Tóm tắt Luận án Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam

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 
TÓM TẮT 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Hà Nội - 2017 
Luận án hoàn thành tại: 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 
Người hướng dẫn khoa học: 
1.PGS.TS. Nguyễn Bính 
2. PGS.TS. Nguyễn Văn Vịnh 
Phản biện 1: ....................................................................... 
Phản biện 2: ....................................................................... 
Phản biện 3: ...................................................................... 
Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại 
Trường Đại học Giao thông Vận tải (Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội) vào hồi 
.... giờ ngày ..... tháng ...... năm ........ 
 Có thể tìm hiểu luận án tại: 
 - Thư viện Quốc Gia Việt Nam 
 - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Đường sắt là hệ thống hạ tầng giao thông quan trọng của mỗi Quốc gia. Từ 
năm 2009, Thủ tướng Chính phủ đã triển khai kế hoạch phát triển mạng lưới đường sắt 
đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 [46]. Theo đó, khối lượng lắp đặt đường sắt 
sẽ rất lớn, cần có công nghệ thi công và các máy phù hợp với đường sắt Việt Nam. 
Bộ Giao thông Vận tải thống nhất quan điểm cho rằng, cần phải lựa chọn được 
công nghệ thi công và chủng loại máy phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam. 
Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho 
máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam” là cần thiết và có tính thực tiễn cao. 
2. Mục đích của đề tài 
Nghiên cứu xây dựng được cơ sở khoa học cho việc xác định các thông số hợp 
lý của máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (là thiết bị do Việt Nam chế tạo). 
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 
3.1 Đối tượng nghiên cứu: 
Máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam có mã hiệu MĐR do Việt Nam chế tạo. 
3.2 Phạm vi nghiên cứu: 
- Máy MĐR đặt cụm tà vẹt khổ đường 1435mm cho đường sắt Việt Nam; 
- Nền đặt ray di chuyển của máy MĐR là nền đất đã đầm chặt hoặc nền đá ballast. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
- Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích; 
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. 
5. Mục tiêu nghiên cứu 
- Chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với điều kiện đường sắt Việt Nam; 
- Xác định được các thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) cho 
máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam theo quan điểm động lực học (ĐLH). 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
Xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với đường sắt 
Việt Nam; giải quyết các yêu cầu về tính hợp lý khi thiết kế chế tạo và khai thác có 
hiệu quả máy MĐR trong điều kiện Việt Nam. Từ đó có thể tiếp tục phát triển kết quả 
nghiên cứu cho các loại máy, thiết bị đặt ray và cụm tà vẹt theo công nghệ tương tự. 
7. Điểm mới của luận án 
- Áp dụng phương pháp AHP để đánh giá lựa chọn dạng máy đặt tà vẹt, khẳng định 
máy MĐR do Việt Nam chế tạo là phù hợp với đường sắt Việt Nam; 
- Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực và động lực học máy MĐR khi đặt 
cụm tà vẹt, xây dựng được mô hình động lực học hệ thống thủy lực cơ cấu nâng hạ và 
2 
cơ cấu di chuyển của máy, xây dựng mô hình động lực học máy MĐR trong các trường 
hợp làm việc điển hình, xác định được các đặc trưng động lực học của hệ; 
- Thực nghiệm máy MĐR làm việc theo các điều kiện thực tế thi công gồm có thay 
đổi nền, số lượng tà vẹt trong cụm, chế độ dừng hãm khi làm việc; 
- Xây dựng qui trình xác định thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm 
ĐLHvà xác định được bộ thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của máy. 
CHƯƠNG 1 
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT 
1.1. Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam và các yếu 
tố ảnh hưởng. 
1.1.1. Phương hướng phát triển mạng lưới ĐSVN 
Mạng lưới đường sắt Việt Nam có tổng chiều dài 3.146,6 km, tổng chiều dài 
đường sắt sẽ được xây mới theo kế hoạch là 1091 km, với nhu cầu vốn đầu tư khoảng: 
178.020 tỷ VND. Việc xây dựng mới, nâng cấp, cải tạo đường sắt là công việc cấp thiết 
để đáp ứng nhu cầu phát triển hệ thống giao thông vận tải đồng bộ của đất nước. 
1.1.2. Nhu cầu cấp thiết công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam. 
Ngành đường sắt ưu tiên sử dụng tà vẹt BTCT DƯL đặt trên lớp đá ballast, trên 
tuyến lắp 1600 thanh/km, việc đặt tà vẹt rất nặng nhọc, cần thiết phải có các máy 
chuyên dùng. Khi áp dụng cơ giới hoá xây dựng đường sắt ở mức độ khác nhau sẽ 
mang lại những lợi ích khác nhau [2]. 
