Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TUỔI BỀN MỎI KHUNG GIÁ CHUYỂN
HƯỚNG ĐẦU MÁY, TOA XE SỬ DỤNG TRONG NGÀNH ĐƯỜNG SẮT VIỆT
NAM THEO QUAN ĐIỂM TỔN THƯƠNG TÍCH LŨY
METHOD OF ASSESSING FATIGUE LIFE OF ROLLING STOCK’S BOGIE
FRAMES USED IN VIETNAM RAILWAYS ACCORDING TO THE CUMULATIVE
DAMAGE STANDPOINT
GS.TS. Đỗ Đức Tuấna, TS. Phạm Lê Tiếnb, KS. Nguyễn Đức Toànc
1
Trường Đại học Giao thông Vận tải
a
b
; ;
TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu một phương pháp đánh giá tuổi bền mỏi theo quan điểm tổn thương
tích lũy và ứng dụng phương pháp đó cho việc tính toán tuổi bền mỏi đối với khung giá
chuyển hướng đầu máy D13E và toa xe khách Rumani sử dụng trong ngành đường sắt Việt
Nam.
Từ khóa: tuổi bền mỏi, tổn thương tích lũy, khung giá chuyển hướng, đầu máy, toa xe.
ABSTRACT
The article presents a method of assessing the fatigue life according to the cumulative
damage standpoint and using the method for calculating the fatigue life of D13E locomotives
and Romanian coaches’ bogie frames used in Vietnam Railways.
Keywords: fatigue life, cumulative damage, bogie frame, locomotive, coach
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đánh giá tuổi bền mỏi kết cấu cơ khí nói chung và kết cấu đầu máy, toa xe sử dụng
trong ngành đường sắt nói riêng là một lĩnh vực phức tạp, cần tiến hành nhiều thí nghiệm liên
quan tới vật liệu kết cấu cũng như các thử nghiệm về tải trọng, bao gồm tải trọng tĩnh và tải
trọng động trên tuyến. Hiện nay có khá nhiều phương pháp đánh giá tuổi bền mỏi khác nhau,
mỗi phương pháp lại yêu cầu có những thử nghiệm về vật liệu cũng như về tải trọng khác

nhau, dẫn đến việc ứng dụng các phương pháp đó vào một điều kiện nào đó là khá khó khăn.
Mặc dù phương pháp nghiên cứu đánh giá độ bền và tuổi bền mỏi kết cấu đầu máy, toa
xe không phải là vấn đề mới mẻ, nhưng trong điều kiện Việt Nam mới chỉ có những nghiên
cứu bước đầu. Trong điều kiện các thiết bị và phòng thí nghiệm hiện có, các thiết bị và khả
năng thử nghiệm hiện trường chỉ được đáp ứng ở mức tối thiểu, cách tiếp cận vấn đề đặt ra là
ứng dụng các phương pháp nghiên cứu tiên tiến, nhằm định hình quá trình nghiên cứu và giải
quyết mục tiêu đặt ra ở một mức độ nhất định nào đó trong điều kiện cụ thể của ngành đường
sắt Việt Nam.
2. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TUỔI BỀN MỎI
Mặc dù có nhiều phương pháp đánh giá tuổi bền mỏi khác nhau, nhưng qua quá trình
tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm tác giả nhận thấy rằng có thể lựa chọn một phương pháp do các
nhà khoa học Liên bang Nga đề xuất [1], [2], hơn thế nữa đây là một phương pháp đánh giá
tuổi bền mỏi của kết cấu đầu máy, toa xe, có thể áp dụng được trong điều kiện hiện nay ở Việt
Nam.

