Nghiên cứu kết cấu và hoàn thiện hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội

Tài liệu tham khảo Nghiên cứu kết cấu và hoàn thiện hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội

Lời nói đầu

vận tải đờng sắt là một ngành vận tải quan trọng trongmạng lới gtvt của quốc gia, trong đời sống xã hội, chính trị,kinh tế, an ninh quốc phòng và trong sự nghiệp phát triểnkinh tế hội nhập của nớc ta hiện nay

Với một vai trò quan trọng nh vậy, ngành đờng sắt đãkhông ngừng vơn lên, phát triển để trở thành một ngành vậntải hàng đầu Việt Nam

Hiện nay đờng sắt Việt nam đã đợc đầu t nâng cấp

t-ơng đối đồng bộ: Tổng công ty đã nhập nhiều chủng loại

đầu máy có công suất lớn, song song với nó ngành đã đóngmới các toa xe khách với trang thiết bị hiện đại, nội thất caocấp bổ sung cho các đoàn tàu khách thống nhất và các

đoàn tàu du lịch Do yêu cầu về độ an toàn và tin cậy của

đầu máy khi vận dụng trên tuyến nên để nâng cao chất lợng

và độ tin cậy của đầu máy sau khi sửa chữa thì cần thửnghiệm tổng thể đầu máy, đặc biệt là thử nghiệm côngsuất Để kịp thời phát hiện những h hỏng còn cha khắc phụcmột cách triệt để Vì vậy cần phải nghiên cứu hoàn thiện

bệ thử công suất cho đầu máy

Sau một thời gian học tập tại trờng đại học Giao ThôngVận Tải, đợc sự giảng dạy của các thầy cô giáo, qua nghiên

cứu, tìm hiểu thực tế, em đã đợc giao đề tài tốt nghiệp “

Nghiên cứu kết cấu và hoàn thiện hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội” Nội dung của đề tài nhằm hoàn thiện hệ thống thử

nghiệm cho đầu máy D19E và lắp đặt hệ thống thửnghiệm cho đầu máy D12E

Bản thân em đã cố gắng rất nhiều trong học tập vànghiên cứu thực tế nhng do thời gian có hạn và kiến thức cònhạn chế cho nên trong nội dung đề tài này không tránh khỏi

thiếu sót Vậy em mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy,cô giáo và sự đóng góp của bạn bè để đề tài tốt nghiệp này

đợc hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2007

Sinh viên

Lê Văn Hùng

Chơng 1: Khái quát về quá trình thử nghiệm công

suất đầu máy tại Xí Nghiệp Đầu Máy Hà Nội.

1.1 Khái niệm chung về quá trình thử nghiệm sau sửa chữa.

1.1.1 Các cấp bảo dỡng sửa chữa.

Sửa chữa bảo dỡng là công việc cần thiết phải tiến hànhtrong các xí nghiệp đầu máy, mỗi khi đầu máy chạy đếncây số định kỳ nhằm mục đích gìn giữ đợc chất lợng đầumáy đảm bảo an toàn vận hành và kéo dài đợc tuổi thọ sửdụng đầu máy

Bảng1.1: Các cấp và chu kỳ kiểm tra sửa chữa tại xí nghiệp.

3 Sửa chữa cấp 1 Rmx 30.000 20%

4 Sửa chữa cấp 2 RV 100.000 20%

Trong trờng hợp đầu máy chạy thêm ngoài số km quy

định nhất thiết phải lập hội đồng kỹ thuật để giám địnhchất lợng và số km chạy thêm

Trờng hợp phải bắt đầu máy vào sửa chữa sớm hơn quy

định phải có biên bản xác định nguyên nhân và lý do đamáy vào sửa chữa sớm và phải đợc sự phê chuẩn của đờngsắt Việt Nam Đối với đầu máy dồn thì mỗi giờ dồn quy đổitơng đơng 15 km vận hành

Nội dung công việc chủ yếu là kiểm tra kỹ thuật vàhiệu chỉnh toàn bộ các thiết bị trên đầu máy nhằm đảmbảo an toàn khi vận hành

Tiến hành kiểm tra khi động cơ nổ máy và khi động cơ đãdừng

Đây là cấp kiểm tra và sửa chữa nhỏ, có tính chất kiểmtra và chăm sóc kỹ thuật để duy trì tình trạng kỹ thuật tốtcủa đầu máy giữa hai lần sửa chữa tại xí nghiệp

Đây là cấp sửa chữa và kiểm tra kỹ thuật nhỏ đợc thựchiện trong các phân xởng sửa chữa nhằm mục đích kiểmtra và xem xét trạng thái kỹ thuật toàn bộ đầu máy mangtính chất định kỳ thờng xuyên

Đây là cấp sửa chữa định kỳ nhằm mục đích sửachữa khôi phục trạng thái kỹ thuật tốt cho một số chi tiết chủyếu và làm công tác kiểm tra kỹ thuật tỉ mỉ đối với toàn bộcác chi tiết của đầu máy đợc tiến hành giữa hai lần sửachữa cấp Rs

Cấp sửa chữa R S

Đây là cấp sửa chữa, kiểm tra kỹ thuật cơ bản để khôiphục trạng thái kỹ thuật tốt cho những bộ phận chủ yếu trên

đầu máy, đặc biệt là khôi phục tính năng của bộ phận chạynhằm mục đích đa chất lợng đầu máy đạt các chỉ tiêu kỹthuật tốt, đảm bảo cho đầu máy vận hành tốt.

Cấp sửa chữa RS đợc phân ra RS1, RS2 và RS3 với nhữngnội dung không hoàn toàn giống nhau

Cấp đại tu.

Đợc thực hiện sau cấp sửa chữa RS3 , Phải đặc biệt quantâm tới trạng thái làm việc của các chi tiết chịu lực, kiểmnghiệm về nứt, biến dạng, rỉ mòn, lão hoá các chi tiết, sự haohụt công suất của động cơ diezel và các máy điện

1.1.2 Thử nghiệm sau sửa chữa.

Sau khi lắp ráp, các cụm máy cần phải đợc chạy rà trớc khi đa vào sử dụng Sở dĩ phải tiến hành công việc đó vì sau khi gia công, sửa chữa các bề mặt chi tiết cha hoàn toànbóng nên diện tích tiếp xúc chỉ bằng 1/100-1/1000 diện tích tiếp xúc tính toán Nếu sau khi sửa chữa không tiến hành chạy rà, các chi tiết phải làm việc ngay với phụ tải lớn (phụ tải tính toán) thì các điểm tiếp xúc sẽ phải chịu tải gấp 100 - 1000 lần tải trọng tính toán Do đó những điểm tiếp xúc này sẽ bị mòn một cách nhanh chóng, phát nhiệt và chảy lỏng rồi nguội đi rất nhanh thành những hạt có độ cứngrất cao dính chặt vào mặt tiếp xúc của chi tiết, trở thành những hạt mài không ngừng cào xớc bề mặt làm việc, làm cho khe hở lắp ráp tăng nhanh, điều kiện bôi trơn bình th-ờng bị phá hoại, mài mòn tăng nhanh và tuổi thọ giảm

xuống Từ nguyên nhân đó có thể xảy ra kẹt, bó cháy máy, gây ra tai nạn bất thờng Do vậy để ngăn ngừa những

nguyên nhân trên phải tiến hành chạy rà cho các cụm máy sau khi sửa chữa

ở các xởng hoặc nhà máy sửa chữa, các cụm máy riêng biệt nh động cơ, bộ truyền động thủy lực, máy phát, động cơ điện kéo, hệ thống hãm v.v… đều đợc chạy rà và thử

