bài giảng đường sắt

Mục đích ý nghĩa tính sức kéo đầu máy khi thiết kế - Xác định đợc khối lợng đoàn tàu Q - Đặc tính và chế động chuyển động của đoàn tàu mở máy, đóng máy, đóng vàhãm - Vận tốc và thời gian

Phần I Tuyến đờng sắtChơng I Tính sức kéo đầu máy 1.1 Khái niệm chung

1.1.1 Mục đích ý nghĩa tính sức kéo đầu máy khi thiết kế

- Xác định đợc khối lợng đoàn tàu Q

- Đặc tính và chế động chuyển động của đoàn tàu (mở máy, đóng máy, đóng vàhãm)

- Vận tốc và thời gian chạy tàu

- Tiêu hao năng lợng, nhiên liệu

→ Xác định đợc chi phí khai thác của đờng trong tơng lai và đánh giá, so sánh đợccác phơng án tuyến thiết kế

1.1.2 Mô hình tính của đoàn tàu và các lực tác dụng lên nó

a Các giả thiết:

- Coi đoàn tàu nh một chất điểm có hợp lực đặt tại trọng tâm

- Không xét đến nội lực vì nội lực không gây ra chuyển động

b Các ngoại lực:

- Lực kéo Fk (N, kN) do đầu máy sinh ra có thể thay đổi đợc do ngời lái

- Lực cản chuyển động W (N, kN) phụ thuộc vào bình đồ, trắc dọc, loại đầu máy,toa xe và vận tốc chạy tàu

- Lực hãm đoàn tàu B (N, kN) là lực tạo ra do con ngời thông qua bộ phận hãm đểgiảm vận tốc hoặc dừng tàu

→ Lực hãm đơn vị ( / )

).

(P Q g N kN

B b

+ Lực cản cơ bản W0, w0: là lực cản tất nhiên tồn tại khi đoàn tàu chuyển động trên

đờng thẳng rộng, bằng, thoáng với vận tốc nhất định

+ Lực cản phụ xuất hiện chỉ khi đoàn tàu qua dốc Wi,wi ; qua đờng cong Wr , wr

khi khởi động Wr,wr Ngoài ra, cần tính đến một số lực cản phụ khác nh khi có gió to, khitàu chạy qua hầm…

1 Lực cản cơ bản (W 0 , 0)

a Định nghĩa:

Là lực cản luôn luôn sinh ra trong quá trình chuyển động của đoàn tàu khi tàu chạytrên đờng thẳng và bằng trong vùng thoáng rộng với một số điều kiện sau:

- Vtàu > 10 km/h, Vgió < 10m/s, t0 > -250C (Nga và một số nớc khác)

- Vtàu > 10 km/h, Vgió < 5m/s, t0 > -100C (Trung Quốc)

c Công thức thực nghiệm tính lực cản đơn vị cơ bản của đầu máy ( 0' )

- 0' phụ thuộc vào:

+ Vận tốc chạy tàu

+ Chế độ mở máy hay đóng máy

+ Loại đầu máy (đầu máy điện, điêzen, hơi nớc; đầu máy tàu khách, tàu hàng)

Đầu máy tàu hàng, đầu điêzen:

d Công thức thực nghiệm tính lực cản đơn vị của toa xe( 0 '' )

- 0 '(N/kN) phụ thuộc vào:

+ Vận tốc chạy tàu

+ Tải trọng trục của toa xe

+ Loại toa xe (nớc sản xuất, toa khách, toa hàng, bi cầu, bi trợt )

q q

q tu trong tai trong ca bi

0,02 3 8

0,25 0,1 0.1

0,0025 0.0025

Toa 6 trục

Toa 8 trục

0,7 0,7

8 6

0,1 0,038

0,0025 0,0021

* Toa xe Trung Quốc:

bi ca q

V

5 , 0 9

29 ''

* Toa xe hàng 4 trục, đờng khổ 1000 mm Việt Nam:

Với toa đặc chạy bằng ổ trợt

w0'' = 1,0 + 0,04V + 0,00032V2

Với toa rỗng chạy bằng ổ trợt

w0'' = 1,2 + 0,02V + 0,0017V2 Với toa đặc chạy bằng ổ lăn

w0'' = 0,7 + 0,04V + 0,0032V2 Với toa rỗng chạy bằng ổ lăn

w0'' = 0,9 + 0,02V + 0,0017V2

* Toa xe hàng 4 trục trên đờng khổ 1435 mm Việt Nam:

Với toa xe khách hoặc hàng chạy bằng ổ trợt

w0'' = 2 + (0,007 + m)

100

2

V (N/KN)Với toa xe khách hoặc hàng chạy bằng ổ lăn

m = 0,033 - đối với toa xe khách 4 trục

m = 0,05 - đối với toa xe hàng đặc

m = 0,033 - đối với toa xe hàng rỗng

b Đối với toa khách

0,0120,026

0,00030,00029Với toa khách Trung Quốc w0" = 1,49 +

i i i

q q

1

) )

) ) )

 Tỷ lệ % về mặt số l ợng toa xe loại (i)

f Công thức tính lực cản đơn vị cơ bản bình quân của đoàn tàu ( 0)

//

0

/ 0

Q P

Q P

Q P

Q

P d d







Ví dụ: Tính lực cản đơn vi cơ bản bình quân của đoàn tàu hàng trong trờng hợp

đóng máy và mở máy khi vận tốc chạy tàu V = 60 km/h Đoàn tàu bao gồm 45 0 / 0 số toa 2 trục và khối lợng mỗi toa (cả hàng và bì) là 30T còn lại là số toa 4 trục và khối lợng mỗi

toa (cả hàng và bì) là 60T Khối lợng của đoàn toa xe là 2500T đợc kéo bởi đầu máy TE10 có khối lợng P = 129T, toa xe Liên Xô.

2 Lực cản phụ:

a Lực cản phụ do dốc(W i, i)

L (km)

(P+Q)g Wi

.(

1000 )

( sin ).

Vì  nhỏ → coi

1000 sin  tg  i  W i   ( P Q).g.i

 khi tàu xuống dốc

b Lực cản phụ do đờng cong (W  r, r)

* Nguyên nhân:

- Khi tàu vào đờng cong do lực ly tâm d hoặc lực hớng tâm d làm cho vành bánh siết chặtvào má ray (vì tốc độ các đoàn tàu thực tế có thể lớn hoặc nhỏ hơn vận tốc thiết kế siêucao – Vbình quân gia quyền )

- Do trợt ngang của đầu máy, toa xe khi vào đờng cong

- Khi tàu vào đờng cong bánh xe phía ray lng chạy trên quãng đờng dài hơn bánh xe phíaray bụng nên bánh xe phía ray lng vừa quay vừa trợt

*r : phụ thuộc vào :

kN N R

R , , K  t

kN N

L t r



L t r



Khi tàu nằm trên nhiều đờng cong

t L

1 2

) / (

5 , 7

kN N

L t r



L t r





Lu ý : Khái niệm dốc tính đổi hay dốc dẫn xuất: ik =  i + ir

c Lực cản phụ khi tàu vào hầm (W h, h)

 Phụ thuộc vào

- Chiều dài hầm (Khi Lh<300m bỏ qua h )

- Tình trạng khô ráo hay ẩm ớt của hầm

- Tình trạng thông thoáng hay không thông thoáng của hầm

- Tàu dừng ray võng xuống  tăng lực cản

- Tàu dừng dầu ở cổ trục chảy xuống đông đặc lại làm tăng lực cản

* kd phụ thuộc vào:

- Loại đầu máy, toa xe

A kd

Tăng cờng năng lực kết cấu tầng trên:

+ Dùng ray nặng → ray ít bị võng

+ Dùng ray dài, ray hàn không mối nối để → giảm bớt lực xung kích ở mối nốigiảm đợc tổn thất năng lợng

+ Dùng lớp đá ba lát dày chèn chặt dới tà vẹt giữ ổn định tim đờng ray ≡ tim tuyến(đờng không có trạng thái uốn lợn)

+ Giữ ổn định cự ly đờng

Khi thiết kế tuyến mới.

