Trường đại học giao thông vận tải

Mục lục
Trang

Lời nói đầu
A)giảm chấn bằng lò xo và giảm
chấn thủy lực …………………… 6
A1)trường hợp toa xe đi trên đường không bằng phẳng……………… 6
1)mô phỏng toa xe hàng ……………………………………….6

2)
mô hình 3D lực tác dụng ……………………………………… 6
3)
Phân tích lực:………………………………………………. 7
4)
Các yếu mấp mô tố đường ray …………………………… 8
5) phương trình vi phân chuyển động thân xe…………………… 9
6)Giả thiết măt đường dạng hình sin…………………………… 9
7)Các thông số toa xe gồm ………………………………………10
A2) xét với trường hợp dao động do hai bên ray không cao bằng ………10
nhau và do các vết nối ray ,dao động ngang
1
Trường đại học giao thông vận tải
1)Mô hình 3D……………………………………………………11
2)Mô hình tác động đường ray hai bên lên toa xe…………… 11
3)Chọn tọa độ x,φ,Phân tích lực :………………………………12
4)Viết phương trình newton-ơle……………………………… 13
5) phương trình vi phân chuyển động thân xe………………….13
6)Tính lực tác dung lên xe tổng hợp……………………….13
B) giảm chấn bằng lò xo và giảm……… 14

hiện nay còn rất ít quốc gia sử dụng khổ đường này. Mặt khác kết cấu và
chất lượng nền đường của Đường sắt nước ta chưa tốt, hầu hết các nước có
đường sắt phát triển ở Châu Á (Nhật Bản, Trung Quốc, Hồng Kông, Hàn
Quốc…) sử dụng ray hàn liền, trong khi đó chúng ta sử dụng loại ray dời nên
không giảm được tiếng ồn và rung động khi chạy tàu. Với khổ đường và tình
trạng đường ray như vậy, nếu chạy tàu với vận tốc cao rất dễ xảy ra trật
bánh dẫn đến đổ tàu, như vụ tai nạn tàu E1 ngày 12- 03 - 2005 là một ví dụ
điển hình. Vậy những yếu tố nào liên quan đến tốc độ chạy tàu, quan hệ giữa
4
Trường đại học giao thông vận tải
chúng với kết cấu đầu máy – Toa xe như thế nào? Đó là vấn đề cần phải
nghiên cứu, khảo sát và tính toán chi tiết. Cộng
Cùng xu thế hội nhập của đất nước, Đường sắt Việt Nam cũng không
ngừng phát triển để phục vụ Hành khách tốt hơn. Thủ tướng chính phủ đã
có quy hoạch cụ thể để phát triển ngành đường sắt trong thời gian tới, trong
đó có vấn đề an toàn chạy tàu và nâng cao độ êm dịu (tiếng ồn, độ rung, độ
lắc xóc) của Đầu máy - Toa xe, Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng
trên như: cấu tạo đường, cấu tạo nền, kết cấu toa xe…, tuy nhiên có một
nguyên nhân rất quan trọng, đó là kết cấu toa xe chở hàng chưa thật sự hợp
lý, Do đó khi chuyển động, tàu hỏa bị rung động mạnh, độ lắc xóc lớn, thời
gian rung động và lắc xóc lớn, ảnh hưởng đến an toàn chạy tàu và độ êm
dịu.
Với những lý do trên mà nhóm em đã đưa ra vấn đề của đề tài này là khảo
sát, tính toán, mô phỏng và điều khiển toa xe để đảm bảo an toàn chạy tàu
cho tàu hỏa Việt Nam.
- An toàn chạy tàu bao gồm 2 tiêu chí đó là các chỉ tiêu chống trật ray và các
chỉ tiêu an toàn chống lật tàu khi đoàn tàu vận hành. An toàn chống trật ray
phụ thuộc vào trạng thái tiết xúc giữa bánh xe và đường ray trong khi Đầu
máy – Toa xe vận hành. Theo tổ chức đường sắt quốc tế UIC, khi vận hành
nếu dao động theo phương ngang của bánh xe > 8 mm thì dễ xảy ra trật ray


y
A

y
B

y
3

y
4

l

l
Chọn tọa độ x,φ
2)
mô hình 3D lực tác dụng
7
Trường đại học giao thông vận tải
F
A
x
F
B
F
D
F
C