đầu máy lại tiếp tục đợc chạy rà và thử nghiệm ở những chế

Chạy rà nguội không tải

Chạy rà nguội không tải đợc tiến hành ngay trong phân xởng lắp ráp nhằm rà trơn những bề mặt làm việc quan trọng nh pittông - xi lanh, xéc măng - xi lanh, cổ trục khuỷu-bạc lót v.v Sau khi chạy rà xong nếu phát hiện các trục trặc

và khi thấy cần thiết thì tiến hành tháo các chi tiết, kiểm tracác mặt ma sát, rửa sạch và lắp lại

Chạy rà nóng có tải

Trong khâu này cho động cơ làm việc ở những tải trọng quy định, nhằm làm cho các bề mặt ma sát tiếp tục

rà tốt hơn để chịu tải trọng tính toán đồng thời kết hợp

điều chỉnh các hệ thống nhiên liệu, điện, dầu bôi trơn v.v Tùy thuộc từng loại động cơ và các trang thiết bị thử nghiệm mà đa ra các quy phạm và chế độ chạy rà hoặc thử nghiệm khác nhau Khi thử nghiệm tiến hành xác định nhiệt

độ nớc làm mát, dầu bôi trơn của động cơ, xác định suất tiêu hao nhiên liệu và tiêu hao dầu nhờn, xác định công suất

cực đại của động cơ Qua những chỉ tiêu trên có thể đánh giá đợc chất lợng sửa chữa và tính năng kỹ thuật của động cơ.

1.2 Các phơng pháp thử nghiệm công suất động cơ diezel.

Trong quá trình thử nghiệm công suất động cơ, côngsuất hữu ích Ne (kG.m/s) lấy từ đầu ra trục khuỷu động cơdiezel đợc tiêu tán bởi một thiết bị cản ngoại vi nào đó (th-ờng đợc gọi là phanh), đợc xác định bằng đo mômen xoắn

Mq do động cơ diezel sinh ra ở số vòng quay n đã cho củatrục khuỷu

(kG.m/s) (1.1)Trong đó:

: Tốc độ góc của vòng quay trục khuỷu [rad/s]

n: Tốc độ quay của trục khuỷu [ v/ph]

Khi công suất của động cơ diezel xác định bằng mã lực(ml) thì:

(mã lực) (1.2)

1.2.1 Thử nghiệm bằng thiết bị phanh cơ giới.

L

M M

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phanh cơ giới.

Thiết bị hãm phải đợc chế tạo sao cho có thể xác định

đợc mômen xoắn do động cơ diezel sinh ra Nh vậy mômen

ma sát Mms, tác dụng lên rôto (tang) của phanh cơ giới bằngmômen xoắn Mq (kG.s.m) của động cơ diezel sẽ đợc cânbằng bởi tải trọng P đợc treo trên trên cánh tay đòn có chiềudài xác định L (hình 1.1)

(1.3)L: Chiều dài cánh tay đòn [m]

Khi công suất (tính bằng mã lực)

(1.4)

Hệ số k = đợc gọi là hằng số của phanh Trị số

hằng số của phanh phải đợc ghi trong lý lịch của phanh Thayvì trị số k đôi khi ngời ta sử dụng giá trị 1/k, khi đó

(1.5)

Để đơn giản quá trình đo và xác định công suất

động cơ, chiều dài cánh tay đòn L của phanh đợc lựa chọn

là ớc số của 716,2 và thờng đợc lấy là 0,7162 hoặc 0,3581 m.Cũng có thể lấy bất kỳ các giá trị nào khác, nhng là các giátrị sao cho hằng số của phanh đợc biểu thị bằng một số

đơn giản và không gây khó khăn cho việc xử lý các kết quảthử nghiệm Nh vậy, với các giá trị chiều dài cánh tay đòn Lnêu trên, ta có các hằng số tơng ứng của phanh là:

k = 0,7162/716,2 = 0,001; 1/k = 1000 (1.6)

k = 0,3581716,2 = 0,0005; 1/k = 2000(1.7)

Theo Hệ đơn vị Quốc tế SI công suất đợc đo bằng kW.Vì rằng 1 kW = 1,36 mã lực cho nên công thức tính đổicông suất (kW) có dạng nh sau:

(1.8)Các thiết bị phanh tiêu hao (tiêu tán) cơ năng do độngcơ sinh ra và biến đổi nó thành năng lợng nhiệt hoặc dớidạng năng lợng khác có thể dễ dàng đo lờng đợc, chẳng hạndới dạng năng lợng điện có thể sử dụng cho các mục đíchkhác, hoặc cũng có thể biến đổi thành nhiệt hoặc cho tiêután

Đồng thời với việc tiêu tán công suất của động cơ, kếtcấu của phanh thờng phải cho phép dẫn động cả các thiết

bị đo mômen xoắn do chúng sinh ra Để thực hiện đợc điều

đó vỏ hộp (thân) của phanh đợc lắp đặt cân bằng vớichân đế và bằng cách đó nó đợc liên kết với thiết bị đo.Thiệt bị phanh và thiết bị đo trong trờng hợp này tạo thànhmột cụm thiết bị thống nhất và đợc gọi là tormoznoidinanometr Nếu vỏ của phanh không có xà (treo) thăng bằngthì sự làm việc của thiết bị đo đợc thiết lập trên cơ sở đogóc quay (xoắn) của trục liên kết của phanh với động cơ dớitác dụng của mômen xoắn truyền bởi trục động cơ Trong

làm phanh, mà không phải chỉ là các thiết bị phanh chuyêndụng u điểm của các thiết bị đo loại này là khả năng có thể

đo đợc cả các giá trị mômen xoắn trung bình cũng nh cácgiá trị tức thời

1.2.2 Thử nghiệm bằng thiết bị phanh thuỷ lực.

+ Khái niệm chung về phanh thuỷ lực [1].

Sự làm việc của các loại phanh thuỷ lực đợc dựa trên cơ

sở sử dụng các tính chất của các loại máy thuỷ lực cho phéptrong những trờng hợp cụ thể tạo ra lực cản đối với chuyển

động tịnh tiến hoặc chuyển động quay của các phần tửcủa các máy khác liên kết với chúng Khả năng này của cácmáy thuỷ lực cũng đợc sử dụng trong các mục đích tạo ra lựccản cần thiết đối với chuyển động quay của trục khuỷu

động cơ đốt trong, có nghĩa là để tạo ra tải trọng nhân tạohoặc nh ngời ta thờng nói, để hãm chúng trong quá trìnhthử nghiệm trên bàn thử

Các loại phanh hãm thuỷ lực có khả năng đo công suất lớn

và cho phép điều chỉnh mômen phanh theo tải trọng vàtheo số vòng quay trục khuỷu Theo các đặc điểm đặc tr-

ng của các quá trình thuỷ động diễn ra trong khoang côngtác ngời ta phân ra các loại phanh thủy động và phanh thuỷtĩnh

Phanh thuỷ tĩnh là các loại máy thuỷ lực kiểu pittông,trong số đó có các Pittông quay Trong các phòng thí nghiệm

động cơ trong số các loại phanh thuỷ tĩnh đôi khi ngời tacòn sử dụng các loại phanh bánh răng (bơm bánh răng)

Phanh thuỷ động theo đặc điểm kết cấu đợc phân raphanh đĩa, phanh cánh quạt, phanh răng lợc (phanh cóchốt) Để hãm động cơ ngời ta thờng sử dụng cả ba loạiphanh thuỷ động nói trên Công suất do động cơ sinh ra đợctiêu hao trong phanh thuỷ lực cho việc tăng động năng củacác dòng nớc đi vào stato và hâm nóng nó dới tác dụng giữa

ma sát của chi tiết và chất lỏng Kết quả là cơ năng của

động cơ đợc biến thành nhiệt năng trong phanh thuỷ lực

Lợng nhiệt toả ra khi phanh có thể đợc xác định dựatrên cơ sở là 1mã lực = 75KG.m/s, còn công sinh ra trong 1 giờ

là 1mã lực.h = 75.3600 = 270000 KG.m hay 1130MJ Vì rằng1KG.m = 1/427 Kcal, nên 1mã lực.h = 270000/427 = 632 Kcal