+ Dùng dốc dài và thoải (giải pháp thiết kế trắc dọc)

+ Dùng bán kính lớn và góc quay  nhỏ (giải pháp thiết kế bình đồ tuyến)

- Cải thiện đầu máy toa xe.

+ Dùng đầu máy và toa xe có dạng hình thoi

+ Dùng bi cầu thay cho bi trợt (để giảm ωkđ)

+ Dùng toa xe 4 trục (6 trục) thay cho toa xe 2 trục để giảm cự ly cứng nhắc

+ Dùng dầu tốt và tra dầu kịp thời

- Nâng cao chất lợng duy tu bảo dỡng, sửa chữa đờng và đầu máy toa xe.

1.2.2.Lực hãm đoàn tàu.

1.Các phơng thức hãm tàu.

Để giảm tốc, giữ nguyên vận tốc hoặc dừng tàu ngời ta dùng các phơng tiện hãm

Có thể tạo ra lực hãm bằng hai cách: Hãm cơ và hãm điện

Hãm cơ: Hãm bằng má phanh (guốc hãm) nh ép guốc hãm vào băng đa bánh xe hoặc

ép guốc hãm vào ray

Hãm điện: Đối với đầu máy điện và điezen truyền động điện hãm bằng cách biến đổicơ năng thành điện năng, điện năng này trở về mạng điện qua dây tiếp xúc gọi là hãmhoàn nguyên

2 Sự hình thành lực hãm.

Cơ chế hình thành.

- Khi ép guốc hãm vào vành bánh xe bằng một lực k thì giữa chúng xuất hiện lực

ma sát có trị số Fms = k.k (k - hệ số ma sát giữa guốc hãm và vành bánh) Giải phóngliên kết tại vị trí tiếp xúc giữa guốc hãm và bánh xe nh hình vẽ khi đó cũng xuất hiện mộtlực có trị số R = k.k tác dụng từ vành bánh vào má phanh theo chiều ngợc lại Giá trị R

sẽ bị triệt tiêu bởi hệ thống khung đỡ

v

F ms K

k k' = k

k'

K



R = b

theo chiều ngợc lại, b1 và b2 triệt tiêu nhau chỉ còn lực hãm b Nh vậy nguyên nhân gây ralực hãm b chính là lực ma sát Fms = k.k và tất nhiên sự xuất hiên lực hãm không thể thiếu

sự tồn tại của sức bám giữa bánh xe và ray F = Ph. để đảm bảo cho bánh xe lăn từ từ vàdừng lại

3 Hạn chế lực hãm theo điều kiện bám.

Khi tăng lực ép K tác dụng vào một trục thì B’ = K.k tăng (lu ý: B’ là lực hãm tínhtrên 1trục chứ không còn là lực hãm tính trên 1 bánh xe nh trên) nhng B’  F = Ph.

Trong đó Ph - tải trọng tính cho một trục đợc hãm

 - hệ số bám lăn giữa bánh xe và rayVì nếu B’ > F thì sức bám mất, bánh xe ngừng quay và bị kéo lết trên mặt đờng ray

+ Trạng thái mặt má phanh tiếp xúc với bánh xe

+ Thời gian kéo dài quá trình hãm

+ Độ cứng của guốc hãm, …

Hệ số ma sát k đợc xác định bởi các công thức thực nghiệm

+ Với má phanh gang: k = 0,6

100 5

100

1000

80

1000

k

+ Với má phanh gang có tăng hàm lợng phốt pho: k = 0,5

100 5

100

1000

52

1000

k

+ Với má phanh kim loại hỗn hợp: k = 0,44

150 2

150

200

với má phanh đơn (hãm một phía)

5 Tính lực hãm của đoàn tàu do tác dụng của guốc hãm sinh ra.

Lực hãm toàn phần tác dụng vào đoàn tàu:

B = 1000 ni.mi.Ki.ki (N) Trong đó : ni - Số toa có hãm của từng nhóm toa trong đoàn tàu

mi - Số trục có hãm của mỗi toa của từng nhóm toa trong đoàn tàu

Ki - Lực ép má phanh lên một trục của toa xe loại (i) (KN)

ki - Hệ số ma sát của toa xe loại (i)

Lực hãm đơn vị tác dụng lên đoàn tàu : b =

g Q P

K m n g

Q P

) (

1000 )

Ví dụ: Một đoàn tàu có 3 loại toa xe với Q = 2000 tấn gồm :

4 toa xe chở hàng 4 trục hãm 1 phía (phanh đơn) có K 1 = 65 kN/trục

6 toa xe rỗng 4 trục hãm 1 phía (phanh đơn) có K 2 = 35 kN/trục

5 toa xe chở hàng 2 trục hãm 2 phía (phanh kép) có K 3 = 65 kN/trục

Hãy tính lực hãm đơn vị khi đoàn tàu chạy với vận tốc 55 km/h các toa xe đều dùng má phanh gang.

1.2.3 Lực kéo và đặc tính lực kéo của đầu máy.

1 Khái niệm chung.

Từ trớc đến nay đờng sắt thế giới sử dụng 3 loại sức kéo:

+ Sức kéo hơi nớc: Hiệu suất thấp

+ Sức kéo điezen: Hiệu suất 24  28% (VN đang sử dụng, có >300 đầu máy baogồm rất nhiều loại : D9E, D10E, D11H, D12E, D13E, D14E, D18E, D19E, D20E )

+ Sức kéo điện: Hiệu suất 18  25%

2 Sự thể hiện lực kéo của đầu máy.(đầu máy điêzen và đầu máy điện)

Hình 3 Lực kéo F của đầu máy điêzen

Trục động cơ quay sinh ra mô men M1 làm cho bánh xe quay sinh ra mô men M2

M2 = M1Trong đó:  =

M1 và cũng không thể thiếu lực bám giữa bánh xe và ray

3 Hạn chế lực kéo theo điều kiện bám.

F có thể tăng lên thì F2 cũng tăng lên nhng F chỉ tăng đến một giới hạn tối đa nào đó.Lực tối đa này không vợt quá lực bám giữa bánh xe và ray

Fk  1000Pg. (N)Trong đó:  - hệ số ma sát bám lăn giữa bánh xe và ray

P - khối lợng bám của đầu máy (tổng khối lợng của các bánh xe chủ

…

Công thức thực nghiệm xác định 

+ Đối với đầu máy điện và điêzen:  = B +

DV C

- Lực kéo chỉ thị Fi(N): Là lực kéo tác dụng lên vành bánh hoàn toàn tơng ứng vớicông do động cơ mà không xét đến sự hao hụt do sức cản của các bộ phận máy móc của

đầu máy

- Lực kéo bám Fk(N): Là lực kéo tác động lên vành bánh, nó đợc xác định bằng lựckéo chỉ thị với sức cản của các bộ phận máy móc của đầu máy

Fk = Fi – 1000.Pg. '0 (N) Trong đó 1000.Pg.'0 - sức cản của các bộ phận máy móc của đầu máy

- Lực kéo có ích Fc(N): Là lực kéo ở móc nối của đầu máy với toa xe đầu tiên

Fc = Fk – 1000.Pg( '0 + 'i + 'r) (N)lực này dùng để thắng lực cản của đoàn tàu

Chú ý: Khi tính sức kéo ngời ta sử dụng Fk mà không sử dụng Fi vì chuyển động trên

đờng phức tạp do các yếu tố dốc và đờng cong

6 Tổng số lực kéo của nhiều đầu máy.

Để nâng cao khối lợng Q vận tốc V và vợt qua những dốc lớn ngời ta tăng cờng lựckéo bằng cách dùng thêm đầu máy Đầu máy phụ thêm có thể lắp ở đầu (kéo) giữa hay ởcuối (đẩy) đoàn tàu (có thể xem thêm phần dốc gia cờng)

