nghiên cứu, lựa chọn phương án lắp đặt, thay thế động cơ diesel cho đầu máy d12e

Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Chơng 1: Tình hình vận dụng và các thông số kỹ thuật của đầu máy D12E 1.1 . Giới thiệu chung đầu máy D12E Hình 1.1. Sơ đồ tổng thể và bố trí một số thiết bị trên đầu máy D12E Đầu máy D12E là đầu máy diesel truyền động điện một chiều, công suất 1200 Ml, tốc độ cấu tạo 80km/h, có nguồn động lực là động cơ K6s230DR. Đầu máy D12E đợc đa vào Việt Nam và giao cho Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng sử dụng từ năm 1986 với số lợng 25 chiếc, sau đó Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội 15 chiếc. Từ năm 1996 trở đi, do có sự điều chỉnh sức kéo của ngành, Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng đã giao lại cho các Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội và Hà Lào 12 đầu máy D12E, do đó hiện nay Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội sử dụng 22 chiếc và Xí nghiệp Đầu máy Hà Lào 5 chiếc. Loại đầu máy này có chất lợng tơng đối ổn định, và trong nhiều năm qua nó là nguồn sức kéo chủ lực cho ngành Đờng sắt Việt Nam. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 1 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Bảng 1.1. Các thông số cơ bản của đầu máy D12E Loại động cơ diesel K6s230DR Công suất động cơ 1200 Ml Phơng thức truyền động Điện MC - MC Khổ đờng 1000 mm Khối lợng ĐC-MP 11400 kg Khối lợng MPĐC 3940 kg Khối lợng ĐCĐK 1760 kg Hệ thống hãm Dako Tải trọng trục 14 T/trục Trọng lợng chỉnh bị 56 tấn Sức kéo khởi động 14600 kG Sức kéo dài hạn 11700 kG Tốc độ cấu tạo 80 km/h Tốc độ dài hạn 16 km/h Bán kính cong Rmin 75 m Kích thớc giới hạn Dài Rộng Cao mm 13306 2754 3854 Chiều cao đầu đấm 825 mm Cự ly tâm cối chuyển 6700 mm Cự ly tâm trục bánh 2400 mm Dự trữ nhiên liệu 2200 l Dự trữ dầu bôi trơn 385 kg Dung tích nớc làm mát - Dự trữ cát 300 kg 1.1.1. Các thông số kỹ thuật của động cơ K6s230DR SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 2 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Hình 1.2. Động cơ K6s230 DR lắp trên đầu máy D12E Động cơ K6s230DR là động cơ diesel do Tiệp Khắc sản xuất. Là loại động cơ có tăng áp, sử dụng tuốc bin khí thải, tốc độ quay của động cơ thuộc loại trung bình. Bảng 1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ K6s230DR Kiểu động cơ K6s230DR Công suất ứng với vòng quay định mức 1200 Ml Vòng quay định mức 1150 v/ph Vòng quay không tải 500 v/ph Vòng quay siêu tốc 1270-1320 v/ph Số kỳ 4 kỳ Phơng pháp phun nhiên liệu Phun trực tiếp Phơng pháp nạp khí Có tăng áp làm mát khí nạp Số xilanh và cách bố trí 6 xilanh thẳng hàng Đờng kính xilanh 230 mm Hành trình piston 260 mm Dung tích làm việc của động cơ 64,8 l Tỉ số nén 13,5:1 Vận tốc trung bình của piston ở vòng quay định mức 9,97 m/s áp suất có ích trung bình của 10,1 KG/cm 2 SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 3 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng piston Chiều quay động cơ (nhìn từ phía bơm nớc) Phải Thứ tự nổ (thứ tự xilanh tính từ bơm nớc) 1-3-5-6-4-2 Suất tiêu hao dầu bôi trơn (sau khi đã rà trơn 1500 km) 2,7-5,5 g/kw-h Suất tiêu hao nhiên liệu 228 g/kw-h Khối lợng dầu trong động cơ 385 l Lọc dầu bôi trơn 7 lõi lọc giấy Lọc nhiên liệu 4 lõi Khối lợng động cơ 7460 kg Kích thớc động cơ Dài Rộng Cao mm 