Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (Luận án tiến sĩ)
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-o0o -
NGÔ VIẾT DÂN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CHO MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN
Mã số: 62.52.01.16.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1- PGS.TS NGUYỄN BÍNH 2- PGS.TS NGUYỄN VĂN VỊNH
Hà Nội - 2017
Trang 2i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi đến PGS.TS Nguyễn Bính và PGS.TS Nguyễn Văn Vịnh - Bộ môn Máy xây dựng và Xếp dỡ Trường Đại học Giao thông Vận tải lời cảm ơn sâu sắc, hai thày đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án này
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thày giáo, Cô giáo tại bộ môn Máy xây dựng Xếp dỡ, các nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học Xây dựng đã góp ý, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải, phòng Đào tạo Sau Đại học, Phòng Khoa học Công nghệ, Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Máy xây dựng, Trung tâm Đào tạo thực hành và Chuyển giao Công nghệ giao thông Vận tải, Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cùng các phòng ban chức năng trong nhà trường đã tạo điều kiện vật chất, thiết bị đo đạc thực nghiệm, mặt bằng thực nghiệm máy, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để đạt được kết quả mong muốn
Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo các đơn vị Cục Đường sắt Việt Nam, Công
ty Cổ phần Xây dựng Bảo tàng Hồ Chí Minh, Công ty TNHH Thương Mại và Xây dựng Linh Hà, Công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại Đại Dương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi vượt khó khăn để hoàn thành luận án này
Tôi xin cảm ơn những người bạn chân tình, đồng nghiệp, những người thân trong gia đình và đặc biệt là vợ tôi đã hỗ trợ và dành tình cảm tốt đẹp nhất động viên tôi hoàn thành luận án
Ngô Viết Dân
Trang 3ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong công trình nào khác và không sao chép từ bất kỳ nguồn nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu
đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng qui định
Tác giả luận án
Ngô Viết Dân
Trang 4iii
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các các ký hiệu
Danh mục các chữ viết tắt
Mở đầu
CHƯƠNG 1: Nghiên cứu tổng quan về máy đặt cụm tà vẹt đường sắt
1.1 Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam
1.2 Tổng quan về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt
1.3 Tổng quan về các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án
Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu
CHƯƠNG 2: Nghiên cứu chọn dạng máy và nghiên cứu động lực học máy MĐR đặt cụm tà vẹt
2.1 Chọn dạng máy lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam
2.2 Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt
2.3 Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực nâng hàng của máy MĐR
2.4 Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy MĐR
2.5 Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi nâng hàng
2.6 Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi di chuyển
Kết luận chương 2
CHƯƠNG 3: Thực nghiệm máy MĐR khi đặt cụm tà vẹt
3.1 Mục đích thực nghiệm
3.2 Phương án thực nghiệm máy MĐR đặt cụm tà vẹt
3.3 Các thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm
3.4 Sơ đồ khối các nội dung thực nghiệm
