MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MÔ PHỎNG
TRONG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT SỐ MÁY
VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊU BIỂU

PGS. TS. NGUYỄN VĂN VỊNH
KS. NGUYỄN THOẠI ANH
Bộ môn Máy xây dựng - Xếp dỡ
Khoa Cơ khí
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Báo cáo trình bày tóm tắt những kết quả nghiên cứu thu được khi tiến hành đề
tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ B2006-04-18 “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong
tính toán, thiết kế một số máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng tiêu biểu”. Các kết quả của
đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích phục vụ cho việc tính toán thiết kế, chế tạo
trong nước các thiết bị như: máy sàng, máy trộn BTXM, hệ thống rung động đúc dầm BTCT và
phục vụ giảng dạy.
Summary: The report briefly represents achieved result when carrying out scientific
research subject at ministerial level B2006-04-18 “Study and Application of imitation
technology in calculation and design of machinery and production equipment for specific
construction material”. Results of this subject can be used as useful reference for calculation,
design and domestic manufacturing of equipments such as: sieve machine concrete mixing
plant, reinforced-concrete girder casting system as well as for training.
CK
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm đổi mới vừa qua, dưới sự lãnh đạo của Đảng sự nghiệp phát triển kinh
tế-xã hội của đất nước đã thu được những thắng lợi hết sức to lớn. Cơ sở hạ tầng, bộ mặt của
các đô thị đạng thay đổi từng ngày. Đóng góp vào thành tích chung đó có những đóng góp của
ngành xây dựng dân dụng, xây dựng các công trình giao thông, thuỷ lợi… Cùng với tốc độ phát
triển của ngành xây dựng là nhu cầu ngày càng lớn các máy móc thiết bị thi công nói chung,
máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng. Để đáp ứng nhu cầu trên, ngành chế tạo

Qua quá trình khảo sát tình hình sử dụng và chế tạo các loại máy sàng, máy trộn BTXM, hệ
ván khuôn đúc dầm BTCT hiện nay ở Việt Nam chúng tôi có một số nhận xét sau đây:
- Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và kỹ thuật mô phỏng chúng ta hoàn
toàn có thể tự thiết kế, chế tạo trong nước các loại thiết bị trên để thay thế thiết bị nhập ngoại
với sự trợ giúp của các phần mềm tiên tiến hiện có.
CKck
ck
- Với khả năng công nghệ của nền cơ khí nước nhà, chúng ta hoàn toàn có thể làm chủ
công nghệ và chế tạo được các sản phẩm có chất lượng tương đương các thiết bị nhập ngoại nếu
chúng ta có những công trình nghiên cứu cơ bản, toàn diện về các máy và thiết bị sản xuất
VLXD.
2.2. Mô phỏng hoạt động của một số máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng tiêu
biểu
2.2.1. Máy sàng rung
Ứng dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 để tính toán năng suất và công suất của
máy sàng rung vô hướng, máy sàng rung có hướng
Dựa trên các công thức tính toán năng suất và công suất của máy sàng rung đã được diễn
giải chi tiết trong các tài liệu chuyên ngành, với mục đích khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến
năng suất và công suất của máy, chúng tôi đã sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 để
xây dựng chương trình tính toán với sơ đồ thuật toán như trên hình 1.
Ứng dụng phần mềm Dynamic Designer Motion mô phỏng quá trình thiết kế và lắp ghép
máy sàng rung.
Trên cơ sở khai thác các tính năng ưu việt của phần mềm Dynamic Designer Motion
(DDM) chúng tôi đã tiến hành thiết kế và mô phỏng hoạt động của máy sàng rung. Kết quả cụ thể thể hiện trên hình 3.

Hình 1. Sơ đồ thuật toán xác định năng suất, công suất của máy sàng rung


Với mục đích đặt ra là nghiên cứu ảnh hưởng của các lực động tới biến dạng các trục trong
hệ máy trộn của trạm trộn HZ25 - (do Trung Quốc chế tạo) trong quá trình vận hành máy. Để
đơn giản, trong quá trình nghiên cứu nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cho phép, chúng tôi đưa
ra mô hình bài toán như sau:

