Đề tài Nghiên cứu ứng dụng phương pháp bổ sung lượng giật trong sửa chữa đường sắt Việt Nam

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP BỔ SUNG LƯỢNG GIẬT TRONG SỬA CHỮA ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM KS. NGUYỄN ANH DŨNG Trường CĐN Đường sắt I TS. LÊ HẢI HÀ Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong sửa chữa đường sắt, công tác sửa chữa nắn giật đường cong là nhiệm vụ quan trọng và phức tạp, hiện nay Đường sắt Việt Nam đang sử dụng 2 phương pháp sửa chữa nắn giật đường cong đó là phương pháp giải tích, phương pháp Phan Khôi Đạt, bài báo này giới thiệu một phương pháp nắn giật đường cong mới, đó là phương pháp bổ sung lượng giật. Summary: The curve slewing repair in repairs and maintenance of raiways is an important and difficult mission. At present, Vietnam Railway are adopting two methods for curve slewing repaira; analysis method and Phan Khoi Dat method. This paper introduces a new method, i.e. slewing supplementing method. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay đường sắt các nước sử dụng rất đa dạng các phương pháp nắn giật đường cong. Đối với Đường sắt Trung Quốc việc sửa chữa nắn giật đường cong dùng phương pháp Phan Khôi Đạt. Đường sắt Nga đang sử dụng các phương pháp: phương pháp giải tích, phương pháp bổ sung lượng giật, phương pháp giải tích kết hợp đồ giải, phương pháp thử dần khi nắn giật tại các điểm riêng biệt. Mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm khác nhau, vì thế cần nghiên cứu, đề xuất áp dụng những phương pháp phù hợp với điều kiện Đường sắt Việt Nam. Việc nghiên cứu các phương pháp nắn giật mới giúp cho công tác sửa chữa đường cong được tốt hơn, có nhiều phương án lựa chọn sửa chữa cho một đường cong, từ đó có thể lựa chọn được một phương án sửa chữa hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Bài báo này trình bày này nội dung của phương pháp nắn giật Bổ sung lượng giật. CT 1 II. NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP BỔ SUNG LƯỢNG GIẬT Thực chất việc sử dụng các phương pháp tính toán nắn giật là để đưa ra một kết quả là lượng giật cuối cùng. Từ sự sai lệch của đường tên hiện trường (FHT) ta tiến hành nắn giật để về gần với hình dáng đường tên kế hoạch (fKH), vì thế ta có thể lựa chọn luôn lượng giật tại một điểm chính là hiệu số (fKH – FHT) tại điểm đó, tuy nhiên khi ta giật tại một điểm thì các điểm lân cận lại bị ảnh hưởng một nửa lượng giật và đổi dấu. Vì thế, ta tiến hành tính toán giật thử dần đến khi nào các đường tên hiện trường lệch so với đường tên kế hoạch một giá trị không lớn nào đó là được. Đây chính là nội dung chính của phương pháp bổ sung lượng giật. 2.1. Tính đường tên kế hoạch Tính đường tên kế hoạch trong đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp (giống như phương pháp giải tích). 