1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc áp dụng công nghệ thi công cơ giới xây 
dựng đường sắt Việt Nam 
Công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam có nhiều yếu tố ảnh 
hưởng theo hướng bất lợi [2]. Nghiên cứu mối quan hệ giữa công nghệ-máy thi công, 
các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn máy xây dựng ĐSVN cho thấy không thể nhập khẩu 
máy và công nghệ của nước ngoài vì kinh phí quá lớn, năng suất quá dư so với khối 
lượng thi công và không phù hợp với địa hình Việt Nam. 
1.2. Tổng quan về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt. 
1.2.1. Tổng quan về máy và công nghệ đặt tà vẹt trên thế giới: 
Trên thế giới có nhiều máy và công nghệ thi công đường sắt, như: 
- Tổ hợp cần trục đường sắt có tải trọng nâng 1018 tấn và đoàn toa xe. 
- Cần trục chuyên dùng dạng Pooctic, đó là các máy YK12.5 và YK25 đặt các 
cầu ray dài 12,5m và 25m. 
- Máy xúc có bộ di chuyển đa năng lắp đặt cụm tà vẹt, ví dụ máy KGT/V. 
- Máy dạng cổng trục đặt cụm tà vẹt và ray: máy DESEC TL50, PTH. 
3 
- Đoàn tàu liên hợp đặt tà vẹt, đặt ray. Ví dụ máy SVM1000S của Cộng hòa Áo,. 
máy DPG500 của Trung Quốc. Các máy này chỉ phù hợp khi xây dựng mới đường sắt 
có chiều dài rất lớn và bán kính cong của đường trên 400m. 
1.2.2. Tổng quan về máy và công nghệ thi công đường sắt ở Việt Nam. 
- Năm 1971-1972, Việt Nam áp dụng không thành công máy kiểu Pooctic 
YK25 là do địa hình không cho phép và khối lượng thi công quá ít. Những năm 80, khi 
thi công tuyến Kép-Bãi Cháy, sử dụng khung nâng đơn giản để đặt tà vẹt và ray. 
- Năm 2011 sử dụng máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt với công nghệ hai bước kết 
hợp để thi công đường sắt có khe nối do Việt Nam chế tạo được mô tả theo Hình 1-11: 
Hình 1-11. Sơ đồ dây chuyền lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR 
Máy đặt ray MĐR có kết cấu nhỏ gọn, dễ sử dụng, chi phí đầu tư thấp, phù hợp 
thi công các đoạn tuyến ngắn. Luận án quan tâm đến một số loại máy sau: 
Bảng 1-12. Đặc tính kỹ thuật của các loại máy lắp đặt tà vẹt đường sắt 
TT 
Đặc tính kỹ 
thuật 
Mã hiệu, chủng loại máy 
KGT/V YK25 MĐR DPG25A PTH350 
1 Kích thước máy 
LxWxH 
7,3x2,5x3,2 43x3,2x5,2 2,8x3,9x4,0 29x3,4x4 3,6x3,8x3,3 
2 Trọng lượng máy 16 t 102 t 1.4 t 75 t 6,5 t 
3 Công suất động cơ 87 kW 120 kW 11 kW 120 kW 54,5 kW 
4 Năng suất đặt đường 180 m/ca 600 m/ca 250 m/ca 600 m/ca 800 m/ca 
5 Hệ thống truyền 
động 
Thủy lực Tời cáp 
điện 
Thủy lực-
Puly cáp 
Thủy lực-
Tời cáp 
Thủy lực 
6 Tốc độ di chuyển 183 
m/phút 
333 
m/phút 
32 
 m/phút 
250 
m/phút 
183 
m/phút 
1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án 
1.3.1 Các công trình nghiên cứu về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt ít được công 
bố chi tiết trên các tạp chí khoa học chuyên ngành, chỉ có một số công trình của các tác 
giả liên quan đến đề tài của luận án như: 
- N.Shadrin và các đồng sự [72] đã mô tả các công nghệ thi công của ngành 
đường sắt ở Liên Xô (cũ) khi lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt bằng việc sử dụng cẩu 
Platov, YK-12, YK-25 hoặc cổng trục chuyên dùng. 
4 
- Thomas Siefer [63] đã nghiên cứu lựa chọn máy cẩu trục MW500-U và máy 
dạng cổng trục PK1 đặt cầu ray theo chỉ tiêu chi phí thi công. 
- Nguyễn Bính và các cộng sự [2],[3],[4] nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết 
kế chế tạo và thử nghiệm thành công máy MĐR lắp đặt tà vẹt ĐSVN, nhưng chưa 
nghiên cứu về động lực học làm cơ sở khoa học xác định các thông số hợp lý cho máy. 
1.3.2. Các nghiên cứu về mô hình động lực học kết cấu khung máy dạng cổng trục: 
- Nghiên cứu mô hình dao động của dầm chính cổng trục dưới tác dụng của 
tải trọng tập trung và tải trọng phân bố khi xe con mang hàng di chuyển, có các tác giả 
Đào Trọng Thường [34], Trần Văn Chiến [10], [11] nghiên cứu ĐLH của cổng trục khi 
nâng hạ hàng, di chuyển cùng với hàng, khảo sát ảnh hưởng của tải trọng động. 