Tóm lại công suất hữu ích Ne (mã lực) do động cơ sinh

ra và đợc tiêu tán bởi phanh thuỷ lực trong 1 giờ làm việc

t-ơng đt-ơng với 632 Ne Kcal (2,64 Ne MJ) nhiệt Cũng trongkhoảng thời gian này lợng nhiệt (kcal/h) đợc nớc đa ra từphanh là:

Qh = Gh(tra - tv).c (1.9)

Trong đó:

Gh: Lợng nớc đi qua phanh trong thời gian 1h [l/h]

tra , tv: Tơng ứng với nhiệt độ của nớc ở đầu ra

và đầu vào của phanh [0C]

C: Nhiệt dung của nớc, gần bằng 1Kcal/l. 0C

Nh vậy trạng thái nhiệt hợp lý của phanh chỉ có thể đợcduy trì trong trờng hợp khi đẳng thức sau đợc thoả mãn:

Gh.(tra - tv).c = 632.Ne

(1.10)

Đẳng thức này biểu thị cân bằng nhiệt của phanh, từ

đó có thể xác định đợc lợng nớc (l/h) cần thiết cho việc tiêután công suất động cơ trong 1 giờ làm của nó

Gh. = 632Ne/(Gh(tra - tv).c)(1.11)

Kinh nghiệm sử dụng phanh thuỷ lực cho thấy nhiệt độnớc ở đầu ra tra cần đợc duy trì ở nhiệt độ (50 – 60)0C Nếukhông sự bốc hơi nớc mạnh cũng nh khả năng xuất hiện hiệntợng xâm thực và kết tủa cặn nớc (lắng cặn nớc) có thể phá

vỡ quá trình làm việc ổn định của thiết bị phanh Trong

tr-650C và thậm chí tới 750C, nhng các chi tiết bị ăn mòn vàxâm thực sẽ làm giảm tuổi thọ của phanh Nh đã trình bày,

sự đốt nóng tối u của phanh không đợc vợt quá 600C Khi đónếu tv = 150C thì lợng tiêu hao nớc (l/ml.h) (l/kw.h) đi quaphanh

gh = Gh/Ne =14 24 (19 24 )

(1.12)Vì vậy việc cấp nớc vào phanh cần đảm bảo tơng ứngvới công suất tiêu thụ của nó

Tuỳ thuộc vào kiểu loại và đặc điểm kết cấu của cácloại phanh, mà trong quá trình làm việc, nớc đợc cấp vàophanh có thể điền đầy hoàn toàn hoặc chỉ điền đầy mộtphần khoang phía trong nó Vì vậy ngời ta phân biệt cácloại phanh có sự điền đầy nớc toàn phần và điền đầy nớcmột phần Tuy nhiên cần lu ý là cách phân biệt nh vậy chỉ làtơng đối và chỉ phản ánh đợc trờng hợp làm việc của phanh

ở chế độ toàn tải Khi làm việc ở chế độ phụ tải, nh đã nói ởtrên, các loại phanh khác nhau đều làm việc ở chế độ điền

đầy nớc một phần

+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh thuỷ lực.

Sơ đồ kết cấu của phanh thuỷ lực đơn giản nhất đợcthể hiện trên hình 1.2

Rôto 1 của phanh đợc chế tạo dới dạng một lớp đĩaphẳng và đợc lắp chặt trên trục 7 Trục 7 của phanh đợc liênkết với trục khuỷu của động cơ cần thử nghiệm Trục cùng vớirôto (đợc chế tạo từ một hoặc nhiều đĩa ghép lại) đợc lắpvào một vỏ hộp kín gọi là stato Stato có khả năng xoay đợctrên các gối đỡ ổ bi 3 Nớc đợc đa vào phanh, hay nói chínhxác hơn đợc đa vào stato qua các phễu cấp 2 và các lỗ 8 Các

lỗ 8 đợc bố trí để có thể cấp nớc vào vùng moayơ của phanh.Khi phanh hoạt động nớc sẽ bị nóng lên và đợc dẫn ra ngoàiqua van điều chỉnh 4 và lỗ thoát 5 trong vỏ của phanh

Khi đĩa rôto 1 quay trên các bề mặt của nó xuất hiệncác lực ma sát, nhờ đó nớc nhận đợc một lực ly tâm do đĩatruyền qua và nớc đợc văng ra từ trung tâm ra phía chu vi.Kết quả là áp suất của nớc trong không gian (khe hở) giữa

đĩa quay và thành vách cố định của stato tăng lên theo tỷ

lệ bình phơng khoảng cách tính từ tâm quay

Tại lớp biên ở bề mặt đĩa, vận tốc góc chuyển độngcủa các phần tử nớc lớn hơn so với trong phần lõi của nó, đồngthời theo mặt phẳng của đĩa các phần tử nớc dịch chuyển

từ trung tâm ra chu vi Khi va chạm vào thành vách, tạo ra bởi

bề mặt trụ của stato, các phần tử nớc bị hãm lại và gradien ớng kính của áp suất bắt đầu lớn hơn so với các lực ly tâm,kết quả là tại lớp biên của các thành bên của stato xuất hiện

h-sự di chuyển ngợc lại của các phần tử nớc theo hớng kính (từchu vi vào tâm) Cuối cùng trong stato hình thành chuyển

động rối của nớc theo sơ đồ biểu diễn bằng mũi tên trênhình 1.2; còn rôto thì luôn bị chất tải (gia tải) trên phần bềmặt của nó theo chiều sâu (chiều dày) của lớp nớc vànhkhăn Chiều dày hớng kính của lớp nớc vành khăn (vành nớc)càng lớn thì bề mặt của đĩa tham gia vào quá trình làmviệc (ở chế độ) ma sát hữu ích với nớc càng lớn và hiệu quảcủa phanh càng tăng

321

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phanh thuỷ lực.

1 Rôto; 2 Phễu cấp nớc; 3 Gối đỡ bi; 4 Van

điều chỉnh; 5 Lỗ thoát; 6 Vòng tuần

hoàn của nớc trong phanh;

Dng: Đờng kính chất tải bên ngoài, có giá trị bằng

đờng kính của đĩa [m]

Dtr: Đờng kính trong của lớp vành khăn (hình 1.2)[m]

Hệ số φ đặc trng cho đại lợng phần chủ động của đĩa

và nó quyết định khả năng điều chỉnh sự chất tải (gia tải)cho phanh Giá trị tối u là φ = 0,5 ở các giá trị φ ≥ 0,5, hiệuquả của phanh hầu nh không tăng, bởi vì rằng đờng kínhtrong Dtr của vành nớc giảm xuống đến mức làm cho vận tốcvòng của các phần tử nớc ở phía trong của nó giảm xuống

của mômen này, stato 6 xoay đi trên các gối đỡ 3 và để cânbằng nó, cần phải đặt một lực P trên chiều dài l cánh tay

đòn của phanh Khi đó mômen phát hay bằng:

MT = P.l (kG.m) (1.14)Trong đó:

P: Tải trọng [kG]

l: Chiều dài cánh tay đòn [m]

Vì rằng đại lợng cánh tay đòn 1 của phanh là đại lợngbiết trớc, cho nên nếu đo đợc trị số lực P thì có thể xác

