Tài liệu Tối ưu hóa thời hạn bảo dưỡng, sửa chữa bộ phận chạy đầu máy diesel khai thác trong điều kiện việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _______________________ VÕ TRỌNG CANG TỐI ƯU HÓA THỜI HẠN BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA BỘ PHẬN CHẠY ĐẦU MÁY DIESEL KHAI THÁC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành: Mã số: Chuyên sâu: Kỹ thuật cơ khí động lực 9520116 Khai thác, bảo trì đầu máy xe lửa, toa xe LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Người hướng dẫn thứ nhất: GS.TS. Đỗ Đức Tuấn Người hướng dẫn thứ hai: PGS.TS. Đỗ Việt Dũng HÀ NỘI, 10/2020 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2020 Tác giả luận án Võ Trọng Cang Người hướng dẫn thứ nhất: GS.TS. Đỗ Đức Tuấn Người hướng dẫn thứ hai: PGS.TS. Đỗ Việt Dũng ii TÓM TẮT LUẬN ÁN Dựa trên lý thuyết độ tin cậy và lý thuyết tối ưu, luận án này nghiên cứu xác định các tuổi thọ gamma phần trăm (γ %) và các thời hạn làm việc đến kỳ sửa chữa với chi phí sửa chữa đơn vị tổng cộng tối thiểu tương ứng cho các bộ phận bị hư hỏng do mòn của đầu máy diesel khai thác trong ngành đường sắt Việt Nam. Các chương trình phần mềm với ngôn ngữ lập trình Matlab đã được xây dựng để thực hiện quá trình tính toán. Đối tượng minh họa việc áp dụng phương pháp này là một số chi tiết chính của bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn. ABSTRACT Based on the reliability theory and the optimization theory, the dissertation studies the determination of gamma-percentage life ( %) and the working time until repair with respective minimum total unit repair cost for the parts damaged by wear of the diesel locomotives used in Vietnam Railways System. Software programs with the Matlab programming language have been built to perform the computational processes. Objects that illustrate the application of this method are some primary parts on the running gears of the diesel electric locomotives D19E used at the Saigon Locomotive Enterprise. iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ............................................................................................................... i Tóm tắt luận án........................................................................................................... ii Abstract ...................................................................................................................... ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ...................................................................... vii Giải thích thuật ngữ ................................................................................................. viii Danh mục các bảng, biểu .......................................................................................... xi Danh mục hình vẽ, đồ thị ........................................................................................ xiv MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................................... 2 3. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 2 6. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................ 3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................................... 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA VÀ TỐI ƯU HÓA CHU KỲ SỬA CHỮA ĐẦU MÁY 1.1. Tổng quan về mạng lưới đường sắt Việt Nam ............................................................ 5 1.2. Tổng quan về đầu máy trong ngành đường sắt Việt Nam .......................................... 8 1.3. Khái quát về hệ thống bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy diesel ................................... 11 1.3.1. Khái niệm chung ......................................................................................... 11 1.3.2. Một số nguyên tắc cơ bản thiết lập chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa các cụm chi tiết chính trên đầu máy đầu máy diesel ................................................ 12 1.4. Hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy ....................................................... 15 1.4.1. Hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy ở nước ngoài ................... 15 1.4.2. Hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy ở Việt Nam ..................... 23 1.5. Tổng quan về tối ưu hóa chu kỳ bảo dưỡng sửa chữa phương tiện nói chung ....... 32 iv 1.5.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 32 1.5.2. Chiến lược bảo dưỡng ................................................................................. 33 1.5.3. Tối ưu hoá bảo dưỡng ................................................................................. 