- Nghiên cứu động lực học cơ cấu nâng của máy dạng cổng trục: các tác giả Vũ Liêm 
Chính, Phạm Quang Dũng, Trương Quốc Thành [12] đã đề cập đến mô hình tính toán 
của cơ cấu nâng có kể đến đàn hồi của kết cấu thép để tính hệ số động lực. 
- Nghiên cứu động lực học cơ cấu di chuyển của máy dạng cổng trục, có các tác giả 
E.Yazid, S.Parman and K.Fuad [64]: xây dựng mô hình động lực học khung cổng trục 
bằng phương pháp phần tử hữu hạn, khối lượng các phần tử kết cấu. Các tác giả Vi Thụ 
Bảo [78], Tôn Kiến Duệ [79], Lưu Tập Xuyên [80]: nghiên cứu về ĐLH cơ cấu nâng 
và cơ cấu di chuyển cổng trục tại cảng, sử dụng ngôn ngữ lập trình để tính toán ứng 
suất trong kết cấu thép. Tác giả Nguyễn Văn Vịnh và các công sự [40], [43] xây dựng 
các mô hình động lực học và phương trình chuyển động cho quá trình nâng, hạ hàng 
của cổng trục, xác định các thông số động lực học. 
1.3.3. Các nghiên cứu xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng 
Các tác giả khi xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng thường dẫn đến bài 
toán tối ưu hóa kết cấu. Tác giả Lê Xuân Huỳnh [20], Võ Như Cầu [8] đưa ra các hàm 
mục tiêu là tối thiểu khối lượng của kết cấu. Phương pháp này chỉ có ưu điểm đối với 
những kết cấu có khối lượng lớn, còn đối với máy MĐR có khối lượng không lớn nên 
áp dụng bài toán tối ưu kết cấu theo khối lượng là không phù hợp. 
1.3.4. Một số công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên 
các máy nâng. 
- Với các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động cơ cấu nâng bằng 
xi lanh, tác giả Trần Xuân Tùy [17] nêu phương pháp xác định hệ phương trình cân 
bằng lưu lượng, cân bằng lực. 
- Các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động mô tơ quay để di 
chuyển máy, tác giả Nguyễn Đình Tứ [39] nghiên cứu ĐLH hệ truyền động thủy lực 
quay dựa trên cân bằng lưu lượng và mô men lực cản của cơ cấu công tác. 
- Tác giả Yury Berengard [59]: nghiên cứu động lực học truyền động thủy lực cơ cấu 
nâng tải trọng 25-100T có xét đến ảnh hưởng tổn hao áp suất và lưu lượng của các van 
phân phối, van an toàn, lập hệ phương trình cân bằng lưu lượng và cân bằng lực. 
5 
- Các tác giả Tatiana A. Minav, Denis Filatov, Juha Pyrhönen, Matti Pietola [68] đã 
nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực cơ cấu nâng của xe nâng hàng. 
1.3.6. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy nâng: 
Có thể kể đến các tác giả công trình [13], [15], [34], tác giả Nguyễn Văn Vịnh, 
Bùi Thanh Danh [43] đã tiến hành thực nghiệm trên hệ cổng trục để xác định lực căng 
cáp tác dụng lên kết cấu. Luận án quan tâm tới phương pháp của công trình [43]. 
Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu. 
Công tác cơ giới hóa đặt tà vẹt là rất cần thiết vì đây là công đoạn thi công nặng 
nhọc nhất, cần xác định nên dùng loại máy nào cho phù hợp và đạt hiệu quả kinh tế. 
Đến nay chưa có công trình khoa học nào công bố về nghiên cứu ĐLH máy 
đặt cụm tà vẹt. Do vậy việc nghiên cứu xác định dạng máy và các thông số hợp lý của 
máy đặt tà vẹt theo quan điểm ĐLH để phù hợp với Việt nam là một yêu cầu cần thiết. 
CHƯƠNG 2 
NGHIÊN CỨU CHỌN DẠNG MÁY VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 
MĐR LẮP ĐẶT CỤM TÀ VẸT. 
2.1. Nghiên cứu chọn dạng máy lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam 
2.1.1. Xây dựng hệ tiêu chí chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt 
Máy được chọn cần thỏa mãn: Tính hợp lý về công năng, tính hiệu quả kinh tế 
và tính khả thi. Luận án chọn phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để chọn máy đặt 
cụm tà vẹt trên cơ sở đánh giá các tiêu chí của năm loại máy đã nêu ở Bảng 1-12. 
2.1.2. Áp dụng phương pháp AHP chọn dạng máy đặt tà vẹt đường sắt Việt Nam. 
