đỗ việt dũng Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT Tóm tắt: Sau khi sửa chữa các cấp tại nhμ máy vμ đặc biệt lμ khi phát sinh hư hỏng trong quá trình khai thác, việ
Trang 1Nghiên cứu Xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cho động cơ điện kéo trên đầu máy D12E
TS đỗ việt dũng
Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT
Tóm tắt: Sau khi sửa chữa các cấp tại nhμ máy vμ đặc biệt lμ khi phát sinh hư hỏng trong
quá trình khai thác, việc chẩn đoán kỹ thuật cho các động cơ điện kéo trên các đầu máy diesel truyền động điện nói chung vμ đầu máy D12E nói riêng hiện nay còn chưa được giải quyết đầy
đủ bằng phương pháp đánh giá khách quan, chính xác Nội dung bμi báo nμy trình bμy phương pháp xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cho động cơ điện kéo trên đầu máy D12E trong quá trình khai thác vμ các kết quả đã đạt được khi thử nghiệm tại hiện trường
Summary: After having failures in operation and being repaired in factories, traction
motors used in electrically transmitted diesel locomotives, especially in D12E ones, are not diagnosed by an accurate method This paper presents a method of establishing a diagnostic system for traction motors of the D12E locomotives The research results are obtained in the field
i hệ thống truyền động điện vμ
động cơ điện kéo đầu máy d12e
Đầu máy D12E là đầu máy diesel truyền
động điện (TĐĐ) một chiều công suất trung
bình, dùng để kéo tầu khách, hàng và dồn với
tốc độ cấu tạo là 80 km/h Bộ phận chạy đầu
máy gồm 4 giá chuyển hướng với 4 trục chủ
động dẫn động từ 4 động cơ điện kéo (ĐCĐK)
một chiều kích từ nối tiếp loại TEO 15B Các
ĐCĐK được cấp năng lượng điện một chiều từ
tổ động cơ diesel K6S23 CDR - máy phát điện
kéo (MFĐK) một chiều TD 805D Về mặt kết
cấu, máy điện kéo trên đầu máy D12E được
thiết kế, chế tạo đảm bảo có thể vận hành tin
cậy trong điều kiện vận dụng khắc nghiệt trên
đường sắt Việt Nam [1], [2] Tuy nhiên, do thời
gian sử dụng đã khá lâu, chất lượng kỹ thuật
của chúng đã bị suy giảm, cần thiết phải
thường xuyên kiểm tra, kịp thời phát hiện và khắc phục hư hỏng để nâng cao độ tin cậy vận dụng của đầu máy Để kiểm tra các thông
số làm việc của bộ truyền động điện (TĐĐ), trên đầu máy D12E có bố trí một số đầu ra tín hiệu trên các cổng kiểm tra phía trước của bộ
điều khiển trung tâm GC28, cung cấp khá đầy
đủ các thông số giúp cho quá trình đánh giá trạng thái kỹ thuật cho MFĐK và hệ thống
điều chỉnh tự động công suất đầu máy Nhưng
đối với ĐCĐK thì bộ GC28 và hệ thống đo lường đầu máy không phản ảnh được các thông số làm việc riêng cho từng ĐCĐK Điều này khiến cho việc kiểm soát hoạt động, chẩn