CK
(a) (b)
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý của bộ máy trộn (a) và mô hình động lực học (b)
1- Động cơ điện; 2- Hộp gảm tốc; 3- Bộ truyền xích; 4- Vỏ thùng trộn; 5-Bàn tay trộn;
6- Cánh tay trộn; 7- Trục trộn; 8- ổ bi đỡ
Viết phương trình chuyển động và kết quả bài toán.
Chúng tôi sử dụng phương trình Lagrange loại 2 để thiết lập phương trình chuyển động cho
mô hình đã lập và có kết quả như sau:
Hệ phương trình vi phân chuyển động.
(
)
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=+−
=−+
C2
2
12
r
2
1211
r

+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
C
1
2
1
2
2
1
r
2
r
1
M
)q(M
q
q

phải điều chỉnh tốc độ động cơ trong giai đoạn mở máy để giảm giá trị gia tốc góc, tăng thời
gian mở máy.
- Trên đồ thị hình 9, vận tốc góc của trục động cơ biến thiên từ 0 cho đến giá trị ổn định
trong một khoảng thời gian rất ngắn, do đó gia tốc góc của trục trộn cũng tăng nhanh và giảm
đột ngột về 0. Như vậy trong giai đoạn mở máy trục trộn phải chịu thêm một mô men quán tính
tương đối lớn. Do đó khi tính toán thiết kế chúng ta phải kể đến đại lượng này. 2.3.2. Nghiên cứu động lực học của máy sàng rung
Mô hình dao động của sàng rung
(b)
y
m
F
x
mx
my
F
y
S
y
/2
S
y
/2
K
y
/2
α
S

Xét phương trình cân bằng lực theo hai phương X và Y đối với sàng rung vô hướng ta có:
Theo phương X (phương ngang):
(m
h
+m). + K

X
x
.X = mr
ω
2
cos(
ω
t)
Theo phương Y (phương thẳng đứng):
CK
(m
h
+m). + K

Y
y
.Y = mr
ω
2
sin(
ω
t)
Ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink để giải bài toán dao động của sàng rung


trình, thu được kết quả như trên hình 12.

CKck
ck
Hình 12. Dao động của mặt sàng rung có hướng theo phương dao động Y, X
Nhận xét
Với loại sàng rung có các thông số như trên thì biên độ dao động của sàng theo phương dao
động Y (phương trục của lò xo) có trị số A
y
= 4 mm, biên độ dao động theo phương dao động X
(phương vuông góc với trục của lò xo) có trị số A
x
= 3,5 mm.

Hình 13. Dao động của mặt sàng rung có hướng theo phương dao động Y, X Nhận xét
Với loại sàng rung có các thông số như trên thì biên độ dao động của sàng theo phương
thẳng đứng (phương Y) có trị số A
y
= 3 mm, biên độ dao động theo phương ngang (phương X)
có trị số A
x
= 1,4 mm.
2.3.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống rung động đúc dầm cầu bê tông cốt thép dự
ứng lực
Xây dựng mô hình động lực học
Dựa trên kết cấu thực của hệ thống rung động đúc dầm ở hình 14, sau khi đã sử dụng các
giả thiết để đơn giản hoá, chúng tôi có được mô hình động lực học một khối lượng thể hiện trên

Trong đó:
m - Khối lượng quy dẫn của hệ; s, k - Hệ số độ cứng và hệ số dập tắt dao động quy dẫn của nền; y - Chuyển vị theo phương đứng của m.
Xây dựng mô hình thuật toán và giải trên Matlab-Simulink

Hình 16. Sơ đồ khối thuật toán giải hệ phương trình chuyển động
Các kết quả thu được như chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực động tác dụng xuống nền được
thể hiện trên các hình 17 và hình 18 sau đây:

CKck
ck
Hình 17. Chuyển vị, vận tốc của thành ván khuôn

Hình 18. Gia tốc của thành ván khuôn; lực tác động của hệ ván khuôn lên nền
Nhận xét:
- Chúng tôi tiến hành nghiên cứu động lực học của hệ thống rung động đúc dầm BTCT dự
ứng lực có kích thước lớn và kết quả nghiên cứu cho thấy: Biên độ dao động của thành ván
khuôn trong một hệ thống cụ thể đưa vào tính toán - trên công trường TAISEI phía bắc cầu
Thăng Long trung bình A = 0,4 mm. Như vậy là hợp lý vì người ta thường quy định giá trị này
[A] = 0,4
÷ 0,8 mm. - Có thể sử dụng mô hình động lực học trên để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ
rung động của hệ thống, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng đầm lèn của phiến dầm.
III. KẾT LUẬN
Công trình nghiên cứu của chúng tôi đã thực hiện các nội dung cơ bản sau đây:
1.