2.2. Tính hiệu số đường tên tại mỗi điểm Δfi Tính hiệu số đường tên kế hoạch và đường tên hiện trường tại mỗi điểm đo theo công thức: Δfi = (fKH,i - FHT,i) Sau đó, kiểm tra tổng của hiệu số các đường tên tại tất cả các điểm của đường cong phải bằng 0. 2.3. Tính tổng của hiệu các đường tên kế hoạch và đường tên hiện trường của các điểm trước và sau Tính tổng của hiệu các đường tên kế hoạch và đường tên hiện trường của các điểm trước và sau theo công thức. Τi = (fKH - FHT)i-1 + (fKH - FHT)i+1 (1) Sau đó, kiểm tra tổng của các Ti tại tất cả các điểm của đường cong phải bằng 0. 2.4. Xác định các lượng dịch bổ sung (lượng điều chỉnh) ở các bước gần đúng Việc nắn giật đường cong khi tiến hành làm từng bước gần đúng, lúc đó lượng ảnh hưởng đến kết quả đo sẽ giảm đi, vì vậy cần chia lượng giật tại các điểm đo ra để tính toán thành nhiều lần tính gần đúng, tại mỗi lần đi xác định các lượng dịch bổ sung (lượng điều chỉnh). Sau mỗi lần tính gần đúng phải kiểm tra lại sự chênh lệch của các đường tên liên tiếp, nếu hiệu số đó nhỏ hơn trị số cho phép thì dừng các bước tính gần đúng. Sau đó, tính được lượng giật của từng điểm qua các lần tính giật ở các bước gần đúng. 2.4.1. Tính lượng ảnh hưởng khi giật của các điểm lân cận trước và sau đến điểm đo Lượng ảnh hưởng = Ti /2 = [(fKH - FHT)i-1 + (fKH - FHT)i+1]/2 2.4.2. Tính các lượng dịch bổ sung (lượng điều chỉnh) ở bước gần đúng lần đầu tiên, tính bắt đầu từ điểm đầu tiên của đường cong (chiều thuận) Chiều tính toán bắt đầu từ điểm đầu tiên (lấy ΔeI của điểm trước điểm đầu tiên bằng 0): ΔeIi = [ΔeIi-1 + (fKH - FHT)i-1 + (fKH - FHT)i+1] / 2. (2) TCT1 Trong đó: ΔeIi - lượng điều chỉnh của điểm i lần thứ nhất; ΔeIi-1 - lượng điều chỉnh của điểm i-1 lần thứ nhất. 2.4.3. Tính lượng dịch bổ sung (lượng điều chỉnh) của bước gần đúng lần thứ hai theo chiều ngược lại, tính bắt đầu từ điểm cuối của đường cong (chiều nghịch) Để đảm bảo tính đối xứng ta chọn chiều tính toán bắt đầu từ điểm cuối cùng (lấy ΔeII của điểm sau điểm cuối cùng bằng 0): ΔeIIi = (ΔeIIi+1 + ΔeIi+1) / 2. (3) Trong đó: ΔeIIi - lượng điều chỉnh của điểm i lần thứ hai; ΔeII i+1 - lượng điều chỉnh của điểm i+1 lần thứ hai; ΔeI i+1 - lượng điều chỉnh của điểm i+1 lần thứ nhất. 2.4.4. Tính lượng dịch bổ sung gần đúng lần thứ (2j+1) theo chiều thuận (bước gần đúng lẻ) Δe(2j+1)i = (Δe(2j+1)i-1 + Δe2j i-1) / 2. (4) Trong đó: Δe(2j+1)i - lượng điều chỉnh của điểm i lần thứ (2j+1); Δe(2j+1)i-1 - lượng điều chỉnh của điểm i-1 lần thứ (2j+1); Δe2j i-1 - lượng điều chỉnh của điểm i-1 lần thứ (2j). Chiều tính toán bắt đầu từ điểm đầu tiên (lấy Δe(2j+1) của điểm trước điểm đầu tiên bằng 0). 