2.1.2.1. Xây dựng cấu trúc chỉ tiêu đánh giá 
Hình 2-2. Sơ đồ cấu trúc tiêu chí chọn dạng máy lắp đặt tà vẹt theo AHP 
6 
2.1.2.2 Xác định giá trị ưu tiên của các chỉ tiêu: 
Mức độ quan trọng của các chỉ tiêu ở mức (1) được xác định bằng cách tổng 
hợp mức độ tương đối của các chỉ tiêu tham chiếu của nó ở mức (2). Kết quả nghiên 
cứu và khảo sát [3], xác định được mức độ theo 9 chỉ tiêu của 05 loại máy (Bảng 2-1). 
2.1.2.3. Xác định các chỉ tiêu định lượng 
- Chỉ tiêu kỹ thuật, gồm: mức độ cơ giới hóa (KCGH): CM
CGH
TC
C
K 100% ;
C
năng suất thi công N(m); công suất động cơ P(kW); 
- Chỉ tiêu kinh tế: vốn đầu tư máy (Io); chi phí ca máy (CCM); 
2.1.2.4.Các chỉ tiêu định tính khi đánh giá phương án máy 
Khả năng thông qua của máy trên tuyến; Thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt tà vẹt. 
Hiệu quả xã hội; Tính dễ sửa chữa; Mức độ hiện đại của hệ điều khiển trên máy. 
2.1.2.5. Xác định dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp đường sắt Việt Nam. 
Áp dụng phần mềm Expert-Choice để đánh giá các chỉ tiêu của các phương án 
máy, kết quả được biểu diễn trên đồ thị trên Hình 2-5. 
Hình 2-5. Đồ thị kết quả đánh giá chọn dạng máy 
Kết quả đã chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt phù hợp với thi công 
đường sắt Việt Nam là máy MĐR do Việt Nam thiết kế và chế tạo. 
2.2. Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt 
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy MĐR. 
2.2.1.1.Cấu tạo chung của máy đặt cụm tà vẹt MĐR 
Máy MĐR đặt cụm tà vẹt có khung máy (2, 4) dạng cổng trục, cơ cấu nâng 
hạ bằng xi lanh thuỷ lực có các puly (1), cáp và móc câu nâng hàng (22), cơ cấu di 
chuyển dùng mô tơ thuỷ lực dẫn động cụm bánh xe di chuyển trên ray (Hình 2-6): 
7 
Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy MĐR. 
2.2.1.2. Cơ cấu nâng hàng của máy MĐR: 
Hình 2-7. Sơ đồ cơ cấu nâng 
1- Puly cố định; 
2 - Cáp; 
3 -Xy lanh thủy lực; 
4-Puly dẫn hướng; 
5-Puly di động; 
6-Cụm puly móc câu 
2.2.1.3. Cơ cấu di chuyển máy MĐR: 
Cơ cấu di chuyển gồm 2 động cơ thủy lực đặt đối diện với nhau ở hai bên 
khung máy để dẫn động hệ bánh xe di chuyển thông qua bộ truyền xích. 
2.2.1.4. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy MĐR: 
 Hình 2-9. Sơ đồ hệ thống thủy lực 
(1)-Động cơ diesel dẫn động bơm; 
(2)-Truyền động đai từ bánh đà tới trục bơm; 
(3)-Bơm thủy lực; 
(4)-Lọc dầu thủy lực; 
(5)-Van an toàn áp lực dầu công tác; 
(6)-Bộ lọc dầu thủy lực đường dầu hồi; 
(7)-Thùng dầu thủy lực; 
(8)-Van điều khiển xy lanh nâng hạ hàng; 
(9)-Van chống tụt xy lanh; 
(10)-Động cơ thủy lực di chuyển; 
(11)-Xy lanh thủy lực nâng hạ hàng; 
(12)-Van tiết lưu cho động cơ thủy lực; 
(13)-Van điều khiển động cơ di chuyển; 
(14)-Đồng hồ áp lực dầu công tác; 
8 
Bảng 2-5. Thông số kỹ thuật của máy MĐR lắp đặt tà vẹt đường sắt 
TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
1 - Chiều dài máy L m ... thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng hàng (m2): 
Hình 4-2. Lực căng cáp 
Fcap(N) 
Hình 4-4. Vận tốc nâng 
hàng Vh (m/s) 
Hình 4-5. Dao động q3 
của khối lượng m3 
Khi tăng m2 lên 2370 kg và 2990 kg tương ứng cụm 7 và 9 tà vẹt thì biên độ dao 
động q3 cũng tăng. Với m2 = 2370 kg thì dao động q3 có tăng nhưng giảm hệ số động 
Kđ từ 1,36 xuống 1,25, vận tốc Vh giảm 8,2% so với khi m2 = 1750kg, vậy có thể chọn 
m2 = 2370 kg, tăng 35%, ứng với cụm 7 tà vẹt là hợp lý. 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi khối lượng kết cấu khung (m3): 
18 
Hình 4-7. Lực căng cáp 
Fcap(N) 
Hình 4-9. Vận tốc nâng 
hàng Vh (m/s) 
Hình 4-10. Dao động q3 
(m) 
Khi tăng m3 của khung máy, biên độ dao động q3 giảm, Nhưng khi tăng giá trị m3 sẽ 
tăng chi phí chế tạo máy, vậy nên chọn m3 = 1480 kg tương ứng với m2 tăng 35%. 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi độ cứng nền đường (S2): 
Hình 4-12. Lực căng cáp 
Fcap(N) 
Hình 4-14. Vận tốc nâng 
hàng Vh (m/s) 
Hình 4-15. Dao động q3 (m) 
Với nền ballast có độ cứng cao hơn nền đất đã đầm lèn, biên độ dao động q3 giảm 
nhưng tần số dao động tăng lên, trong khi biên độ của lực căng cáp và áp suất chỉ cao 
hơn 1,8%. Để thuận tiện cho thi công nên chọn nền ballast. 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi đường kính cáp nâng hàng (dcap): 
Hình 4-17. Lực căng cáp 
Fcap(N) 
Hình 4-18. Áp suất dầu 
thủy lực P1(Pa) 
Hình 4-20. Dao động q3 
(m) 
Việc thay đổi đường kính cáp nâng hàng ảnh hưởng không nhiều tới các thông số 
động lực học của máy, đường kính cáp nâng hàng nên dùng là dcap=15 mm. 