định đợc mômen MT, và tức là bằng mômen Mq của nó do

động cơ phát ra

Trong trị số MT đo đợc bao gồm cả mômen phản lựcphát sinh do ma sát trong các gối đỡ ổ trợt của trục rôto vàcủa các vòng làm kín trục đợc bố trí trên các nắp thành bêncủa stato Ma sát trong các gối đỡ ổ bi đỡ trực tiếp cho rôto,thì phanh không ghi nhận đợc (không đo đợc) Tuy nhiên trị

số mômen ma sát trong các ổ đỡ này chỉ chiếm khoảng 0,01 0,02% so với mômen đo, vì vậy trong thực tế nó không

ảnh hởng đến mômen này

Biểu thức giải tích để đánh giá sức cản đợc tạo ra bởiphanh thuỷ lực và công suất mà nó tiêu thụ (tiêu hao), tuỳthuộc vào số vòng quay n của đĩa phanh, đợc xác định vớigiả thiết là trên bề mặt các đĩa, chuyển động có tính chất

áp đảo của chất lỏng là chuyển động chảy tầng Với mật độcủa nớc là ρ và độ nhớt động học của nớc là θ, ta có:

(1.15)Trong đó:

NT: Công suất [mã lực]

n: Số vòng quay của đĩa phanh [v/ph]

ρ: Mật độ của nớc

θ: Độ nhớt động học của nớc

kT: Hệ số tổng hợp của phanh, có tính đến đặctính dòng chảy và tất cả các đại lợng cố định (không đổi)tham gia vào biểu thức ban đầu.

Trong các loại phanh có các đĩa phẳng và thành statonhẵn, hệ số kT = 0,017 Đối với các đĩa không phẳng vàthành stato nhám thì kT = 0,118

Nh vậy trong các loại phanh thuỷ lực dạng đĩa, tiêu haocông suất phụ thuộc vào số vòng quay của trục, về mặt lýthuyết, theo quy luật mũ ba và tỷ lệ thuận với khoảng mũnăm hiệu các đờng kính ngoài và đờng kính trong của vànhnớc trong stato

Quan hệ lý thuyết nêu trên và đó chính là mối quan hệgiữa mômen quay của phanh với số vòng quay của trục, đợcgọi là đờng đặc tính của phanh Ngời ta phân biệt hai loại

đờng đặc tính: đặc tính lý thuyết và đặc tính thực tế

+ Đặc tính của phanh thuỷ lực.

Đặc tính lý thuyết của các loại phanh thuỷ lực (kiểuthuỷ động) đợc biểu diễn một cách tổng quát dới dạngparabol bậc 3 và với mức chính xác đủ lớn (theo 1.15) có thể

đợc biểu diễn bằng biểu thức:

Trong đó:

: Hệ số tỷ lệ, là một đại lợng không đổi

đối với một loại phanh cụ thể, khi nó đợc điền đầy nớc và khi

vị trí của các bộ phận điều chỉnh không thay đổi

D: Dờng kính hữu ích của rôto [m]

D = Dng - Dtr

Đặc tính thực tế của phanh thuỷ lực cho phép đánh giákhả năng ứng dụng của nó để phanh (hãm) một động cơ cụthể Đặc tính này thờng đợc gọi là đặc tính ngoài và đợcthể hiện dới dạng đồ thị, mô tả sự thay đổi công suất theotốc độ quay của trục

Phân tích đờng đặc tính này thấy rằng phạm vi tiêuhao (tiêu tán) công suất có thể của phanh đợc xác định bởi

đờng bao khép kín oabcdo Vì vậy khi lựa chọn phanh cầnphải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện, sao cho một đ-ờng đặc tính giới hạn bất kỳ có thể nào đó của động cơ,

mà phanh cần đợc chọn để ứng dụng, phải đợc nằm gọntrong phạm vi của đờng bao đã vẽ, có nghĩa là phải đợc nằmtrong phạm vi (miền) công tác của phanh Về mặt thực tiễn,

để làm việc này, ngời ta mang đờng đặc tính tốc độngoài của động cơ cần thử nghiệm đặt lên đồ thị đờng

đặc tính của phanh Nếu đờng đặc tính này vợt ra khỏigiới hạn của các đờng bao oab và cd thì phanh có tốc độ caohơn, hoặc tơng ứng thấp hơn đối với động cơ cần thửnghiệm Khi đờng đặc tính của động cơ nằm cao hơn đ-ờng bc, thì nói chung phanh không thể sử dụng đợc vìkhông tơng ứng với công suất Ngời ta mong muốn sao cho đ-ờng đặc tính Ne nằm chọn vẹn trong phạm vi đờng đặctính của phanh

Hình 1.3 Đờng đặc tính của phanh thuỷ lực.

Ne

d

c 1

b

a N(ml)

n, v/ph 0

ở chế độ toàn tải công suất do phanh thuỷ lực tiêu thụ tăng lên theo đờng cong parabol oa với chỉ số mũ là 2,7 ữ 3,0 Tại điểm a tải trọng do phanh tạo ra, tức là mômen

phanh, đạt giá trị lớn nhất, mà từ giá trị này ngời ta tiến

hành tính toán độ bền cho rôto và stato của nó Trên đoạn thẳng giới hạn bởi đờng ab của đờng đặc tính, trị số

mômen quay là không đổi và bằng giá trị của nó tại điểm a

Sự tăng công suất tới mức b diễn ra là do sự tăng tốc độ của trục, và sự tăng công suất bị giới hạn (khống chế) bởi nhiệt

độ đốt nóng cho phép của nớc trong phanh Vì vậy trên

đoạn ab công suất không đổi, còn tốc độ quay tăng lên là

do mômen phanh giảm xuống Điểm c tơng ứng với trị tốc độquay lớn nhất cho phép của rôto, đợc quy định bởi độ bền của nó dới tác động của các lực ly tâm Đờng bao cd đặc tr-

ng cho sự giảm của công suất phanh khi tốc độ quay cho phép lớn nhất của trục rôto là không đổi

Đoạn giới hạn phía dới của đờng đặc tính, bị hạn chế bởi đờng od, tơng ứng với công suất phanh nhỏ nhất đợc tiêu tán khi phanh không có nớc và đợc quyết định bởi sức cản của không khí khi rôto quay, bởi ma sát trong các ổ đỡ và trong các vòng làm kín

Các đờng cong oa', ob', oc' và od' tơng ứng với mức độ

điền đầy từng phần của nớc trong phanh ở các vị trí cố

định khác nhau của bộ phận điều chỉnh của phanh Nh vậy, thay đổi vị trí của bộ phận này, có thể nhận đợc côngsuất, tơng ứng với các điểm a', b', c', d', tức là lấy đợc (đo

đợc) đờng đặc tính tốc độ của động cơ Các đờng thẳng 1-1', 2-2' tơng ứng với các đờng đặc tính của động cơ, nhận đợc ở các giá trị không đổi của tốc độ quay của trục hoặc công suất Nh vậy, khi cho thay đổi vị trí của bộ phận

điều chỉnh của phanh, có thể trong phạm vi miền làm việc (công tác) của nó, cho trớc đợc các chế độ tốc độ hoặc chế

độ tải trọng khác nhau, tơng thích đối với động cơ cần thử nghiệm.