đoán hư hỏng của từng ĐCĐK riêng lẻ trong quá trình vận dụng gặp nhiều khó khăn Do
đó, việc nghiên cứu ứng dụng các phương pháp đã công bố [2], [3], để thiết lập một hệ thống đo kiểm, trợ giúp chẩn đoán kỹ thuật cho ĐCĐK TEO 15B trên đầu máy D12E là rất
Trang 2cần thiết
ii xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ
thuật (CĐKT) cho ĐCĐK trên đầu
máy d12e
2.1 Xây dựng mô hình CĐKT cho
ĐCĐK TEO 15B
Một hệ thống CĐKT bất kỳ bao gồm
những phần tử có quan hệ tương hỗ với nhau
(hình 1), bao gồm: đối tượng chẩn đoán
(ĐTCĐ), các thông số chẩn đoán (TSCĐ), các
tiêu chuẩn chẩn đoán, các thiết bị và phương
tiện chẩn đoán (PTCĐ), quy trình chẩn đoán,
thuật toán và chương trình chẩn đoán (CTCĐ),
các bộ phận tiếp nhận và xử lí các thông tin
(TNCĐ), con người thao tác [1], [2], [3]
Từ các công trình đã công bố [1], [2], ta
đã có mô hình CĐKT tổng quát cho
ĐCĐK trên đầu máy diesel Với các
TSCĐ và các tiêu chuẩn chẩn đoán của
ĐCĐK TEO 15B [3], ta xác định được tập
hợp tối thiểu các TSCĐ Zmin (1) và Grap
chẩn đoán cho ĐCĐK đầu máy D12E
(hình 2), đáp ứng được yêu cầu chẩn
đoán, phù hợp với các điều kiện thực tế
tại Xí nghiệp Đầu máy [3]
Zmin = {Rcf, IFĐ, UFĐ, Rư, Ak,
UKT, IPM, Δc, PFĐ, MK, Rcc, Rtx, ta,
UƯ, nK (VK), tct, Pc, tk, Uk}
(1) Hàm chuẩn hội logic của mô hình 2
có dạng:
FĐ = (PFĐ) ∧ (PFĐ ∨ UFĐ ∨ K1) ∧ (UFĐ
∨ IFĐ ∨ UƯ ∨ K1) ∧ (UƯ ∨ Uk ∨ K2) ∧ (Uk ∨
Δc ∨ AK ∨ K3) ∧ (Δc∨ Pc ∨ K4) ∧ (Pc ∨ Rtx ∨ K5) ∧ (Rtx ∨ AK∨ K6) ∧ (AK ∨ tK ∨ K7) ∧ (tK ∨ K8) ∧ (IFĐ ∨ Rcc ∨ Rư ∨ RcF∨ MK ∨ K13) ∧ (RcF ∨ AK ∨ K11) ∧ (Rcc∨ UKT ∨ K12) ∧ (UKT ∨ IPM ∨ K9) ∧ (IPM ∨ AK ∨ K10) ∧ (ta∨ Rư) ∧ (ta ∨ K14) ∧ (MK ∨ tct ∨ nK ∨ K16) ∧ (nK ∨ tct ∨ PFĐ ∨ K16) (2) Mỗi TSCĐ lại tương ứng với phép kiểm tra nhằm xác định TTKT cho một bộ phận hoặc một phần tử thuộc ĐCĐK TEO 15B Tập hợp các kết luận Ki (i = 1, , 17,[3]) về tình trạng kỹ thuật cụ thể của mỗi phần tử cấu tạo của ĐCĐK TEO 15B, được xây dựng dựa vào mô hình của ĐTCĐ, các hệ phương trình logic (2) và dựa trên kinh nghiệm chẩn
đoán, vận dụng sửa chữa của các chuyên gia và sự so sánh giữa thông
số đo đạc, với các tiêu chuẩn chẩn
đoán Từ mô hình 2 xây dựng chương trình chẩn đoán tự động cho ĐCĐK TEO 15B với sự trợ giúp của các thiết
bị đo lường và vi xử lí thông qua việc ứng dụng thuật toán với lưu đồ tổng quát (hình 3), qua 19 bước kiểm tra theo một quy trình chẩn đoán phù hợp với điều kiện thực tế [3]
TSCĐ PTCĐ T.T.CĐ TNCĐ
Tác động nhân tạo
Tác động của vận hành
ĐTCĐ
Hình 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chẩn đoán kỹ thuật
K 6
PFĐ
U FD IFĐ
Uư
RCC
UK
K2
K1
K5
K3 K4
K 9
K10
K12
K13
K11
R CF
K7
R TX
P C
ΔC
A k t K
t a
K8
U KT
IPM
MK
tct
n K
K 15
K 16
Hình 2 Grap chẩn đoán TTKT tối ưu của