1.3 Phơng trình vi phân chuyển động của đoàn tàu.

1.3.1 Phân tích điều kiện chuyển động của đoàn tàu.

Chế độ chuyển động của đoàn tàu đợc đặc trng bởi chế độ làm việc của đầu máy.+ Chế độ kéo (mở máy) R = Fk - W (N) hay r = fk -  (N/kN)Trong đó : R, r - hợp lực toàn phần và hợp lực đơn vị

+ Chế độ đóng máy (chạy đà) R = -Wđ (N) hay r = -đ (N/kN)

+ Chế độ đóng + hãm: R = -(Wđ + B) (N) hay r = -(đ+b) (N/kN)

Đặc trng chuyển động của đoàn tàu đợc xác định bởi trị số và hớng của hợp lực

+ Nếu R > 0 thì đoàn tàu chuyển động nhanh dần

+ Nếu R = 0 thì đoàn tàu chạy đều hoặc đứng yên

+ Nếu R < 0 thì đoàn tàu chuyển động chậm dần

1.3.2 Sự phụ thuộc của hợp lực vào tốc độ chạy tàu.

Xét trong chế độ mở máy R = Fk - W

Fk phụ thuộc vào vận tốc tàu chạy V (thông qua hệ số ) ( bài trớc) FK=f1(V)

W cũng phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu V thông qua hàng loạt các công thức tính lực cảncơ bản và lực cản phụ W=f2(V)

W=

W= W(V)0 +

Hình 4 Quan hệ giữa F k , W và V

Khi tàu có tốc độ V=V1 thì R1=Fk1-W1> 0  Tàu chuyển động nhanh dần

Khi tàu có tốc độ V=V2 thì R2=Fk2-W2< 0  Tàu chuyển động chậm dần

Nh vậy tàu luôn có xu hớng tiến tới một vận tốc cân bằng nào đó Vi

cb tại đó Fk=W

Vận tốc cân bằng là vận tốc lớn nhất mà đoàn tàu có thể đạt đợc do kết quả của giatốc gây ra trên đoạn đờng khảo sát

1.3.3 Thành lập phơng trình vi phân chuyển động của đoàn tàu.

Nếu xem xét chuyển động của đoàn tàu có khối lợng (P+Q) tấn nh một chất điểm có

hợp lực đặt tại trọng tâm thì khi đó theo định luật II Niu tơn:

R = ma → am R 1000.(R PQ)

 1000

).

g g Q P

R dt

1 (

1000

10 81 , 9 1000

2 2

3

h km

06 , 0 1

) (

127 1

) (

dt

dv

a  = 2.r (km/h.phút)Phơng trình vi phân ứng với 3 chế độ chuyển động của đoàn tàu:

+ Mở máy:

dt

dv

a  = 120(fk - ) (km/h2)+ Đóng máy:

dt

dv

a  = -120 đ (km/h2)+ Đóng + hãm:

dt

dv

a  = -120( đ + b) (km/h2)Trong đó  là hệ số sử dụng hãm (tuỳ theo điều kiện thực tế có thể bằng 0,2 ; 0,5 ; 1)

1.3.4 Tính khối lợng đoàn tàu và kiểm tra theo các điều kiện hạn chế

a Tính khối lợng đoàn tàu (cả bì) Q.

Với đờng sắt tồn tại khái niệm dốc hạn chế ip

Dốc hạn chế ip : Là dốc có độ dốc lớn nhất có chiều dài dốc không hạn chế mà trên

đó tàu hàng với khối lợng Q do một đầu máy kéo chạy đều lên dốc với vận tốc V=Vp

Nh vậy ip sẽ là dốc khống chế khối lợng đoàn tàu nên cần phải tính Q theo iP

Dựa vào điều kiện chuyển động đều trên dốc hạn chế ta có : R = Fk – W = 0

Vì tàu chạy đều với vận tốc V=Vp  Fk = Fkp = W

Fkp = Pg( '0 + ip) + Qg("0 + ip) hoặc Fkp = (P+Q)g.( 0 + ip)

p

p kp

)

"

(

) '

( 0

F p

kp

) ( 0  - P (T) (2) Công thức (2) có thể đợc sử dụng nh công thức gần

Trong đó: P (T): Khối lợng bám của đầu máy

Q (T): Khối lợng tính toán của đoàn tàu

Fkp (N): Lực kéo bám của đầu máy ứng với vận tốc V=Vp

b Tính khối lợng hàng của đoàn tàu Q H

ni - số toa nhóm i (2 trục, 4 trục, 6 trục…)

αi - hệ số chất hàng của toa nhóm i

qtt(i) - tải trọng tính toán của toa nhóm i

m

i

i tt i i m

i i i

m

i

i tt i i

q

q q

n

q n

c Kiểm tra khối lợng đoàn tàu theo các điều kiện hạn chế nó.

 c1 Kiểm tra theo điều kiện khởi động

ở các ga đoàn tàu thờng phải dừng, sau đó tàu lại phải khởi động để thực hiện hànhtrình, ngoài việc khắc phục sức cản cơ bản và sức cản do dốc còn phải khắc phục sức cảnkhởi động nữa Rất có thể sức cản theo điều kiện này lại lớn hơn sức cản tổng cộng trêndốc hạn chế, do đó khống chế khối lợng đoàn tàu lại là điều kiện khởi động

Kiểm tra:

Cách 1: Kiểm tra theo Qkđ

Fk(kđ) = (P+Qkđ)g(kđ + ik(kđ)) (N) (*) → Qkđ = F i g

kd k kd

kd k

)

) (



Trong đó: Fk(kđ) - lực kéo bám của đầu máy khi khởi động

kđ - lực cản đơn vị cơ bản và lực cản phụ của đoàn tàu lúc khởi

động

ik(kđ) - đại lợng dốc quy đổi mà trên đó đoàn tàu khởi động

Nếu Qkđ  Q thì tàu khởi động đợc và ngợc lại

Cách 2: Kiểm tra theo ik(kđ)max

Từ (*) → ik(kđ) = P F Q g

kd

kd k

) (

) (

F k kd

) (

) (

 -  kđ

Nếu ik(kđ)  ik(kđ) thực tế thì tàu khởi động đợc và ngợc lại

Ví dụ:Hãy cho biết độ dốc lớn nhất mà đoàn tàu có thể khởi động đợc do 1 loại đầu máy Điờzen kéo Biết đoàn tàu bao gồm 80% khối lợng là toa xe bi cầu, còn lại là toa xe

bi trợt Cả 2 loại toa đều là toa 4 trục Liên Xô và đều có q 0 = 14 tấn/trục; i p = 10 0 / 00 ; V p

= 16 km/h; F kp = 150000 N; F k(kđ) = 210000 N; P = 70 tấn.

 c2 Kiểm tra theo chiều dài sử dụng của đ ờng đón gửi

Lý do kiểm tra: Khi tăng khối lợng đoàn tàu để đáp ứng nhu cầu vận chuyển (nếuvẫn dùng loại toa xe cũ) thì chiều dài đoàn tàu sẽ tăng lên và có thể lớn hơn chiều dài sửdụng hiện có của đờng đón gửi dẫn tới mất an toàn Do vậy cần kiểm tra chiều dài đoàntàu so với chiều dài sử dụng của đờng đón gửi

Điều kiện: Lsd  Ltàu+10m = Lđm + ltxt +



m i i

i l n

1 + 10 m (Đờng cải tạo)

1 + 30 m (Đờng thiết kế mới) m- số nhóm toa xe

ni - số lợng toa của nhóm toa loại (i)

li - chiều dài toa xe của nhóm (i)

10 m, 30m - chiều dài dự trữ (đề phòng tàu đỗ không đúng vị trí)

Chơng 2 Bình đồ và trắc dọc đờng sắt 2.1 Các yếu tố bình đồ đờng sắt ở khu gian.