1.2.3 Thử nghiệm bằng thiết bị phanh điện.

Các loại phanh điện hiện đại đều là các loại phanh

điện đợc chế tạo cân bằng, trục của chúng đợc liên kết vớitrục của động cơ cần thử nghiệm

Trong các loại phanh này cơ năng đợc biến đổi thành

điện năng Nhng vì rằng các máy điện là thuận nghịch chonên trong trờng hợp cấp năng lợng từ nguồn điện bên ngoài,chúng trở thành động cơ điện và biến đổi điện năngthành cơ năng Nhờ tính chất này mà phanh điện có u việthơn so với phanh thuỷ lực và các loại phanh khác

Phanh điện cho phép quay trục khuỷu của động cơ thửnghiệm, cho phép tiến hành rà nguội động cơ sau khi lắpráp, khởi động động cơ mà không cần máy khởi động, chophép xác định đợc các tổn hao cơ giới trong động cơ Khi

có những điều kiện nhất định, năng lợng của các phanh

điện nên đợc đa vào lới điện chung của phòng thí nghiệm,

và bằng cách đó tiêu tán đợc cơ năng của các động cơ đốttrong cần thử nghiệm Để phanh các động cơ đốt trong, ng-

ời ta sử dụng cả máy điện xoay chiều cũng nh một chiều, gọichúng một cách tơng ứng là các phanh điện xoay chiều vàphanh điện một chiều

+ Phanh điện xoay chiều.

Đó là những máy điện dị bộ hoặc đồng bộ đợc điềuchỉnh nhờ các biến trở và các bộ biến đổi máy khác nhau

Việc điều chỉnh bằng biến trở đợc ứng dụng trong cácmáy dị bộ có phần ứng (dây quấn) pha của nó mắc điệntrở điều khiển đợc Để đảm bảo việc điều chỉnh một cáchtơng đối trơn tru, ngời ta sử dụng các biến trở chất lỏng (n-ớc) Loại biến trở này tơng đối cồng kềnh và không thậtthuận tiện trong quá trình sử dụng nhng cơ bản là không

loại phanh điện xoay chiều có điều chỉnh bằng biến trở

đ-ợc sử dụng một cách hạn chế, chẳng hạn chỉ để phanh khichạy rà động cơ, để bàn giao động cơ sau khi sửa chữa và

để cho các thử nghiệm tơng tự khác

Việc điều chỉnh dựa trên cơ sở ứng dụng các bộ biến

đổi tần số và các khớp nối trợt (côn) kiểu điện từ đảm bảo

đợc độ êm dịu và các giới hạn thay đổi chế độ cần thiết,cho phép tự động hoá đợc quá trình điều khiển, nhng làmphức tạp kết cấu của thiết bị phanh Các bộ biến đổi tần sốlàm việc phù hợp với các máy điện dị bộ có phần ứng ngắnmạch Các côn trợt điện từ đợc sử dụng đồng thời kể cả vớicác máy điện đồng bộ cũng nh dị bộ Các loại phanh với cách

điều khiển nh vậy hiện nay vẫn cha có đợc sự ứng dụngrộng rãi

+ Phanh điện một chiều.

Phanh điện một chiều dựa trên cơ sở các máy điệnkích từ hỗn hợp độc lập và điều chỉnh đồng thời cờng độdòng điện trong mạch điện phần ứng Những loại phanh này

Khi phanh động cơ đốt trong bằng máy điện mộtchiều không cân bằng, công suất hữu ích của nó đợc xác

định theo công suất do máy điện phát ra dới dạng điện năng

mà tiêu hao của nó đợc tính toán theo các chỉ số của cácdụng cu đo: Ampe kế và vôn kế hoặc oát kế Công suất của

động cơ cần thử nghiệm:

Trong đó:

I: Cờng độ dòng điện (A)

U: Điện áp của máy điện (V)

η: Hiệu suất của máy điện

Tuy nhiên trị số η phụ thuộc vào tải trọng và tốc độquay của trục và thay đổi theo thời gian, điều đó gây khókhăn cho việc sử dụng trực tiếp các máy điện một chiềukhông cân bằng để phanh động cơ Vì vậy việc sử dụngcủa chúng chủ yếu chỉ giới hạn trong phạm vi chạy rà độngcơ sau khi sửa chữa tại xí nghiệp hoặc nhà máy

Để tiến hành thử nghiệm ngời ta chỉ sử dụng các loạimáy điện cân bằng vì nó không đòi hỏi phải xác định trị

động cơ thử nghiệm đợc đo theo phản lực của stato Lúcnày các mômen phản lực do ma sát của trong các gối đỡ và

ma sát của các chổi than với cổ góp có hớng cùng với chiềuquay của phần ứng, kết quả là đại lợng tổng của chúng Mms,trong khi tác động lên stato, sẽ tự động làm giảm mômenphản lực Ms của nó

Nh vậy, mômen hữu ích Mhi trên trục của máy điện cânbằng và cũng là mômen quay Mq, cần thiết để làm quay trụccủa động cơ thử nghiệm là:

Mq = Mhi = Ms - Mms (1.18)Khi máy điện cân bằng làm việc ở chế độ máy phátthì nó đợc động cơ đốt trong dẫn động trong cuộn dâyphần ứng xuất hiện một lực điện động gây ra dòng điện

trong mạch của phần ứng Mômen điện từ trong máy sẽ làmômen cản của động cơ đốt trong thử nghiệm.

Mômen điện hữu ích đối kháng của phần ứng Mhi đợctruyền toàn bộ sang stato dới dạng mômen phản lực Ms, tác

động về hớng chiều quay của phần ứng, tức là cùng hớng tác

động của mômen quay của động cơ thử nghiệm Mômenphản lực ma sát tổng cộng Mms cũng có hớng về phía chiềuquay của phần ứng và có xu hớng xoay stato về hớng này, kếtquả là nó đợc cộng thêm Me Lấy tổng các mômen đã nêu ởtrên ta đợc

Mq = Ms + Mms (1.19)Cũng nh trong các phanh thuỷ lực bộ phận của phanh

điện không tính tới mômen ma sát trong các gối đỡ của stato.Nhng vì mômen này rất nhỏ do đó nó không ảnh hởng đáng

kể tới kết quả đo

+ Đặc tính của phanh điện.

Đặc tính của phanh điện là quan hệ giữa công suất

đ-ợc tiêu thụ của phanh với tốc độ quay của trục phanh, nó đđ-ợcxác định bởi cờng độ dòng điện lớn nhất trong mạch phầnứng, mà dòng điện này bị hạn chế bởi mức độ đốt nóngcho phép của cuộn dây phần ứng ở chế độ kích từ toànphần của máy Nói một cách khác mức độ đốt nóng củaphanh điện cũng nh trong các loại phanh khác là cơ sở đểhạn chế công suất lớn nhất của nó đợc tiêu thụ ở một chế độtốc độ cho trớc

Rõ ràng là khi điện trở của biến trở tải bằng R (ôm),thì cờng độ dòng điện trong phần ứng là:

máy điện kích từ độc lập khi giữ cố định dòng kích từ sẽtăng tỷ lệ với tốc độ quay của trục máy, tức là:

Trong đó:

B1: Hằng số phụ thuộc kết cấu của máy và cờng độdòng điện trong mạch kích từ

N: Tốc độ quay của trục máy phát

Tóm lại từ các công thức (1.20), (1.21) công suất đợc tiêuthụ bởi máy điện một chiều với dòng điện kích từ cố định

ở tốc độ quay đã cho là:

(ml)(1.22)

Trong đó:

η: Hiệu suất của máy phát phụ thuộc vào tải trọng

và kết cấu của máy

Nếu bỏ qua sự phụ thuộc của η vào tải trọng và các đạilợng khác tham gia vào công thức và lấy chúng làm hằng sốcủa phanh thì trong trờng hợp tổng quát đờng đặc tính lýthuyết của phanh điện với độ chính xác đủ lớn có thể đợcviết dới dạng

Nh vậy công suất do máy phát một chiều tiêu thụ tỷ lệthuận với bình phơng tốc độ quay của trục của nó, tức là khitốc độ quay tăng lên, nó tăng lên theo quy luật parobol và cóthể đợc biểu diễn bằng một họ đờng cong parabol, khôngphụ thuộc vào việc điện trở R của mạch phần ứng hoặc đạilợng từ thông của các cực từ của stato, gây ảnh hởng tới hằng

số B có thay đổi hay không

Tơng ứng với mỗi giá trị điện trở trong mạch phần ứngkhi từ trờng không đổi sẽ có các giá trị công suất xác định,phụ thuộc vào tốc độ quay của trục Trong trờng hợp này đ-

thẳng 3 - 2 hạn chế các giá trị công suất lớn nhất mà máyphát có thể tiêu thụ mà không bị quá nhiệt trong khoảng thờigian làm việc dài hạn Và tơng ứng một miền các chế độphanh có thể tức là đờng đặc tính ngoài của phanh đợc hạnchế bởi các đờng 0 - 1 - 2 - 3 - 0.

