẳng đứng và gật đầu Vì vậy ta

có 6 phơng trình (chỉ vào phần hình trên A0)

2 Tính toán động lực theo phơng ngang.

Cũng nh phơng thẳng đứng thì ta cũng viết đợc hệ phơng trình Có tất cả 9 vật thể ta viết đợc 18 phơng trình

*/ Để giải bài toán dao động thẳng đứng và ngang ta sử dụng phần mềm MATLAB Với việc sử dụng Matlab em đã tính đợc chỉ tiêu êm dịu để từ đó có 1 số kết luận sau :

- Dao động thẳng đứng : trong dải tốc độ của mình chỉ tiêu êm dịu của đầu máy D14E thuộc loại tốt Từ 0 – 60 km/h chỉ tiêu có tăng nhanh, còn 60-100 thì chỉ tiêu ít biến đổi hay nói cách khác là ổn định

- Dao động nằm ngang : trong dải tốc độ của mình thì phần thực của véctơ riêng đều

âm nên hệ ổn định Phần thực của của vectơ riêng chỉ xuất hiện khi mà tốc độ lên tới 150km/h

3 Tính toán thông qua đờng cong.

Lực dẫn hớng do các lực phục hồi, lực ma sát, lực ly tâm và siêu cao hợp thành Khi tính lực dẫn hớng ta tính lực hớng do từng lực gây ra rồi cộng lại Sau quá trình biến đổi ta

đợc các lực dẫn hớng (chỉ vào A0) Với phần mềm Matlab ta sẽ vẽ đợc đồ thị của lực dẫn hớng ứng với 1 bán kính cong từ đó xác định đợc tốc độ cho phép Và đây là bảng tốc độ cho phép thông qua đờng cong ở 1 số bàn kính