802


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Trong các nghiên cứu [1], [2] đã cho biết thời hạn làm việc T của kết cấu cho tới khi
hình thành vết nứt mỏi có dạng:
−1

T

∞


−1
m

N=
ϕ
σ
f
σ
.
f
σ
d
σ
N 0ϕσmσ −mrk ( f c I1 ) ,

(
)
0 σ
c
a
a
a
∫
 0,5σ −1kϕσ

m

m
−1k

(1)

Khi đặc trưng thay đổi ứng suất trong kết cấu được biểu diễn dưới dạng quá trình ngẫu

nhiên dải hẹp σ ( t ) , mật độ phân bố các giá trị biên độ tức thời của nó là f (σ a ) được mô tả
bằng luật phân bố Rayleigh:
=
f (σ a )

 σ a2
exp
− 2
 2 Sσ
Sσ2a
a



,



σa

thì tích phân I1 trong công thức (1) có thể biểu thị dưới dạng:
∞

=
I1

=
∫ σ . f (σ a ) d σ a
m
a


0,5σ −1 k ϕσ

∞

∫

0,5σ −1 k ϕσ

σ

m
a

σ a  σ σ2 


 dσ a
Sσ2  2 Sσ2 

Đặt biến mới x = σ a / Sσ , và biến đổi biểu thức trên thành biểu thức, mà ở đó các tham
số của nó được xác định nhờ các bảng xác suất
∞

 m+2
I2 =
Sσm ∫ x m +1 exp 0,5 x 2 dx =
20,5 m Γ 
 P [ x0ϕσ ; m + 2] ,
2



x0ϕσ

(

)

(2)

Trong đó: Γ (υ ) - hàm gamma;

)

(

P χ 2 , l - hàm phân bố χ 2 với l lậc tự do;
x0 = 0,5σ −1k / Sσ .
Lưu ý tới (2), biểu thức (1) có thể viết dưới dạng:

(

T = N 0ϕσ σ −1k f c Sσm I 2

)

−1

.


(3)

Biểu thức này có thể được sử dụng để tính toán tuổi bền mỏi của các phần tử kết cấu
đầu máy, toa xe trong quá trình khai thác ở một chế độ làm việc xác định, khi quá trình tải
trọng ngẫu nhiên σ ( t ) là ổn định. Mặt khác, biết rằng đặc trưng tải trọng của phần lớn các
chi tiết bộ phận chạy đầu máy (toa xe) là không ổn định trước hết là do sự thay đổi tốc độ
chuyển động.
Giả sử rằng có k chế độ chuyển động ổn định, ở mỗi chế độ đó phần tử tích lũy được
tuổi bền riêng của nó là Tiy , được xác định nhờ biểu thức (3). Xác suất của chế độ làm việc
thứ i được xác định bằng xác suất xuất hiện tốc độ chuyển động thứ i là P ( vi ) . Nếu T là
thời gian đạt được giá trị tuổi bền của chi tiết ở tất cả các giá trị tốc độ chuyển động có thể, thì
trị số tích lũy của tuổi bền ở chế độ thứ i là:
Tiy = T .P ( vi ) .

(4)

Vì rằng tất cả các chế độ chuyển động tạo thành nhóm đầy đủ các biến cố và tổng của chúng:
k

∑ P (v ) = 1 ,
i =1

i

803


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
còn ở mỗi chế độ, phần tử tích lũy được một phần tuổi bền của nó, thì:
k


P ( vi )

i =1

Tiy

T∑

=1.

(5)

Cùng với (5), trị số tuổi bền T dưới dạng tổng quát:
−1

 k P ( vi ) 
T = ∑
 .
 i =1 Tiy 

Khi thay công thức (3) vào biểu thức này, ta có:
−1

T = N 0ϕσ σ
m

m
−1k


 k

m
 ∑ P ( vi ) Sσ f ci I 2  .
 i =1


(6)

Thay tổng bằng tích phân trong biểu thức (6) và lưu ý rằng xác suất xuất hiện của tốc độ
này hay tốc độ khác được xác định bằng luật phân bố tốc độ chuyển động của đầu máy trong
giới hạn từ 0 đến vk :  P ( vi ) = f ( vi ) dv  , ta nhận được:
−1

T = N 0ϕσmσ −m1k

Trong đó:

 vk

m
 ∫ f ( v ) f e ( v ) Sσ ( v ) I 2 ( v ) dv  ,
 0


(7)

f ( v ) - mật độ phân bố xác suất tốc độ chuyển động của đầu máy, toa xe;
vk - tốc độ cấu tạo của đầu máy hoặc toa xe, km/h.