ĐCĐK TEO 15B
Trang 32.2 Thiết lập chương trình kiểm tra,
chẩn đoán cho ĐCĐK TEO 15B trong quá
trình vận dụng
Để có thể đánh giá được TTKT của
ĐCĐK ở tình trạng đang vận hành trên tuyến,
cần đo đạc đồng thời nhiều thông
số làm việc của chúng, trong đó
quan trọng nhất là việc đo đạc,
đánh giá chính xác các giá trị lớn
của điện áp và dòng điện kéo và
đảm bảo an toàn tuyệt đối cho
người và thiết bị đo Việc chẩn
đoán riêng cho ĐCĐK được thực
hiện khi xuất hiện hư hỏng được
phán đoán là của các ĐCĐK
trong quá trình đầu máy đang vận
dụng Để đánh giá được chính xác
hư hỏng có thuộc về các ĐCĐK
hay không, bước đầu tiên là cần
kiểm tra công suất của hệ thống
động lực (bước 4 của quy trình
chẩn đoán tổng hợp [2], [3]) để
loại trừ các hư hỏng của cụm
động cơ diezel – MFĐK và hệ
thống điều chỉnh tự động trên đầu
máy Sau đó tiến hành thực
nghiệm kiểm tra ĐCĐK trên
tuyến, thực hành đo đạc các
TSCĐ Zi và đánh giá theo mô
hình chẩn đoán đã lựa chọn
Thuật toán thử nghiệm riêng
ĐCĐK bao gồm [3]:
- Phần thuật toán chương
trình phục vụ cho việc đọc dữ liệu
qua cổng COM của máy tính, lưu
giữ hiển thị số liệu và kết quả
chẩn đoán
- Các phần thuật toán
chương trình chẩn đoán:
+ Phần chương trình thử
nghiệm công suất
+ Chẩn đoán ĐCĐK
trong quá trình vận dụng
- Từ sơ đồ khối, tiến hành thiết lập các chương trình chẩn đoán chung và chẩn đoán riêng ĐCĐK khi vận dụng bằng ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Microsof Visual Basic 6.0 [3]
Kiểm tra ĐCĐK Bắt đầu
Nhập các tiêu chuẩn
Ti (i = 1-17)
Đọc các TSCĐ Rj
từ cổng Com
In dữ liệu đo,
vẽ đồ thị TS đo
Nhập các TSCĐ Rk
Từ bàn phím
T1 & PFD
Đúng
T2 & UFD
T3 & Uư
Đúng
T4 & Uk
Đúng
Ti & Rik
Đúng
T17 & nK
Đúng
Đúng Kết luận tổng
át
Kết luận 17 Sai
Kết luận i Sai
Kết luận 3 Sai
Kết luận 2 Sai
Kết luận 1 Sai
Kết luận 1 Sai
Hình 3 Lưu đồ thuật toán chẩn đoán ĐCĐK TEO 15B
Trang 4ADC
TLC 7135C
Analog Inputs
GND RTS
Khối điều khiển(VXL)
CS Clock DIN
Clock
ADC
Bộ nối ghép trung gian
Đầu ra cảm biến
Đầu ra cảm biến
Đầu KT CR
Đầu KT CR
Hình 4 Sơ đồ khối thiết bị đo, trợ giúp chẩn đoán đầu máy D12E
2.3 Phương án thiết kế, lựa chọn hệ
thống đo [3]
Trên hình 4 là sơ đồ khối thiết bị đo hiện
đã được trang bị tại Xí nghiệp Đầu máy Hà nội
để chẩn đoán MFĐK, đầu ra số của thiết bị
được nối ghép vào cổng COM (RS 232) của
máy tính, đầu vào tương tự của thiết bị được
đấu nối tuỳ theo bước kiểm tra cụ thể [2], [3]
Để thực hiện chẩn đoán ĐCĐK, như đã
trình bày, cần đo được điện áp, dòng điện kéo
ở trạng thái các ĐCĐK đầu máy đang vận
hành, có trị số rất cao (với UMFĐK = 850V;
IMFĐK = 1200A) Vì vậy, trước khi đưa tín hiệu
điện áp phần ứng của ĐCĐK vào cổng vào