2.1.1 Đờng thẳng và đờng cong.

a Đờng thẳng: đợc xác định bằng chiều dài và hớng của nó

- Chiều dài: đợc tính từ cuối đờng cong nọ đến đầu của đờng cong kia

- Hớng: + Hớng của cánh tuyến đầu tiên xác định bằng góc kinh tuyến thực, kinhtuyến từ, kinh tuyến trục của múi Tơng ứng với chúng có các khái niệm góc phơng vịthực, góc phơng vị từ

+ Hớng của cánh tuyến tiếp theo đợc xác định bằng góc chuyển hớng i

Về mặt nguyên tắc nếu điều kiện địa hình cho phép thiết kế đoạn thẳng càng dài càngtốt cho điều kiện chạy tàu (VD: ĐS liên lục địa của úc có đoạn thẳng dài nhất thế giới530km, ĐS Achentina có đoạn thẳng dài 330km, Nga có đoạn thẳng dài 95km, ở ViệtNam có đoạn thẳng dài nhất là 13km)

R

1

ĐB



 Bắc

Đợc sử dụng để tránh chớng ngại, tránh vùng địa chất xấu nhằm giảm khối lợng côngtrình hoặc để thay đổi hớng tuyến.

- Đờng cong tròn:

Hình 6 Đờng cong tròn

+ Thông số của đờng cong

, R: do ngời thiết kế lựa chọn

1

 - 1) (m)

- Đờng cong chuyển tiếp:

Hình 7 Đờng cong chuyển tiếp

+ Thông số của đờng cong

, R, L0 : do ngời thiết kế lựa chọn

T = T0 +

2 0

L

(m); KT = KT0 + L0 (m) ; P = P0 +  = R(

2 cos

(m)

 Các khái niệm về bán kính

+ Bán kính tối thiểu Rmin: là bán kính nhỏ nhất đợc phép dùng trên tuyến, tuỳ theo cấp

đờng, vận tốc chạy tàu, khối lợng vận chuyển, và phần lớn do điều kiện địa hình quyết

định

+ Bán kính hạn chế Rhc: là bán kính nhỏ nhất đợc phép dùng trên tuyến do cấu tạo

đầu máy toa xe quyết định

+ Bán kính Rmax : Về mặt nguyên tắc thì thiết kế bán kính càng lớn thì càng tốt choquá trình chạy tàu nhng khi bán kính bằng giá trị Ro (đủ lớn thì điều kiện chuyển độngkhông kém gì so với đờng thẳng) thì có tăng bán kính lên nữa điều kiện khác cũng khôngtốt hơn bao nhiêu, mặt khác R quá lớn sẽ rất khó giữ đúng vị trí hình học của đờng raycùng với chiều dài đờng cong lớn sẽ gây tốn kém trong duy tu, khai thác

Hiện nay khi thiết kế mới QPTK Việt Nam quy định:

Rmax = 3000m với ĐS khổ 1000mm

Rmax = 4000m với ĐS khổ 1435mm

 u nhợc điểm của đờng cong bán kính nhỏ

u điểm: + Tính vòng tránh tốt

+ Giảm nhỏ đợc khối lợng công trình

Nhợc điểm: + Hạn chế vận tốc chạy tàu

+ Tăng tốc độ hao mòn của bánh xe+ Giảm hệ số bám lăn

+ Phải tăng cờng KTTT (tà vẹt, phụ kiện liên kết, Hđá ba lát ) + Tăng chí phí sữa chữa và bảo dỡng kiến trúc tầng trên

+ Làm cho đờng dài thêm ra L=KT1- KT2+2(T2-T1) (m) khigiảm bán kính từ R2 xuống R1

T T

1

2 KT

2

1

1 KT



Hình 8 Đờng dài thêm khi bán kính nhỏ

c Đờng cong chuyển tiếp.

o L

TC

NC So

Sct

k L

Hình 9 Đờng cong chuyển tiếp.

- Mục đích đặt đ ờng cong chuyển tiếp

Để lực ly tâm tăng một cách từ từ: từ J = 0 (tại NĐ, NC)  J =

R

V

m 2 (tại TĐ, TC)

Làm đoạn vuốt nối để thực hiện vuốt siêu cao ray lng từ h=0  h=h0

Làm đoạn vuốt nối để thực hiện gia khoan (nới rộng cự ly đờng) từ S=S0 S=SCT

- Chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp : L0 =

i

h0

* h0 - siêu cao ray lng (tính theo điều kiện đảm bảo 2 ray mòn đều)

h0 =

R

V2 0 42 ,

0 =

R

V2 max 4 ,

0 =

R

V2 max 6 ,

hmax = 125 mm

Vmax - vận tốc lớn nhất của tàu khi qua đờng cong

V0- vận tốc bình quân gia quyền V0 = (0,80,9).Vmax tuỳ theo điều kiện chạy tàu

R - bán kính đờng cong

Chiều dài Lo phải đủ dài để độ dốc vuốt dốc siêu cao không quá lớn

+ Độ dốc vuốt siêu cao phải đảm bảo để bánh xe ở trục sau không bò lên mặt đỉnhray bụng (không trợt bánh)  i  i0

Đờng 1435 mm : đờng thiết kế mới i0 = 1‰ ; đờng cải tạo i0 = 2‰

Đờng 1000 mm : đờng thiết kế mới i0 = 2‰ ; đờng cải tạo i0 = 2,5‰

Chiều dài Lo phải đủ dài để i không vợt quá i0 là : L0 ≥ h/i0

Chiều dài Lo phải đủ dài để tốc độ nâng cao bánh xe ray lng không quá nhanh i  i 1

i1 =

V

f V dt

dh vdt

dh ds

1

f

V h

L o 

Sau khi tính L0 theo 2 điều kiện trên, căn cứ vào QPTK tơng ứng với bán kính đờngcong R chọn 1 trong 3 trị số L0 sát với trị số L0max Nói chung tận lợng sử dụng trị số lớn.Trờng hợp khó khăn hơn thì xét tới khu vực vận tốc thiết kế Lo mà lựa chọn

Giới hạn bán kính không đặt đờng cong chuyển tiếp.

I II III

Hình 10 Đoạn thẳng giữa hai đờng cong

Khi bình diện khó khăn thờng phải bố trí các đờng cong liên tiếp nhau  đoạn thẳng

đệm sẽ rất ngắn thậm chí là không có  chuyển động của đoàn tàu qua đoạn này sẽ xuấthiện những dao động không đợc êm thuận và an toàn (do cao độ và cự ly giữa 2 ray liêntục thay đổi)

* Mục đích đặt đoạn thẳng đệm giữa các đờng cong: Để dao động tắt dần, đoàn tàu ổn

định trớc khi vào đờng cong tiếp theo

Khi tàu ra, vào đờng cong do việc tạo siêu cao trên ray lng làm cho đầu máy toa xequay quanh trục dọc của nó Chiều quay này ổn định cùng một chiều khi tàu đi trên 2 đ-ờng cong trái chiều Chiều quay ngợc chiều khi tàu đi trên 2 đờng cong cùng chiều

Do vậy khi thiết kế yêu cầu d2 > d1 Ví dụ ở Việt Nam:

NC

+ Với 2 đờng cong cùng chiều :

- Nếu R1=R2 gộp 2 đờng cong thiết kế 1 đờng cong có bán kính R

- Nếu R1R2 và 1 1 20001

2 1

2 1

1000

1

2 

Trong đó: h1, h2 - siêu cao của các đờng cong bán kính R1, R2

i - độ vuốt dốc siêu cao tính theo Vmax của đờng cong có bán kính nhỏ hơn

K min

TC0



Đờng cấp chủ yếu khổ 1000mm

Đờng cấp I,II khổ 1435mm

Hình 12 Đoạn cong tròn K min có siêu cao không đổi

Khi góc quay  rất nhỏ  chiều dài đờng cong nhỏ Trờng hợp cần đặt đờng congchuyển tiếp có thể xảy ra trờng hợp 2 đờng cong chuyển tiếp đan vào nhau hoặc chiều dài