Để chuyển đổi các giá trị tính toán tuổi bền T , tính bằng giây, sang một đơn vị đo thời
gian thuận tiện hơn đối với kết cấu của đầu máy, toa xe là L tính bằng kilômét chạy, ta có
một tỷ số đơn giản:
L=

T .v
,
3600

mà nhờ đó ta nhận được công thức cuối cùng để tính toán tuổi bền ở các chế độ tải trọng
không ổn định của phần tử kết cấu đầu máy, toa xe:
−1

L = N 0ϕσ σ
m

m
−1k

vk

dv 
m
3600 ∫ f ( v ) f c ( v ) Sσ ( v ) I 2 ( v )  ,
v 

0

(8)


Thời hạn làm việc L là một hàm khá phức tạp của các biến ngẫu nhiên
σ −1k , m, σ −1 , σ B , σ m , Sσ ( v ) , f ( v ) , liên quan tới mức độ tản mạn (hệ số biến động) của các đặc
trưng bền của vật liệu, tới sự thay đổi của điều kiện khai thác của các phần tử kết cấu tùy
thuộc vào tốc độ chạy của đầu máy, toa xe cũng như các yếu tố kết cấu và khí hậu. Việc tính
toán tuổi bền mỏi theo công thức (8) được thực hiện nhờ các phương pháp lý thuyết và thử
nghiệm thống kê [1], [2].
Tuy nhiên trong thực tế, khi không có khả năng nhận được tất cả các dữ liệu cần thiết cho
việc sử dụng biểu thức (8), thì để đánh giá giá trị kỳ vọng của trị số tuổi bền mỏi các phần tử kết
cấu khung giá chuyển hướng đầu máy, toa xe người ta đã xây dựng một phương pháp mang tính
kỹ thuật, bằng cách sử dụng các quan hệ giải tích tương đối đơn giản hơn cùng với một số các
giả thiết, mà cơ bản nhất trong số đó là, sự không ổn định của các quá trình ngẫu nhiên của tải
trọng động chỉ liên quan tới sự thay đổi của sai lệch bình phương trung bình (sai lệch quân
phương) Sσ của ứng suất động tùy thuộc vào tốc độ chuyển động của đầu máy, toa xe [2].
804


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Việc xử lý thống kê các quá trình chất tải ngẫu nhiên σ ( t ) của các phần tử chịu tác
động của tải trọng dưới các dạng khác nhau của đầu máy toa xe chỉ ra rằng [2], việc thiết lập
(tính gần đúng) mối quan hệ Sσ ( v ) trong phần lớn các trường hợp có thể được thực hiện nhờ
phương trình hàm lũy thừa dạng
Sσ = Q.v r ,

(9)

trong đó các tham số Q và r được xác định trên cơ sở các số liệu thử nghiệm. Trong
trường hợp này, nếu thay tích phân theo tốc độ chuyển động của đầu máy, toa xe bằng tổng,
thì biểu thức (8) có thể viết dưới dạng [2]
m


1 σ 
L =  −1k  ,
C Q 

(10)

trong đó: C - hằng số, được tính toán bằng biểu thức
 m+2 N
mr −1
3600.20,5 m.nL .Γ 
 f c ∑ Pl ( vi ) .vi
2

 i
,
C=
N 0 .ϕσm

(11)

với:
nL - hệ số dự trữ theo tuổi bền;
f e - tần số thay đổi ứng suất động;