2851 1567 1956 1.1.2. Giới thiệu đặc tính động cơ K6s230DR Để xây dựng đờng đặc tính động cơ K6s230DR ta sử dụng các thông số thực nghiệm đo đợc tại xí nghiệp. Từ các thông số thực nghiệm của động cơ ta có ở vòng quay 1100(v/ph) công suất đạt 675(kw), ở vòng quay 500(v/ph) công suất là 80(kw). Chia đều ra làm 6 khoảng ứng các tốc độ vòng quay khác nhau, mỗi khoảng công suất lệch nhau là 99(kw). Ta lập đợc bảng 1.3 nh dới đây: Bảng 1.3. Công suất của động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay. n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1100 P(kw) 80 179 278 378 477 576 675 Biểu đồ quan hệ giữa công suất động cơ và số vòng quay. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 4 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng P(K6s230DR) n(v/ph) 1100 1000 800 900 700 600500 0 100 200 300 400 500 600 700 800 P(kW) Hình 1.3. Đặc tính công suất của động cơ K6s230DR. - Từ các giá trị công suất và tốc độ vòng quay ở trên ta có thể tính ra giá trị mô men liên hệ với tốc độ vòng quay dựa theo công thức : N M = (1-1) Với : N: Công suất của động cơ diesel (w) : vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s) Trong đó: 30 nì = Với n: tốc độ quay của trục khuỷu (v/ph) Vận dụng công thức (1-1) ta có bảng các giá trị mô men ứng với số vòng quay của động cơ K6s320DR. Sau đó dựa vào chơng trính MatLap ta vẽ đợc biểu đồ quan hệ giữa mô men và tốc độ quay động cơ. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 5 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Bảng 1.4. Mômen của động cơ K6s230DR tơng ứng với số vòng quay. n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1100 M(N.m) 1528 2850 3794 4514 5063 5503 5862 Biểu đồ quan hệ giữa mômen và số vòng quay động cơ. Mk(Nm) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 500 600 700 800 900 1000 1100 n(v/ph) M(K6s230DR) Hình 1.4. Đặc tính mômen động cơ K6s230DR. - Từ các thông số lấy đợc trong các tài liệu kỹ thuật về sử dụng đầu máy D12E, ta có bảng suất hao nhiên liệu dới đây: Bảng 1.5. Suất hao nhiên liệu động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay. n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1050 ge(g/kw-h) 275 244 237 236 228 227 228 Biểu đồ quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu và số vòng quay động cơ. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 6 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng 500 600 700 800 900 1000 1100 n(v/ph) 220 230 240 250 260 270 280 ge(g/kWh) ge(K6s230DR) Hình 1.5. Suất hao nhiên liệu của động cơ K6s230DR. 1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với động cơ diesel trên đầu máy Năm 1897, Rudolf Diesel (1853 - 1913), ngời Đức, đã chế tạo thành công một loại động cơ đốt trong kiểu mới, đó là loại động cơ đốt trong tự bốc cháy, hỗn hợp cháy đa vào xilanh không cần nguồn đánh lửa từ bên ngoài mà tự bốc cháy nhờ áp suất và nhiệt độ cao của không khí nén trong xilanh. Loại động cơ này sử dụng nhiên liệu diesel và đợc gọi là động cơ diesel. Loại động cơ này có hiệu suất cao đến 30 - 40% và có thể chế tạo ở những dải công suất lớn. Do vậy, ngay sau khi ra đời, động cơ diesel đã phát triển rất nhanh và đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật, trong đó có giao thông vận tải nói chung và ngành Đờng sắt nói riêng. Từ đó đến nay, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật, đầu máy diesel đã không ngừng cải tiến để nâng cao công suất và tốc độ cũng nh tự động hoá các quá trình điều khiển, điều chỉnh để nâng cao hiệu suất và tính kinh tế. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 7 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Ngày nay, đầu máy diesel đã cùng với đầu máy điện trở thành nguồn sức kéo chủ yếu của hầu hết các nớc có đờng sắt trên thế giới. 1.3.1.1. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel 1. Về mặt chỉ tiêu kinh tế Đảm bảo hiệu suất của động cơ cao, yêu cầu suất tiêu hao nhiên liệu đơn vị của động cơ phải thấp. Những động cơ diesel hiện nay phải đạt đợc suất hao nhiên liệu thấp hơn 150-160(g/Ml-h) tiến tới còn 140-150(g/Ml-h). Lợng suất hao dầu nhờn đơn vị phải nhỏ hơn 2-3(g/Ml-h). Bảng 1.6 giới thiệu suất hao nhiên liệu một số loại đầu máy diesel đang sử dụng trên đờng sắt Việt Nam. Bảng 1.6. Suất hao nhiên liệu một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt Nam. Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E Động cơ lắp trên đầu máy CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24CO CAT3512B Suất hao nhiên liệu(g/ml-h) 179 167 168 146 159 145 Nh vậy, so với chỉ tiêu đặt ra hiện nay thấy rằng suất tiêu hao nhiên liệu của các động cơ đầu máy D9E, D12E, D13E, D18E đều lớn hơn. Sự lớn hơn đó phần nào nói lên chất lợng của các loại động cơ trên là cha cao. Động cơ đầu máy D14E, D19E đạt 145-146(g/ml-h) phù hợp với chỉ tiêu về suất hao nhiên liệu đặt ra với các đầu máy diesel, đây là loại động cơ phun nhiên liệu điện tử tiên tiến và tiết kiệm nhiên liệu, do đó chiếm u thế sử dụng trong nghành đờng sắt nớc ta hiện nay 2. Đơn vị trọng lợng/công suất Để đáp ứng nhu cầu giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của đầu máy nói chung thì đơn vị trọng lợng công suất của động cơ cũng phải giảm nhỏ hơn 3-5(kg/Ml). Bảng 1.7 giới thiệu đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt Nam. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 8 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng Bảng 1.7. Đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt Nam. Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E Động cơ lắp trên đầu máy CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24CO CAT3512B Đơn vị trọng lợng/công suất(kg/ml) 6,04 6,21 8,32 3,11 6,61 3,13 Nhìn vào bảng đơn vị trọng lợng/công suất ta thấy ngay đợc mức độ hiện đại về mặt kết cấu của các động cơ nh CAT3508B lắp trên đầu máy D14E và CAT3512B lắp trên đầu máy D19E. Cùng với đơn vị trọng lợng/công suất nhỏ là khả năng phát huy tối đa sức kéo của đầu máy,giúp cho đầu máy luôn làm việc đạt hiệu suất cao. 3. áp suất có hiệu trung bình Đây là một chỉ tiêu tổng hợp có ảnh hởng lớn đến các chỉ tiêu khác của động cơ nh: hiệu suất, công suất, suất hao nhiênliệu, đơn vị trọng lợng công suất. Bằng phơng pháp tăng áp cao, có thể tăng áp suất khí nạp vào động cơ lên đến 2-3(KG/cm 2 ) và do đó, áp suất có hiệu trung bình của động cơ sẽ tăng lên đáng kể. Trong tơnglai, áp suất có hiệu trung bình của động cơ diesel 4 kỳ có tăng áp có thể lên đến 18-20(KG/cm 2 ). Giới hạn tăng áp đợc xác định bởi độ bền của các chi tiết động cơ. Trong thực tế, để tăng công suất cho động cơ ngời ta th- ờng kết hợp việc tăng áp suất của khí nạp với việc