19 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi bơm thủy lực và xi lanh 
nâng hàng (Vb, A1, A2): 
Hình 4-22. Lực căng cáp 
Fcap(N) 
Hình 4-23. Áp suất dầu 
thủy lực P1(Pa) 
Hình 4-25. Dao động q3 (m) 
Khi tăng Vb và Dxl thì lực căng cáp ít thay đổi, áp suất dầu giảm, dao động q3 ít 
thay đổi dẫn đến hệ số động Kđ cũng giảm. Với Vb=2,2.10-5m3/vòng và Dxl = 90mm có 
Kđ=1,36 thì máy làm việc êm dịu và ổn định hơn, vì vậy chọn Vb= 2,2.10-5m3/vòng. 
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 
Thay đổi khối lượng hàng và khung nâng m2 từ 1450 ÷ 2990 kg, khối lượng máy 
m3 = 800÷4000 kg, thể tích riêng của bơm thủy lực Vb = 1,8.10-5 ÷ 2,6.10-5 m3/vg. 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng hàng nâng (m2): 
Hình 4-29. Áp suất dầu P1 
Hình 4-30. Lực căng cáp Fcap 
Hình 4-31. Góc lắc q8(rad) 
Khi tăng khối lượng hàng nâng m2 thì máy ổn định hơn, cụ thể là góc lắc q8 có 
biên độ giảm dần. So sánh các đồ thị nhận thấy, với khối lượng m2=2370 kg nhận được 
các giá trị thông số động lực học hợp lý. 
- Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng kết cấu khung (m3): 
Hình 4-34. Vận tốc Vdc 
(m/s) 
Hình 4-36. Áp suất dầu P1 
Hình 4-37. Góc lắc 
q8(rad) 
20 
Khi thay đổi m1 từ 800 kg đến 4000 kg thì các thông số ĐLH khi máy di chuyển 
thay đổi rất ít, vì vậy trong trường hợp này không cần xét đến sự ảnh hưởng của m1. 
- Kết quả khảo sát khi thay đổi lưu lượng riêng của bơm thủy lực (Vb): 
Hình 4-39. Vận tốc Vdc 
(m/s) 
Hình 4-42. Góc lắc 
q8(rad) 
Hình 4-44. Lực căng cáp 
Fcap 
Khi tăng Vb từ 1,8.10-5 ÷ 2,6.10-5 m3/vg thì Vdc của máy tăng lên từ 28÷41,7 
m/phút, góc lắc q8 thay đổi không nhiều, giá trị Fcap có tăng khi khởi động dẫn đến Kđ 
thay đổi: Kđ = 1,5 ÷1,95. Phân tích thấy rằng, với Vb = 2,2.10-5m3/vòng thì Kđ = 1,59 và 
Vdc = 35 m/phút. Vì vậy nên chọn Vb = 2,2.10-5m3/vòng là phù hợp. 
 4.3 Xác định các thông số hợp lý của máy MĐR: 
4.3.1. Qui trình các bước xác định các thông số hợp lý của máy MĐR 
Quy trình xác định các thông số hợp lý của máy đặt cụm tà vẹt đường sắt 
MĐR được thực hiện theo sơ đồ Hình 4-45 trong luận án. Trong đó cần xác định kích 
thước hợp lý của máy trên cơ sở thỏa mãn việc đánh giá các nhóm thông số sau: 
-Thông số kết cấu máy MĐR: Dài (L), Rộng (B), Cao (H); m3 (kg); 
-Thông số làm việc của máy MĐR: m2 (kg); Vh (m/s); Vdc (m/s); 
- Khảo sát ảnh hưởng của các tham số: Vb (m3/vòng); m1 (kg); m2 (kg); m3 (kg); 
nền đường đặt ray di chuyển máy. 