tương tự của thiết bị chẩn đoán đã có ([1], [2]),
tín hiệu đo phải được đưa qua bộ chuyển đổi
cách ly Tín hiệu ra tương tự của bộ chuyển
đổi cách ly có giá trị phù hợp với đầu vào bộ
biến đổi AD và vi xử lý (0 ữ 5V) Mặt khác để
đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong
quá trình đo, bộ chuyển đổi có thêm chức
năng cách ly hoàn toàn giữa nguồn điện động
lực (đầu vào) và thiết bị A/D (đầu ra) Có thể
lựa chọn các thiết bị có thể đáp ứng được các
nhiệm vụ này của nhiều hãng khác nhau
(Booth, Siemen,…) nhưng khó lựa chọn phù
hợp được dải đo cũng như các thông số đầu
vào của bộ A/D đã có (vốn đã được thiết kế
lắp đặt cho đầu máy D12E)
V +15
0
-15 O/I
120mV 100mV 1000V
G
Hình 5 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi cách ly GA33
Để tận dụng vật tư sẵn có tại Xí nghiệp,
ta sử dụng thiết bị chuyển đổi cách ly GA33 trong mạch điện đầu máy D12E để lắp đặt bộ chuyển đổi tín hiệu và cách ly điện áp cho hệ thống cần thiết kế Bộ GA33 (hình 5) có các chức năng: Biến đổi điện áp từ (0 ữ 1000)V về
điện áp (0 ữ 10)V, dòng điện từ (0 ữ 1500)A
về điện áp (0 ữ 10)V Cách ly giữa đầu vào và
ra theo nguyên lý biến áp xung [3]
Bằng cách ghép nối các đầu vào “1000V”
và “0/I” của các bộ GA33 với các đầu A1, B2 tương ứng của các phần ứng ĐCĐK (hình 6), sao cho điện áp phần ứng của chúng được đặt trên các cổng vào cao áp của GA33 Các đầu
ra của các bộ GA33 được nối chung điểm “0”
và trùng với điểm 0 của nguồn cấp ± 15V, nguồn này được lấy trực tiếp từ nguồn ± 15V của đầu máy Đầu ra tín hiệu chuyển đổi “V” của các bộ GA33 chính là các điện áp tương
Trang 5tự có giá trị bằng 1% giá trị điện áp vào Các
đầu ra này sẽ được kết nối với các đầu vào
tương ứng của thiết bị chẩn đoán tổng hợp
Toàn bộ các bộ GA33 được lắp đặt trong một
hộp kim loại, nhỏ gọn và được kết nối với
mạch động lực, nguồn và thiết bị đo kiểm qua
các giắc nối kép và dây dẫn tín hiệu
Hình6 Sơ đồ đầu nối của thiết bị
với mạch điện đầu máy
Hình 7 Tổ hợp thiết bị chuyển đổi, cách ly
của thiết bị chẩn đoán ĐCĐK
III quá trình thực nghiệm vμ các
kết quả được ứng dụng
Quá trình thực nghiệm chẩn đoán ĐCĐK
đầu máy D12E được tiến hành từ tháng
8 - 2003 đến tháng 10 - 2003, trong thời gian
này thực hiện việc lựa chọn, lắp ráp, chế tạo
thiết bị ghép nối, chuyển đổi - cách ly và lắp
ghép với A/D đã có, xây dựng quy trình thử nghiệm, chương trình đo ghi, xử lý dữ liệu theo mô hình chẩn đoán, tiến hành quá trình thực nghiệm kiểm tra chất lượng đầu máy và của các ĐCĐK ở trạng thái vận hành trên tuyến
Hà Nội - Hải Dương Các kết quả thu được dưới dạng số liệu, đặc tính của các TSCĐ (hình 8) và kết quả chẩn đoán về trạng thái kỹ thuật của ĐCĐK (hình 9) trên đầu máy cụ thể [3]