34 1.6. Tổng quan về tối ưu hóa chu kỳ bảo dưỡng sửa chữa đầu máy ............................... 34 1.6.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài ...................................................................... 34 1.6.2. Các nghiên cứu trong nước ......................................................................... 37 Kết luận Chương 1 ............................................................................................................. 40 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ XÁC ĐỊNH THỜI HẠN LÀM VIỆC CỦA CÁC CHI TIẾT TRÊN ĐẦU MÁY ĐẾN KHI HỎNG DO MÒN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 2.1. Giới thiệu tổng quát các chi tiết bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện D19E.................................................................................................................................... 41 2.1.1. Giới thiệu tổng quát về đầu đầu máy D19E ................................................ 41 2.1.2. Giới thiệu tổng quát về giá chuyển hướng đầu máy diesel truyền động điện D19E .................................................................................................. 43 2.1.3. Kết cấu bộ trục bánh xe đầu máy D19E ...................................................... 45 2.1.4. Kết cấu động cơ điện kéo trên đầu máy D19E ............................................ 46 2.2. Các dạng hư hỏng của chi tiết trên đầu máy diesel .................................................. 51 2.2.1. Các dạng hư hỏng theo tác động của ngoại lực........................................... 51 2.2.2. Các dạng hư hỏng theo thời gian tác động ................................................. 53 2.3. Mô hình xác định và đánh giá đặc trưng hao mòn một số chi tiết chính bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện .............................................................................. 57 2.3.1. Mô hình xác định và đánh giá đặc trưng hao mòn các chi tiết bộ trục bánh xe đầu máy diesel ....................................................................................... 57 2.3.2. Mô hình xác định và đánh giá đặc trưng hao mòn các chi tiết gối đỡ động cơ điện kéo ................................................................................................. 63 2.3.3. Mô hình xác định và đánh giá đặc trưng hao mòn cổ góp động cơ điện kéo đầu máy diesel ..................................................................................... 66 2.4. Cơ sở xác định thời hạn làm việc của chi tiết hư hỏng do mòn ............................... 68 2.4.1. Khái niệm chung ......................................................................................... 68 v 2.4.2. Quá trình hao mòn của chi tiết xét theo quan điểm xác suất....................... 69 2.4.3. Xác định các chỉ tiêu độ tin cậy theo thời gian hỏng do mòn ..................... 71 2.4.4. Xác định chỉ tiêu độ tin cậy theo các biểu hiện mòn................................... 72 2.5. Xây dựng chương trình tính toán xác định thời hạn làm việc của các chi tiết hư hỏng do mòn ....................................................................................................................... 78 2.5.1. Lưu đồ thuật toán của chương trình ............................................................ 78 2.5.2. Các tính năng chính của chương trình ......................................................... 79 2.5.3. Các giao diện của chương trình ................................................................... 79 Kết luận chương 2 .............................................................................................................. 80 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ TỐI ƯU HÓA THỜI HẠN LÀM VIỆC CỦA CÁC CHI TIẾT TRÊN ĐẦU MÁY ĐẾN KHI HỎNG DO MÒN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 3.1. Cơ sở tối ưu hóa hệ thống chu kỳ sửa chữa của các chi tiết trên đầu máy .............. 81 3.1.1. Các nguyên tắc xây dựng hệ thống bảo dưỡng sửa chữa dự phòng có kế hoạch của đầu máy và tối ưu hóa chu kỳ sửa chữa.................................... 81 3.1.2. Thuật toán tối ưu hoá................................................................................... 89 3.2. Xây dựng chương trình tính toán hệ thống chu kỳ sửa chữa tối ưu của bộ phận trên đầu máy có xét tới chi phí nhỏ nhất cho sửa chữa và tuổi thọ gamma phần trăm của chi tiết ........................................................................................................................... 97 3.2.1. Thiết lập các lưu đồ thuật toán .................................................................... 