[3] - Nguyễn Hữu Tình, Lê Tuấn Hùng, Phạm Thị Yến Ngọc, Nguyễn Thị Lan Hương; Cơ sở Matlab và
ứng dụng; Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2001
[4] - Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trấn Đức; Lập tình Matlab; Nhà
xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2003
[5]- Nguyễn Thị Ngọc Mai; Microsoft VisualBasic Lập trình cơ sở dữ liệu 6.0; Nhà xuất bản Lao động -
Xã hội
[6] - TS. Nguyễn Văn Vịnh; Động lực học Máy xây dựng - Xếp dỡ; Trường đại học Giao thông Vận tải,
Hà nội, 2006
[7] - Tổng công ty xây dựng Sông Đà; Sổ tay Máy xây dựng; Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà nội,
2000
[8] - PGS-TS. Trần Văn Tuấn; Cơ sở kỹ thuật rung trong xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng; Nhà
xuất bản Xây dựng, Hà nội, 2005♦ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ DIESEL
BẰNG PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ PHÂN TÍCH DẦU BÔI TRƠN

GS. TS. ĐỖ ĐỨC TUẤN
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
ThS. LÊ LĂNG VÂN
Bộ môn Kỹ thuật máy
Khoa Cơ khí
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu phân tích dầu bôi trơn và phân tích dao động
trong chẩn đoán kỹ thuật. Bài báo đánh giá khả năng ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn và
phân tích dao động trong thực tế. Bài báo cũng đề cập tới khả năng của phương pháp này
trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ diesel dựa trên các kết quả phân tích dầu bôi
trơn và hạt mài mòn tại Xí nghiệp Đầu máy Hà nội, Việt Nam
Summary: This paper presents a research of oil and vibration analysis in machine

liệt kích thước của hạt sẽ tăng lên và hình dạng của hạt cũng thay đổi. Người ta đã xác định được dạng hạt thay đổi liên quan như thế nào đến dạng mài mòn. Do đó việc phân tích dạng hạt
mài mòn cho phép xác định được trạng thái mòn trong máy và từ đó có thể xác định được tình
trạng kỹ thuật của máy. Ưu điểm của phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn là:
- Nhiều thông tin tình trạng kỹ thuật của máy chỉ có thể thu được từ quá trình phân tích
dầu bôi trơn.
- Mức độ đầu tư về trang thiết bị không đòi hỏi quá cao.
- Dầu bôi trơn chứa đựng các thông tin về dạng hỏng của nhiều chi tiết khác nhau.
Kết hợp phân tích dao động và phân tích dầu bôi trơn mang lại một công cụ hiệu quả trong
chẩn đoán kỹ thuật động cơ diesel nói riêng và máy móc nói chung.
2.2. Phân tích thành phần kim loại
Phân tích thành phần kim loại có trong dầu bôi trơn có thể biết được nguồn gốc hạt mài
mòn. Khi xuất hiện nguyên tố Crôm, nguồn gốc của các hạt mài mòn này có thể là từ xéc măng,
xilanh. Nếu thành phần sắt trong mẫu dầu cao, nguồn gốc hạt mài mòn từ hai loại chi tiết trên có
thể được dự báo với mức độ tin cậy nhất định. Để có các dự đoán với độ tin cậy cao, cần dựa
vào hình dáng hạt mài để phân biệt với các nguồn gốc phát sinh khác. Khi xuất hiện nguyên tố
đồng (Cu), nguồn gốc có thể là từ bạc biên hay các loại ổ trượt. Nếu xuất hiện cùng với đồng
còn có thiếc với hàm lựơng cao thì có thể dự đoán hạt này có nguồn gốc phát sinh từ bạc biên.
Máy phân tích thành phần kim loại dùng trong nghiên cứu này là Máy phân tích thành phần kim
loại ALLOY PRO 9388 (hình 1).

