BỘ 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


i

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.

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn............................................................................................................

i

Lời cam đoan..........................................................................................................

ii

Mục lục.................................................................................................................

iii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................

v

Danh mục các bảng, biểu.....................................................................................

xi

Danh mục các các ký hiệu....................................................................................

xii

Danh mục các chữ viết tắt....................................................................................

xiv



29

2.2. Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt.....

35

2.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực nâng hàng của máy MĐR....

39

2.4. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy MĐR...........

46

2.5. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi nâng hàng.................................

51

2.6. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi di chuyển..................................

61

Kết luận chương 2............................................................................................

73

CHƯƠNG 3: Thực nghiệm máy MĐR khi đặt cụm tà vẹt.................................

74


Kết luận chương 3............................................................................................

89

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......................................................

90

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.......................................................

90

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...............................................

96

4.3. Xác định các thông số hợp lý của máy MĐR............................................

100

4.4. Kiểm tra sự biến dạng của ray di chuyển máy MĐR khi tăng khối lượng
cụm tà vẹt..................................................................................................

105

4.5. Xác định khả năng di chuyển của máy MĐR trên đường cong khi dùng

120


v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH TRONG LUẬN ÁN
TT

Tên hình vẽ

Trang

1

Hình 1-1. Mạng lưới đường sắt Việt Nam

5

2

Hình 1-2. Tà vẹt khổ 1435 mm đường đơn

7

3

Hình 1-3. Tà vẹt BTCTDƯL đường lồng

7

4


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).


Hình 1-18. Mô hình tính toán ảnh hưởng bởi xe con mang hàng di
chuyển trên dầm

18

19

Hình 1-19. Xác định hệ số động lực khi di chuyển xe con trên dầm chính

18

20

Hình 1-20. Mô hình cổng trục khi nâng hàng

19

21

Hình 1-21. Mô hình cổng trục khi di chuyển

19

22

Hình 1-22. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng có kể đến đàn
hồi của kết cấu thép

20

27

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

29

37

Hình 2-2. Sơ đồ cấu trúc tiêu chí chọn dạng máy lắp đặt tà vẹt theo
AHP

30

38

Hình 2-3. Trị số đánh giá các phương án máy

33

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

41

Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy MĐR.

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
vẹt bằng xi lanh thủy lực

40

50

Hình 2-15. Chương trình tính lực tác động lên xi lanh (Fxl) bằng phần
mềm Matlab_Simulink

43


Hình 2-20. Mô hình động lực học của mô tơ thủy lực cơ cấu di chuyển
máy

46

56

Hình 2-21. Chương trình tính toán thông số động lực học hệ thống thủy
lực di chuyển máy MĐR bằng phần mềm MatlabSimulink.

49

57

Hình 2-22. Sự thay đổi áp suất dầu thủy lực di chuyển máy theo thời
gian, P1(Pa)

50

58

Hình 2-23. Tốc độ quay của trục mô tơ thủy lực di chuyển, Wd(vòng/s)

50

59

Hình 2-24. Vận tốc di chuyển máy MĐR khi mang cụm 5 tà vẹt, Vdc
(m/phút)


Hình 2-29. Lực căng cáp Fcap

58

65

Hình 2-30. Chiều cao nâng hàng Hh

59

66

Hình 2-31. Tỷ lệ lưu lượng dầu thủy lực từ bơm cấp cho xi lanh nâng
hàng

59

67

Hình 2-32. Lực căng cáp Fcap(N)

60

68

Hình 2-33. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

60

69


74

Hình 2-39. Khoảng cách di chuyển máy khi có hàng, q4 (m)

69

75

Hình 2-40. Vận tốc di chuyểnmáy khi có hàng, Vdc (m/s)

69


viii
76

Hình 2-41. Áp lực dầu thủy lực khi di chuyển máy, P1(Pa)

69

77

Hình 2-42. Góc lắc hàng khi máy di chuyển q8(rad)

70

78

Hình 2-43. Vận tốc quay của mô tơ thủy lực q 5 (vòng/s)

Hình 2-48. Áp lực dầu thủy lực P1(Pa) khi dừng hãm máy

72

84

Hình 2-49. Góc lắc cáp nâng hàng khi dừng máy, q8(rad)

72

85

Hình 2-50. Lực căng cáp khi di chuyển và dừng hãm, Fcap(N)