97 3.2.2. Các chức năng chính của chương trình ..................................................... 100 3.2.3. Các giao diện chính của chương trình ....................................................... 100 Kết luận Chương 3 ........................................................................................................... 101 CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH THỜI HẠN LÀM VIỆC TỐI ƯU ĐẾN KHI HỎNG DO MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT BỘ PHẬN CHẠY ĐẦU MÁY D19E SỬ DỤNG TẠI XÍ NGHIỆP ĐẦU MÁY SÀI GÒN 4.1. Xác định thời hạn làm việc của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện hư hỏng do mòn .............................................................................................. 102 4.1.1. Vấn đề thu thập số liệu thống kê về hao mòn của các chi tiết .................. 102 vi 4.1.2. Vấn đề xác định thời hạn làm việc gamma phần trăm của các chi tiết ..... 103 4.1.3. Xác định thời hạn làm việc của bộ trục bánh xe đầu máy D19E theo hao mòn mặt lăn.............................................................................................. 103 4.1.4. Xác định thời hạn làm việc của bộ trục bánh xe đầu máy D19E theo hao mòn gờ bánh............................................................................................. 109 4.1.5. Xác định thời hạn làm việc của gối đỡ động cơ điện kéo đầu máy D19E 112 4.1.6. Xác định thời hạn làm việc của động cơ điện kéo đầu máy D19E theo hao mòn cổ góp ............................................................................................... 117 4.1.7. Tổng hợp kết quả tính toán thời hạn làm việc gamma phần trăm của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn ........................................................................................................... 121 4.2. Tính toán xác định chu kỳ sửa chữa tối ưu bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn ....................................................................................... 123 4.2.1. Số liệu tính toán ......................................................................................... 123 4.2.2 Kết quả tính toán ........................................................................................ 125 4.3. So sánh kết quả tính toán thời hạn làm việc tối ưu của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E với chu kỳ sửa chữa hiện hành của ĐSVN .......................................... 136 Kết luận Chương 4 ........................................................................................................... 141 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................142 1. Kết luận ......................................................................................................................... 142 2. Kiến nghị....................................................................................................................... 143 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN ..................................................................................................144 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................146 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Chữ viết đầy đủ BDKT Bảo dưỡng kỹ thuật BDSC Bảo dưỡng sửa chữa BX Bánh xe BXT Bánh xe trái BXP Bánh xe phải BR Phía có bánh răng ĐCĐK Động cơ điện kéo ĐLNN Đại lượng ngẫu nhiên ĐSVN Đường sắt Việt Nam GCH Giá chuyển hướng GBX Gờ bánh xe KBR Phía không có bánh răng KHCN Khoa học công nghệ MLBX Mặt lăn bánh xe MPĐK Máy phát điện kéo TBX Trục bánh xe TĐĐ Truyền động điện TĐTL Truyền động thủy lực TUH Tối ưu hóa P Phía phải T Phía trái T1, T2, T3, T4, T5, T6 Trục số 1, 2, 3, 4, 5, 6 TH Tổng hợp viii GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Trong lĩnh vực đầu máy, toa xe của ngành đường sắt sử dụng một số thuật ngữ chuyên ngành đặc thù sau đây. 1. Vận dụng Đầu máy vận dụng là đầu máy đang làm nhiệm vụ kéo tàu trên tuyến, đang chờ công việc, đang chỉnh bị và kiểm tra kỹ thuật. Đầu máy không vận dụng là đầu máy đang nằm ở các cấp sửa chữa, đang chờ sửa chữa, đang được điều chuyển từ nơi này đến nới khác, đang chờ thanh lý. 2. Chỉnh bị Tập hợp các công việc: cấp nhiên liệu, vật liệu bôi trơn, nước làm mát động cơ diesel, cát và kiểm tra kỹ thuật cho đầu máy được gọi là chỉnh bị đầu máy. Khối lượng chỉnh bị của đầu máy: là khối lượng của bản thân đầu máy cộng với khối lượng nhiên liệu, vật liệu bôi trơn, nước làm mát và cát đã được cấp đầy đủ lên đầu máy. 3. Giải thể Giải thể đầu máy hay cụm chi tiết là việc tháo rời