CK
Hình 1. Máy phân tích thành phần kim loại ALLOY PRO 9388

Hình 2. Xác định thành phần kim loại của Píttông động cơ trên đầu máy D12E 2.3. Phân tích hình dáng hạt mài mòn
Hình 7. Hạt mài mòn dạng hình viên sỏi (mẫu dầu từ Đầu máy 658 ngày 18/5/2006)
Dạng hạt hình tấm mỏng đôi khi còn bị xoắn nhưng thông thường là tương đối phẳng.
Dạng hạt này xuất hiện nhiều khi đầu máy vận hành bình thường. Dạng hạt trở nên mỏng hơn
trong điều kiện bôi trơn tốt. Quá trình nghiên cứu cho thấy có thể có một số nhận xét như sau:
CK
1.
Quá trình mòn bình thường của các chi tiết trong động cơ: Quá trình này cho kích thước
hạt hình dạng tấm có chiều dày lớn nhất đạt 10 µm.
2.
Cào xước bề mặt xilanh: xảy ra khi các chi tiết kim loại gây ra các vết xước trên bề mặt
trượt. Dạng hạt chủ yếu là dạng tấm hay sợi kích thước của những loại hạt này từ 8 đến 20 µm [2].
3. Tróc rỗ bề mặt xúp páp: Dạng hỏng này gây ra các hạt có hình dáng hình cầu. Hình
dáng hạt hình cầu phát sinh do bề mặt bị mỏi. Thông thường các hạt này có đường kính lớn nhất
khoảng 50 µm.
4.
Dính, xước bề mặt bạc biên: xảy ra khi các bề mặt trượt chịu tải trọng và nhiệt độ cao.
Tải trọng và nhiệt độ càng lớn tỉ lệ các hạt có kích thước lớn so với các hạt có kích thước nhỏ
càng cao [4].
2.4. Kích thước hạt mài mòn
Độ lớn của các hạt mài mòn thay đổi từ vài micro mét đến khoảng 100 hay 300 micro mét.
Hình dạng của các hạt mài mòn thay đổi theo tình trạng mài mòn. Kích thước hạt lớn sẽ phản
ánh tình trạng mòn khốc liệt của máy. Nghiên cứu cho thấy:
- Mòn bình thường của động cơ sẽ có các hạt mài mòn dạng hình cầu kích thước từ
5 - 10 µm.
- Cào xước: Khi các bề mặt mềm của bạc biên bị cào xước, các hạt mài mòn có hình dạng sợi.
- Tróc rỗ bề mặt do mỏi: Kích thước hạt lớn nhất có thể tới 100 µm.
). Chuyển vị,
vận tốc và gia tốc đuợc ghi theo miền thời gian và các file dữ liệu này có thể biến đổi FFT thành
các phổ công suất hay phổ mật độ công suất theo miền tần số phục vụ cho các mục đích chẩn
đoán khác nhau.
Khi động cơ làm việc tốt, phổ dao động thu được phân bố đều đặn trên đồ thị biên độ vận
tốc dao động theo thời gian. Khi trạng thái kỹ thuật của các cụm chi tiết xéc măng, xi lanh không tốt hay khi bơm cao áp không phun nhiên liệu vào xi lanh, đầu đo vận tốc Z sẽ cho tín
hiệu biên độ vận tốc dao động thay đổi bất thường (hình 9).

Hình 9. Tín hiệu dao động khi động cơ có xi lanh hư hỏng
(đo trên đầu máy D12E 642 ngày 29.6.2006)
Cơ sở dữ liệu trong quá trình đo có thể lưu trữ trong các tệp tin dạng Excel, có thể biến đổi
FFT, xử lí vi phân hoặc tích phân, đánh giá, so sánh với các dữ liệu đo và tính toán ra các giới
hạn cảnh báo.
III. KẾT LUẬN
Kỹ thuật chuẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ đốt trong bằng cách phân tích dầu bôi
trơn và phân tích dao động đã được nghiên cứu ở một số nước trên thế giới và đã có được thành
công bước đầu. Nghiên cứu này kết hợp phương pháp phân tích dao động và phân tích dầu bôi
trơn trên động cơ diesel K6S230DR sử dụng trên đầu máy D12E. Khi kích thước hạt mài mòn
vượt quá giới hạn 120 micromét, thành phần kim loại (Cu, Fe, Cr) tăng cao, hình dáng hạt mài
có thay đổi bất thường và dao động vượt quá các giới hạn (vận tốc dao động vượt quá 20mm/s,
gia tốc dao động vượt quá 7 mm/s
2
) có thể có các hư hỏng về xécmăng, xilanh, píttông, bạc
biên, hay xupáp của động cơ. Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn khẳng định các kết quả của
phân tích dao động. Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn có thể chẩn đoán tình trạng kỹ thuật
của máy từ một nguồn thông tin khác hơn so với phân tích dao động và do đó người phân tích
có thể tự tin hơn khi đưa ra các kết luận chuẩn đoán. Phân tích dầu bôi trơn có thể củng cố các