2.4.5. Tính lượng dịch bổ sung gần đúng lần thứ (2j+2) theo chiều nghịch (bước gần đúng chẵn) Δe(2j+2)i = (Δe(2j+2)i+1 + Δe(2j+1)i+1)/2 (5) Trong đó: Δe(2j+2)i - lượng điều chỉnh của điểm i lần thứ (2j+2); Δe(2j+2)i+1 - lượng điều chỉnh của điểm i+1 lần thứ (2j+2); Δe(2j+1)i+1 - lượng điều chỉnh của điểm i+1 lần thứ (2j+1). Chiều tính toán bắt đầu từ điểm cuối cùng (lấy Δe(2j+2)của điểm sau điểm cuối cùng bằng 0). Chú ý: - Các bước gần đúng lẻ tính theo chiều thuận, các bước gần đúng chẵn tính theo chiều ngược. Việc sử dụng chiều ngược đảm bảo tính đối xứng của phép tính. - Để kiểm tra tính chính xác khi tính toán lượng giật bổ sung cần xem tổng lượng điều chỉnh dương và âm tại các lần tính gần đúng có trị số gần như nhau. Nếu có sự khác biệt lớn chứng tỏ có tính sai số. - Nếu hiệu lớn nhất các đường tên giữa các điểm gần nhau thoả mãn sai số cho phép thì việc tính thử dần có thể kết thúc. Trường hợp ngược lại ta tính tiếp. - Việc đánh giá độ êm thuận trong đường cong phụ thuộc vào hiệu lớn nhất các đường tên giữa các điểm gần nhau (xem mục 2.4.6). 2.4.6. Đánh giá độ êm thuận của các đường tên Để đánh giá được độ êm thuận của các đường tên ta căn cứ vào hiệu số đường tên giữa các điểm cạnh nhau. CT 1 Ta thấy rằng tại bất cứ điểm nào đường tên nhận được ở bước thứ nhất bằng đường tên kế hoạch ở điểm đó trừ đi nửa lượng giật bổ sung ở điểm sau theo chiều tính toán. Nếu theo chiều thuận từ điểm đầu tiên của đường cong ở bước tính gần đúng lẻ: fIKH,i = fKH,i - ΔeIi+1/2 (6) Nếu theo chiều nghịch từ điểm cuối của đường cong ở bước tính gần đúng chẵn: fIIKH,i = fKH,i - ΔeIIi-1/2 (7) Từ đó hiệu đường tên ở các điểm gần nhau trong bước tính gần đúng lẻ: ΔfIi,i-1 = (fKH,i - fKH,i-1) - (ΔeIi+1 - ΔeIi)/2 (8) Ở bước tính gần đúng chẵn: ΔfIIi,i+1 = (fKH,i+1 - fKH,i) - (ΔeIIi - ΔeIIi-1)/2 (9) Trong đường cong chuyển tiếp khi fKH,i - fKH,i-1 = z thì hiệu đường tên ở các điểm gần nhau: ΔfIi,i+1 = z - 2 ee IIi I 1i Δ−Δ + (10a) trong đó: z – số gia (lượng gia tăng đường tên trong chuyển tiếp). Trong đường cong tròn khi fKH,i = fKH,i-1 = fKH,1+1 thì hiệu đường tên ở các điểm gần nhau: ΔfIi,i+1 = 2 ee IIi I 1i Δ−Δ + (10b) ΔfIIi,i-1 = 2 ee II 1i II i −Δ−Δ (11) Như vậy, để đánh giá độ êm thuận của các đường tên kế hoạch nhận được của đường cong tròn ở bước tính gần đúng thứ m nào đó ta dùng công thức: Δf(m) = 2 ee )m( 1i )m( i −Δ−Δ (12a) Đối với đoạn đường cong chuyển tiếp: Δf(m) = 2 ee )m(i )m( 1i Δ−Δ + (12b) Thông thường sau bước tính đầu tiên việc đánh giá độ êm thuận của các đường tên nhận được không có ý nghĩa, bởi vì ở giai đoạn tính toán này phần lớn độ êm thuận không thoả mãn, thường chỉ đánh giá từ sau bước thứ hai trở đi. 2.5. Tính lượng giật en Lượng giật tại mỗi điểm đo được tính theo công thức. ei = (fKH,i - FHT,i) + ΔeI + ΔeII + ΔeIII (mm) (13) TCT1 Kiểm tra tổng đại số các lượng giật en phải bằng tổng đại số các lượng dịch (giật) bổ sung: Σe = ΣΔeI + ΣΔeII + ΣΔeIII (mm) (14) Kiểm tra kết quả bằng việc tính các đường tên kiểm tra tại mỗi điểm của đường cong theo công thức: fKT,i = FHT,i + ei - (ei-1+ ei+1)/2 (15) Chú ý: Tổng các đường tên kiểm tra có thể khác tổng các đường tên hiện trường từ 1÷2 mm do làm tròn trong quá trình tính toán. Nội dung của phương pháp bổ sung lượng giật đã được tin học hóa thành chương trình tính toán, giúp cho việc tính toán có kết quả nhanh chóng và chính xác hơn. III. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN NẮN GIẬT Bảng 1 trình bày một ví dụ ứng dụng tính toán nắn giật. IV. ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN Qua một số kết quả tính toán sửa chữa nắn giật đường cong của phương pháp bổ sung lượng giật ta thấy rằng: - Lượng giật tại các điểm đo thường nhỏ hơn so với phương pháp giải tích. - Đường cong tương đối tròn đều sau giật - Lượng thay đổi chiều dài đường cong sau giật là rất nhỏ (vì tổng đại số lượng giật thường ≈ 0). - Có thể sử dụng phương pháp này nắn giật đường cong kép (đường cong có hai bán kính) Vì vậy cần nghiên cứu ứng dụng phương pháp bổ sung lượng giật vào công tác tính toán nắn giật đường cong tại các công ty Quản lý đường sắt, từ đó tổng hợp và kiến nghị miền áp dụng cho phương pháp mới này. Bảng 1. Tính toán nắn giật đường cong theo PP bổ sung lượng giật Lượng dịch bổ sung (mm) Đường tên (mm) Điểm đo F HT f KH Hiệu số (f-F) (f-F)i-1+ (f-F)i+1 ΔeI ΔeII Lượng giật e (mm) Fktra (mm) -1 0 1 0 0 1 4 3 -1 -1 -1 2 0 2 2 13 12 -1 4 2 2 3 11 3 20 25 5 2 2 2 9 24 4 34 37 3 1 2 1 6 37 5 52 48 -4 7 5 -4 -3 47 6 46 50 4 -8 -2 -5 -3 51 7 54 50 -4 -5 -4 -5 -13 52 8 59 50 -9 -11 -8 -2 -19 52 9 57 50 -7 -2 -5 1 -11 51 10 43 50 7 1 -2 4 9 50 11 42 50 8 8 3 4 15 48 12 49 50 1 8 6 1 8 48 13 50 50 0 0 3 -1 2 49 14 45 44 -1 -3 0 -1 -2 44 15 35 32 -3 -1 -1 0 -4 32 16 20 20 0 1 0 0 0 20 17 4 8 4 -2 -1 1 4 8 18 3 1 -2 4 2 0 0 1 -2 0 0 0 0 Tổng 630 630 0 0 1 0 1=1+0 627 CT 1 Tài liệu tham khảo [1]. PGS.TS Trần Thanh Tùng, TS Lê Hải Hà. “Kỹ thuật sửa chữa đường sắt”. NXB Giao thông vận tải - Hà Nội 2006 [2]. Lê Văn Cử – Bùi Thị Trí – Nguyễn Thanh Tùng (chủ biên). Giáo trình “Kết cấu tầng trên đường sắt”. Trường Đại học Giao thông vận tải – Hà Nội 1996. [3]. “Quy trình bảo dưỡng đường sắt” ban hành theo quyết định số 396/ĐS/PC ngày 12/3/1981 của Tổng cục đường sắt). [4]. Quy tắc và tiêu chuẩn nghiệm thu kiểm tra chất lượng bảo dưỡng đường sắt (Ban hành theo quyết định số 1153/ĐS – CĐKT ngày 19/12/1988 của Tổng cục đường sắt). [5]. Kamenxki, Sax. “Sửa chữa đường sắt trong đường cong” năm 1987 – Bản tiếng Nga. [6] Tikhuonrop. “Bảo dưỡng và sửa chữa đường sắt” năm 1987 – Bản tiếng Nga. [7]. Lekhino. “Đường và bảo dưỡng đường” năm 1986 – Bản tiếng Nga. [8]. Nguyễn Anh Dũng. Đề tài Luận văn Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu một số phương pháp nắn giật đường cong trong sửa chữa đường sắt” - Hà Nội 2008♦ TCT1