3.5 Trình tự tiến hành thực nghiệm trên máy MĐR
Trang
i
ii
iii
v
xi
xii
xiv
1
5
5
11
16
28
29
29
35
39
46
51
61
73
74
74
74
78
79
80
Trang 5iv
3.6 Kết quả thực nghiệm máy MĐR và xử lý số liệu
3.7 Phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm
Kết luận chương 3
CHƯƠNG 4: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học và xác định các thông số hợp lý của máy MĐR
4.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy MĐR trong trường hợp nâng hạ hàng
4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy MĐR trong trường hợp di chuyển có hàng
4.3 Xác định các thông số hợp lý của máy MĐR
4.4 Kiểm tra sự biến dạng của ray di chuyển máy MĐR khi tăng khối lượng cụm tà vẹt
4.5 Xác định khả năng di chuyển của máy MĐR trên đường cong khi dùng ray hiện có
4.6 Đề xuất các thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm động lực học 4.7 Phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng
Kết luận chương 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
82
86
89
90
90
96
100
105
109
111
111
112
113
115
116
120
Trang 65 Hình 1-5 Các yếu tố thích nghi của công nghệ lắp đặt đường sắt 9
6 Hình 1-6 Sơ đồ các yếu tố kinh tế xã hội ảnh hưởng đến công tác cơ
giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam
10
7 Hình 1-7 Tổ máy và thiết bị đặt ray bằng cần trục 11
8 Hình 1-8 Sơ đồ cấu tạo máy đặt ray DESEC TL 50 12
9 Hình 1-9 Sơ đồ dây chuyền đặt tà vẹt và ray bằng máy SVM1000S 13
10 Hình 1-10 Máy đặt cầu ray dạng cổng trục thi công đường sắt Kép-Bãi
Cháy
14
11 Hình 1-11: Sơ đồ dây chuyền lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR 14
12 Hình 1-12: Mối quan hệ giữa các thông số cơ bản của máy lắp đặt
đường sắt
15
13 Hình 1-13 Các phương án máy đặt cụm tà vẹt và ray ở Liên Xô (cũ) 16
14 Hình 1-14 Phương pháp đánh giá chi phí, chỉ tiêu kỹ thuật để lựa chọn
máy
16
15 Hình 1-15 Sử dụng tổ máy TCM60 để đặt tà vẹt ở Trung Quốc 17
16 Hình 1-16 Công nghệ lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR 17
17 Hình 1-17 Sơ đồ tính toán kết cấu khung máy MĐR bằng phần mềm
19 Hình 1-19 Xác định hệ số động lực khi di chuyển xe con trên dầm chính 18
22 Hình 1-22.Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng có kể đến đàn
hồi của kết cấu thép
20
23 Hình 1-23 Mô hình phân tích động lực học cổng trục di chuyển xe con 21
24 Hình 1-24.Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và
cơ cấu di chuyển cổng trục
21
Trang 727 Hình 1-27 Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng cổng trục 23
28 Hình 1-28.Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu
khi nâng hàng có độ chùng cáp
23
29 Hình 1-29 Sơ đồ tính và cách đánh số phần tử của kết cấu 24
30 Hình 1-30 Sơ đồ tính tối ưu hệ khung theo phương pháp chuyển vị 24
31 Hình 1-31 Sơ đồ xác định độ cứng của xi lanh thủy lực 25
32 Hình 1-32 Sơ đồ truyền động mô tơ thủy lực quay 25
33 Hình 1-33 Sơ đồ tính toán truyền động thủy lực cầu trục 26
34 Hình 1-34 Mô hình truyền động xi lanh nâng hàng của xe nâng 26
35 Hình 1-35 Sơ đồ các trường hợp thực nghiệm đánh giá kết quả tính
toán lý thuyết với thực nghiệm
27
36 Hình 2-1 Sơ đồ tiêu chí đánh giá cho công tác chọn dạng máy 29
37 Hình 2-2 Sơ đồ cấu trúc tiêu chí chọn dạng máy lắp đặt tà vẹt theo
AHP
30
39 Hình 2-4 Trị số ưu tiên tổng hợp của phương án máy 34
40 Hình 2-5 Đồ thị kết quả đánh giá chọn dạng máy 34