các cụm chi tiết của đầu máy, tháo rời các chi tiết khỏi các cụm chi tiết trước khi tiến hành sửa chữa để làm sạch và kiểm tra trạng thái kỹ thuật của chúng phục vụ cho quá trình sửa chữa. Ở các đơn vị sửa chữa người ta thiết lập các biên bản giải thể, trong đó ghi đầy đủ các thông tin về tình trạng kỹ thuật của chi tiết sau khi giải thể. 4. Lắp ráp Sau khi các chi tiết đã được sửa chữa, chúng được lắp ghép với nhau thành cụm chi tiết, các cụm chi tiết lắp ghép với nhau tạo thành đầu máy hoàn chỉnh. Do đó có khái niệm lắp ráp cụm chi tiết và lắp ráp tổng thể đầu máy. 5. Thanh lý Khi đầu máy đã hết niên hạn sử dụng hoặc bị tai nạn nặng không thể phục hồi và sửa chữa được nữa, nó sẽ không được sử dụng và bị loại bỏ. Trong ngành đường sắt gọi là thanh lý (đầu máy thanh lý). 6. Chu kỳ sửa chữa ix Là thời hạn làm việc giữa các lần sửa chữa kế tiếp ngay sau đó, có thể được đo lường bằng giờ làm việc, thời gian tính bằng ngày, tháng, năm, bằng quãng đường chạy tính bằng km, hoặc bằng các thông số khác. Trong luận án này chu kỳ sửa chữa được tính bằng km chạy của đầu máy. 7. Chu trình sửa chữa (hay còn gọi là xích sửa chữa) là tập hợp các chu kỳ sửa chữa kể từ khi bắt đầu vận dụng cho đến khi đại tu, hoặc từ lần đại tu thứ nhất đến lần đại tu tiếp theo v.v. Chu trình sửa chữa là một chu trình khép kín. 8. Quãng đường chạy của đầu máy Là quãng đường mà đầu máy vận hành trên tuyến đường sắt trong một khoảng thời gian xác định nào đó: ngày đêm, tháng, quý năm v.v., được tính bằng km (hay còn gọi là km chạy). Quãng đường chạy giữa các lần sửa chữa là tổng quãng đường (km) mà đầu máy vận hành được giữa hai kỳ sửa chữa kế tiếp nhau. 9. Dồn Đầu máy dồn là loại đầu máy làm nhiệm vụ dồn dịch các toa xe hoặc đoàn tàu trong quá trình lập tàu và giải thể đoàn tàu, hoặc dồn dịch để cắt các toa xe ra khỏi đoàn tàu, hoặc để móc nối thêm các toa xe vào đoàn tàu. 10. Thoi Đầu máy vận chuyển thoi là loại đầu máy làm nhiệm vụ vận chuyển trên các cung đoạn đường ngắn, có tính chất chuyên dụng như rải đá để sửa chữa đường sắt, vận chuyển nội bộ trên các tuyến đường chuyên dụng của các khu công nghiệp hoặc tại các tuyến đường sắt nội bộ của khu công nghiệp với đường sắt quốc gia v.v. 11. Bộ phận chạy Đầu máy diesel bao gồm các bộ phận và hệ thống cơ bản là: động cơ diesel, thân xe (bệ xe, thùng xe, đầu đấm móc nối), bộ phận (hệ thống) truyền động, bộ phận chạy (giá chuyển hướng), hệ thống điều khiển và một số hệ thống phụ khác… Thuật ngữ bộ phận chạy là thuật ngữ thông dụng được sử dụng đối với phương tiện đường sắt và cụ thể là đầu máy, toa xe, đoàn tàu metro v.v. x Bộ phận chạy (giá chuyển hướng) của đầu máy diesel truyền động điện bao gồm các bộ phận cơ bản: bộ trục bánh xe và các hộp trục, động cơ điện kéo và các gối đỡ, cơ cấu dẫn động kéo của các cặp bánh xe (các bánh răng hộp giảm tốc trục), hệ thống treo lò xo v.v. Bộ phận chạy (tiếng Nga: Ходовая часть; tiếng Anh: Running gear). Giá chuyển hướng (tiếng Nga: Тележка, tiếng Anh: Bogie) 12. Thời hạn làm việc (hay tuổi thọ) gamma phần trăm Khái niệm về “thời hạn làm việc (hay tuổi thọ) gamma phần trăm” được đề cập trong nhiều tài liệu khác nhau về lĩnh vực Lý thuyết độ tin cậy, trong đó có các tài liệu chính [16], [41], [94], [97] đã được trích dẫn trong luận án. Thời hạn làm việc gamma phần trăm hay còn gọi là thời hạn làm việc không hỏng gamma phần trăm được xác định từ biểu thức:   f  t dt    %  t trong đó f  t  là hàm mật độ phân bố xác suất thời gian làm việc đến khi hỏng (hay tuổi thọ) của đối tượng. Như vậy, t là thời hạn làm việc không hỏng (hay tuổi thọ), trong đó đối tượng không hỏng với xác suất là gamma, tính bằng phần trăm (  % ). Chẳng hạn, tuổi thọ gamma 80% của một loại sản phẩm bằng t 80  15.000 h. Điều đó có nghĩa là 80% sản phẩm có thời hạn làm việc (tuổi thọ) là 15.000 h, còn 20% số sản phẩm có thể bị hỏng sớm hơn. Tuổi thọ trung bình hay thời hạn làm việc trung bình chính là tuổi thọ gamma bằng 50%. xi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU TT Tên bảng Trang 1 Bảng 1.1. Thông số cơ bản về chiều dài tuyến đường sắt Việt Nam ..................... 8 2 Bảng 1.2. Số lượng đầu máy sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam ............... 9 3 Bảng 1.3. Số lượng đầu máy sử dụng tại các xí nghiệp đầu máy trong ngành đường sắt Việt Nam ............................................................................ 10 4 Bảng 1.4. Hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy diesel ở Liên Xô ...... 18 5 Bảng 1.5. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D5H (Úc) ................................................... 24 6 Bảng 1.6. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D9E (Mỹ)................................................... 24 7 Bảng 1.7. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D9E (Mỹ)................................................... 24 8 Bảng 1.8. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D10H (Trung Quốc) .................................. 25 9 Bảng 1.9. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D11H (Rumani) ......................................... 25 10 Bảng 1.10. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D11H (Rumani) ....................................... 25 11 Bảng 1.11. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D12E (Séc) .............................................. 26 12 Bảng 1.12. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D13E (Ấn Độ) ......................................... 26 13 Bảng 1.13. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D13E (Ấn Độ) ......................................... 26 14 Bảng 1.14. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D14Er (Trung Quốc) ............................... 27 15 Bảng 1.15. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D18E (Bỉ) ................................................ 27 16 Bảng 1.16. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D18E (Bỉ) ................................................ 27 17 Bảng 1.17. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19Er (Trung Quốc) ............................... 28 18 Bảng 1.18. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D20E (Đức) ............................................. 28 19 Bảng 1.19. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D20E (Đức) ............................................. 28 20 Bảng 1.20. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc)................................. 29 21 Bảng 1.21. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc)................................. 29 22 Bảng 1.22. Một số sự thay đổi về chu kỳ sửa chữa đầu máy do Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam ban hành ............................................................ 32 23 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của đầu máy D19E ................................ 41 24 Bảng 2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của giá chuyển hướng đầu máy D19E .. 44 25 Bảng 2.3. Các thông số cơ bản của ĐCĐK trên đầu máy D19E .......................... 47 xii 26 Bảng 2.4. Tổng hợp các loại hao mòn, hư hỏng của chi tiết trên đầu máy .......... 56 27 Bảng 2.5. Mô hình tổng quát xử lý số liệu thống kê xác đinh đặc trưng hao mòn mặt lăn và gờ bánh xe đầu máy diesel ........................................ 62 28 Bảng 2.6. Mô hình tổng quát xử lý số liệu thống kê xác định đặc trưng hao mòn (khe hở) gối đỡ ĐCĐK đầu máy diesel ...................................... 64 29 Bảng 2.7. Mô hình tổng quát xử lý số liệu thống kê xác định đặc trưng hao mòn cổ góp động cơ điện kéo đầu máy diesel .................................... 67 30 Bảng 2.8. Xác suất hỏng của các dạng biểu hiện mòn khác nhau ........................ 76 31 Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả tính toán thời hạn làm việc gamma phần trăm theo hao mòn mặt lăn bánh xe đầu máy D19E ................................. 109 32 Bảng 4.2. Kết quả tổng hợp tính toán thời hạn làm việc gamma phần trăm theo hao mòn gờ bánh đầu máy D19E .............................................. 112 33 Bảng 4.3. Tổng hợp kết quả tính toán thời hạn làm việc gamma phần trăm theo hao mòn gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E .................................... 117 34 Bảng 4.4. Kết quả tổng hợp tính toán hạn làm việc gamma phần trăm theo hao mòn cổ góp ĐCĐK đầu máy D19E ............................................ 121 35 Bảng 4.5. Kết quả tổng hợp tính toán thời hạn làm việc gamma phần trăm của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn....................................................................................... 122 36 Bảng 4.6. Đơn giá một số phụ tùng vật tư đầu máy D19E ................................. 123 37 Bảng 4.7. Đơn giá nhân công sửa chữa một số bộ phận trên đầu máy D19E .... 124 38 Bảng 4.8. Thời hạn làm việc gamma 90 phần trăm và chi phí sửa chữa của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn ............................................................................................. 