Bài giảng Cơ sở động lực học đường sắt: Phần 2 - Trường ĐH Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Cơ sở động lực học đường sắt: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Một số nguyên lý cơ bản trong tính toán đường sắt không khe nối; Mô hình động lực học đầu máy toa xe-đường ray. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở động lực học đường sắt: Phần 2 - Trường ĐH Giao thông Vận tải CHƯƠNG 3: MỘT SỐ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TRONG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG SẮT KHÔNG KHE NỐI3.1. KHÁI NIỆM CHUNG Đường sắt gồm nhiều thanh ray có chiều dài 12,5m hoặc 25m có trọng lượng 43kg/m; 50kg/m; 60kg/m và 70kg/m đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới, các thanhtrong ray này được hàn với nhau thành hàng ray dài ở trong xưởng với chiều dài từ100m 200m sau đó dùng toa xe chuyên dùng chở ra hiện trường và được hàn nối lại vớinhau, đoạn dài từ 1000m trở lên gọi là Đường sắt không khe nối hay còn gọi là “Ray hàndài3.1.1. Đường sắt không khe nối có những ưu, nhược điểm sau1. Những ưu điểm: (1) Làm cho tàu chạy êm thuận, cảm giác dễ chịu cho hành khách và môi trường. (2) Tránh được lực va đập, khắc phục lực xung kích phát sinh giữa bánh xe với khe nốivà giảm được từ 15-20% lực cản của đường đối với đoàn tàu. Do đó, cho khả năng tăngđược vận tốc tàu chạy với tốc độ V 100 km/h. (3) Tăng tuổi thọ của ray và các thiết bị trên đường khoảng 10% và giảm được haomòn hư hại đầu máy, toa xe từ 20 25%. (4) Hạn chế hiện tượng gục mối ray và hư hỏng nền đá ba lát, như tạo ra túi đá, phọtbùn … (5) Tránh được tai nạn gẫy ray trong phạm vi mối nối, giảm đáng kể kinh phí duy tubảo dưỡng đường từ 30 50% làm tăng tuổi tủa đường và đầu máy toa xe. (6) Tiết kiệm được các vật tư sắt, thép tới 5 tấn/km.2. Những nhược điểm: (1) Do phải làm các thanh ray nhịp ray dài cho nên công nghệ thi công lắp đặt và vậnchuyển ray dài gặp rất nhiều khó khăn. Chất lượng hàn ray công nghệ phức tạp, trongtrường hợp tồn tại ứng suất nhiệt lớn thì việc ray tu sửa chữa đường phải phụ thuộc vàonhiệt độ ngoài trời và yêu cầu kỹ thuật cao để giải quyết. (2) Phải tăng cường cho cấu tạo của đường như tăng cường phụ kiện chống xô, sốlượng tà vẹt, kích thước nền đá… để chống lại lực dọc nhiệt độ. (3) Thời gian thi công đặt ray dài bị giới hạn bởi điều kiện khí hậu, vì nếu đặt vào thờiđiểm nhiệt độ đặt đường không nằm trong giới hạn nhiệt độ khoá đường thiết kế (tk) thìdễ phải giải toả ứng suất nhiệt. (4) Nếu xảy ra sự cố hỏng ray, đứt ray… thì việc xử lý rất phức tạp. (5) Các thiết bị thi công đường ray, bảo dưỡng là đặc chủng. (6) Kinh phí đầu tư ban đầu lớn -33- Trên thế giới ngay từ những năm 1915 kết cấu đường sắt không khe nối đã được sửdụng rộng rãi trong giao thông vận tải đường sắt và phát triển mạnh vào giữa thập kỷ 50của thế kỷ XX đến nay (như Đường sắt TQ đã sử dụng đường sắt không khe nối với tổngchiều dài khoảng 2.7000 km/70.000km). Sử dụng đường sắt không khe nối là phươnghướng phát triển để hiện đại hoá nhằm nâng cao chất lượng chạy tàu, nâng cao khả năngchuyên chở có hiệu quả kinh tế cao.3.1.2. Chia loại đường sắt không khe nối Căn cứ vào trạng thái chịu lực và cấu tạo đường sắt hiện nay các nước sử dụng đườngsắt không khe nối chia thành hai loại:1. Đường sắt không khe nối ứng suất nhiệt: Loại đường sắt bao gồm một lượng nhịp ray hàn dài và 2 4 thanh ray tiêu chuẩn lp =25m đặt ở hai đầu. Mối nối ở hai đầu, nhịp ray dùng kết cấu khe co giãn đặc chủng, còncác mối nối khác dùng lập lách thông thường và bu lông cường độ cao. Sau khi đặt raydài thì khoá đường theo nhiệt độ thiết kế. Khi nhiệt độ biến đổi tăng hay hạ thì trong raytồn tại ứng suất nhiệt và lực nhiệt độ. Nói chung không phải giải phóng ứng suất nhiệt vàlực nhiệt độ. Loại đường sắt không khe nối này cấu tạo giản đơn, lắp đặt và sửa chữa đơn giản, phùhợp ở vùng có biên độ nhiệt độ thay đổi không lớn lắm, lực nhiệt độ trong ray không lớnthì dùng loại đường có kết cấu này phù hợp.2. Đường sắt không khe nối điều chỉnh ứng suất nhiệt: Kết cấu của loại này gần giống như loại ở trên. Để điều chỉnh ứng suất nhiệt vào mùahè và mùa đông thì hàng năm vào mùa xuân thu (nhiệt độ ổn định) đem thay những thanhray có chiều dài khác nhau ở khu vực điều chỉnh.3.1.3. Phân biệt chiều dài ray trên đường sắt1. Chiều dài ray thông thường (lp): Dưới tác dụng của đoàn tàu và nhiệt độ làm cho ray di chuyển. Khi đó lực cản mối nối(Pn) và liên kết giữa ray với tà vẹt bằng các phụ kiện dọc theo tuyến đường (Pd) ngănchặn không cho ray tự do co giãn. Nếu một thanh ray nào đó khi nhiệt độ thay đổi lớn vàchịu tác dụng của hai loại lực cản trên kìm hãm cho ray có thể tự do co giãn được thìtrong ray phát sinh nội lực dọc Pt. Nhưng sau khi đã thắng lực hướng dọc đó mới bắt đầuco giãn (  : là lượng co giãn mở rộng đầu ray). Khi nhiệt độ của ray cao nhất (cao hơnnhiệt độ không khí 200C) khe hở ray khép kín, nhưng hai đầu ray chưa húc vào nhau,hoặc khi nhiệt độ ray xuống thấp (bằng nhiệt độ không khí) khe hở ray mở rộng mà trongray chưa xuất hiện ứng suất kéo. Những ray có chiều dài phù hợp với điều kiện trên gọi là chiều dài ray tiêu chuẩn (   max ). Qua khảo sát xác định chiều dài ray tiêu chuẩn của ...