Pl ( vi ) - xác suất xuất hiện tốc độ thứ i của đầu máy, toa xe trong quá trình vận dụng
trên khu đoạn khảo sát.
Hệ số dự trữ theo tuổi bền được thể hiện qua hệ số dự trữ theo ứng suất [2]
nL = nσm ;

trong đó:


nσ = n1n2 n3 n4 ;

n1 - hệ số xét tới mức độ quan trọng của chi tiết, n1 = 1,2
n2 - hệ số xét tới độ chính xác của các công thứ tính toán, n2 = S1S 2 S3 ,
S1 = 1,15 - hệ số xét tới giả thiết về phân bố của các giá trị ứng suất động tức thời theo
luật phân bố chuẩn;
S 2 = 1,123 - hệ số xét tới các sai số có thể xảy ra liên quan tới việc ứng dụng giả thuyết
tổng tích lũy tuyến tính các tổn thương mỏi;
S3 = 1,10 - hệ số xét tới mức độ không chính xác liên quan tới việc tính đổi các đặc
trưng mỏi từ chu trình ứng suất đối xứng sang chu trình ứng suất không đối xứng;
n3 = 1,25 - hệ số xét tới mức độ chính xác của việc xác định các ứng suất động khi tính
toán tuổi bền;
n4 = 1,25 - hệ số xét tới sự chính xác của việc xác định giới hạn mỏi của kết cấu thực
của khung giá chuyển hướng khi tiến hành các thử nghiệm trên bệ thử.
Như vậy, để ứng dụng phương pháp đã nêu cho việc đánh giá tuổi bền mỏi của kết cấu
khung giá chuyển hướng đầu máy, toa xe trong điều kiện Việt Nam, ta cần có các số liệu thực
nghiệm sau đây:
805


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
- Giới hạn chảy σ ch , giới hạn bền σ b của vật liệu khung giá chuyển hướng;
- Đường cong mỏi của vật liệu khung giá chuyển hướng và các thông số: chu trình ứng
suất cơ sở N 0 và các giá trị giới hạn mỏi tương ứng σ −1 , σ −1k và chỉ số mũ m ;
- Phổ tốc độ của đầu máy (đoàn tàu) trên khu đoạn khảo sát Pl ( vi ) ;
- Ứng suất tĩnh lớn nhất σ t tại điểm đo của mặt cắt xung yếu nhất trên khung giá
chuyển hướng;
- Giá trị biên độ ứng suất động tại điểm đo của mặt cắt xung yếu nhất trên khung giá
chuyển hướng ứng với các khoảng tốc độ;

- Các giá trị kỳ vọng và sai lệch bình phương trung bình Sσ i ( v ) tương ứng đối với các
khoảng tốc độ;
- Mối quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình của ứng suất động với các giá trị tốc
độ của đầu máy (hay đoàn tàu) dưới dạng hàm lũy thừa y = axb hay Sσ = Q.v r ;
Trong bài này trình bày việc đánh giá tuổi bền mỏi cuả khung giá chuyển hướng đầu
máy D13E và toa xe khách Rumani.
3. CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
3.1. Các thông số thử nghiệm vật liệu
3.1.1. Các đặc trưng cơ học của vật liệu khung giá chuyển hướng
Các đặc trưng cơ học của vật liệu KGCH đầu máy D13E và toa xe khách Rumani [3]
được thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Đặc trưng cơ học của vật liệu KGCH đầu máy D13E và toa xe khách Rumani
TT

Thông số

Đầu máy D13E

Toa xe khách Rumani

1

Giới hạn chảy σ ch , MPa

206,50

290,00

2


Giới hạn bền σ b , MPa

311,74

470,00

3

Mođun đàn hồi E , MPa

1,89.105

2,10. 105

3.1.2. Các đặc trưng mỏi của vật liệu khung giá chuyển hướng
a. Giới hạn mỏi và chu trình giới hạn mỏi
Giới hạn mỏi và chu trình giới hạn mỏi của vật liệu KGCH đầu máy D13E và toa xe
khách Rumani [3] được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Giới hạn mỏi và chu trình giới hạn mỏi của vật liệu KGCH đầu máy D13E và
toa xe khách Rumani
TT
Đầu máy D13E
Toa xe khách Rumani
Chu trình
giới hạn mỏi
N0

Giới hạn
mỏi σ −1 ,
MPa


Giới hạn
mỏi σ −1k ,
MPa

Chu trình
giới hạn mỏi
N0

Giới hạn
mỏi σ −1 ,
MPa

Giới hạn
mỏi σ −1k ,
MPa

1

2.106

254,391

203,513

2.106

36,680

29,340


2

5.106

241,749

193,399

5.106

33,770

27,020

3

1.107

229,499

183,599

1.107

31,700

25,360

806



Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
b. Đường cong mỏi và chỉ số mũ đường cong mỏi
Đường cong mỏi và chỉ số mũ đường cong mỏi của vật liệu KGCH đầu máy D13E và
toa xe khách Rumani [3] được thể hiện trên hình 1 và hình 2.