Nếu đờng cong công suất abc của động cơ thử nghiệmnằm lọt vào đờng bao này nh thể hiện trên hình vẽ thì tốc

độ quay của động cơ tơng ứng với, chẳng hạn điểm b tại

đó các đờng đặc tính của động cơ thử nghiệm và củaphanh điện cân bằng giao nhau, sẽ hoàn toàn ổn định khikích từ của nó là không đổi và khi thay đổi công suất theo

đờng 0 - 2' Trong trờng hợp khi tốc độ quay của trục độngcơ đốt trong tăng lên, công suất phanh của máy điện tănglên đột ngột và số vòng quay của động cơ đốt trong sẽ giảmxuống tới trị số cho trớc Ngợc lại sự giảm ngẫu nhiên số vòngquay của trục động cơ đốt trong sẽ làm giảm đáng kể côngsuất của máy điện, do đó số vòng quay của động cơ đốttrong lại tăng lên đến trị số ban đầu

Hình 1.4 Đờng đặc tính của phanh điện.

2

an a

b

1

2 3

n, v/ph N(ml)

0

Để chuyển sang một tốc độ làm việc khác cần phải thay đổi kích từ cho máy Thí dụ giảm tới mức mà ở đó công suất của nó thay đổi theo đờng 0 - 3, khi đó tốc độ quay ổn định dịch chuyển về điểm a và… Nếu cần tăng công suất phát ra từ động cơ thử nghiệm cần phải tăng từ thông và đồng thời có thể giảm điện trở trong mạch phần ứng sao cho công suất của máy thay đổi, chẳng hạn theo đ-ờng 0 - 2 Khi đó tốc độ quay ổn định dịch chuyển tới

điểm c, giao điểm của các đờng cong 0 - 2 và công suất Ne

Nh vậy bằng cách thay đổi điện trở trong mạch phần ứng điện tử tải và cờng độ dòng điện kích từ của máy, có thể thay đổi đợc công suất của máy điện cân bằng phát ra

và có thể thiết lập đợc tốc độ quay bất kỳ của trục động cơ thử nghiệm và trị số công suất phát ra của nó, điều này không vợt ra khỏi giới hạn của đờng đặc tính ngoài của

phanh điện và đợc giới hạn bởi kết cấu của chính bản thân

Điện áp lớn nhất bị hạn chế bởi độ bền cách điện của các cuộn dây theo đờng 2 - 1 và bởi công suất phanh nhỏ nhất do máy tiêu thụ khi không có dòng kích từ theo đờng 0 -1

Nếu trong miền các điện trở thấp của mạch phần ứng tiến hành tự động hiệu chỉnh cờng độ từ thông thì bằng cách điều chỉnh dòng kích từ đợc ứng dụng rộng rãi trong

công suất do phanh điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với việc tăng số vòng quay phần ứng nh biểu diễn bằng nét đứt trên hình 1.4.

1.2.4 Thử nghiệm bằng thiết bị phanh điện từ.

+ Kết cấu của phanh điện từ.

Phanh điện từ là một dạng của phanh điện Công suấtcủa động cơ đốt trong cần thử nghiệm đợc tiêu hao trongloại phanh này để tạo ra các dòng điện xoáy trong mạch từkhi mạch từ này đợc nhiễm từ và khử từ theo chu kỳ

Nếu quay một đĩa đặc bằng sắt giữa hai cực của mộtnam châm thì trong đĩa sẽ xuất hiện các dòng điện xoáy,các dòng điện này tạo ra từ trờng, từ trờng này tơng tác với từtrờng của nam châm và tạo ra mômen phanh, tơng tự nhtrong bất kỳ loại máy điện nào Nếu thay vì một đĩa sắt,

ta sử dụng một rôto có cuộn dây (nam châm điện), thì cóthể điều chỉnh đợc mômen này trong một phạm vi rộng

Vì rằng các dòng điện xoáy đốt nóng phanh tỷ lệ vớicông suất đợc tiêu hao của động cơ đốt trong cần thửnghiệm, do đó cần phải tản nhiệt tơng tự nh đối với các loạiphanh khác Để thực hiện đợc việc này, rôto đợc chế tạo dớidạng điện từ (khi đó nó đợc gọi là bộ cảm ứng), còn stato dớidạng điện từ và đợc làm mát bằng nớc Trong các kết cấu cótốc độ rất cao, bộ cảm ứng đợc làm mát bằng không khí

SVTH: Lê Văn Hùng - 25 - Lớp Đầu Máy Toa Xe –K43

Từ thông

10

8 7

6 5 4

3 2

9

8

7 5

5 6 7 8

Hình 1.5 Phanh điện từ (máy cân bằng điện từ).

1 Lỗ thoát nớc làm mát; 2 ổ đỡ trục rôto; 3 ổ bi; 4 Đờng ống

động lắc xung quanh tâm của trục rôto

Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây của cuộn kích

từ, sẽ xuất hiện một từ thông, điền đầy khe hở giữa miếng

đệm 6 và các răng của rôto 5, tạo ra một vòng (mạch) kín.Nhờ đó khi rôto quay sẽ làm cho các vùng khác nhau củamiếng đệm 6 bị lần lợt nhiễm từ, và làm xuất hiện các dòng

điện xoáy trong miếng đệm Các dòng điện xoáy này tạo ra

từ trờng, từ trờng này tơng tác với từ trờng cơ bản

Trong kết cấu của loại phanh này nớc làm mát đợc dẫn vào vùng phía trên của thân theo đờng ống 4 Nớc làm mát cho stato đồng thời làm ớt bộ cảm ứng (rôto) và đợc dẫn ra ngoài từ phía dới qua lỗ 1 ở phía dới thân Tất cả các chi tiết

bị thấm ớt (bị ngập trong nớc) đều có lớp phủ chống ăn mòn, các gối đỡ 2 của trục rôto đợc bảo vệ chắc chắn bởi các vòng làm kín, còn cuộn kích từ đợc chế tạo dới dạng không thấm nớc Để loại bỏ các loại nhiễu đối với dịch chuyển góc của rôto, nớc đợc đa vào thông qua ống cao su mềm dới cột

áp 0,4 ữ 0,6 kG/cm2 Vì vậy phanh có thể nối trực tiếp với hệ thống cấp nớc chung mà không cần đến bơm cấp hoặc

thùng tiêu hao Điều này là một trong những u điểm của

phanh điện từ

+ Đặc tính của phanh điện từ.

Các đặc điểm diễn biến của đờng đặc tính này cho thấy, ở dòng điện kích từ không đổi cho trớc, mômen do phanh tạo ra lúc đầu tăng lên mạnh, còn sau đó khi tốc độ quay tăng lên thì trị số mômen không thay đổi Với quy luật thay đổi công suất nh vậy, trong miền tốc độ quay công táccủa trục mômen phanh không thay đổi Vì vậy quá trình làm việc ổn định của phanh chỉ có thể đạt đợc bằng cách

điều chỉnh tốc độ, vừa duy trì nó ở một mức cho trớc nhờ các thiết bị tự động

+ Điều chỉnh phanh điện từ.