machine in group-general, it is basis to have effective comparision of two methods: single
repairing and group-repairing.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình sử dụng Máy xây dựng - xếp dỡ, các xí nghiệp khai thác (XNKT) cần chú
ý đến công tác bảo dưỡng kỹ thuật (BDKT) và sửa chữa (SC) máy để làm tăng tuổi thọ của
máy. Tuy nhiên công tác SC máy cần được tiến hành như thế nào để nâng cao hiệu quả sử dụng
máy là một vấn đề rất đáng được quan tâm. Bài báo trình bày biện pháp nâng cao hiệu quả sử
dụng máy thông qua việc áp dụng phương pháp sửa chữa máy theo cụm - tổng thành.
CKck
ck
II. NỘI DUNG
Trong thành phần của một cơ sở kỹ thuật về cơ giới hóa xây dựng, ngoài XNKT và nhà
máy sửa chữa (NMSC) cần có thêm một xí nghiệp chuyên môn hóa thứ ba để thực hiện sửa
chữa các cụm - tổng thành, đồng thời cung cấp phụ tùng, vật tư và vốn tổng thành luân chuyển
cho XNKT. Việc tổ chức những xí nghiệp như vậy sẽ làm giảm chi phí cho công tác xây dựng
cơ sở kỹ thuật cần thiết và giảm chi phí đơn vị cho việc bảo toàn khả năng hoạt động của máy
dẫn tới làm tăng tiềm năng tối ưu của máy, tiềm năng đó được xác định theo mức độ hiệu quả
khai thác.
Khi áp dụng đồng thời phương pháp sửa chữa máy theo cụm - tổng thành và tập trung
hóa sửa chữa ta sẽ gặp những vấn đề phức tạp do có quá nhiều yếu tố liên quan, cho nên hợp
lý hơn là nên giải bài toán trên theo phương pháp phân tích hệ thống. Như vậy, để giải quyết
vấn đề nêu trên cần thiết lập một sơ đồ của phương pháp nghiên cứu chung, sơ đồ đó biểu thị
hệ thống “Độ tin cậy - Công nghệ - Cơ sở sản xuất - Chi phí” trong các thành phần chủ yếu
của hệ thống. Phương pháp tối ưu hóa vốn tổng thành luân chuyển theo tiêu chuẩn cực đại khả
năng hoạt động (năng suất) của trạm máy
Bài toán có thể được phát biểu như sau: Giả sử có một khoản tiền C để mua máy và cụm -
tổng thành luân chuyển (các cụm máy thay thế), cần phải phân chia số tiền đó cho việc mua máy

sau:
CK
Số lượng máy trung bình hoạt động tốt ( ) được xác định bằng tích số của số lượng
( ) với hệ số sẵn sàng khi sửa chữa bằng phương pháp cụm - tổng thành. ( ) và với xác
suất máy không phải nằm chờ sửa chữa do có cụm - tổng thành thay thế ( ). Cực đại hóa số
lượng máy hoạt động tốt ( ) chính là phép giải của bài toán, do vậy hàm mục tiêu có dạng:
t
N
lc.m
N
kc
K
kc
P
t
N

kcsclc.mt
P.K.NN
=
→ Max (2)
Biến đổi (2) theo (1) ta có:
kcsc
a
a
m
t
P.K).
C
C

C
C
.n1(N −=
→ Max (4)
Trong biểu thức (4), sự thay đổi số lượng cụm - tổng thành luân chuyển n
a
sẽ làm ảnh
hưởng gấp đôi đến trị số N
t.tđ
: Nếu n
a
tăng thì thừa số thứ nhất (trong ngoặc đơn) sẽ giảm, lúc
đó N
t.tđ
sẽ giảm, nhưng đồng thời xác suất P
kc
sẽ tăng, điều đó dẫn tới N
t.tđ
cũng sẽ tăng. Như
vậy có nghĩa là sẽ tồn tại một trị số nào đó về số lượng cụm - tổng thành mà làm cho kết quả
tính toán theo biểu thức (4) đạt cực đại, tức là N
*
a
n
t.tđ
→ Max.
Xác suất được xác định theo lý thuyết phục vụ đám đông trên cơ sở là dòng nhu cầu
thay thế các cụm - tổng thành được coi ở dạng đơn giản nhất. Nếu các cụm - tổng thành được
sửa chữa tại một nhà máy sửa chữa với công suất sản xuất lớn hơn so với số lượng cần sửa chữa
theo nhu cầu của XNKT thì sự thay đổi mức nhu cầu sửa chữa của XNKT sẽ không làm ảnh

