trương duy phúc Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT thống dẫn động các thiết bị phụ trên đầu máy điêzel, bằng cách xây dựng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho các hệ thố
Trang 1đánh giá vμ so sánh chất lượng các
hệ thống dẫn động thiết bị phụ
trên đầu máy điezel
TS trương duy phúc
Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT
thống dẫn động các thiết bị phụ trên đầu máy điêzel, bằng cách xây dựng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho các hệ thống dẫn động nói trên vμ qua đó để phân tích so sánh tính ưu việt giữa chúng với nhau Kết quả của quá trình phân tích so sánh chất lượng của hệ thống dẫn động các thiết bị phụ trên đầu máy điêzel giúp cho các nhμ thiết kế
có sự lựa chọn kiểu dẫn động hợp lý.
Summary: This paper presents a method of assessing and comparing the quality of
transmition systems of extra parts in the diesel engine by establishing technical, economic targets for the transmition systems mentioned above and thereby, analizing and comparing their outstanding features The results of the analysis and comparation can help designers choosing suitable type of transmition
i Đặt vấn đề
Trên đầu máy điêzel hiện nay đang tồn
tại các kiểu dẫn động các thiết bị phụ đó là
các kiểu dẫn động cơ khí; dẫn động thuỷ lực
và dẫn động điện Để lựa chọn kiểu dẫn động
hợp lý, phải tiến hành đánh giá, so sánh các
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa chúng với nhau
Vấn đề được đặt ra ở đây là đưa ra được các
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật phù hợp với từng kiểu
loại đầu máy để so sánh Chính vì thế mà sau
khi nghiên cứu kỹ sự ảnh hưởng các đặc tính
kinh tế, kỹ thuật của các hệ thống dẫn động
đến chất lượng hoạt động của các thiết bị phụ
cũng như chất lượng làm việc của cả đầu
máy, chúng ta có thể đưa ra một loạt các chỉ
tiêu để qua đó mà đánh giá so sánh Nội dung
bài báo dưới đây sẽ trình bày cụ thể các vấn
đề đã nêu ở trên
II Nội dung
A Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống dẫn động các thiết bị phụ trên đầu máy điêzel
1 Hiệu suất của hệ thống dẫn động
2 Tuổi thọ, độ bền của hệ thống dẫn
động
3 Trọng lượng, kích thước của hệ thống dẫn động
4 Không gian lắp đặt các thiết bị phụ
5 Khả năng điều khiển dễ dàng các đặc tính của thiết bị phụ
6 Sự phù hợp với đặc tính của các thiết
bị phụ
7 Khả năng tự động hoá điều khiển
Trang 28 Độ chính xác điều chỉnh chế độ làm
việc của thiết bị phụ
9 Kết cấu của hệ thống dẫn động
10 Thuận tiện trong bảo dưỡng, kiểm tra,
sửa chữa
11 Chi phí vận dụng của hệ thống dẫn
động
12 Giá thành chế tạo của hệ thống dẫn
động
B Đánh giá, phân tích các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật của hệ thống dẫn
động thiết bị phụ
Các chỉ tiêu đã nêu nói trên, chỉ tiêu nào
cũng đóng vai trò hết sức quan trọng và đều
ảnh hưởng nhất định đến chất lượng của đầu
máy trong quá trình vận dụng, khai thác Dưới
đây chúng ta sẽ phân tích từng chỉ tiêu để làm
cơ sở lý luận cho việc lựa chọn kiểu truyền
động nào cho các thiết bị phụ trên đầu máy
điêzel là phù hợp hơn cả:
1 Hiệu suất truyền động: Đây là chỉ tiêu
nhằm đánh giá khả năng tiêu hao nhiên liệu
trong quá trình làm việc Công suất của thiết bị
phụ chiếm xấp xỉ 10% công suất của toàn bộ
đầu máy cho nên nhiên liệu chi phí cho thiết bị
phụ cũng chiếm một tỷ trọng đáng kể Chính vì
vậy mà chọn loại truyền động cho hiệu suất
cao có ý nghĩa không kém phần quan trọng
Đối với ba kiểu truyền động điện, truyền động
thuỷ lực và truyền động cơ khí, thì truyền động
cơ khí có khả năng tiết kiệm công suất hơn
2 Tuổi thọ, độ bền: Chỉ tiêu này đánh
giá độ tin cậy làm việc của thiết bị dẫn động
Điều này cũng ảnh hưởng đến độ tin cậy của
thiết bị phụ thuộc dẫn đến ảnh hưởng sức kéo
của cả đầu máy và an toàn chạy tàu Thông
thường tuổi thọ, độ bền của hệ thống dẫn
động không được kém hơn tuổi thọ độ bền
của động cơ điêzel và hệ thống truyền động
chính của đầu máy
Đối với ba kiểu truyền động: Cơ khí, thuỷ
lực và truyền động điện, độ bền của chúng phụ thuộc phần nhiều vào vật liệu chế tạo và công nghệ gia công các chi tiết Với vật liệu cao cấp và công nghệ hiện đại ngày nay có thể đánh giá độ bền và tuổi thọ của ba loại truyền động là như nhau