(a)

(b)

Hình 1. Các dạng đường cong mỏi vật liệu KGCH đầu máy D13E
a. Dạng Weibull: N i = 1043,5432 σ a−i17,9765 hay σ ai = 264,382 N i−0,055628
b. Dạng Weibull-loga:
=
lg N i 43,5432 − 17,9765lg σ ai hay
σ ai 2, 4222 − 0, 055628lg N i
=

(a)

(b)

Hình 2. Các dạng đường cong mỏi vật liệu KGCH toa xe khách Rumani
a. Dạng Weibull: N i = 1017,328 σ ai−10,8873 hay σ ai = 39, 0468 N i−0,09185
b. Dạng Weibull-loga:=
lg N i 17,328 − 10,8873lg σ ai hay N i = 2,12829.1017 σ ai−10,8873
3.2. Các thông số thử nghiệm tải trọng tĩnh và tải trọng động
Việc thử nghiệm tải trọng tĩnh là nhằm xác định ứng suất tĩnh lớn nhất tại mặt cắt xung
yếu nhất trên khung giá chuyển hướng. Việc thử nghiệm tải trọng động là nhằm xác định biên

độ ứng suất động, hệ số động và tần số biên độ ứng suất động tại các điểm đo.
Việc thử nghiệm tải trọng tĩnh đối với đầu máy D13E được tiến hành tại Xí nghiệp đầu
máy Sài Gòn, đối với toa xe khách Rumani đã được tiến hành tại Xí nghiệp toa xe Sài Gòn.
Việc thử nghiệm tải trọng động đối với đầu máy D13E và toa xe khách Rumani đã được tiến
hành đối với đoàn tàu SNT2/1 trên khu đoạn Sài Gòn- Nha Trang và ngược lại [3].
Trên KGCH đầu máy D13E và toa xe khách Rumani đã tiến hành đo ứng suất tĩnh và và
ứng suất động tại 20 điểm đo, từ đó đã xác định được các điểm đo có trị số ứng suất lớn nhất
hay nói khác là các vị trí xung yếu nhất. Trên KGCH đầu máy D13E đã lựa chọn các điểm đo
807


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
có trị số ứng suất tĩnh lớn nhất là 14, 15, 17, 19 và tương tự, trên KGCH toa xe khách Rumani
đã lựa chọn điểm đo số 1 để tính toán kiểm nghiệm tuổi bền mỏi.
Sơ đồ các điểm đo trên KGCH đầu máy D13E và toa xe khách Rumani thể hiện trên các
hình 3 và 4.

Hình 3. Sơ đồ các mặt cắt và các điểm đo ứng suất trên KGCH đầu máy D13E
I-I

1

14

3

7

II - II


8

54

195

5

6

9

116

90

54

10
4

2

14

140

6

210


6

III - III

13

14

11

18
90

54

IV - IV

17

54

195

19

116

16


15

20
12

14

140

14

6

210

6

Hình 4. Sơ đồ các mặt cắt và các điểm đo ứng suất trên KGCH toa xe khách Rumani
3.2.1. Xác định hệ số hệ số đặc trưng cho tính nhạy cảm của vật liệu đối với chu trình
bất đối xứng ϕσ
Từ các kết quả thử nghiệm về cơ tính của vật liệu và thử nghiệm tải trọng tĩnh [3] tiến
hành tính toán hệ số đặc trưng cho tính nhạy cảm của vật liệu đối với chu trình bất đối xứng.
Kết quả tính toán thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3. Hệ số hệ số đặc trưng cho tính nhạy cảm của vật liệu ϕσ
Thông số tính toán