− +

( )
A
c x y L
ϕ
− +
&
& &4)
Các yếu mấp mô tố đường ray

A
Y
=
1 2
2
y y
+
=>
1 2
2
A
y y
y
+
=
& &

L
π
)
2
y
=
1
y
(t-
2
t
∆
)= ysin ω(t-
2
t
∆
)
3
y
=
1
y
(t-
3
t
∆
)= ysin ω(t-
3
t
∆

2l
v
,
3
t
∆
=
2L
v
,
4
t
∆
=
2 2L l
v
+
.
Với v là vận tốc chạy của xe
Viết phương trình newton-ơle
( ) ( )
( ) ( )
B B
A A
Mx k x y L c x y L
k x y L c x y L
ϕ ϕ
ϕ ϕ
= − − − − − −
− − + − − +

+ + = − + −
&& & & &
&& &
& &

6)Giả thiết măt đường dạng hình sin
Trong đó
A
y
&
và
B
y
&
là vận tốc theo chiều thẳng đứng của mặt đế dưới của lò xo.
1 2
2
A
y y
y
+
=
& &
&
và
3 4
2
B
y y
y

2
s
v
L
ω
Π
=

s
L
là chiều dài bước sóng và chiều dài của một thanh ray
còn các góc pha
2
4
s
l
L
π
α
=
,
3
4
s
L
L
π
α
=
,

= −
&
7)Các thông số toa xe gồm :
+M- khối lượng thân xe (kg)
+J- mô men quán tính của thân xe đối với trục đi qua trọng tâm (kg.
2
m
)
+k- là độ cứng lò xo trên một giá chuyển hướng(N/
2
m
)
+c – hệ số giảm chấn lắp trên một giá chuyển hướng của toa xe
+2L-cự li giữa hai trục tâm cối chuyển hướng của toa xe
+2l- cự li giữa hai trục bánh xe trong cùng 1 giá chuyển hướng
+ các tọa độ x,θ biểu thị chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm thân xe. Và
chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng đứng dọc
A2) xét với trường hợp dao động do hai bên ray không cao bằng nhau
và do các vết nối ray ,dao động ngang
1)Mô hình 3D
12
Trường đại học giao thông vận tải
FA
x
FB
FD
FC
2)Mô hình tác động đường ray hai bên lên toa xe
13
Trường đại học giao thông vận tải


M,J

2a

( )
A
k x y a
θ
− −

( )
A
c x y a
θ
− −
&

( )
D
c x y a
θ
− +
&

( )
D
k x y a
θ
− +

&
& &
15
Trường đại học giao thông vận tải
5)Phương trình vi phân chuyển động ngang thân xe có dạng sau:
2 2
2 2 ( ) ( )
2 2 ( ) ( )
D D
D D
A A
A A
Mx cx kx c y y k y y
J ca ka ca y y ka y y
θ θ θ
+ + = + + +
+ + = − + −
&& & & &
&& &
& &
Trong đó
A
y
và
D
y
là vận tốc theo chiều thẳng đứng của bánh xe
7 8
2
D

&
&
(x L a y ) ( )
B A A
F k c x L a y
ϕ θ ϕ θ
= − − − + − − −
&
&
&
(x L a y ) ( )
C A A
F k c x L a y
ϕ θ ϕ θ
= − + − + − + −
&
&
&
B) giảm chấn bằng lò xo và giảm chấn ma sát
B1)trường hợp đường ray không bằng phẳng
16
Trường đại học giao thông vận tải

x

L

L

y

m
)
+F
ms
là lực ma sát của giảm chấn ma sát
+2L-cự li giữa hai trục tâm cối chuyển hướng của to axe
+2l- cự li giữa hai trục bánh xe trong cùng 1 giá chuyển hướng
+ các tọa độ x,φ biểu thị chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm thân xe. Và
chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng đứng dọc
-
A
y
và
B
y
là chuyển vị của mặt đế dưới lò xo của giá chuyển hướng trước và
và sau
17
Trường đại học giao thông vận tải
-
1, 2, 3, 4
y y y y
biểu thị độ cao của mặt đường ray tại chỗ tiếp xúc với bánh
xe.
2)Phân tích lực:

x

L


& &
3)
Các yếu mấp mô tố đường ray
Trong đó
A
y
&
và
B
y
&
là vận tốc theo chiều thẳng đứng của mặt đế dưới của lò xo.
1 2
2
A
y y
y
+
=
& &
&
và
3 4
2
B
y y
y
+
=
& &