làm mát không khí tăng áp tr- ớc khi nạp vào động cơ. Dùng biện pháp đó không những có thể tăng công suất của mỗi xilanh mà còn giảm nhỏ đợc đơn vị trọng lợng công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Do đó, tăng áp và làm mát khí nạp là một trong những xu hớng phát triển của động cơ diesel. Căn cứ vào phơng pháp dẫn động thiết bị tăng áp mà chia ra thành: - Thiết bị để tăng áp dẫn động cơ giới: Máy nén thờng đợc dẫn động từ trục khuỷu của động cơ diesel thông qua các cặp bánh răng cơ giới, do đó tiêu tốn một phần công suất động cơ, làm cho SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 9 Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng hiệu suất động cơ giảm. Vì vậy, trên động cơ diesel 4 kỳ ngời ta thờng không sử dụng phơng pháp dẫn động này. Không khí nạp Không khí vào Động cơ Diesel Máy nén Hộp giảm tốc Hình 1.6. Thiết bị tăng áp dẫn động cơ giới - Thiết bị tăng áp dẫn động kiểu tua bin: Khí xả sau khi ra khỏi động cơ đợc đa đến để làm quay bánh tua bin, tua bin này sẽ dẫn động máy nén khí để hút không khí từ ngoài trời nén lên đến áp lực cần thiết sau đó đợc làm mát rồi nạp vào xilanh động cơ. Khoảng 40% năng lợng cấp cho động cơ đợc sử dụng để dẫn động tua bin tăng áp. Trong quá trình bị nén, nhiệt độ không khí nạp tăng lên, do đó trớc khi nạp vào cho động cơ cần phải làm mát không khí tăng áp. Việc làm mát không khí tăng áp một mặt làm cho trọng lợng riêng của khí nạp giảm đi, mặt khác nhiệt độ của không khí nạp trong xilanh ở đầu của quá trình nén thấp làm cho phụ tải nhiệt của động cơ đợc giảm đi. Trên động cơ có mức độ tăng áp trung bình và nhỏ thì có thể làm mát không khí tăng áp chung với vòng tuần hoàn nớc làm mát động cơ. Đối với những động cơ có mức độ tăng áp cao phải bố trí vòng tuần hoàn riêng làm mát không khí tăng áp. SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43 10 [...]... số động cơ diesel lắp trên đầu máy đang vận dụng ở Việt Nam Bảng 1.8 Tuổi thọ của một số động cơ diesel lắp trên đầu máy đang vận dụng ở Việt Nam Đầu máy Động cơ D9E D12E D13E D14E D18E D19E CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24C0 CAT3512B 600000 600000 600000 800000 1000000 1000000 lắp trên đầu máy Tuổi thọ của động cơ( km) 1.1.3.2 Các yêu cầu với động cơ diesel trên đầu máy Trên đầu máy động cơ diesel. .. (v/p) Khối lợng động cơ 6 (kg) Suất hao nhiên liệu (g/ml-h) Đây là nhóm động cơ đã đợc tìm hiểu, từ đó tiến hành chọn lựa động cơ thay thế cho động cơ K6s230DR trên đầu máy D12E Ta đi vào so sánh cụ thể các loại động cơ trên dựa trên những chỉ tiêu về các thông số kỹ thuật và đặc tính của mỗi động cơ, để lựa chọn động cơ thay thế phù hợp nhất 2.3 Giới thiệu các đặc tính kỹ thuật của động cơ diesel 2.3.1.Họ... Dũng Thuyết minh TKTN Chơng 2: lựa chọn phơng án thay thế động cơ và các giải pháp cụ thể 2.1 Yêu cầu kinh tế, kỹ thuật của việc thay thế 2.1.1.Yêu cầu kỹ thuật của việc thay thế động cơ Việc thay thế động cơ K6s230DR trên đầu máy D12E phải đảm bảo đợc những yêu cầu kỹ thuật sau: 1 Động cơ chọn để thay thế trớc hết phải có kích thớc thích hợp, có thể lắp đặt vào khoang động cơ mà không ảnh hởng đến các... - Động cơ tăng áp: khí nạp đợc đa vào xilanh với một áp suất nhất định nhờ thiết bị đặc biệt gọi là máy tăng áp (máy nén bơm không khí vào xi lanh) Động cơ của đầu máy D12E thuộc loại động