N
t.tđ
K
sđ
N
t.tđ

max
1-n
a.
c
a/
c
K
sc
P
kc
P
kc
N
t.tđ
n
a
'
n
a
n
a
''
n

kc
sẽ không tăng,
trong cả hai trường hợp đều làm tăng chi phí cho vốn luân chuyển.
Bài toán nhiều thông số sẽ xuất hiện trong trường hợp khi vốn luân chuyển bao gồm nhiều
chủng loại cụm - tổng thành ( ). Trong trường hợp này bài toán được giải cho từng chủng
loại riêng biệt giống như bài toán một thông số và hiệu quả tổng cộng của phương pháp sửa
chữa theo cụm - tổng thành sẽ bằng tổng hiệu quả đối với từng chủng loại riêng biệt:
2Q
≥
∑
=
∑
Δ=Δ
Q
1j
tđ.t.tđ.t
NN (6)
Cũng cần nói thêm rằng mô hình hóa tối ưu hóa vốn luân chuyển cũng được áp dụng trong
trường hợp khi tổng chi phí được sử dụng cho việc mua bổ sung thêm các cụm - tổng thành
và mua máy bổ sung cho trạm (N
C
bs
). Trong trường hợp này, trị số C trong các biểu thức từ (1)
đến (5) được thay bằng C'.
Trong đó:
CK
mbs
'
C.NCC +=
Hiện nay ở Việt Nam, mô hình tổ chức sửa chữa này đã được áp dụng ở một số đơn vị và

dạng tương đối.
Summary: In this article, authors present the reseach method and the evaluation result of
Fatigue Strength (calculation ratio of Fatigue Safety) and fatigue longivity of bogie frame and
wheel shafts of locomotive - type D19E which have been operating by Hanoi Locomotive
Enterprise basing on theory of relativity similar fatigue failure.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đầu máy D19E là loại đầu máy chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng số các loại đầu máy hiện có
của nước ta. Sau khoảng 2 năm vận dụng loại đầu máy này tại Xí nghiệp đầu máy Hà Nội, các
xà dọc của một số lớn khung giá chuyển hướng đã xuất hiện các vết nứt, dẫn tới nguy cơ mất an
toàn rất lớn cho việc chạy tàu.
CKck
ck
Để có cơ sở tiếp tục sử dụng, khái thác loại đầu máy này trong thời gian tới với yêu cầu tốc
độ chạy tàu ngày càng được nâng cao, thời gian vừa qua ngành đường sắt Việt Nam đã đề xuất
vấn đề nghiên cứu và đánh giá độ bền mỏi của các kết cấu bộ phận chạy của đầu máy, trong đó
có trục của bánh xe và khung giá chuyển hướng.
Để đánh giá được độ bền mỏi và tuổi thọ mỏi của khung giá chuyển hướng đầu máy D19E
cần có các kết quả chính xác về các đặc trưng mỏi của vật liệu bằng cả phương pháp thực
nghiệm và bằng cả phương pháp tính toán lý thuyết. Trong bài báo này trình bày phương pháp
đánh giá độ bền mỏi của khung giá chuyển hướng và trục bánh xe của đầu máy D19E (đợt 1) ở
Xí nghiệp đầu máy Hà Nội theo phương trình đồng dạng phá huỷ mỏi tương đối [2].
II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN
2.1. Cơ sở đánh giá độ bền mỏi khung giá chuyển hướng đầu máy D19E theo phương
trình đồng dạng phá huỷ mỏi tương đối
a. Cơ sở lý thuyết tính hệ số an toàn
Khung giá chuyển hướng và trục bánh xe đầu máy D19E vừa chịu mô men xoắn, vừa chịu
mô men uốn và lực dọc trục nên ứng suất tại điểm nguy hiểm của mặt cắt nguy hiểm thay đổi
theo chu kỳ ứng suất đối xứng (r = - 1). Hệ số an toàn mỏi được xác định như sau:
Gọi:

