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. 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 luan an 2 xét tới các yếu tố kỹ thuật trong quá trình khai thác và sau đó có xét tới các chi phí về bảo dưỡng sửa chữa là vấn đề có ý nghĩa khoa học, thực tiễn, phù hợp với xu hướng của thế giới, và là vấn đề còn mới mẻ ở Việt Nam. Mục tiêu của đề tài Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và lý thuyết tối ưu hóa nhằm xác định và tối ưu hóa chu kỳ sửa chữa cho các chi tiết bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam có xét tới tuổi thọ gamma phần trăm của các chi tiết và chí phí sửa chữa có kế hoạch. Đối tượng nghiên cứu Đầu máy diesel truyền động điện sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam. Đây là loại đầu máy có tính năng ưu việt hơn so với đầu máy diesel TĐTL, có số lượng đầu máy đang vận dụng chiếm tỷ lệ 80,31% (208/259), với tổng công suất chiếm 86,74% (325.500 mã lực), đang là nguồn sức kéo chủ lực của đường sắt Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu Các chi tiết bộ phận chạy (bộ phận chuyển động), là bộ phận quan trọng trên đầu máy, liên quan trực tiếp đến quá trình vận hành và an toàn chạy tàu, đồng thời đối tượng có ảnh hưởng quyết định đến việc đưa đầu máy vào sửa chữa. Nội dung nghiên cứu được áp dụng cụ thể cho bộ phận chạy đầu máy D19E do Trung Quốc sản xuất, có công suất lớn, tương đối hiện đại, được đưa vào sử dụng gần đây nhất, có số lượng lớn nhất trong tổng số đầu máy diesel TĐĐ đang vận dụng chiếm 30,89% về mặt số lượng (80/259), và 46,67% về tổng công suất (152. Trong thời gian sắp tới ngành đường sắt Việt Nam tiến hành chế tạo và lắp ráp từ 50 đến 100 đầu máy nữa, lúc đó nó sẽ thực sự là nguồn sức kéo chủ lực của đường sắt Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về độ tin cậy và tối ưu hóa, thiết lập các thuật toán và xây dựng các chương trình tính toán tương ứng.
Nghiên cứu các quy trình sửa chữa, các phương pháp sửa chữa chi tiết đầu máy áp dụng hiện hành trong ngành ĐSVN. luan an 3 Khảo sát và thu thập số liệu thống kê về hao mòn, hư hỏng của các chi tiết trong quá trình sử dụng làm cơ sở cho việc xác định chu kỳ bảo dưỡng sửa chữa tối ưu cho các đối tượng được nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu 1. Nghiên cứu các công trình khoa học ở ngoài nước và trong nước về lĩnh vực tối ưu hóa bảo dưỡng phương tiện nói chung, về lĩnh vực thiết lập chu kỳ sửa chữa và tối ưu hóa chu kỳ sửa chữa các bộ phận trên đầu máy nói riêng, từ đó lựa chọn phương pháp phù hợp và khả thi cho việc ứng dụng vào điều kiện cụ thể của đường sắt Việt Nam.
Nghiên cứu lý thuyết cơ sở xác định thời hạn làm việc của các chi tiết trên đầu máy hư hỏng do mòn và xây dựng chương trình tính toán. Nghiên cứu lý thuyết cơ sở tối ưu hóa hệ thống chu kỳ sửa chữa của bộ phận trên đầu máy có xét tới tuổi thọ gamma phần trăm và chi phí sửa chữa có kế hoạch và xây dựng chương trình tính toán. Nghiên cứu các quy trình sửa chữa, các phương pháp sửa chữa chi tiết đầu máy áp dụng hiện hành trong ngành ĐSVN. Thu thập số liệu thống kê về hao mòn và chi phí sửa chữa của các chi tiết bộ phận chạy đầu máy diesel truyền động điện D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn thuộc Tổng công ty Đường sắt Việt Nam.