đoạn cong tròn còn lại quá ngắn không đảm bảo quy trình

Điều kiện để đặt đợc đờng cong chuyển tiếp:

(L0 + KTmin)Trong đó: KTmin - chiều dài đờng cong tròn còn lại nhỏ nhất cho phép (theo QPTKlấy KTmin = 14 m )

- Trờng hợp biết , L0 cần tìm Rmin : R  570,3

 (L0 + KTmin) (m)

- Trờng hợp biết , R cần tìm L0max : L0 

3 , 57

L - chiều dài yếu tố trắc dọc

- Dốc trung bình itb : là dốc của một đoạn giữa hai điểm cho trớc mà không xét đếncao độ những điểm trung gian itbAD =

- Dốc tơng đơng với lực cản đờng cong ir: khi tàu qua đờng cong chịu lực cản do ờng cong  r gây nên, vì vậy có thể thay lực cản r tơng đơng với độ dốc ir

đ-Trị số: ir = r

- Dốc dẫn xuất (dốc tính đổi) ik: là tổng đại số của dốc thực tế và dốc tơng đơng vớilực cản đờng cong ik =  i + ir

Trong đó: i (+) khi tàu lên dốc

i (-) khi tàu xuống dốc

ir (+) vì lực này ngợc chiều chuyển động

+ i > 4‰  Dốc có hại (Cách này quá đơn giản, không chính xác)

+ Vẽ biểu đồ V=f(S) tìm ra đoạn chuyển động ở chế độ hãm thì đoạn dốc tơng ứngvới chế độ chuyển động này là đoạn dốc có hại (Cách này chính xác nhng tốn thời gian)

 Dốc có hại (QPTK hiện tại sử dụng cách này)

-g Q

P

g Q

'

đặc biệt về điều kiện địa hình, khai thác và chỉ sử dụng ở một vài đoạn cục bộ)

- ảnh hởng của ip tới một số chỉ tiêu của tuyến

+ ip càng lớn thì khối lợng đoàn tàu Q giảm và chi phí khai thác E tăng nhng khảnăng khắc phục cao độ càng nhanh, càng có khả năng bám sát địa hình tự nhiên → Ltuyến giảm, khối lợng đào đắp, khối lợng công trình nhân tạo lớn (cầu, hầm) giảm → chiphí xây dựng A giảm xuống

L L

E

Hình 14 ảnh hởng của i p tới các chỉ tiêu

- Các yếu tố quyết định chọn ip

+ ý nghĩa tuyến đờng

+ Khối lợng và mức độ phát triển hàng hoá

+ Điều kiện địa hình

Chi phí trông nom bảo quản kết cấu cố định

Chi phí bốc dỡ hàng hoá, dầu mỡ

+ Độ dốc ip của mạng lới đờng sắt mà tuyến thiết kế nối vào

- Trị số lớn nhất và nhỏ nhất của ip

+ Trị số lớn nhất của dốc hạn chế ipmax phụ thuộc vào:

 Khối lợng đoàn tàu thiết kế

 Vận tốc chạy tàu khi xuống dốc theo điều kiện hãm

Độ dốc hạn chế lớn nhất ip max ở Việt Nam đợc quy định nh bảng sau:

Khổ đờng Cấp đờng Dốc hạn chế (A)Độ dốc lớn nhấtĐộ dốc thêm sức kéo

1435

quốc gia

I , IIIII

1220

20251000

quốc gia

chủ yếuthứ yếu

1220

2230+ Trị số nhỏ nhất của dốc hạn chế ipmin phụ thuộc vào:

 điều kiện khởi động của đoàn tàu

 Loại đầu máy, toa xe

ở Việt Nam lấy ipmin = 4‰

b Dốc gia cờng i gc

- Điều kiện sử dụng igc:

Trên những đoạn cục bộ, địa hình khó khăn chênh cao liên tiếp lớn, để giảm chiềudài tuyến cho phép dùng dốc lớn hơn dốc hạn chế để khắc phục cao độ và phải tăng đầumáy để tăng sức kéo vợt dốc

- Định nghĩa igc: Dốc gia cờng là dốc lớn hơn dốc hạn chế, có chiều dài không hạnchế mà trên đó tàu hàng với khối l ợng tính toán Q (theo dốc iP) chạy đều lên dốc với vậntốc V = VP bằng lực kéo của nhiều đầu máy

- Công thức tính:

Dựa vào phơng trình chuyển động đều với vận tốc V = VP khi đi trên dốc gia cờng:

Fkp(i) = P(i)g( '0 + igcmax)+ Qg( "0 + igcmax )

g Q

P

g Q

P F

i

i i

i

k p

) (

).

"

' (

) (

0 )

( 0 )

( )

g Q

P

F kp

) 2

(

).

"

' 2

( )

 - hệ số sử dụng đầu máy thứ 2

 = 0,90 khi đầu máy thứ 2 ở cuối đoàn tàu

 = 0,95 khi đầu máy thứ 2 ở ở đầu và giữa đoàn tàu

- Chọn igc thiết kế:

igctk  igcmax tính toán ở trên

igctk  igcmax trong quy phạm thiết kế tơng ứng với giá trị ip đã cho

Phù hợp với độ dốc của địa hình tự nhiên

c Dốc cân bằng i cb

- Điều kiện sử dụng dốc cân bằng icb

+ Luồng hàng hai chiều chênh lệch nhau rõ rệt, thể hiện bởi hệ số chênh lệch K:

K =

nh nh

ih ih

Gih, Gnh - lợng hàng vận chuyển của chiều ít hàng và chiều nhiều hàng

ih, nh - hệ số vận chuyển không đều trong năm của 2 chiều ít và nhiều hàng

gmax - lợng hàng vận chuyển của tháng lớn nhất trong năm.

gtb - lợng hàng vận chuyển trung bình của các tháng trong năm

+ Nếu K ổn định trong một thời gian dài (510 năm)

+ Điều kiện địa hình cho phép (tức là chiều ít hàng thì dốc lớn, chiều nhiều hàng thì

dốc nhỏ) thì ngời ta sẽ thiết kế cho mỗi chiều một độ dốc hạn chế và dốc hạn chế của

chiều ít hàng đợc gọi là dốc cân bằng

- Định nghĩa icb : Dốc cân bằng là dốc lớn hơn dốc hạn chế, có chiều dài không hạn

chế thiết kế cho chiều ít hàng mà trên đó tàu hàng với khối lợng của chiều ít hàng nhng

số toa của chiều nhiều hàng do một đầu máy kéo chạy đều lên dốc với vận tốc V = VP

- Công thức tính:

Dựa vào phơng trình chuyển động đều V =VP trên dốc cân bằng

Ta có : Fkp = Wih = Pg('0+ icbmax) + Qihg("0ih+ icbmax)

g Q

P

g Q

P F

ih

ih ih

k p

) (

Phù hợp với độ dốc của địa hình tự nhiên

icbtk  igcmax trong QPTK (Tơng lai luồng hàng 2 chiều cân bằng nhau

lúc này icb đóng vai trò là igc Do vậy khi tăng sức kéo đoàn tàu phải vợt qua đợc)

Lu ý : Khi khối lợng vận chuyển 2 chiều càng lệch nhau thì icbmax càng khác xa ip

d Dốc quán tính i j

Hình 15 Dốc quán tính

- Điều kiện sử dụng:

Khi gặp những đoạn cục bộ xét thấy có thể giảm đ ợc khối l ợng đào đắp nhờ sử dụng

độ dốc lớn hơn ip mà điều kiện chuyển động của đoàn tàu vẫn đợc đảm bảo thì ngời ta sử

dụng dốc quán tính Dốc quán tính đợc sử dụng có hiệu quả trong trờng hợp trớc khi lên

dốc ij có đoạn đoàn tàu xuống dốc với vận tốc lớn và đạt đợc động năng dự trữ lớn

