Năm 2021, Công ty Cổ phần Xe lửa Gia Lâm đã nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài khoa học và công nghệ cấp Tổng công ty ĐSVN “Nghiên cứu, xây dựng Quy trình công nghệ và chế tạo thử nghiệm thiết bị chống trật bánh kéo dài lắp cho đoàn tàu hàng”. Đề tài được Hội đồng đánh giá, nghiệm thu thực hiện nhiệm vụ KHCN cấp Tổng công ty ĐSVN nghiệm thu, kết quả đánh giá đạt loại: Khá.

1. Tính cấp thiết

Hiện nay, Tổng công ty Đường sắt Việt Nam đang quản lý khai thác hơn 4.500 toa xe hàng các loại. Mặc dù, hiện nay chất lượng cầu đường được cải thiện, tốc độ chạy tàu được nâng cao, tuy nhiên trong quá trình tổ chức khai thác vận tải đường sắt tại Tổng công ty Đường sắt Việt Nam, với nhiều lý do khác nhau hiện tượng trật bánh đầu máy toa xe vẫn còn xảy ra, gây hư hỏng kết cấu hạ tầng đường sắt, đặc biệt nghiêm trọng đối với trường hợp trật bánh kéo dài. Chính vì vậy, cần thiết phải có biện pháp phát hiện sớm xử lý dừng tàu kịp thời để giảm thiểu thiệt hại.

Ở Việt Nam hiện nay chưa có đơn vị nào nghiên cứu chế tạo thiết bị nhận diện trạng thái trật bánh toa xe và điều khiển tự động hãm đoàn tàu. Do vậy, khi sử dụng thiết bị phải nhập từ nước ngoài với giá thành cao, làm tăng chi phí và không làm chủ về công nghệ.

Từ yêu cầu cấp thiết đó, Tổng công ty Đường sắt Việt Nam đã đặt hàng Công ty Cổ phần Xe lửa Gia Lâm chủ trì thực hiện nghiên cứu xây dựng Quy trình công nghệ chế tạo, thử nghiệm thiết bị xả gió tự động sử dụng cơ cấu cơ khí để lắp cho đoàn tàu hàng. Với mục tiêu nhằm chế tạo sản phẩm trong nước có tính năng sử dụng tương tự, phù hợp, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, có giá thành sản xuất trong nước thấp hơn so với chi phí sản phẩm nhập khẩu của nước ngoài. Đây cũng là một yêu cầu cấp thiết góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Tổng công ty Đường sắt Việt Nam, các đơn vị vận tải và tạo công ăn việc làm cho chính đơn vị chủ trì.

2. Nội dung nghiên cứu chuyên môn, kết quả nghiên cứu:

Sau gần hai năm nghiên cứu thiết kế, xây dựng, hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo, sản phẩm đã được thử nghiệm tĩnh, thử nghiệm tính năng hoạt động của hệ thống khi được lắp lên toa xe đánh giá hoạt động của thiết bị khi toa xe bị trật bánh. Ban Chủ nhiệm đã tiến hành các bước nghiên cứu khoa học bao gồm:

• Nghiên cứu tài liệu về các thiết bị phát hiện trật bánh và tự động xả gió gây hãm đoàn tàu đang được sử dụng trên thế giới:

• Thiết bị phát hiện trật bánh & tự động hãm đoàn tàu 3D&FAT được sản xuất và phát triển bởi All Rail System (ARS) – Tây Ban Nha, được hoạt động dựa trên sự phân tích liên tục vị trí tương đối của khung giá chyển hướng của toa xe. Khi các tham số thống thường bị vượt quá, điều đó có nghĩa là trật bánh xảy ra, thì một công tắc được kích hoạt nó truyền tín hiệu khí nén tới van hãm, do đó kích hoạt việc hãm tự động đoàn tàu.
• Ở Trung Quốc, các toa xe hàng khổ đường 1435mm được lắp thiết bị phát hiện trật bánh và tự động hãm đoàn tàu kiểu cơ khí KMP được sản xuất bởi Zhuzhou Kemeng Rolling Stock Parts Co., Ltd. Thiết bị hoạt động khi trục bánh xe dịch chuyển vượt quá quy định thiết kế tác động kéo quang tác dụng đi xuống gây tác động làm van xả gió hoạt động xả gió của ống gió chính ra ngoài trời gây hãm đoàn tàu.

Sau khi tiếp cận, nghiên cứu tài liệu các thiết bị nêu trên, Ban chủ nhiệm đã phân tích, đánh giá loại thiết bị phát hiện trật bánh và tự động hãm đoàn tàu kiểu cơ khí là phù hợp với điều kiện khai thác, vận dụng của Đường sắt Việt Nam.

• Khảo sát chủng loại toa xe hàng, loại giá chuyển hướng đang vận dụng trên đường sắt Việt Nam.