cơ trung tốc với tốc độ vòng quay định mức là 1150(v/ph) 1.2 Sơ lợc về đặc tính động cơ diesel, cách bố trí động cơ diesel trên đầu máy 1.2.1 Đờng đặc tính động cơ diesel Những tính chất quan trọng nhất của động cơ. .. diesel là nguồn động lực chủ yếu nó không những đảm bảo cho đầu máy có đủ khả năng phát sinh sức kéo để kéo đoàn tầu mà còn là nguồn động lực để dẫn động các máy phụ nh máy nén gió, quạt làm mát, máy phát điện phụ Điều kiện và tính chất làm việc của động cơ diesel trên đầu máy có nhiều điểm khác so với động cơ diesel tĩnh tại Do đó động cơ diesel bố trí trên đầu máy phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau... trong toàn bộ phạm vi làm việc của động cơ diesel Với đầu máy kéo tầu khách cần phát huy công suất ở phạm vi tốc độ lớn do vậy đặc tính 3 là có lợi hơn cả 1.2.2 Bố trí động cơ diesel trên đầu máy Trên đầu máy động cơ diesel thờng đợc bố trí cùng các thiết bị khác nh máy phát điện, bộ truyền động thuỷ lực, máy nén gió, quạt làm mát,do đó việc bố trí động cơ diesel trên đầu máy phải thoả mãn những yêu cầu... năng phù hợp, chất lợng đảm bảo, phụ tùng vật t thay thế ổn định và dễ khai thác để thay thế cho động cơ cũ K6s230DR Qua 3 phơng án vừa nêu trên ta thấy rằng trong tình hình hiện nay, để nâng cao tính năng sử dụng hiệu quả đầu máy D12E thì lựa chọn phơng án 3 là hợp lý Từ đây, nhiệm vụ đặt ra là phải khảo sát, lựa chọn động cơ phù hợp để thay thế động cơ K6s230DR SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43... của loại động cơ sử dụng trên đầu máy đảm bảo có trên thị trờng trong nớc Điều kiện công nghệ sửa chữa loại động cơ này phải phù hợp với trang thiết bị trong xí nghiệp và của nghành 5.Việc cải tạo lắp đặt động cơ lên đầu máy cần phải giải quyết một số vấn đề cụ thể sau: Nối ghép chỉnh tâm giữa động cơ và máy phát điện chính, lắp đặt khối động cơ máy phát lên giá xe đầu máy, nối động cơ với các thiết... động cơ diesel trên đầu máy Động cơ diesel có thể đợc phân loại theo những đặc điểm cơ bản sau đây: 1 Dựa vào số kỳ của chu trình công tác phân ra: - Động cơ 2 kỳ - Động cơ 4 kỳ 2 Dựa vào số xilanh phân ra: - Động cơ một xilanh - Động cơ nhiều xilanh 3 Dựa vào cách bố trí xilanh phân ra: - Động cơ xilanh bố trí thành hàng thẳng đứng - Động cơ xilanh bố trí thành hàng chữ V - Động cơ xilanh bố trí hình... TKTN 1 Động cơ diesel đặt trên đầu máy phải đảm bảo sao cho trọng lợng của nó cùng trọng lợng của các trang thiết bị khác đợc phân bố đồng đều cho các trục bánh để tất cả các trục bánh chủ động có khả năng phát huy sức kéo nh nhau Vị trí của động cơ phải đợc lựa chọn sao cho việc lắp đặt các trang thiết bị khác nh máy phát điện khởi động, bộ truyền động thuỷ lực, hệ thống làm mát dầu bôi trơn, máy nén . số động cơ diesel lắp trên đầu máy đang vận dụng ở Việt Nam. Bảng 1.8. Tuổi thọ của một số động cơ diesel lắp trên đầu máy đang vận dụng ở Việt Nam. Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E Động cơ. số kỹ thuật của đầu máy D12E 1.1 . Giới thiệu chung đầu máy D12E Hình 1.1. Sơ đồ tổng thể và bố trí một số thiết bị trên đầu máy D12E Đầu máy D12E là đầu máy diesel truyền động điện một chiều,. Dũng Hình 1.2. Động cơ K6s230 DR lắp trên đầu máy D12E Động cơ K6s230DR là động cơ diesel do Tiệp Khắc sản xuất. Là loại động cơ có tăng áp, sử dụng tuốc bin khí thải, tốc độ quay của động cơ thuộc