- Định nghĩa ij: Dốc quán tính là dốc lớn hơn dốc hạn chế, có chiều dài giới hạn mà

trên đó tàu hàng với khối l ợng Q (tính trên dốc iP) vợt đợc dốc nhờ công của lực kéo đầu

máy và do động năng tích lũy trớc đó

- Công thức tính ij:

max

j i



2.2.4 Chiều dài các yếu tố trắc dọc.

Chiều dài yếu tố trắc dọc lấy bằng chiều dài hình chiếu của nó trên mặt phẳng nằmngang (vì dốc đờng sắt rất nhỏ)

- Chiều dài yếu tố trắc dọc càng dài càng tốt cho quá trình chạy tàu (vì khi thay đổi

độ dốc liên tục thì hợp lực tác dụng trên đoàn tàu sẽ thay đổi liên tục → xuất hiện gia tốcdọc → ảnh hởng tới độ bền phơng tiện, tiện nghi hành khách đi tàu) nhng sẽ không bám

địa hình  phí tổn xây dựng công trình tăng lên và ngợc lại

- Thực tế thiết kế thờng dùng ld  lt khi khó khăn ld 

Hình 18b Dốc hoà hoãn ở đỉnh dốc lồi

+ Đoạn tranh thủ đi hết dốc hạn chế (địa hình khó khăn rất cần tranh thủ cao độ)

200

Hình 19 Đoạn tranh thủ đi hết dốc i p

Chiều dài ngắn nhất của đoạn dốc (m)

1435 mm

quốc gia

I II III

500 350

400 300

400 250

400 200

350 200

300 200

250 200

200 150

200 150

200

2.2.5 Phơng pháp liên kết các yếu tố trắc dọc cạnh nhau.

- Mục đích: Để tàu chạy an toàn và êm thuận từ yếu tố trắc dọc này sang yếu tố trắcdọc khác khi qua điểm đổi dốc

- Thiết kế các đờng cong đứng để nối các yếu tố trắc dọc cạnh nhau khi Δi lớn

Δi > 4‰ - Đờng khổ 1000mm  Phải thiết kế liên kết

Δi > 3‰ - Đờng khổ 1435mm  Phải thiết kế liên kết

Bán kính đờng cong nối dốc đứng phụ thuộc vào vận tốc, chiều dài và khối lợng của

đoàn tàu đợc xác định nh sau: Rđ =

d a

V

6 ,

2 max (m)

Theo kinh nghiệm khai thác để hành khách không khó chịu khi chịu gia tốc thẳng

đứng a d khi tàu qua điểm đổi dốc, ở Nga lấy ad = 0,2  0,3 m/s2, → Rđ = 15000; 10000;5000; 3000 tuỳ thuộc cấp đờng, ở Đức và áo Rđ = (0,25  0,4)V2

max, ở Nhật Bản trên ờng sắt Tôkaiđô Rđ = 10000m; ở Pháp trên đờng cao tốc Rđ = 20000m, còn ở Việt Nam

đ-đờng cấp 1, 2 (khổ 1435 mm) lấy Rđ = 10000m, còn lại lấy Rđ = 5000m

200 200

2 1





tg tg

tg tg

2

i - hiệu số đại số các dốc liền nhau

Tđ = 5i (m) khi Rđ = 10000m - Đờng cấp I,II khổ 1435mm

Tđ = 2,5i (m) khi Rđ = 5000m - Đờng cấp III khổ 1435mm và khổ 1000mm

* Xác định lợng tôn gọt tại mặt cắt bất kỳ (phục vụ cho tính toán thiết kế và thi công)Xét tam giác vuông TĐ,A,O ta có

(y+Rđ)2 = x2 + Rđ  y2 + 2yRđ + Rđ = x2 + Rđ

Vì y nhỏ nên y2 bỏ qua, do đó :  y =

d R

x

2

2 (m)

Hình cắt lợn cong là tập hợp những đoạn thẳng ngắn chiều dài bằng nhau (li ) và có

độ dốc thay đổi dần theo dạng lợn cong

+ Chiều dài các đoạn lợn cong li  50m, trờng hợp khó khăn li  25m Nên lấy li

bằng bội số của chiều dài ray (để tiện bố trí điểm đổi dốc)

+ Hiệu đại số độ dốc của các đoạn thẳng lợn cong

i  1‰ với đờng cấp I

i  1,5‰ với đờng cấp II

i  2‰ với đờng cấp III.

2.3 Phân bố điểm phân giới.

2.3.1 Mục đích phân bố điểm phân giới.

- Đảm bảo khả năng thông qua cho tuyến

- Đảm bảo công tác khai thác: nhận và trả hành khách, hàng hoá, lập tàu, giải thể tàu,nhờng tàu, khám và sửa chữa đầu máy toa xe, lấy nhiên liệu, lấy nớc, thay tổ lái …

2.3.2 Phân loại điểm phân giới.

- Điểm phân giới có phát triển đờng: các ga

- Điểm phân giới không phát triển đờng: trạm khách, trạm tín hiệu khi đóng đờngbán tự động, các cột tín hiệu thông qua khi đóng đờng tự động

2.3.3 Nội dung phân bố điểm phân giới.

- Nội dung phân bố điểm phân giới là đảm bảo khả năng thông qua cần thiết

- Đối với đ ờng đơn khả năng thông qua cần thiết N đợc xác định theo thời gian một

đôi tàu chiếm dụng khu gian khó khăn nhất (khu gian khó khăn nhất là khu gian có chu

kỳ chạy tàu lớn nhất) : N =

T

1440

(đôi tàu/ngày đêm)Trong đó: 1440 - số phút trong một ngày đêm

T (phút) - chu kỳ chạy tàu ở khu gian khó khăn nhất đợc tính từ thời

điểm phát chiếc tàu đầu tiên của nhóm 1 tới thời điểm phát chiếc tàu đầu tiên của nhóm 2

Hình 22 Biểu đồ chạy tàu từng cái có đỗ ở ga

+ Tàu chạy suốt: T = tđ + tv + tp (phút)

Hình 23 Biểu đồ chạy tàu suốt

tđ, tv phụ thuộc vào:

+ Loại đầu máy (sức kéo đầu máy)

+ Khối lợng đoàn tàu

+ Bình diện và hình dáng trắc dọc

khu gian

+ Chiều dài khu gian

A, B phụ thuộc vào:

+ Sơ đồ đờng trong ga+ Hệ thống thông tin tín hiệu+ Tác nghiệp ở ga

+ Trang thiết bị ở ga+ Trình độ nhân lực ở ga

2.3.4 Nguyên tắc phân bố điểm phân giới.

- Phân bố theo tiêu chuẩn thống nhất:

+ Thống nhất theo khả năng thông qua N (trờng hợp một loại đầu máy.)

+ Thống nhất theo (tđi + tvề) trên khu gian (trờng hợp sử dụng nhiều loại đầu máy)

 Tiêu chuẩn thống nhất thờng áp dụng đối với tuyến đờng quốc gia

Theo QPTK ĐS Việt Nam hiện tại:

+ Đờng khổ 1000 mm (tđi + tvề) không đợc vợt quá 38' trong trờng hợp khó khăn cũngkhông > 40’ (các trờng hợp đặc biệt khác xem QPTK)

+ Đờng khổ 1435mm xem trị số trong bảng sau:

- Phân bố theo tiêu chuẩn riêng

Tiêu chuẩn này thờng đợc áp dụng cho đờng sắt địa phơng phục vụ cho một vùngkinh tế nhất định

Dựa vào khối lợng chuyên chở vào năm thứ 10 (G10) để tính ra thời gian (tđi + tvề) vàcăn cứ vào đó để phân bố điểm phân giới