45 Hình 2-10 Sơ đồ thi công đặt tà vẹt bằng máy MĐR 38
46 Hình 2-11 Mặt cắt mô tả vị trí ray di chuyển của máy MĐR và khối tà
vẹt BTCT DƯL trên lớp ba lát
38
47 Hình 2-12 Lắp đặt ray di chuyển máy và kiểm tra khoảng cách hai ray 38
48 Hình 2-13 Sơ đồ máy MĐR nâng, chuyển cụm tà vẹt 39
49 Hình 2-14 Mô hình động lực học của hệ thống nâng hạ cụm tà
Trang 8vii
mềm Matlab_Simulink
52 Hình 2-17 Áp suất dầu thủy lực khi nâng cụm tà vẹt P1 (Pa) 44
53 Hình 2-18 Vận tốc của móc nâng hàng khi nâng cụm tà vẹt (Vh) (m/s) 45
54 Hình 2-19 Lực căng cáp khi máy MĐR nâng hàng từ trạng thái cáp
56 Hình 2-21 Chương trình tính toán thông số động lực học hệ thống thủy
lực di chuyển máy MĐR bằng phần mềm Simulink
Matlab-49
57 Hình 2-22 Sự thay đổi áp suất dầu thủy lực di chuyển máy theo thời
gian, P 1 (Pa)
50
58 Hình 2-23 Tốc độ quay của trục mô tơ thủy lực di chuyển, W d (vòng/s) 50
59 Hình 2-24 Vận tốc di chuyển máy MĐR khi mang cụm 5 tà vẹt, V dc
66 Hình 2-31 Tỷ lệ lưu lượng dầu thủy lực từ bơm cấp cho xi lanh nâng
70 Hình 2-35 Dao động q 3 của khối lượng m 3 61
71 Hình 2-36 Mô hình máy MĐR di chuyển mang cụm tà vẹt 62
72 Hình 2-37 Chương trình nhập thông số đầu vào và tính áp suất dầu
Trang 9viii
76 Hình 2-41 Áp lực dầu thủy lực khi di chuyển máy, P 1 (Pa) 69
77 Hình 2-42 Góc lắc hàng khi máy di chuyển q 8 (rad) 70
78 Hình 2-43 Vận tốc quay của mô tơ thủy lực q5(vòng/s) 70
79 Hình 2-44 Lực căng của nhánh cáp F cap (N) khi máy di chuyển 70
80 Hình 2-45 Tỷ lệ lưu lượng dầu thủy lực từ bơm cấp cho mô tơ thủy lưc
di chuyển
71
81 Hình 2-46 Vận tốc quay của mô tơ thủy lực q5(vòng/s) 71
82 Hình 2-47 Vận tốc di chuyển V dc (m/s) khi dừng hãm máy 71
83 Hình 2-48 Áp lực dầu thủy lực P 1 (Pa) khi dừng hãm máy 72
84 Hình 2-49 Góc lắc cáp nâng hàng khi dừng máy, q 8 (rad) 72
85 Hình 2-50 Lực căng cáp khi di chuyển và dừng hãm, F cap (N) 72
86 Hình 2-51 Lực căng cáp F cap (N) tại thời điểm dừng hãm 72
92 Hình 3-6 Lắp đặt đường ray di chuyển dài 28m trên nền đất và ballast 76
93 Hình 3-7 Tập kết hai máy lên ray di chuyển đặt trên nền đá và nền đất 76
96 Hình 3-10 Lắp tenxo đo biến dạng kết cấu khung 77
98 Hình 3-12 Lắp kẹp khung nâng với tà vẹt thành cụm 05 thanh, 07 thanh 78
101 Hình 3-15 Đo chuyển vị kết cấu khung máy khi nâng cụm tà vẹt 79
102 Hình 3-16 Sơ đồ các bài thực nghiệm theo các trường hợp làm việc của
104 Hình 3-18 Đo đạc máy MĐR trong quá trình nâng cụm tà vẹt và di
chuyển trên nền ballast và nền đất đã đầm lèn
81
Trang 10ix
105 Hình 3-19 Thu thập tín hiệu đo bằng các thiết bị của Trung tâm KHCN
Đại học Giao thông Vận tải và được lưu giữ trên máy tính
81
106 Hình 3-20 Hoàn thành công tác kiểm tra đo thu thập số liệu thực
nghiệm
81
107 Hình 3-21 Tín hiệu của đầu đo trong quá trình máy MĐR nâng - di
chuyển - hạ cụm 5 tà vẹt khi máy làm việc với ray đặt trên nền đất
83
108 Hình 3-22 Thu thập tín hiệu đo khi máy MĐR nâng cụm tà vẹt trên nền
đất
84
109 Hình 3-23 Di chuyển máy có hàng với ray đặt trên nền đá 84
110 Hình 3-24 Di chuyển máy có hàng với ray đặt trên nền đất và nền
114 Hình 3-28 Đồ thị so sánh giá trị áp suất dầu thủy lực tính toán lý
thuyết với kết quả thực nghiệm máy MĐR
117 Hình 4-1 Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi khối
lượng hàng nâng bằng phần mềm Matlab-Simulink
91
122 Hình 4-6 Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
khối lượng kết cấu khung máy bằng Matlab-Simulink