=
ϕσ

(σ ch − σ t ) / σ ch


Đầu máy D13E

Toa xe khách
Rumani

Điểm đo 14

Điểm đo 15

Điểm đo 17

Điểm đo 19

Điểm đo 1

0,940

0,963

0,951

0,953

0,845

808


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

3.2.2. Xác định tần số biên độ ứng suất động lớn nhất tại các điểm đo trên khung giá
chuyển hướng đầu máy D13E và toa xe khách Rumani
Từ các kết quả thử nghiệm tải trọng động đã trình bày trong [3], thấy rằng tần số biên độ
ứng suất động lớn nhất tại các điểm đo trên khung giá chuyển hướng đầu máy D13E và toa xe
khách Rumani nằm trong phạm vi từ 0,5 đến 5,0 Hz, trong đó đối với KGCH toa xe khách
Rumani phổ tần số áp đảo là nằm trong khoảng 1,5- 3,0 Hz. Một số phổ tần số của các điểm
đo được đơn cử giới thiệu trên hình 5 và 6.

Hình 5. Phổ tần số biên độ ứng suất động tại một số điểm đo trên khung giá
chuyển hướng đầu máy D13E

Hình 6. Phổ tần số biên độ ứng suất động tại một số điểm đo trên khung giá
chuyển hướng toa xe khách Rumani
3.2.3. Mối quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình (sai lệch quân phương) của
biên độ ứng suất động lớn nhất với tốc độ của đoàn tàu
Thông qua kết quả thử nghiệm tải trọng động đã xác định được giá trị biên độ ứng suất
động tại các mặt cắt xung yếu nhất trên khung giá chuyển hướng đầu máy D13E và toa xe
khách Rumani A31351 trên khu đoạn khảo sát (Sài Gòn-Nha Trang-Sài Gòn) và xác định
được các giá trị kỳ vọng và sai lệch bình phương trung bình của ứng suất động Sσ i đối với các
khoảng tốc độ [3]. Từ các số liệu đó, bằng phần mềm chuyên dùng [4], đã xây dựng được mối
quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình của ứng suất động với các giá trị tốc độ của đầu
máy (hay đoàn tàu) dưới dạng hàm lũy thừa Sσ = Q.v r .
Biểu thức mối quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình của ứng suất động với tốc độ
của đoàn tàu được thể hiện trong bảng 4, còn các đồ thị tương ứng được thể hiện trên hình 7.
Bảng 4. Mối quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình của ứng suất động
với tốc độ của đoàn tàu
Đầu máy D13E
Điểm đo 14

Điểm đo 15


Sσ ( v ) = 1, 2358v

Sσ ( v ) = 1,8219v

0,17677

0,18641

Toa xe khách
Rumani

Điểm đo 17
Sσ ( v ) = 1,5772v

809

0,085113

Điểm đo 19
Sσ ( v ) = 1, 6595v

0,18268

Điểm đo 1
Sσ ( v ) = 0,1074v

0,18084



Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 7. Đồ thị mối quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình của biên độ ứng suất
động lớn nhất với tốc độ đoàn tàu tại các điểm đo 14, 15, 17 và 19 trên KGCH đầu máy
D13E và điểm đo số 1 trên KGCH toa xe khách Rumani
3.2.4. Phổ tốc độ của đầu máy hay đoàn tàu
Từ kết quả thử nghiệm động đã xác định được phổ tốc độ hay xác suất xuất hiện các tốc
độ thứ i của đầu máy trên khu đoạn đã khảo sát (Sài Gòn - Nha Trang - Sài Gòn) [3] và được
cho trong bảng 5.
Bảng 5. Phổ tốc độ của đầu máy D13E và đoàn tàu SNT2/1 trên tuyến Sài Gòn – Nha
Trang – Sài Gòn
Tốc độ
trung bình
5
15
25
35
45
55
65
75
80
vi , km/h
Xác suất
Pl ( vi )

0,0281 0,0566 0,0572 0,1023 0,1298 0,1868 0,2525 0,16838 0,0024
810



Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2.5. Tổng hợp các thông số tính toán
Các thông số tính toán được tổng hơp trong bảng 6.
Bảng 6. Tổng hợp các thông số tính toán
Toa xe
khách
Rumani