124 39 Bảng 4.9. Tổng hợp kết quả tính toán chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E theo chi phí sửa chữa tối thiểu với các thời hạn làm việc gamma phần trăm khác nhau................................ 131 40 Bảng 4.10. So sánh các thời hạn làm việc gamma phần trăm và các chu kỳ sửa chữa tối ưu xác định theo các thời hạn làm việc gamma phần trăm xiii khác nhau của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp đầu máy Sài Gòn với chu kỳ sửa chữa trong Quy trình của ĐSVN ......................................................................................... 137 41 Bảng 4.11. So sánh thời hạn làm việc tối ưu xác định theo các tuổi thọ gamma phần trăm khác nhau của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp đầu máy Sài Gòn với chu kỳ sửa chữa trong Quy trình của ĐSVN ......................................................................... 139 42 Bảng 4.12. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc)............................... 140 xiv DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên hình Trang 1 Hình 1.1a. Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam .................................... 6 2 Hình 1.1b Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam ..................................... 7 3 Hình 1.2. Hệ thống chu kỳ sửa chữa đầu máy diesel kéo tàu hàng của các Hãng General Motors (a), Alco và General Electric (b) ở Mỹ ............. 16 4 Hình 1.3. Hệ thống chu kỳ sửa chữa đầu máy điện trên đường sắt Anh .............. 16 5 Hình 1.4. Hệ thống chu kỳ sửa chữa đầu máy của Cộng hoà Liên bang Đức...... 17 6 Hình 1.5. Hệ thống chu kỳ sửa chữa đoàn tàu điện cao tốc trên đường sắt Nhật Bản......................................................................................................... 18 7 Hình 1.6. Hệ thống chu kỳ sửa chữa của các đầu máy điện một chiều (a) và xoay chiều (b) (theo Công lệnh 28TC) ................................................. 19 8 Hình 1.7. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc) ................................... 29 9 Hình 1.8. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc) ................................... 30 10 Hình 2.1. Kết cấu tổng thể đầu máy D19E ........................................................... 41 11 Hình 2.2. Kết cấu giá chuyển hướng D19E .......................................................... 43 12 Hình 2.3. Kết cấu bộ trục bánh xe đầu máy D19E ............................................... 45 13 Hình 2.4. Bộ trục bánh xe đầu máy D19E ............................................................ 46 14 Hình 2.5. Biên dạng mặt lăn bánh xe đầu máy D19E .......................................... 46 15 Hình 2.6. Kết cấu tổng thể cụm động cơ điện kéo-bộ trục bánh xe ..................... 47 16 trên đầu máy diesel truyền động điện ................................................................... 47 17 Hình 2.7. Sơ đồ bố trí ĐCĐK và hệ thống bánh răng truyền động trên trục bánh xe của giá chuyển hướng đầu máy D19E ..................................... 48 18 Hình 2.8. Kết cấu tổng thể động cơ điện kéo đầu máy D19E .............................. 49 19 Hình 2.9. Mặt cắt ngang động cơ điện kéo đầu máy D19E .................................. 49 20 Hình 2.10. Kết cấu tổng thể roto động cơ điện kéo đầu máy D19E ..................... 50 21 Hình 2.11. Kết cấu bạc gối đỡ động cơ điện kéo đầu máy D19E ........................ 50 22 Hình 2.12. Hình ảnh ĐCĐK ZQDR 310 và bạc gối đỡ ....................................... 51 23 Hình 2.13. Hao mòn mặt lăn và gờ bánh xe ......................................................... 58 xv 24 Hình 2.14. Mòn đùn lợi bánh xe ........................................................................... 59 25 Hình 2.15. Biên dạng mòn mặt lăn và gờ bánh xe đầu máy................................. 60 26 Hình 2.16. Quá trình hao mòn ngẫu nhiên và các hàm mật độ phân bố f  t  , f  I  ............................................................................................. 70 27 Hình 2.17. Lưu đồ thuật toán chương trình tính toán xác định thời hạn làm việc của các phần tử cơ khí có hư hỏng do mòn ................................... 78 28 Hình 3.1a. Lưu đồ thuật toán tối ưu hoá cấu trúc của chu trình sửa chữa bộ phận theo tuổi thọ gamma-phần trăm của chi tiết ứng với một giá trị quãng đường chạy L1 cho trước ............................................................ 98 29 Hình 3.1b. Lưu đồ thuật toán hiệu chỉnh cấu trúc tối ưu của chu trình sửa chữa bộ phận theo tuổi thọ gamma - phần trăm của chi tiết .......................... 99 30 Hình 4.1. Giao diện thiết lập hàm mật độ phân bố cường độ hao mòn f  c  MLBX đầu máy D19E trục số 1 phía BR với việc hiển thị các tham số đặc trưng hao mòn .......................................................................... 