Trang 11132 Hình 4-16 Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
đường kính cáp nâng hàng bằng Matlab-Simulink
137 Hình 4-21 Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
các thông số của bơm thủy lực và xi lanh nâng hàng bằng
142 Hình 4-26 Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với khối lượng
hàng nâng khác nhau bằng Matlab-Simulink
148 Hình 4-32 Vận tốc mô tơ thủy lực ω d (vòng/s) 97
149 Hình 4-33 Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với khối lượng
kết cấu khung máy khác nhau bằng Matlab-Simulink
154 Hình 4-38 Chương trình khảo sát trường hợp di chuyển với lưu lượng
bơm thủy lực khác nhau bằng Matlab-Simulink
99
Trang 12167 Hình 4-50 Sơ đồ xác định chiều cao lấy tà vẹt của máy MĐR trên ô tô 103
168 Hình 4-51 Cấu tạo ray cho máy MĐR di chuyển 105
170 Hình 4-53 Mô hình ray làm việc trên nền đất 106
171 Hình 4-54 Đồ thị quan hệ độ lún của ray với trọng lượng nâng 108
172 Hình 4-55 Xác định bán kính cong của đường ray cho máy di chuyển 109
175 Hình 4-58 Đồ thị quan hệ R,Q và V dc (m/ph) 110
176 Hình 4-59 Máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt tại ga Cái Lân 112
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU DÙNG TRONG LUẬN ÁN
1 Bảng 1-1 Chiều dài các tuyến đường sắt chính hiện có của ĐSVN 5
2 Bảng 1-2 Danh mục các dự án đường sắt đã được phê duyệt 6
3 Bảng 1-3 Danh mục các dự án xây dựng giai đoạn 2020- 2030 6
5 Bảng 1-4 Đánh giá mức độ cơ giới xây dựng ĐS Việt Nam hiện nay 8
8 Bảng 1-7 Đặc tính kỹ thuật máy đặt đường sắt KGT/V 12
Trang 13xii
10 Bảng 1-9 Đặc tính kỹ thuật của máy SVM1000S 13
13 Bảng 1-12: Đặc tính kỹ thuật của các loại máy lắp đặt tà vẹt đường sắt 15
14 Bảng 2-1 Đánh giá các tiêu chí của máy lắp đặt đường sắt 31
15 Bảng 2-2: So sánh công suất và năng suất đặt tà vẹt của các phương án
máy
31
16 Bảng 2-3 So sánh chi phí lắp đặt tà vẹt theo các phương án máy 32
17 Bảng 2-4 Bảng tính chi phí ca máy lắp đặt tà vẹt đường sắt 32
18 Bảng 2-5 Thông số kỹ thuật của máy MĐR lắp đặt tà vẹt đường sắt 37
19 Bảng 2-6: Các thông số đầu vào cho chương trình tính thông số động
21 Bảng 2-8 Các thông số nhập vào chương trình tính toán thông số động
lực học máy MĐR khi nâng cụm tà vẹt
57
22 Bảng 2-9 Các thông số đầu vào của mô hình tính toán động lực học 66
23 Bảng 3-1 Danh mục thiết bị đo đạc thực nghiệm máy 78
24 Bảng 3-2 Thứ tự tiến hành thực nghiệm máy MĐR đặt tà vẹt 80
25 Bảng 3-3 Kết quả đo thông số khi vận hành máy MĐR không tải 82
26 Bảng 3-4 Kết quả đo thông số khi vận hành máy MĐR nâng cụm tà vẹt 82
27 Bảng 3-5 Thời gian thao tác trong một chu kì làm việc của máy 83
28 Bảng 3-6 Đánh giá sai số giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm 86
29 Bảng 3-7 So sánh kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm 87
30 Bảng 4-1 Giá trị thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng 90
31 Bảng 4-2 Giá trị thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng 96
32 Bảng 4-3 Giá trị độ lún của ray ứng với các trường hợp làm việc 108
33 Bảng 4-4 Giá trị các thông số hợp lý của máy lắp đặt đường sắt Việt
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN
Trang 14xiii
Trang 15DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
PA1, PA2, PA3,
PA4, PA5
Phương án 1, phương án 2, phương án 3, phương án 4, phương án 5
Trang 16Luận án đầy đủ ở file: Luận án full