Đầu máy D13E
TT

Thông số tính toán
Điểm đo
14

Điểm đo
15

Điểm đo
17

Điểm đo
19

Điểm đo
1

1

Chỉ số mũ đường cong mỏi,

m

18

18

18

18

11

2

Tần số biên độ ứng suất
động f e , Hz

5,0

5,0

5,0

5,0

2,5

ϕσ

0,940


0,9625

0,951

0,9527

0,8448

4

Hệ số Q

1,2358

1,8219

1,5772

1,6595

1,1074

5

Chỉ số mũ r

0,17677

0,18641


0,08513

0,18268

0,18084

6

Số chu trình ứng suất cơ sở,
N0

107

107

107

107

107

7

Giá trị giới hạn mỏi, σ −1k ,
MPa

183,6

183,6


183,6

183,6

25,36

3

Hệ số nhạy cảm của vật liệu,

4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Với các thông số đầu vào đã nêu ở trên, dựa theo các biểu thức (10), (11), bằng phần
mềm chuyên dùng [4] đã tiến hành tính toán tuổi bền mỏi của khung giá chuyển hướng đầu
máy D13E tương ứng với các điểm đo xung yếu nhất là 14, 15, 17 và 19. Toa xe khách
Rumani tương ứng với điểm đo số 1.
Qua kết quả tính toán với 4 điểm xung yếu nhất, thấy rằng tuổi bền mỏi của khung giá
chuyển hướng đầu máy D13E lần lượt là 4,342.1022, 3,000.1018, 5,356.1022, 2,214.1022
kilômét chạy, và có thể thấy tuổi bền mỏi có các giá trị rất lớn.
Đối với điểm đo số 1 trên KGCH toa xe khách Rumani tuổi bền mỏi có giá trị là
5,315.106 km.
Với kết quả tính toán như trên, có thể nói kết cấu khung giá chuyển hướng đầu máy
D13E có tuổi bền mỏi là dài hạn, hay nói khác về mặt lý thuyết, nó có tuổi bền mỏi không hạn
chế. Còn đối với khung giá chuyển hướng toa xe khách Rumani tuổi bền mỏi là hạn chế.
5. KẾT LUẬN
Thông qua kết quả tính toán, có thể thấy rằng phương pháp đánh giá tuổi bền mỏi kết
cấu khung giá chuyển hướng đầu máy, toa xe đã nêu hoàn toàn có thể được lựa chọn và áp
dụng vào điều kiện Việt Nam.
Để áp dụng phương pháp này cần tiếp tục các nghiên cứu thử nghiệm một cách đầy đủ
và toàn diện hơn nữa, đặc biệt là các nghiên cứu liên quan tới đặc trưng mỏi của vật liệu và

thử nghiệm tải trọng động trên tuyến.
811


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Савоськин А.Н., Бурчак Г.П., Матвеевинчев А.П., Прочность и безотказность
подвижного состава железных дорог, Машиностроение. М, 1990
[2] Пузанков A.Д., Надежность конструций локомотивов, MИИТ, Москва, 1999.
[3] Đỗ Đức Tuấn, Nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi kết cấu bộ phận chạy đầu máy, toa xe sử
dụng trong ngành đường sắt Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2012-04-07, 2014.
[4] Nguyễn Đức Toàn, Đỗ Đức Tuấn, Xây dựng phần mềm đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy
của phần tử và hệ thống đầu máy toa xe trên cơ sở ngôn ngữ lập trình Matlab, Đề tài
NCKH, mã số T2013-CK-28. Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2013.
THÔNG TIN LIÊN HỆ TÁC GIẢ
1.

Đỗ Đức Tuấn. Trường Đại học Giao thông Vận tải.
0913905814

2.

Phạm Lê Tiến. Trường Đại học Giao thông Vận tải.
0912463591

3.

Nguyễn Đức Toàn. Trường Đại học Giao thông Vận tải.
0986456511


812