Hình 8 Đặc tính các TSCĐ của ĐCĐK
vận dụng trên tuyến
Hình 9 Kết quả chẩn đoán trạng thái
kỹ thuật của ĐCĐKĐK
Các kết quả thực nghiệm thu được đều thống nhất với các kết quả kiểm tra có được từ việc đo đạc trực tiếp, tuy nhiên tính khách quan, trực quan và độ chính xác cao hơn Khi
sử dụng thiết bị, có thể nhận biết chính xác sự biến đổi liên tục của các thông số đo, từ đó có những kết luận về bộ phận và mức độ hư hỏng, TTKT cũng như chất lượng kỹ thuật của
M1
M2
M3
M4
Tới kích từ Giá 2
Tới MFĐK
Tới kích t
±
ừ Giá 1
B2 1
B2
B2 B2
15V
±15V
M2 (K6)
M3 (K7)
M4 (K8) M1(K5)
1000V 1000V
0/I
0 0/I
0
0
0
V
V
GA33 - 2
GA33-3
GA33 - 4 GA33-1
Trang 6từng ĐCĐK trên đầu máy được kiểm tra Vì vậy,
tháng 10/2003, thiết bị đã được chuyển giao cho
Xí nghiệp Đầu máy Hà nội quản lý và khai thác,
phục vụ cho công tác sửa chữa đầu máy
iv Kết luận
Cùng với mô hình grap chẩn đoán các
máy điện kéo đã được thiết lập [1], [2], mô
hình chẩn đoán kỹ thuật cho ĐCĐK TEO 15B
trên đầu máy D12E và các thiết bị chuyển đổi
cách ly được thiết kế, chế tạo trong nghiên
cứu này để phục vụ đo đạc các TSCĐ của
chúng, có thể ứng dụng ở các cơ sở sản xuất
của ngành đường sắt Việc tiến hành nghiên
cứu phương pháp chẩn đoán TTKT cho toàn
bộ hệ thống TĐĐ và ĐCTĐ trên đầu máy
trong điều kiện khai thác đòi hỏi các chi phí về
thời gian và thiết bị rất lớn và cần được đầu tư
từng bước Với các ĐCĐK đầu máy, ngoài các
thông số, phương pháp và phương tiện đo đạc
được trình bày ở trên, để chẩn đoán được
chính xác chất lượng làm việc của chúng, còn
cần tiếp tục hoàn thiện, bổ xung thêm các
thiết bị đo lường để đánh giá chất lượng cách
điện, độ đánh lửa, độ rung, nhiệt độ các bộ
phận của ĐCĐK trong quá trình vận hành…
Các ứng dụng cụ thể cho đầu máy diesel TĐĐ
nói chung và đầu máy D12E tại Xí nghiệp Đầu
máy Hà Nội sẽ được trình bày trong nội dung
của các bài báo tiếp theo
Tài liệu tham khảo
[1] Đỗ Việt Dũng, Đỗ Đức Tuấn (2003) Nghiên
cứu xây dựng hệ thống đo ghi và chẩn đoán trạng
thái kỹ thuật của một số thiết bị trong mạch điện
đầu máy diesel Đề tài NCKH cấp Bộ mã số
B2001 – 35 – 07 - ĐHGTVT
[2] Nguyễn Đình Thông, Đỗ Việt Dũng, Trần Trung Độ,
Nguyễn Đăng Khoa (2003) Nghiên cứu ứng dụng kỹ
thuật và công nghệ mới thiết kế chế tạo hệ thống
đo kiểm trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật một
số thiết bị điện chủ yếu trên đầu máy D12E Đề tài
dự thi “Sáng tạo Khoa học Công Nghệ“ TCT Đường sắt Việt nam
[3] Đỗ Việt Dũng (2004) Nghiên cứu thiết kế chế
tạo thiết bị chẩn đoán tình trạng vận hành của động cơ điện kéo đầu máy D12E thông qua kiểm tra hiện tượng quay trượt Đề tài NCKH cấp trường
ĐHGTVT mã số T2004 - CK - 30♦