Đồng thời giá trị các thông số hợp lý của máy MĐR cần được lựa chọn trên 
cơ sở hệ số động Kđ ≤ 1,6 theo tiêu chuẩn TCVN 4244-2005 về thiết bị nâng. 
4.3.2. Kích thước hình học của máy MĐR phải phù hợp với ĐSVN về: 
- Đặc điểm kết cấu tầng trên ĐSVN: theo thiết kế đường sắt [45] và các tài liệu [53]. 
- Máy thông qua được hầm đường sắt: B= 3,5 đến 4,5m, H=5 đến 6m. 
- Máy thông qua được cầu đường sắt: B=4-6m, H=5-8m. 
- Máy phải phù hợp với kích thước và khả năng chuyên chở của phương tiện vận 
chuyển: xác định được chiều cao lấy tà vẹt của máy MĐR là 2,5m. 
Xác định được kích thước hợp lý của máy MĐR là: B = 3760 mm; H = 4560 mm. 
4.3.3. Xác định công suất động cơ dẫn động máy MĐR khi tăng thông số làm 
việc của máy ứng với việc nâng cụm 7 tà vẹt 
4.3.3.1. Công suất cần thiết khi nâng cụm 7 tà vẹt: 
5 5
d b 1
ng.h
c tl m
K .(Q .P ) (1,5x 70,4.10 x82.10 )
N 12,66, kW;
. . .1000 (0,95x 0,9x 0,8x1000)
  
 (4-1) 
21 
4.3.3.2.Công suất cần thiết khi di chuyển máy có hàng: 
5 5
d b 1 dc
dc
d tl m
K .(Q .P ) (1,8x 70,4.10 x56.10 )
N 10,37, kW;
. . .1000 (0,9x 0,9x 0,8x1000)
  
 (4-2) 
Vậy cần chọn động cơ diesel dẫn động có công suất 13,2 kW (18 HP). 
4.4 Kiểm tra sự biến dạng của ray di chuyển máy MĐR khi tăng khối lượng cụm tà vẹt: 
Luận án xây dựng được đồ thị mô phỏng độ lún của ray ứng với các trường hợp 
làm việc trên nền đất và nền ballast khi nâng số tà vẹt khác nhau (Hình 4-54): 
Ghi chú: 
------ Đường cong lún của ray trên nền đất; n=5. 
------ Đường cong lún của ray trên nền đất; n=7. 
------ Đường cong lún của ray trên nền đá balast; n=5. 
------ Đường cong lún của ray trên nền đá balast; n=7. 
Hình 4-54. Đồ thị quan hệ độ lún của ray 
với trọng lượng nâng 
Kết quả cho thấy máy MĐR nâng 7 tà vẹt thì vẫn dùng được loại ray hiện có. 
4.5 Xác định khả năng di chuyển của máy MĐR trên đường cong: 
Tính bán kính cong nhỏ nhất của đường ray (Rmin): khi máy đi vào đường 
cong để không xảy ra kẹt lợi bánh xe với đường ray thì Rmin=Rmin1+B/2. 
-Δe độ hở an toàn giữa gờ bánh xe 
và cạnh ray. Chọn Δe= 3mm; 
Hình 4-55. Xác định bán kính cong của đường ray cho máy di chuyển 
Trường hợp bị kẹt khi xe di chuyển vào đường cong xuất hiện tại vị trí (a), 
(b),(c) và (d), bằng phương pháp hình học, xác định được giá trị của Rmin và Rmin1: 
Rmin1= 42,5 m , khi đó Rmin có giá trị: Rmin= 42,5 + 3,76/2 = 44,38 m; 
Mối quan hệ giữa R, Q và Vdc(m/ph) khi máy di chuyển vào đường cong được 
biểu thị trên Hình 4-58. 
Rmin a
b c d
Rmin1
A B
C D
22 
Hình 4-58. Đồ thị quan hệ R,Q và 
Vdc(m/ph) 
- Đường (1) ứng với Q1 nâng 5 tà vẹt. 
- Đường (2) ứng với Q2 nâng 9 tà vẹt. 
Xác định được vận tốc di chuyển lớn nhất của máy là Vdc(max) < 141 m/ph. 
Để đảm bảo an toàn, chỉ nên sử dụng máy MĐR di chuyển với cụm 07 tà vẹt. 
4.6. Đề xuất các thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm động lực học. 
Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học của máy 
MĐR, luận án đề xuất giá trị các thông số hợp lý của máy MĐR theo Bảng 4-4: 
Bảng 4-4. Giá trị các thông số hợp lý của máy lắp đặt đường sắt Việt Nam 
TT Tên thông số Ký 
hiệu 
Đơn 
vị 
Miền giá trị 
thông số 
khảo sát 
Giá trị 
thông số 
hợp lý 
Thông 
số máy 
hiện có 
1 Chiều dài máy L m 3,6÷5,6 4,5 3,6 
2 Chiều rộng thông qua W m 4,2÷4,7 4,2 4,7 
3 Chiều cao H m 3,2÷5 4,5 4,2 
4 Chiều cao nâng hàng Hh m 2,1÷2,5 2,5 2,1 
5 Khối lượng máy m3 kg (0,8÷4)103 1,48.103 1,1.103 
6 Khối lượng hàng nâng m2 kg (1,5÷3)103 2,37.103 1,75.103 
7 Vận tốc nâng hạ hàng Vh m/s 0,1÷0,15 0,1 0,1 
8 Vận tốc di chuyển 
khi có hàng 
Vdc m/s 0,4÷0,6 0,58 0,53 
9 Công suất nguồn dẫn 
động 
P kW 10÷14,7 13,2 11 
10 Lưu lượng riêng bơm 
thủy lực 
Vb m3/vg (1,6÷2,6)10-5 2,2.10-5 1,8.10-5 
11 Đường kính xi lanh 
nâng hàng 
Dxl m 0,08÷0,2 0,09 0,09 
12 Đường kính của cáp 
nâng 
dcap mm 10÷18 15 15 
13 Lưu lượng riêng mô tơ 
thủy lực 
Vd m3/vg (6,7÷19,5)10-5 19,5.10-5 19,5.10-5 
Bộ thông số hợp lý kiến nghị cho máy MĐR có 8/13 thông số có trị số lớn hơn, 4 
thông số không thay đổi, riêng bề rộng máy nhỏ hơn so với máy hiện có. 
4.7. Phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng. 
Thực tế áp dụng máy MĐR tại công trình xây dựng đường sắt Hạ Long- Cái Lân 
năm 2011, cho thấy việc sử dụng máy MĐR dễ dàng và giảm được chi phí trực tiếp 
trên 50% so với phương án của Cienco 1 [56]. Điều đó chứng tỏ tính khả thi khi áp 
dụng máy MĐR. 
23 
Hình 4-59. Máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt tại ga Cái Lân 
Kết luận chương 4: 
- Xây dựng 08 chương trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực 
học của máy giải bằng Matlab-Simulink. 
- Kết quả tính toán được biểu thị trên 36 đồ thị ở các mục 4.1 và mục 4.2 mô tả sự 
thay đổi của 8 thông số gồm: lực căng cáp Fcap (N), áp suất dầu thủy lực P1(Pa), vận tốc 
nâng hàng Vh (m/s), vận tốc di chuyển máy Vdc (m/s), vận tốc góc d (vòng/s) của mô 
tơ thủy lực, khoảng cách dịch chuyển máy q4 (m) dao động q3 (m) của khối lượng m3, 
góc lắc cáp nâng hàng q8 (rad). Từ đó đánh giá và lựa chọn được giá trị các thông số 
của máy theo quan điểm động lực học. 
- Kết hợp với các điều kiện địa hình, đặc điểm cầu hầm, vận chuyển tà vẹt... để 
kiểm tính thông số hình học của máy, công suất động cơ dẫn động, đánh giá độ biến 
dạng và điều kiện ổn định của ray cho máy làm việc. 
- Đề xuất bộ thông số hợp lý cho máy MĐR đặt cụm tà vẹt theo Bảng 4-4. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
I/ KẾT LUẬN: 
Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các 
kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới và đề xuất cụ 
thể như sau: 
1. Luận án đã nghiên cứu một số công trình khoa học về công nghệ và máy lắp đặt 
đường sắt ở trong và ngoài nước, phân tích các đặc điểm của đường sắt Việt Nam ảnh 
hưởng đến việc lựa chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt. Luận án đã áp dụng phương pháp 
phân tích thứ bậc AHP lựa chọn được máy MĐR phù hợp với điều kiện xây dựng 
đường sắt Việt Nam. 
2.Trên cơ sở đánh giá đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy MĐR, 
luận án đã tiến hành nghiên cứu ĐLH hệ thống truyền động thủy lực dẫn động các cơ 
cấu nâng hàng, cơ cấu di chuyển và nghiên cứu ĐLH của máy MĐR trong các trường 
hợp làm việc điển hình là nâng hàng và di chuyển có hàng ứng với các trạng thái làm 
việc là: nâng hàng từ khi cáp chùng, nâng cụm tà vẹt không có độ chùng cáp, khi đang 
nâng hàng thì dừng hãm, khởi động di chuyển với cụm tà vẹt, khi đang di chuyển mang 
cụm tà vẹt thì dừng hãm. 