Phanh điện từ có thể đợc điều chỉnh bằng 3 cách: lựa chọn dòng kích từ, duy trì tốc độ quay của trục không đổi

và điều chỉnh dòng kích từ theo mức độ tăng tốc độ quay của trục Trong bất kỳ phơng pháp nào, tiêu hao năng lợng choviệc điều khiển cũng rất nhỏ và thờng không vợt quá 0,5% sovới công suất tiêu thụ

Các phanh điện từ có thể làm việc với bất kỳ loại đồng

hồ đo lực nào Thờng gặp là các loại đồng hồ đo lực có đầu

đo tải trọng 9 (hình 1.5) Việc hiệu chỉnh phanh ở chế độ

tốc độ thử nghiệm cho trớc đợc thực hiện nhờ máy phát vòng quay 10, đợc dẫn động từ trục rôto bằng khớp mềm.

Phanh điện từ có u điểm là kết cấu gọn nhẹ và đơn giản, có độ bền cao, dễ điều khiển từ xa và bảo dỡng đơn giản Công suất của chúng có thể đạt tới 3000 kW, còn tốc

độ quay của rôto có thể tính toán đến 10000 ữ 15000

v/phút Các loại phanh này thờng đợc sử dụng để thử nghiệmdài hạn động cơ đốt trong theo một chơng trình đã lập sẵn có khống chế tự động các chế độ làm việc

1.3 Thử nghiệm công suất đầu máy diezel.

1.3.1 Thử nghiệm công suất đầu máy diezel

truyền động thuỷ lực.

- Mục đích của thử nghiệm:

+ Kiểm tra và xác định chất lợng sửa chữa các bộ phận của cụm động cơ diezel của đầu máy diezel truyền động thuỷ lực

+ Kiểm tra mức độ chính xác lắp đặt cụm máy

- Yêu cầu của thử nghiệm:

+ Bệ thử công suất phải đảm bảo chính xác cao về cácgiá trị đo đếm đợc làm việc chắc chắn có độ tin cậy cao

+ Phải tận dụng đợc các loại vật t, phụ tùng thiết bị sẵn

có tại xí nghiệp

+ Công nghệ chế tạo bệ thử không khó khăn lắm phù hợp với trình độ tay nghề công nhân của xí nghiệp

+ Thao tác vận hành của bệ thử phải thuận tiện dễ dàng đối với công nhân

+ Việc bảo dỡng duy tu bệ thử đơn giản thuận tiện.+ Giá thành chế tạo, bảo dỡng rẻ tiền, tiết kiệm và tận dụng đợc vật t, thiết bị sẵn có của xí nghiệp

+ Góp phần nâng cao chất lợng của bộ truyền động thuỷ lực, giản thời gian nằm sửa chữa ở xởng tăng thời gian

+ Bộ truyền động thuỷ lực khi đã đợc thử và hiệu

chỉnh xong sẽ làm chắc chắn nhất với độ tin cậy cao, chỉ tiêu kinh tế tối u nhất

Nhận xét: Để thử nghiệm đầu máy diezel truyền động thuỷ lực thì nên chọn phơng pháp thử nghiệm bằng thiết bị phanh thuỷ lực, thiết bị phanh điện, thiết bị phanh điện từ

1.3.2 Thử nghiệm công suất đầu máy diezel

truyền động điện.

- Mục đích của thử nghiệm:

+ Kiểm tra và xác định chất lợng sửa chữa các bộ phận của cụm động cơ diezel – máy phát điện chính

+ Kiểm tra mức độ chính xác lắp đặt cụm máy

+ Kiểm tra hệ thống điều chỉnh tự động công suất của cụm động cơ diezel máy phát điện chính và các thông

số làm việc khác

+ Điều chỉnh tự động công suất máy phát điện chính của đầu máy theo phạm vi đờng đặc tính ngoài của nhà chế tạo

- Yêu cầu của thử nghiệm:

+ Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho ngời, máy móc, thiết

bị không gây ảnh hởng đến môi trờng xung quanh

+ Kết cấu gọn, đơn giản, chính xác, có độ tin cậy cao.+ Thiết bị phải thông dụng, phù hợp với kinh tế và điều kiều kiện của xí nghiệp, xởng sửa chữa

+ Các thông số của thiết bị thử phải điều chỉnh đợc ở nhiều chế độ khác nhau

+ Cho phép thử nghiệm đợc công suất của cụm máy ở nhiều chế độ làm việc

Nhận xét: Hiện nay có hai phơng pháp thử nghiệm côngsuất đầu máy bằng biến trở là thử nghiệm công suất bằng biến trở nhiệt và thử nghiệm công suất bằng biến trở nớc

- Thử nghiệm công suất bằng biến trở nhiệt:

+ Hệ thống điệnt trở bằng Niken Crôm để tiêu thụ công suất phát ra của máy phát điện chính (tiêu thụ dới dạng nhiệt).

+ Một bộ điều chỉnh trị số của bộ biến trở bằng

đổi nối ghép hoặc con chạy ứng với các chế độ và công suất thử nghiệm

+ Hệ thống điều chỉnh, kiểm tra: Bảng điện, công tắc tơ, rơ le, đồng hồ kiểm tra điện áp, dòng điện,…

+ Hệ thống làm mát cỡng bức cho hệ thống điện trở

u, nh ợc điểm của hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy bằng biến trở nhiệt

+ Kết cấu thiết bị gọn không cồng kềnh, dễ vận hành

+ Cơ động, có thể dùng để thử nghiệm ngay tại hiện trờng vì thiết bị dễ dàng vận chuyển

+ Vật liệu chế tạo hệ thống điện trở hiếm, rất

động cơ - máy phát điện chính chỉ cần xác định công suất phát ra NF = UF.IF về đặc tính ngoài điều chỉnh

UF=f(IF) để so sánh với đặc tính của nhà chế tạo

1.4 Quá trình thử nghiệm đầu máy diezel đối với

đầu máy truyền động điện tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội.

1.4.1 Các đầu máy chủ yếu sử dụng tại xí nghiệp

đầu máy Hà Nội

Hiện nay xí nghiệp đầu máy Hà Nội đang sử dụng các loại đầu máy là D4H, D12E, D19E

+ Đầu máy D4H chủ yếu làm công tác phục vụ

+ Đầu máy D12E chủ yếu làm nhiệm vụ kéo tàu hàng

và các đoàn tàu khách tuyến ngắn

+ Đầu máy D19E chủ yếu làm nhiệm vụ kéo tàu khách Bắc – Nam

1.4.2 Các thông số cơ bản của các loại đầu máy

diesel truyền động điện đang sử dụng tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội.

1.4.2.1 Các thông số chủ yếu đầu máy D19E.

Dới điều kiện UIC : 1455 KW

- Lực kéo của đầu máy:

+ Lực kéo khởi động lớn nhất : 355,2 KN (dòng

điện khởi động hạn chế)

: 250 KN (hệ số bámhạn chế  = 0,327)

+ Lực kéo liên tục : 224 KN (dòng điện khởi

động hạn chế)

: 201 KN ( bámhạn chế )

- Công suất hãm lớn nhất : 1243,8 KW

- Lực hãm điện trở lớn nhất : 162 KN

Điều kiện môi trờng + Phạm vi nhiệt độ : 5+550C.