Để có cơ sở tính toán thiết kế, chế tạo và lắp ráp thiết bị sao cho phù hợp với nhiều chủng loại toa xe hàng, Ban chủ nhiệm đã thực hiện khảo sát các toa xe hàng đang vận dụng trên đường sắt Việt Nam với những thông số kỹ thuật cơ bản, kích thước như: Chiều dài toàn xe, cự ly tâm hai giá chuyển hướng, cự ly hai trục bánh xe trong cùng một giá chuyển hướng.

• Tính toán thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thiết bị.

• Ban chủ nhiệm đã nghiên cứu cấu tạo, tính năng của các chi tiết trong thiết bị xả gió kiểu cơ khí Trung Quốc loại KMP01-00-00, loại thiết bị này là do Trung Quốc sản xuất chế tạo và thiết kế để lắp đặt trên các toa xe hàng khổ đường 1435 mm.
• Nghiên cứu tính toán thiết kế các chi tiết: Van tác dụng, Quang tác dụng, Ống tác dụng, Ắc giữ quang tác dụng, xà đỉnh quang tác dụng. Sản phẩm sau khi chế tạo đáp ứng theo tiêu chuẩn TB/T 3224:2010-Automatic brake valve for derailment of railway freight car.

• Ứng dụng phần mềm Catia V5 với tính năng GSA (Generative Structural Analysis) để tính toán, kiểm nghiệm độ bền, chuyển vị của chi tiết.

• Đánh giá lý thuyết độ bền mỏi bằng phương pháp cổ điển để xác định tuổi thọ của chi tiết.
• Nghiên cứu, tính toán vị trí lắp đặt thiết bị để đảm bảo thiết bị hoạt động đúng tính năng tác dụng và an toàn chạy tàu trên các toa xe: Xác định vị trí lắp đặt van xả gió theo chiều dọc xe, ngang xe.
  • Nghiên cứu, xây dựng đề cương thử nghiệm, đánh giá trạng thái tĩnh, trạng thái động thiết bị.
    • Yêu cầu kỹ thuật thiết bị sau khi lắp lên toa xe thử nghiệm:
  • Trong quá trình vận hành hệ thống gió của thiết bị xả gió không được xì hở quá tiêu chuẩn vận dụng và thiết bị lắp đặt không ảnh hưởng đến quá trình toa xe chạy trên đường cong có bán kính nhỏ nhất của Đường sắt Việt Nam.
  • Thiết bị phải hoạt động khi toa xe bị trật bánh nhằm phát hiện sớm, có biện pháp xử lý dừng tàu kịp thời để giảm được thiệt hại về kinh tế, nâng cao chất lượng an toàn chạy tàu.
    • Xây dựng đề cương thử nghiệm, đánh giá kết quả:
  • Thử nghiệm tĩnh (thử nghiệm trên bệ thử trong xưởng).
  • Thử nghiệm động khi lắp thiết bị lên toa xe hàng: Kiểm tra trạng thái thiết bị khi vào đường cong (bán kính cong R=70m); kiểm tra hoạt động của thiết bị khi toa xe bị trật bánh bằng cách sử dụng thiết bị gây trật bánh.
    • Nghiên cứu, xây dựng quy trình bảo dưỡng, sửa chữa, tài liệu hướng dẫn vận hành.

3. Khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế - xã hội

Với kết quả nghiên cứu đã được đánh giá đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu chất lượng và việc lắp đặt thiết bị chống trật bánh kéo dài lên toa xe hàng là không ảnh hưởng trong quá trình vận dụng, đảm bảo an toàn chạy tàu (đã được thử nghiệm thực tiễn) và có khả năng phát huy tốt tính năng tác dụng tự động xả gió đoàn xe gây hãm dừng tàu khi toa xe bị trật bánh, vì vậy khả năng ứng dụng kết quả nhiệm vụ có tính thực tiễn cao.

Hiệu quả kinh tế: Đảm bảo an toàn cho toa xe hàng và hàng hóa, giảm thiểu tối đa ảnh hưởng, thiệt hại về kết cầu hạ tầng khi toa xe bị trật bánh trong quá trình vận dụng; Giá thành của thiết bị chế tạo trong nước so với giá thành nhập khẩu thiết bị tại thời điểm hiện tại giảm 20,1%.

Hiệu quả về mặt xã hội: Làm chủ được công nghệ chế tạo, chủ động hoàn toàn trong quá trình sử dụng thiết bị, sửa chữa thay thế vật tư phụ tùng; Kết quả của nhiệm vụ được ứng dụng để lắp cho toa xe hàng đóng mới trong tương lai và các toa xe hàng hiện đang khai thác thì các đơn vị công nghiệp đường sắt sẽ có thêm công ăn việc làm, tăng thu nhập cho người lao động.

4. Địa chỉ lưu trữ kết quả nghiên cứu

Hồ sơ và báo cáo tổng hợp đề tài được lưu trữ tại Ban Hợp tác quốc tế & Khoa học công nghệ, Tổng công ty Đường sắt Việt Nam. Địa chỉ: Số 118 Lê Duẩn, Hoàn Kiếm, Hà Nội. Số điện thoại liên hệ: 024.38223650