104 31 Hình 4.2. Giao diện thiết lập hàm mật độ phân bố cường độ hao mòn f  c  MLBX đầu máy D19E trục số 1 tổng hợp cho cả hai phía BR và KBR với việc hiển thị các tham số đặc trưng hao mòn ...................... 105 32 Hình 4.3. Giao diện thiết lập hàm mật độ phân bố cường độ hao mòn f  c  MLBX đầu máy D19E tổng hợp cho 6 trục với việc hiển thị các tham số đặc trưng hao mòn ................................................................. 105 33 Hình 4.4. Tổng hợp kết quả xác định các đặc trưng cường độ hao mòn mặt lăn bánh xe đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn .................... 106 34 Hình 4.5. Biểu đồ phân bố giá trị kỳ vọng toán cường độ hao mòn mặt lăn bánh xe đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn (mm/105 km).......... 107 35 Hình 4.6. Giao diện xác định thời hạn làm việc gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% của bộ trục bánh xe theo hao mòn MLBX đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với độ mòn giới hạn I gh = 7 mm .................... 108 xvi 36 Hình 4.7. Giao diện xác định thời hạn làm việc gama 50%, 75%, 80%, 85% và 90% của bộ trục bánh xe theo hao mòn MLBX đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với dự trữ hao mòn giới hạn I gh = 70 mm...... 108 37 Hình 4.8. Tổng hợp kết quả xác định cường độ hao mòn gờ bánh xe đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn ................................................ 110 38 Hình 4.9. Biểu đồ phân bố giá trị kỳ vọng toán cường độ hao mòn gờ bánh xe đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn (mm/105 km) ........... 111 39 Hình 4.10. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo hao mòn GBX đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với độ mòn giới hạn I gh = 12 mm 111 40 Hình 4.11. Tổng hợp kết quả xác định cường độ gia tăng khe hở gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn ..................... 113 41 Hình 4.12. Biểu đồ phân bố giá trị kỳ vọng toán cường độ gia tăng khe hở gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn (mm/105 km) .. 114 42 Hình 4.13. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo khe hở gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với khe hở giới hạn S gh ,R = 0,5 mm và độ k gia tăng khe hở giới hạn S R = 0,2 mm ................................................. 115 k 43 Hình 4.14. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo khe hở gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với khe hở giới hạn S gh ,R = 0,75 mm và độ d gia tăng khe hở giới hạn S R = 0,45 mm ............................................... 115 d 44 Hình 4.15. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo khe hở gối đỡ ĐCĐK đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với khe hở giới hạn S gh,max = 1,0 mm và độ gia tăng khe hở giới hạn S gh,max = 0,7 mm.............................................. 116 45 Hình 4.16. Tổng hợp kết quả xử lý cường độ hao mòn cổ góp ĐCĐK đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn (mm/105 km).......................... 118 xvii 46 Hình 4.17. Biểu đồ phân bố giá trị kỳ vọng toán cường độ hao mòn cổ góp ĐCĐK đầu máy D19E tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn (mm/105 km)119 47 Hình 4.18. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo hao mòn cổ góp ĐCĐK đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với độ mòn giới hạn I gh, Rd = 0,5 mm. .................................................................................... 120 48 Hình 4.19. Giao diện xác định thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma 50%, 75%, 80%, 85% và 90% bằng trình đơn công cụ theo hao mòn cổ góp ĐCĐK đầu máy D19E tổng hợp cho cả 6 trục với lượng dự trữ hao mòn I gh,max = 3,5 mm. ........................................................................... 120 49 Hình 4.20. Giao diện hiển thị số liệu ban đầu của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E ..................................................................................... 125 50 Hình 4.21. Giao diện tính toán các chiến lược sửa chữa các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E ở quãng đường chạy L1 = 67.000 km ................. 126 51 Hình 4.22. Giao diện biểu đồ các chiến lược sửa chữa có thể của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E ở quãng đường chạy L1 = 67.000 km .. 126 52 Hình 4.23. Giao diện biểu đồ cấu trúc chu kỳ sửa chữa tối ưu của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E ở quãng đường chạy L1 = 67.000 km .. 127 53 Hình 4.24. Giao diện tính toán hiệu chỉnh cấu trúc chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E .................................................. 