72

86

Hình 2-51. Lực căng cáp Fcap(N) tại thời điểm dừng hãm

72

87

Hình 3-1. Mặt bằng ga Phú Diễn

74

88



Hình 3-7. Tập kết hai máy lên ray di chuyển đặt trên nền đá và nền đất

76

94

Hình 3-8. Sơ đồ vị trí gắn thiết bị đo

77

95

Hình 3-9. Lắp cảm biến và đồng hồ áp suất

77

96

Hình 3-10. Lắp tenxo đo biến dạng kết cấu khung

77

97

Hình 3-11. Cảm biến gia tốc tại khung dưới

77

98

chuyển trên nền ballast và nền đất đã đầm lèn

81


ix
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


116 Hình 3-30. Đồ thị so sánh giá trị áp suất dầu tính toán lý thuyết với
thực nghiệm

88

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

118 Hình 4-2. Lực căng cáp Fcap(N)

91

119 Hình 4-3. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

91

120 Hình 4-4. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

91

121 Hình 4-5. Dao động q3 của khối lượng m3

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

92

93

130 Hình 4-14. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

93

131 Hình 4-15. Dao động q3 (m)

93

132 Hình 4-16. Chương trình khảo sát thông số động lực học khi thay đổi
đường kính cáp nâng hàng bằng Matlab-Simulink

94

133 Hình 4-17. Lực căng cáp Fcap(N)

94

134 Hình 4-18. Áp suất dầu thủy lực P1(Pa)

94

135 Hình 4-19. Vận tốc nâng hàng Vh (m/s)

94

136 Hình 4-20. Dao động q3 (m)

94


144 Hình 4-28. Khoảng cách di chuyển q4(m)

97

145 Hình 4-29. Áp suất dầu thủy lực P1 (Pa)

97

146 Hình 4-30. Lực căng cáp Fcap (N)

97

147 Hình 4-31. Góc lắc cáp nâng hàng q8(rad)

97

148 Hình 4-32. Vận tốc mô tơ thủy lực ωd(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

98

150 Hình 4-34. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s)

98



99

159 Hình 4-42. Góc lắc cáp nâng hàng q8(rad)

99

160 Hình 4-43. Vận tốc mô tơ thủy lực ωd(vòng/s)

99

161 Hình 4-44. Lực căng cáp Fcap (N)

99

162 Hình 4-45. Qui trình xác định các thông số hợp lý của máy đặt cụm tà
vẹt MĐR

100

163 Hình 4-46. Mặt cắt ngang đại diện kiến trúc tầng trên đường sắt Việt
Nam

101

164 Hình 4-47. Mặt cắt ngang hầm điển hình trên tuyến đường sắt Việt Nam

102

165 Hình 4-48. Cầu đường sắt Đò Lèn

109

173 Hình 4-56. Sơ đồ áp lực thực tế

110

174 Hình 4-57. Sơ đồ áp lực tính toán

110

175 Hình 4-58. Đồ thị quan hệ R,Q và Vdc(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
TT

Tên bảng biểu

Trang

1

Bảng 1-1. Chiều dài các tuyến đường sắt chính hiện có của ĐSVN

5


8

Bảng 1-7. Đặc tính kỹ thuật máy đặt đường sắt KGT/V

12

9

Bảng 1-8. Đặc tính kỹ thuật máy PTH350

12


xii
10

Bảng 1-9. Đặc tính kỹ thuật của máy SVM1000S

13

11

Bảng 1-10. Đặc tính kỹ thuật máy DPG500

13

12

Bảng 1-11. Đặc tính kỹ thuật máy MĐR

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
lực học

43

20

Bảng 2-7. Các thông số đầu vào cho chương trình tính hệ thống thủy
lực di chuyển

48

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


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



xiii
W

Chiều rộng cơ sở của máy

m

H

Chiều cao của máy

m

m1

Khối lượng cụm puly động

kg

m2

Khối lượng hàng nâng

kg

m3

Khối lượng kết cấu khung máy


-

Ecap

Mô đun đàn hồi của cáp thép

Pa

Est

Mô đun đàn hồi của thép

Pa

Eoil

Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực

Pa

Ep

Mô đun đàn hồi của ống cao su

Pa

E1

Mô đun qui dẫn của dầu và xi lanh nâng hàng


Pa

P2

Áp suất dầu hồi về thùng

Pa

Pat

Áp suất dầu an toàn

Pa

[Pb]

Áp lực định mức của bơm

Pa

[Pd]

Áp lực định mức của động cơ

Pa

[b]

Tốc độ quay định mức của bơm


-

c

Hiệu suất truyền động của xi lanh thủy lực

%

b

Hiệu suất truyền động của bơm thủy lực

%

d

Hiệu suất truyền động của mô tơ thủy lực

%

L_tuyo

Chiều dài của tuy ô thủy lực

m

D_tuyo

Đường kính tuy ô thủy lực

Hệ số động

-

Gm

Trọng lượng máy

N

Q

Trọng lượng vật nâng

N

U

Chỉ tiêu tổng hợp

-

wi

Trọng số so sánh chỉ tiêu

-

fms


Hệ số lưu lượng qua van an toàn

Ar

Diện tích nền ảnh hưởng ở dưới bánh xe di chuyển máy

Kf

Hệ số nền

m2
T/m3

Ecap

Mô đun đàn hồi cáp thép

Pa

Acap

Diện tích tiết diện cáp thép

m2

Lcap

Chiều dài cáp

m

CSHT

Cơ sở hạ tầng

CBCNV

Cán bộ công nhân viên

ĐSVN

Đường sắt Việt Nam

ĐS

Đường sắt

ĐLH

Động lực học

MĐR

Máy đặt tà vẹt đường sắt, mã hiệu MĐR

MĐR-01

Máy MĐR số 01

MĐR-02