24 
3. Luận án đã ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink để xây dựng 04 chương trình 
giải hệ phương trình chuyển động phi tuyến tương ứng với 04 trường hợp làm việc của 
máy MĐR và 08 chương trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực 
học của máy. Đã xác định được lực căng cáp động, dao động của hàng khi di chuyển và 
các thông số khác. Xác định được các hệ số động Kđ tương ứng với các trường hợp làm 
việc điển hình nêu trên, cụ thể là: 
- Nâng cụm tà vẹt từ khi cáp chùng: Kđ = 1,44; 
- Nâng hàng không có độ chùng cáp: Kđ = 1,36; 
- Dừng hãm trong quá trình nâng hàng: Kđ = 1,2; 
- Khởi động di chuyển mang cụm tà vẹt: Kđ = 1,79; 
4. Luận án đã xây dựng được qui trình thực nghiệm, tiến hành đo đạc các thông số 
khi máy MĐR nâng hàng, di chuyển trên các loại nền khác nhau với các thiết bị đo hiện 
đại bởi các chuyên gia nhiều kinh nghiệm. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết 
quả đo đạc thực nghiệm có sai số từ 1,8% đến 19,8%; đồng thời hình dạng đồ thị của 
chúng tương đối phù hợp với nhau, vì vậy có thể kết luận được tính đúng đắn và độ tin 
cậy của mô hình ĐLH ứng với 04 trường hợp làm việc điển hình của máy MĐR. 
5. Bằng việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy 
nhận được 36 đồ thị ở chương 4, luận án đã phân tích và đánh giá kết quả theo quan 
điểm động lực học, từ đó xác định được bộ thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông 
số làm việc) cho máy MĐR (Bảng 4-4). So với máy hiện có, máy kiến nghị có 8/13 
thông số có trị số lớn hơn, riêng bề rộng thông qua của máy có giá trị nhỏ hơn; 04 thông 
số là vận tốc nâng hạ hàng, đường kính cáp nâng hàng, kích thước xi lanh nâng hàng, 
lưu lượng riêng của mô tơ thủy lực không thay đổi. 
II-KIẾN NGHỊ: 
1. Cần điều chỉnh các thông số của máy MĐR hiện có khi chế tạo các máy tiếp theo 
với bộ thông số do luận án đề xuất để đảm bảo độ an toàn và năng suất cao hơn. 
2. Đề nghị Bộ Giao thông Vận tải khuyến khích các đơn vị thi công đường sắt sử 
dụng các máy MĐR để xây dựng đường sắt ở Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả 
kinh tế - xã hội, góp phần phát triển năng lực chế tạo máy trong nước. 
III- HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: 
1. Tiếp tục nghiên cứu động lực học của máy MĐR bằng mô hình không gian cho 
một máy và động lực học khi hai máy MĐR làm việc đồng thời trong trường hợp 
nâng chuyển hai ray đường sắt. 
2. Nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền động thủy lực hiện có của máy MĐR theo 
hướng điều khiển tự động và linh hoạt theo tải. 
3. Nghiên cứu các trạng thái làm việc của máy MĐR khi di chuyển vào đường cong 
trên nền có độ dốc. 
 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 
1- Nguyễn Bính, Ngô Viết Dân. Nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công máy đặt 
cầu ray theo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đặc thù của đường sắt Việt Nam. 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải – Số 32 tháng 11/2010. 
2- Ngô Viết Dân, Nguyễn Bính. Nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ thi công 
hai bước của đề tài KHCN cấp Bộ GTVT mã số DT-094023 khi xây dựng mới 
đường sắt Việt Nam trên tuyến ngắn. Tạp chí KHGTVT. Số 32 tháng 
11/2010. 
3- Ngô Viết Dân. Nghiên cứu chọn dạng máy lắp đặt đường sắt ở Việt Nam. Tạp 
chí khoa học của Bộ Khoa học và Công nghệ - Số tháng 4/2012 (635). 
4- Ngô Viết Dân, Nguyễn Bính. Nghiên cứu biến dạng của đường ray dùng cho 
máy đặt đường sắt MĐR di chuyển khi lắp đặt tà vẹt BTCTDƯL. Tạp chí khoa 
học của Bộ Khoa học và Công nghệ - Số tháng 11/2012 (642). 
5- Nguyễn Bính, Ngô Viết Dân. Một số kết quả thực hiện dự án sản xuất thử 
nghiệm "Hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo máy MĐR-02 lắp đặt 
đường sắt ở Việt Nam". Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải – Số 43 tháng 
09/2013. 
6-Ngô Viết Dân, Nguyễn Văn Vịnh. Nghiên cứu mô hình động lực học xi lanh 
thủy lực nâng cụm tà vẹt của máy MĐR phục vụ lắp đặt đường sắt do Việt 
Nam chế tạo. Tạp chí Cơ khí Việt Nam - Số tháng 4/2017. 
7- Ngô Viết Dân, Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Bính. Nghiên cứu động lực học máy 
MĐR lắp đặt đường sắt do Việt Nam chế tạo khi nâng cụm tà vẹt. Tạp chí 
Giao thông Vận tải - Số tháng 6/2017. 
8- Ngô Viết Dân. Nghiên cứu chọn dạng máy lắp đặt đường sắt theo các chỉ tiêu 
kinh tế kỹ thuật phù hợp với đường sắt Việt Nam đến năm 2020. Đề tài NCKH 
cấp Trường của NCS năm 2010.