Từ số liệu thống kê về hao mòn, tiến hành xác định các đặc trưng hao mòn và thời hạn làm việc (tuổi thọ) gamma phần trăm của các chi tiết bằng chương trình đã xây dựng. Từ số liệu về chi phí sửa chữa và tuổi thọ gamma phần trăm, bằng chương trình đã xây dựng, tiến hành xác chu kỳ sửa chữa tối ưu các chi tiết bộ phân chạy đầu máy diesel truyền động điện D19E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Sài Gòn theo tuổi thọ gamma phần trăm của các chi tiết và tỷ lệ chi phí sửa tối thiểu chữa có kế hoạch. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học 1. Từ các nghiên cứu trong và ngoài nước rất đa dạng và phong phú trong lĩnh vực tối ưu hóa bảo dưỡng nói chung, tối ưu hóa chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa đầu máy nói riêng, đã lựa chọn được phương pháp khả dĩ để ứng dụng vào thực tế của ngành đường sắt Việt Nam hiện nay, đó là tối ưu hóa chu kỳ sửa chữa theo tuổi thọ gamma phần trăm của chi tiết và chí phí sửa chữa có kế hoạch.
Đã ứng dụng có kết quả lý thuyết độ tin cậy, lý thuyết tối ưu hóa, sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để xây dựng các chương trình tính toán tuổi thọ gamma phần trăm của chi tiết hư hỏng do mòn và thiết lập hệ thống chu kỳ sửa chữa tối ưu của các chi tiết, bộ phận trên đầu máy, có xét tới tuổi thọ gamma phần trăm và các chi phí cho sửa chữa có kế hoạch. Các chương trình tính toán là các chương trình tổng hợp, không chỉ sử dụng cho các đối tượng đầu máy, toa xe nói riêng mà còn có thể sử dụng cho các đối tượng cơ khí khác nói chung, được đóng gói thành phần mềm hoàn chỉnh và có khả năng thương mại hóa. - Ý nghĩa thực tiễn 1. Các kết quả tính toán là cơ sở tham khảo cho các nhà quản lý và sử dụng phương tiện có thể lựa chọn phương án phù hợp với điều kiện thực tế, hài hòa giữa việc đảm bảo độ tin cậy trong quá trình khai thác và chi phí đơn vị tối thiểu cho sửa chữa.
Kết quả nghiên cứu của luận án là tiền đề mở ra khả năng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm ứng dụng vào thực tế của ngành đường sắt Việt Nam đang dần được phục hưng và hệ thống đường sắt đô thị đang được phát triển mạnh mẽ, có tác dụng khích lệ các nhà quản lý, các nhà khoa học tiếp tục tạo điều kiện để có những nghiên cứu sâu sắc hơn, toàn diện hơn về vấn đề này. Kết quả nghiên cứu cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác đào tạo trong nhà trường nói riêng và công tác nghiên cứu khoa học nói chung. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn là cơ sở tham khảo cho việc biên soạn quy trình, tiêu chuẩn, quy chuẩn về bảo dưỡng sửa chữa đầu máy nói chung và đầu máy D19E nói riêng trong ngành đường sắt Việt Nam. luan an 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA VÀ TỐI ƯU HÓA CHU KỲ SỬA CHỮA ĐẦU MÁY 1.
Tổng quan về mạng lưới đường sắt Việt Nam Hiện nay mạng lưới vận tải đường sắt Việt Nam có các tuyến cơ bản sau đây [55]: 1. Tuyến Hà Nội - Lào Cai: 296 km, khổ đường 1. Tuyến Hà Nội- Quán Triều: 75 km đường lồng khổ 1.435 mm (Trên thực tế đây là tuyến Gia Lâm - Yên Viên - Đông Anh - Lưu Xá- Quán Triều: 75 km đường lồng khổ 1. Tuyến Hà Nội - Đồng Đăng: 163 km đường lồng khổ 1.435 mm (Trên thực tế đây là tuyến Gia Lâm - Yên Viên - Kép - Đồng Đăng: 163 km đường lồng khổ 1.
Tuyến Hà Nội - Hải Phòng: 102 km, khổ đường 1. Tuyến Hà Nội - Sài Gòn: 1726 km, khổ đường 1.000 mm Ngoài ra còn một số tuyến nhánh như sau: 6. Tuyến Bắc Hồng - Văn Điển: 40 km khổ đường 1. Tuyến Yên Viên - Kép - Hạ Long: 175 km, khổ đường 1.
Tuyến Lưu Xá - Kép - Hạ Long: 136 km, khổ đường 1.435 mm Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam được thể hiện trên hình 1. luan an 6 Hình 1. Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam luan an 7 Hình 1.1b Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam luan an 8 Thông số cơ bản về chiều dài tuyến đường sắt Việt Nam thể hiện trong bảng 1.