+ Chiều cao cách mặt biển : 1000 m

+ Dới công suất định mức tiêu

hao nhiên liệu

Caterpillar 3512B

1455 KW1800r/min600r/min

Điện phun197g/KWh

1800 v/phKích từ độc lậpLiên tục

Cỡng bứcH/H

680A6000A2x1000KW

+ Dòng điện một chiều lớn nhất

Liên tụcLiên tụcCỡng bức

Tự thông gióH

Khi máy phát điệnvận hành kích từsong song, khi

động cơ điệnvận hành kích từnối tiếp

 6000CCỡng bức

2560 v/ph512HzKích từ độc lập43V

6,4AHLiên tục

1.4.2.2 Các thông số cơ bản của đầu máy D12E.

Đầu máy D12E có công suất 736 KW là loại đầu máydiezel truyền động điện của Tiệp Khắc sản xuất, nhập vàonớc ta từ năm 1986 hiện có khoảng 40 chiếc

- Dạng truyền động : Điện một chiều.

Bảng 1.3: Thông số các thiết bị chính trên đầu máy D12E.

Phun trực tiếp

Có tăng áp, làmmát

6 xilanh, thẳnghàng

+ Suất tiêu hao nhiên liệu

+ Suất tiêu hao dầu bôi trơn

Đầu phun 6 cái+ Bảo vệ động cơ khỏi siêu tốc

Phải

1 - 3 - 5 - 6 - 4 – 2

228 g/kwh2,7 - 5,5 g/kwh

385 lít

PC1C20PTRM –1885

VN225T953F –1148

+ Số vòng quay tối đa

+ Cách điện

+ Làm mát

2128 v/phF

Gió cỡng bức liêntục

3000 v/phF

Tự hành

1.4.3 Phơng pháp thử nghiệm công suất bằng biến trở nớc.

1.4.3.1 Nguyên lý chung của phơng pháp thử nghiệm bằng biến trở nớc.

Đối với đầu máy diezel truyền động điện, động cơdiezel phát ra cơ năng Sau khi trích một phần công suất đểtải các thiết bị phụ trên đầu máy, Phần lớn công suất còn lại

để tải máy phát điện kéo Máy phát điện kéo sẽ biến cơnăng thành điện năng cấp cho các động cơ điện kéo Các

động cơ điện kéo lại biến điện năng thành cơ năng tạo sứckéo của đầu máy Việc thử công suất đầu máy bằng băngthử công suất kiểu biến trở nớc là đo công suất của máy phát

điện kéo phát ra dới dạng điện năng, qua đó ta đánh giácông suất của động cơ diezel

Công suất điện đợc trích ra theo công thức:

N = U.I ( W)U: Điện áp của máy phát điện (V).

I : Cờng độ dòng điện của máy phát điện (A)

N : Công suất của máy phát điện tính bằng (W)

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo chung kiểu biến trở nớc.

1 Bể đựng dung dịch 2 Dung dịch.

3 Bản cực 4 Đồng hồ đo dòng điện máy

phát.

5 Đồng hồ đo điện áp máy phát.

Thiết bị thử công suất kiểu biến trở nớc thực chất là mộttải giả, gồm nhiều bản cực, nhúng trong một bể chứa nớc cópha thêm chất dẫn điện để làm giảm điện trở Các tấm bảncực có thể nâng lên hạ xuống một cách dễ dàng, từ đó cóthể thay đổi diện tích của bản cực nhúng trong bể và qua

đó có thể thay đổi đợc điện trở của bể theo ý muốn (Tức

là thay đổi công suất)

Khi đo thử công suất của đầu máy ta nối nguồn điệnmột chiều phát ra từ máy phát điện kéo, sau khi cắt khỏi

động cơ điện kéo (đầu máy D12E, D9E nối trực tiếp, ở

đầu máy D19E nối sau tủ chỉnh lu) với các tấm bản cực trongbể

Việc nâng lên hạ xuống tấm bản cực trong dung dịchcho phép thay đổi tải của máy phát điện kéo ứng với mỗichế độ tải khác nhau ta sẽ đo đợc một trị số điện áp U (V)

và một trị số cờng độ dòng điện I (A) tơng ứng với mỗi côngsuất phát ra của máy phát Từ các trị số U và I này ta có thểghi và vẽ đợc đờng đặc tính của máy phát điện kéo

ở các vị trí tay ga khác nhau, công suất phát ra của tổhợp động cơ diezel - máy phát điện kéo cũng khác nhau (ứngvới mỗi vị trí của tay ga) Khi thay đổi tải của bể biến trở(bằng cách nâng lên hoặc hạ xuống các tấm bản cực) ta sẽ

đo và vẽ đợc một đờng đặc tính U và I của máy phát điện

1.4.3.2 u, nhợc điểm của phơng pháp thử nghiệm bằng biến trở nớc.

* Thiết bị thử nghiệm

- Một bồn dùng chứa dung dịch làm mát, dung dịch làmmát có thể dùng nớc hoặc dùng dung dịch nớc muối, để cóthể tản nhiệt tốt, thông thờng thành bồn làm bằng vật liệu

có hệ số dẫn nhiệt tốt

- Các bản cực, có hai loại bản cực: bản cực dơng và bảncực âm, các bản cực này đợc đặt trong dung dich thửnghiệm để tạo ra các điện trở tiêu thụ công suất của cụm

động cơ diezel - máy phát điện chính dới dạng nhiệt, cácbản cực này có thể cả hai đều là di động hoặc một loại bảncực là cố định một loại còn lại là động

- Thiết bị nâng hạ các bản cực động, thông thờng làdùng động cơ không đồng bộ ba pha thông qua hộp giảm tốchoặc cáp để nâng hạ các bản cực động

- Thiết bị đo ghi, có sử dụng các thiết bị đo nh: Ampe

kế, vôn kế, đồng hồ đo áp suất , đồng hồ đo nhiệt độ,

đồng hồ đo tốc độ các công tắc tơ, các khoá

* Ưu, nhợc điểm của hệ thống.

a Ưu điểm:

- Thiết kế, chế tạo, lắp đặt dễ dàng và đơn giản

- Làm việc chắc chắn, ít ảnh hởng tới môi trờng xungquanh

- Tận dụng đợc những điều kiện sẵn có của xí nghiệpnh: Điện, nớc, không gian thiết bị đợc làm mát tốt

- Tạo điều kiện dễ dàng cho việc thử nghiệm toàn bộcác vị trí tay máy của đầu máy, dễ dàng thay đổi tải chocụm động cơ diezel - máy phát điện nhằm tạo ra một quytrình thử nghiệm có độ chính xác cao

b Nhợc điểm

- Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích sản xuất,lắp đặt cố định không cơ động

- Thời gian chế tạo, xây dựng, lắp đặt lâu

Từ việc đánh giá về mặt kết cấu, những u khuyết

điểm của hệ thống thử nghiệm công suất bằng biến trở nớc

ta nhận thấy:

Thử nghiệm công suất đầu máy bằng biến trở nớc tuycồng kềnh, không cơ động, xây dựng lắp đặt mất nhiềuthời gian, tuy nhiên phơng pháp thử nghiệm này tỏ ra u việt

đơn giản ở mặt kết cấu, về điều chỉnh thay đổi tải cho

đầu máy, đặc biệt là phù hợp với điều kiện thực tế của xínghiệp có thể chế tạo lắp đặt, hơn nữa công việc sửachữa thông thờng chỉ đợc tiến hành tại xí nghiệp, cho nênviệc lắp đặt cố định thiết bị thử nghiệm công suất là hợplý

1.4.3.3 Quá trình thử nghiệm bằng biến trở nớc.

a Kiểm tra sơ bộ

- Đầu máy sau khi đợc cấp nhiên liệu, cấp cát, cấp nớc…

đầy đủ tiến hành khởi động đầu máy, chạy thử tải ở vị trítay máy nhỏ, căn cứ vào các thiết bị đo đợc trạng bị trên