) 10

(đôi tàu/ngày đêm)

 hệ số xét đến khả năng vận chuyển không đều giữa các tháng trong năm

Khả năng thông qua yêu cầu : N10

p - hệ số dự trữ khả năng thông qua p = 20% với đờng đơn

p = 15% với đờng đôi

nk, nl - số đôi tàu khách, tàu lẻ năm thứ 10

G10 - khối lợng hàng vận chuyển yêu cầu năm thứ 10

ek, el - hệ số tính đổi từ tàu khách, tàu lẻ ra tàu hàng: ek = 1,2 ; el = 1,5

t0 – là bao gồm thời gian dừng đỗ tại các ga, thời gian giãn cách giữa các

đoàn tàu, thời gian gia giảm tốc tuỳ theo cách tổ chức chạy tàu

Phân bố điểm phân giới sao cho: (tđ + tv)thực tế  (tđ + tv)cần thiết

2.4 Bình đồ, trắc dọc tại điểm phân giới.

2.4.1 Những yêu cầu về bình đồ tại điểm phân giới.

- Ga nên bố trí trên đờng thẳng không nên bố trí trên đờng cong vì:

+ Khó bố trí đặt ghi

+ Tăng lực cản khởi động (phát sinh wr)

+ Giảm tầm nhìn các tín hiệu đờng và ghi  Kéo thêm nhiều tín hiệu phát tàu+ Các tác nghiệp kỹ thuật khó (khó dồn tàu)

- Khi khó khăn có thể bố trí trên đờng cong nhng bán kính phải đủ lớn (xem QPTK)

và ghi phải bố trí trên đờng thẳng

- Khi thực sự khó khăn cho phép bố trí ga trên 2 đờng cong ngợc chiều (chỉ nên đốivới ga xếp dọc hoặc nửa dọc) và lsd đờng đón tiễn phải nằm trọn trong một đờng cong

- Trong ga có thể đặt siêu cao, đờng cong chuyển tiếp, đoạn thẳng giữa các đờngcong nh trên khu gian nhng ghi phải đặt trên đờng thẳng

c) b) a)

Hình 24 Các loại hình ga:

a Ga xếp ngang; b Ga nửa dọc nửa ngang; c Ga xếp dọc

2.4.2 Yêu cầu trắc dọc tại điểm phân giới.

- Ga nên bố trí trên đoạn bằng nếu địa hình khó khăn cho phép bố trí trên dốc đểgiảm bớt khối lợng hoặc để giảm bớt chiều dài tuyến nhng phải thoã mãn những điềukiện sau:

+ Đảm bảo điều kiện khởi động

ik(ga)  ikkd =

g Q + P n

F n

đ

đ kk

đ )

ik (ga)  ip - 4 (‰)

+ Đảm bảo điều kiện toa riêng đứng một mình không bị trôi (thờng xét ở các ga cócắt móc toa xe) iga  2,5‰ (Đối với đờng khổ 1000mm)

iga  1,5‰ (Đối với đờng khổ 1435mm)

+ Đảm bảo đoàn tàu đỗ an toàn trong phạm vi chiều dài sử dụng của đờng đón tiễn

lsd nhờ lực ép má phanh của đầu máy thì cần có điều kiện sau:

(nđP + Q)gi  1000ktKt + (nđP + Q)gwkđ

Trong đó:

Kt-tổng lực ép tính toán của các má phanh lên các trục của đầu máy, KN

kt - hệ số ma sát tính toán giữa các má phanh và vành bánh xe; có thể lấy kt = 0,25

Từ đó: ik(ga) 

g Q + P n

K

đ

t ) (

Σ 250

+ wkđ

thay Q =

g i + w

F

p

kp

) (

F

i + w K Σ

) (

Σ

250 0

+ wkđ

ở Việt Nam lấy ik(ga)  6‰

2.4.3 Chiều dài ga.

- Phụ thuộc vào những yếu tố sau:

+ Sơ đồ phát triển đờng trong ga : ga xếp dọc, xếp ngang, nửa dọc nửa ngang.+ Chiều dài sử dụng của đờng đón gửi

+ Số đờng trong ga

+ Số hiệu ghi

- Chiều dài ga đợc tính nh sau:

i i

L sân ga

Lga T'

mà tàu không đợc vợt ra ngoài phạm vi đó ngời ta dựng các mốc xung đột

- Lsd đợc tính từ MXĐ ở đầu này tới cột tín hiệu hoặc MXĐ ở đầu kia

- Khoảng cách tim 2 đờng tại vị trí MXĐ đợc quy định trong QPTK (tuỳ theo loại

+ Chiều dài ga - lga đợc tính từ 2 đầu ghi ngoài cùng

Đối với ga xếp dọc: Lga = 2lsd + c (m)

Đối với ga xếp ngang hoặc nửa dọc nửa ngang: Lga = lsd + c (m)

c là chiều dài phụ thuộc loại và sơ đồ ga, số đờng trong ga, số hiệu ghi

+ Chiều dài sân ga- Lsân ga đợc tính từ 2 điểm đổi dốc gần nhất phía ngoài 2 đầu ghingoài cùng: Lsân ga = Lga + T' + T" (m)

đờng cong chuyển tiếp một khoảng cách tối thiểu là Tđ

Hình 26 Bố trí điểm đổi dốc theo bình đồ

Tđ = 5i khi Rđ = 10000 m

Tđ = 2,5i khi Rđ = 5000 mL

u ý: Khi i  3‰ với đờng khổ 1435 mm và i  4‰ với đờng khổ 1000 mm thì

điểm đổi dốc đặt ở đâu cũng đợc vì không phải làm đờng cong nối dốc đứng

b/ Theo công trình nhân tạo

Nếu cầu thép không có máng ba lát thì việc tạo cao độ cho cong đứng là hết sức khókhăn thậm chí không thể thực hiện đợc → điểm đổi dốc cũng phải đặt ở ngoài cầu mộtkhoảng cách tối thiểu là Tđ

Với cầu bê tông cốt thép và cống thì điểm đổi dốc đặt ở đâu cũng đợc

i 1

>T đ

2

i

Hình 27 Bố trí điểm đổi dốc trên cầu thép không có máng đá ba lát

2.5.2 Thiết kế trắc dọc theo điều kiện tránh ngập nớc.

Tại những vùng có nớc uy hiếp phải thiết kế để nền đờng không bị ngập Muốn vậycao độ vai đờng của đờng dẫn vào cầu lớn, cầu trung, cao độ vai đờng của nền đờng đắpqua cầu nhỏ và cống, cũng nh cao độ vai đờng dọc theo sông, theo hồ chứa nớc hoặc quavùng trũng phải : Hvai đờng  HP + H s + hd + 0,5 m (m)

Trong đó:

Hp : mực nớc tính toán ứng với tần suất thiết kế p%

+ Đối với đờng cấp 1, cấp 2 có HP = H1%

+ Đối với đờng cấp 3 có HP = H2%

H s - chiều cao sóng vỗ (m)

hd - chiều cao nớc dềnh (m)0,5m - chiều cao đề phòng nớc mao dẫn

1 Đờng sắt gặp đờng sắt cũ.

Chủ yếu là giao ở cao độ khác nhau, ít khi giao bằng vì giao bằng hạn chế năng lựccủa nhau và gây khó khăn cho khai thác

Khi giao cắt lập thể chủ yếu phải đảm bảo tĩnh không thông tàu

Nếu đờng sắt thiết kế đi trên đờng sắt cũ thì:

Hvđtk min = Hđr + h + c - b (m)Trong đó:

Hđr - cao độ đỉnh ray của đờng cũ (m)

h - tĩnh không (xem quy phạm) (m)

c - chiều cao dầm tính từ đáy dầm tới đáy ray (m)

b - khoảng cách từ đáy ray đến vai đờng thiết kế (m)Nếu đờng sắt thiết kế đi dới đờng sắt cũ thì cao độ vai đờng tối đa của đờng sắt thiết

kế là:

Hvđtk max = Hđr - hrc - c - h - hrm - b'Trong đó:

hrc, hrm - chiều cao ray đờng sắt cũ và đờng thiết kếb' - khoảng cách từ đáy ray tới vai đờng thiết kế (m)

H min

c

H đr h

Hình 28 Sơ đồ giao cắt lập thể giữa đờng sắt cũ và đờng sắt thiết kế

a Đờng thiết kế phía trên đờng cũ

b Đờng thiết kế phía dới đờng cũ

2 Đờng sắt thiết kế gặp đờng ô tô.