(t-
2
t
∆
)= ysin ω(t-
2
t
∆
)
3
y
=
1
y
(t-
3
t
∆
)= ysin ω(t-
3
t
∆
)
4
y
=
1
y
(t-
4

4
t
∆
=
2 2L l
v
+
.
Với v là vận tốc chạy của xe
4)Viết phương trình newton-ơle
( ) .sign( )
( ) .sign( )
B ms B
A ms A
Mx k x y L F x y L
k x y L F x y L
ϕ ϕ
ϕ ϕ
= − − − − − −
− − + − − +
&
&& & &
&
& &

( )L .sign( )L
( )L .sign( )L
B ms B
A ms A
J k x y L F x y L

+ − − − + − +
= −
& &
&& & & & &
&& & &
& & & &

6) Giả thiết măt đường dạng hình sin
Trong đó
A
y
&
và
B
y
&
là vận tốc theo chiều thẳng đứng của mặt đế dưới của lò xo.
1 2
2
A
y y
y
+
=
& &
&
và
3 4
2
B

2
s
v
L
ω
Π
=

20
Trường đại học giao thông vận tải
s
L
là chiều dài bước sóng và chiều dài của một thanh ray
còn các góc pha
2
4
s
l
L
π
α
=
,
3
4
s
L
L
π
α

= −
&
B2)Tương xét với trường hợp dao động do hai bên ray không cao bằng nhau dao động
ngang
21
Trường đại học giao thông vận tải

x

M,J

y
7

y
8

y
1

y
2

y
A

y
D

2a

ϕ
− +
F .sign( )
ms D
x y a
ϕ
− +
&
& &

2)Viết pt newton-ơle :
( ) .sign( )
( ) .sign( )
D D
A ms A
ms
Mx k x y a F x y a
k x y a F x y a
θ θ
θ θ
= − − − − − −
− − + − − +
&
&& & &
&
& &

23
Trường đại học giao thông vận tải
( )a .sign( )a

ϕ θ θ θ
+ − − + − + +
= +
+ − − − + − +
= −
& &
&& & & & &
& &
&&
& & & &
Trong đó
A
y
và
D
y
là vận tốc theo chiều thẳng đứng của bánh xe
7 8
2
D
y y
y
+
=
và
1 2
2
A
y y
y

(x L a y ) .sign( )
C A ms A
F k F x L a y
ϕ θ ϕ θ
= − + − + − + −
&
&
&
24
Trường đại học giao thông vận tải
Kết luận
Sau khi thực hiện đề tài, chúng em đã thu được các kết quản như sau:
- Khảo sát và phân tích mô hình Toa xe đã chọn.
- Phân tích các lực và mô men tác dụng lên bộ trục xe, giá chuyển hướng và
toa xe. Phân tích các hình thái tiếp xúc giữa bánh xe và đường ray. Đưa ra
các chỉ tiêu an toàn và độ êm dịu khi Toa xe vận hành, phân tích hình thái có
thể gây ra trật bánh khi Toa xe vận hành.
- Thành lập các phương trình động lực học mô tả chuyển động của toa xe. Sử
dụng phần mềm Matlab để mô phỏng số bài toán động lực học toa xe.
- Phân tích ảnh hưởng và tìm được quan hệ giữa các thông số kết cấu của Toa
xe và tốc độ tới hạn khi Toa xe vận hành. Với mỗi một bộ thông số kết cấu của
Toa xe , ở đây là độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn, Toa xe có một tốc độ tới hạn.
Khi vận hành, nếu Toa xe chạy với tốc độ lớn hơn tốc độ tới hạn sẽ có nguy cơ
xảy ra trật bánh và đổ tàu.
- Các kết quả trên có cần được kiểm nghiệm bằng thực tế để vận dụng vào
quá trình thiết kế và sản xuất Toa xe.
- Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo NGUYỄN BÁ NGHỊ đã tận tình
giúp đỡ chúng em để chúng em hoàn thành bài nghin cứu khoa học trên .
-Tuy đã rất cố gắng nhưng bài nghin cứu không thể tránh sai sót chúng em
mong các thầy chỉ dẫn thêm để bài nghin cứu của chúng em được hoàn thiện.