127 54 Hình 4.25. Giao diện vẽ đồ thị mối quan hệ giữa các chi phí đơn vị tổng cộng đơn vị cho việc phục hồi các chi tiết bộ phận chạy với quãng đường chạy của đầu máy D19E ...................................................................................... 128 55 Hình 4.26. Giao diện biểu đồ cấu trúc chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E ở quãng đường chạy L1 = 67.000 km ....... 128 56 Hình 4.27. Các giao diện xác định chi phí sửa chữa tối thiểu (a) và chu kỳ sửa chữa tối ưu (b) theo thời hạn làm việc gama 50% của các chi tiết ..... 129 57 Hình 4.28. Các giao diện xác định chi phí sửa chữa tối thiểu (a) và chu kỳ sửa chữa tối ưu (b) theo thời hạn làm việc gama 75% của các chi tiết ..... 129 xviii 58 Hình 4.29. Các giao diện xác định chi phí sửa chữa tối thiểu (a) và chu kỳ sửa chữa tối ưu (b) theo thời hạn làm việc gama 80% của các chi tiết ..... 130 59 Hình 4.30. Các giao diện xác định chi phí sửa chữa tối thiểu (a) và chu kỳ sửa chữa tối ưu (b) theo thời hạn làm việc gama 85% của các chi tiết ..... 130 60 Hình 4.31. Các giao diện xác định chi phí sửa chữa tối thiểu (a) và chu kỳ sửa chữa tối ưu (b) theo thời hạn làm việc gama 90% của các chi tiết ..... 130 61 Hình 4.32. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 50% .......................................................................... 132 62 Hình 4.33. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 75% .......................................................................... 132 63 Hình 4.34. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 80% .......................................................................... 133 64 Hình 4.35. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 85% .......................................................................... 134 65 Hình 4.36. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 90% .......................................................................... 134 66 Hình 4.37. Chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phận chạy đầu máy D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn được xác định với thời hạn làm việc gamma 75% .......................................................................... 139 67 Hình 4.38. Chu kỳ sửa chữa đầu máy D19E (Trung Quốc) ............................... 140 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay ngành đường sắt Việt Nam đang sử dụng 282 đầu máy diesel gồm 13 chủng loại với dải công suất từ 500 đến 2.000 mã lực, có xuất xứ từ 9 quốc gia khác nhau. Trong tổng số đầu máy nói trên có 80 đầu máy D19E do Trung Quốc sản xuất. Đây là loại đầu máy diesel truyền động điện, công suất 1.900 mã lực được sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam từ đầu những năm 2002. Đây là loại đầu máy có số lượng lớn nhất và đang là nguồn sức kéo chủ lực của ngành đường sắt Việt Nam. Khi cung cấp đầu máy cho Việt Nam các nhà sản xuất đều bàn giao toàn bộ hồ sơ kỹ thuật, trong đó có quy trình bảo dưỡng, sửa chữa và trong quy trình này có quy định về hệ thống chu kỳ bảo dưỡng sửa chữa đầu máy. Đầu máy nhập từ nước ngoài, khi sử dụng ở Việt Nam sẽ chịu tác động của các điều kiện khai thác cụ thể như khí hậu, thời tiết, chất lượng cơ sở hạ tầng đường sắt như trắc dọc tuyến, độ dốc, đường cong bán kính nhỏ v.v... Tất cả những yếu tố này ảnh hưởng đến chất lượng vận hành của đầu máy, ảnh hưởng tới quá trình hao mòn và hư hỏng của các chi tiết, dẫn đến thời hạn làm việc của đầu máy đến khi đưa vào các cấp bảo dưỡng, sửa chữa sẽ có những khác biệt so với quy định của nhà sản xuất. Vì vậy, về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn, các chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa cần được hiệu chỉnh một cách định kỳ cho phù hợp với điều kiện khai thác cụ thể nhằm đảm bảo độ tin cậy vận hành và hiệu quả khai thác của đầu máy. Trong nhiều năm qua, ngành đường sắt Việt Nam cũng đã định kỳ điều chỉnh các quy trình bảo dưỡng, chữa trong đó có các hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa. Tuy nhiên, các điều chỉnh này hầu như không có thay đổi một cách cơ bản, mới chỉ dựa vào kinh nghiệm sử dụng thuần túy, chưa xuất phát từ những nghiên cứu chuyên sâu và có cơ sơ khoa học vững chắc. Trên thực tế, việc nghiên cứu hoàn thiện chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy sử dụng ở Việt Nam cho đến nay vẫn chưa được quan tâm một cách đúng mức và chưa được tiến hành một cách bài bản. Vì vậy, việc hoàn thiện hệ thống chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam nói chung và đầu máy D19E nói riêng, có