Có thể giao bằng hoặc giao lập thể

- Giao lập thể phải đảm bảo tĩnh không cần thiết cho phơng tiện giao thông đi dới

- Giao bằng phải đảm bảo

+ Tầm nhìn cho ngời lái, góc giao không đợc quá nhỏ, tốt nhất là 900, điểm giaokhông nên đặt trong nền đào vì hạn chế tầm nhìn

+ Khi giao cắt nhiều lần hoặc vị trí giao không đạt yêu cầu phải có phơng án cải ờng ô tô

đ-3 Đờng sắt gặp sông.

Cần xác định mực nớc tính toán theo quy phạm và xác định có thông thuyền haykhông cũng nh cấp thông thuyền

Ngoài ra có thể xem xét phơng án đi hầm dới lòng sông

4 Đờng thiết kế của cầu hầm.

Đờng thiết kế qua cầu sắt (không có đá ba lát) nên đặt trên đoạn thẳng và bằng, hãnhữu cho phép đặt trên dốc  3‰

Với cầu có đá ba lát có thể đặt trên dốc lớn cũng nh trên đờng cong theo (QPTK)

Đờng thiết kế qua hầm yêu cầu về bình đồ và trắc dọc cao hơn ở ngoài khu gian.Trắc dọc trong hầm phải đảm bảo thoát nớc, thông gió và an toàn Dốc có thể thiết kếmột mái hoặc hai mái tuỳ theo địa hình Hầm nên nằm trên đoạn đờng thẳng, khó khăn

có thể đặt trên đờng cong (QPTK)

Mất an toàn là do đứt móc đầu máy toa xe Đứt móc nối thờng xảy ra ở những vị trímóc nối thay đổi trạng thái làm việc một cách đột ngột từ ép chặt sang kéo căng (chândốc lõm, dốc bậc thang, dốc lồi ở chân dốc lõm) ở một độ chênh về cao độ và một trị sốdốc nhất định còn trờng hợp từ kéo căng chuyển sang ép chặt thì ít xảy ra

Để tránh hiện tợng này ngời ta thiết kế trắc dọc sao cho móc nối làm việc từ từ Điềunày đợc thể hiện ở hiệu đại số của hai dốc liền nhau và chiều dài của những dốc đó đủ để

đảm bảo độ êm thuận chuyển động của đoàn tàu

* Chiều dài dốc (xem mục Chiều dài yếu tố trắc dọc) L dốc  200m.

* Δi để đảm bảo an toàn quy phạm quy định nh sau:

- i  ip tại mọi điểm đổi dốc, ngoại trừ ba trờng hợp đoạn dốc có hại dới đây :

Khi ip  8‰ thì i  ip/2 và khi ip < 8‰ thì i  4‰

* Dốc lõm ( một phía hoặc hai phía)

i > 4 % p

i i /2

i > 4 %

H>10m H>10m

* Dốc bậc thang

Dốc bậc thang đợc ngăn cách bởi dốc bằng 0‰ hoặc dốc nhẹ 1  2 ‰

Lu ý cách tính chiều cao từ đỉnh dốc xuống chân dốc trong 2 trờng hợp :

* Để đảm bảo tàu chạy liên tục khi thiết kế trắc dọc và bình diện đờng sắt cần đảm

bảo điều kiện: Tại những nơi có phát sinh lực cản thì lực cản thực tế không v ợt quá lực cản tính toán

Khối lợng đoàn tàu tính theo điều kiện chuyển động đều với vận tốc tính toán VP

theo độ dốc ip do đó khi xuất hiện thêm lực cản phụ thì đoạn có dốc ip hoặc igh cần phảigiảm đi một đại lợng tơng đơng với lực cản phụ đó gây ra.

Nơi xuất hiện lực

cản phụ

Trị số cần chiết giảm Vị trí chiết giảm

Độ dốc thiết kế lớn nhất cho phép

Đờng cong (Nếu

R > 400m thì bỏ

qua iφ)

ir , iφ Trên đờng cong itkmax = igh - ir - iφ

iφ Trên đờng cong và trớc đờng cong

phía lên dốc 1đoạn Lmin=Ltàu itkmax = igh - iφ

(xem QPTK)

Trong hầm và tr ớc hầm phía lên dốc 1đoạn Lmin=Ltàu itkmax = igh βKhởi động kđ Lên dốc vào ga Lmin=Ltàu itkmax = igh – 4

a Nơi có đ ờng cong

> L tau



;i

* Khi R > 400m chỉ chiết giảm ir mà khụng phải chiết giảm iφ

* Khi R ≤ 400m làm giảm sức bỏm lăn của bỏnh xe đầu mỏy với ray cần chiết giảmdốc giới hạn đi một lượng là iφ

Ta cú: i = fk - fkr = fk.(1 -

k

kr f

f

)Trường hợp tàu chuyển động đều trờn dốc giới hạn ta cú: fk = ω0 + ip

từ đú i = (ω0 + ip ) (1 -

k

kr f

ω0 - lực cản đơn vị cơ bản bỡnh quõn của đoàn tàu ở vận tốc V = Vp

kr - hệ số bỏm tớnh toỏn trong đường cong bỏn kớnh nhỏ

Do một nguyên nhân nào đó tàu phải dừng ngoài ga chờ tín hiệu vào ga thì đoạn dốc

mà tàu dừng phải đảm bảo điều kiện khởi động, muốn vậy : i  i p - 4 và l i  l t

chắn để che sau đó phải trồng cây nh thông hoặc phi lao để phòng cát bay, cũng có thểgiải quyết những đoạn đờng đắp thấp bằng nền đắp cao hơn.

CHƯƠNG 3: Vạch tuyến 3.1 Nhiệm vụ vạch tuyến, các phơng án về hớng tuyến.

3.1.1 Nhiệm vụ vạch tuyến.

Vạch tuyến là toàn bộ quá trình khảo sát, đề xuất, chỉnh lý, lựa chọn nhằm đ a ra

ph-ơng án có lợi nhất về tim đờng

Để làm tốt công tác vạch tuyến cần xem xét tổng hợp các nhân tố về mọi phơng diện,tiếp cận công tác vạch tuyến theo từng bớc, chia nó ra từng giai đoạn, mỗi giai đoạn đềuphải thiết kế tỉ mỉ, so sánh chọn nhiều phơng án Đo đạc và thu thập điều tra khảo sátngoại nghiệp là căn cứ để vạch tuyến nội nghiệp, ngợc lại vạch tuyến nội nghiệp lại chỉ

đạo việc đo đạc, điều tra ngoại nghiệp của giai đoạn thiết kế sau Qua nhiều lần lặp đi lặplại nh vậy, cuối cùng mới xác định đợc tuyến ngoài thực địa

Bớc khởi đầu của công tác vạch tuyến đờng sắt là vạch hớng cơ bản của tuyến Đây

là công tác trọng yếu, quyết định trong toàn bộ quá trình khảo sát và thiết kế

Mỗi phơng án tuyến phải đảm bảo tơng quan hợp lý giữa chiều dài, khối lợng công tác, chi phí xây dựng và khai thác, cũng nh trình độ công nghệ thi công hiện có và nó phải đảm bảo đợc những yêu cầu nhất định nh:

+ Bình đồ và trắc dọc phải phù hợp với chuẩn tắc của quy phạm thiết kế của loại cấp

đờng ấy

+ Nền đờng và các công trình trên tuyến phải đảm bảo các yêu cầu về ổn định, antoàn và không làm gián đoạn chạy tàu

- Những yếu tố ảnh hởng đến việc chọn tuyến:

+ Yếu tố kinh tế: ý nghĩa tuyến đờng, tính chất và lợng hàng hoá chuyên chở, điềukiện phân bố ga đầu, ga cuối, điều kiện chọn ga nối với tuyến đờng sắt cũ và với các đờnggiao thông khác