s
τ
- Hệ số an toàn ứng suất tiếp;
s
σ
=
a
kct1
σ
σ
−
(2)
s
τ
=
a
kct1
τ
τ
−
(3)
σ
a
- Biên độ ứng suất pháp do mômen uốn M gây ra;
τ
a
- Biên độ ứng suất tiếp do mômen xoắn T gây ra;
σ
-1kct
- Ứng suất pháp lớn nhất tại khâu yếu nhất trong chi tiết máy sẽ gây ra sự phá huỷ ở

Trong đó:
S
max
- Ứng suất lớn nhất tại “khâu yếu nhất“ trong chi tiết máy sẽ gây ra sự phá huỷ ở xác
suất P% (ứng suất lớn nhất S
max
này có thể là ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp);
S
gh
- Giới hạn mỏi của mẫu chuẩn ở chu trình ứng suất N
0
;
ε - Hệ số ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối tới sức chống phá huỷ mỏi của tiết máy;
u
p
- (còn ký hiệu là z
p
) - phân vị với xác suất phá huỷ P%; khi S
max
≤ S
gh
thì P(S
max
≤ S
gh
) = 0.
s
s
- Độ lệch bình phương trung bình của đại lượng ứng suất S;
a’,b’ - Những hằng số mới của vật liệu làm tiết máy;

- Građien tương đối của ứng suất uốn và xoắn cực đại của tiết máy;
W
mu
; W
mx
- Mômen chống uốn và xoắn của mẫu chuẩn trơn;
W
ctu
; W
ctx
- Mômen chống uốn và xoắn của tiết máy.
2.2. Ứng dụng phương trình đồng dạng phá huỷ mỏi tương đối để tính hệ số an toàn
mỏi cho trục bánh xe và khung giá chuyển hướng dầu máy D19E
a. Tính cho trục bánh xe đầu máy D19E
Qua cách tính toán độ bền trục bánh xe đầu máy D19E [8] ta tính hệ số an toàn cho mặt cắt
IV là mặt cắt nguy hiểm.
Chọn mặt cắt IV (phần trục để lắp ổ đỡ động cơ điện kéo) là mặt cắt nguy hiểm nhất vì có
Mu và Mx lớn nhất.
- Tính chỉ tiêu đồng dạng
Π
+ Khi trục bị uốn:
CKck
ck
Xác định với mẫu và chi tiết theo [2].
* Đối với mẫu: tính građien tương đối
G
mumu

G
=
ρ
15,1
+
d
2
.
* Đối với chi tiết: tính
ctx
G theo bảng P-3 trong [2], ta có: Thay vào công thức tính được các thông số và Π
u
, Π
x
(bảng 1).
Bảng 1. Kết quả tính toán các thông số Π
u
, Π
x
Các thông số
mu
G

W
m
(mm
3

W
ctx
= 1 245 900,8
Π
x
= 4,827.10
-5
- Tính giới hạn mỏi của trục có trạng thái tập trung ứng suất khi chịu uốn và xoắn của
chu kỳ đối xứng ứng với chu kỳ ứng suất cơ sở N
0
Từ dạng tổng quát của phương trình đồng dạng phá huỷ không thứ nguyên, theo công thức
(5) ta có:
σ
-1kct
= σ
-1m
( ε
σ.∞
+ a’
σ
.Π
u
b’
σ
. 10
.S
p
U
σ
),

-1m
- Ứng suất pháp lớn nhất của mẫu chuẩn ở chu trình ứng suất N
o
;
τ
-1m
- Ứng suất tiếp lớn nhất của mẫu chuẩn ở chu trình ứng suất N
o
;
ε
∞
- Hệ số ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối đến sức chống phá huỷ mỏi;
a’; b’
- Hệ số mỏi của vật liệu làm tiết máy phản ánh đặc trưng cấu trúc của vật liệu và điều
kiện làm việc thực tế của tiết máy.

Xác định các thông số thành phần:
ε
∞
= ε
σ.∞
= ε
τ.∞
=
do)S(
d)S(
τ
∞τ
= 0,5
Theo [2] và kết quả thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu làm trục bánh xe,

= 103,55