3 Trọng lượng vμ kích thước của hệ dẫn động: Trên đầu máy điêzel, vấn đề trọng
lượng và kích thước của từng chi tiết, từng bộ phận của các thiết bị được xem xét theo hướng càng nhẹ càng gọn thì càng tốt Trong quá trình xem xét một số kiểu truyền động lắp trên đầu máy sử dụng ở Việt Nam cũng như ở nước ngoài ta thấy kiểu truyền động điện có trọng lượng và kích thước nhẹ và gọn nhất so với kiểu truyền động cơ khí và thuỷ lực
4 Không gian lắp đặt các thiết bị phụ:
Vị trí lắp đặt các thiết bị phụ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc không gian của đầu máy Mà
vị trí đó lại phụ thuộc rất lớn đến kiểu truyền
động Đối với kiểu truyền động điện vị trí lắp
đặt các thiết bị phụ như máy nén khí và quạt làm mát có thể được tuỳ ý lựa chọn cho phù hợp trên đầu máy, ở những nơi mà thiết bị phụ phát huy hết tác dụng của mình Còn đối với kiểu truyền động cơ khí và thuỷ lực, vị trí lắp
đặt phần nhiều phụ thuộc kiểu truyền động ở hai kiểu truyền động này nếu như các thiết bị phụ ở xa động cơ điêzel thì hệ thống dẫn động
sẽ rất phức tạp và tốn kém, ví dụ như phải kéo dài trục dẫn hoặc đường ống thuỷ lực hoặc phải thay đổi hướng của trục dẫn làm giảm tuổi thọ, gây tiếng ồn, rung của đầu máy Như vậy, không gian lắp đặt các thiết bị phụ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, hoạt
động của đầu máy, mà không gian đó lại thuộc vào kiểu loại dẫn động các thiết bị phụ Qua phân tích và xem xét các kiểu loại dẫn động thì kiểu dẫn động điện cho phép lựa chọn không gian lắp đặt hợp lý hơn các thiết bị phụ, vì kiểu loại này không phụ thuộc khoảng cách từ thiết bị phụ đến động cơ điêzel
Trang 35 Điều khiển dễ dμng các đặc tính của
thiết bị phụ: Đặc tính của thiết bị phụ luôn
luôn thay đổi theo nhu cầu và công suất của
đầu máy Khi đầu máy tăng công suất thì
công suất quạt cũng phải tăng theo và ngược
lại Khi đầu máy tiêu hao nhiều khí nén cho
việc hãm đoàn tàu thì công suất máy nén khí
cũng phải tăng theo, hoặc khi áp lực khí đã
đạt mức quy định thì máy nén ngừng hoạt
động để tiết kiệm năng lượng Như vậy hệ
thống dẫn động phải được điều khiển một
cách linh động để đáp ứng các trạng thái làm
việc của các thiết bị phụ Mục tiêu của chúng
ta là lựa chọn kiểu loại dẫn động phải được
điều khiển đặc tính làm việc của các thiết bị
phụ một cách dễ dàng Trong kiểu truyền
động cơ khí muốn thay đổi đặc tính của thiết
bị phụ người ta thay đổi tỷ số truyền trong hộp
số để thay đổi tốc độ dẫn động thiết bị phụ
Cách thay đổi như vậy sẽ tạo ra đường đặc
tính không liên tục và không đảm bảo độ êm
dịu trong quá trình chuyển đổi
Đối với kiểu dẫn động thiết bị phụ bằng
thuỷ lực, loại thuỷ tĩnh, phương pháp điều
khiển đặc tính làm việc của thiết bị phụ bằng
cách thay đổi lưu lượng của bơm hoặc điều
chỉnh các van hồi dầu và van áp lực dầu để
thay đổi vòng quay và mômen của môtơ thuỷ
lực, dẫn đến việc thay đổi đặc tính làm việc
của các thiết bị phụ Cách điều khiển này tuy
thuận lợi, gọn nhẹ về mặt kỹ thuật nhưng lại
ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và khi thay
đổi lưu lượng và áp lực đối với bơm sẽ làm cho
hiệu suất của nó giảm đi vì hiệu suất cao của
bơm sẽ đạt được ở chế độ làm việc định mức,
ngoài chế độ đó ra hiệu suất sẽ giảm Còn đối
với loại truyền động thuỷ lực thì việc điều
khiển đặc tính làm việc của thiết bị phụ thông
qua việc thay đổi mức độ nạp dầu vào côn
thuỷ lực để thay đổi mômen vào vòng quay
của bánh tua bin dẫn đến việc thay đổi chế độ
làm việc của thiết bị phụ Phương pháp điều
khiển này cũng có ưu điểm là thuận tiện về
mặt kỹ thuật nhưng lại kém về hiệu quả kinh
tế vì côn thuỷ lực chỉ có hiệu suất cao khi làm việc ở chế độ định mức và ở tỷ số truyền cao vào khoảng 95% trở lên Còn các chế độ khác hiệu suất thấp dẫn đến tiêu hao nhiều nhiên liệu và làm nóng dầu thuỷ lực, làm giảm tuổi thọ của hệ thống dẫn động Cho nên đối với kiểu truyền động thuỷ lực đặc tính của thiết bị phụ ít khi được điều chỉnh dẫn đến sự làm việc không đồng bộ giữa động cơ điezel và thiết bị phụ
6 Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống: Dẫn động với đặc tính lμm việc của
các thiết bị phụ đóng vai trò hết sức quan
trọng Nếu giữa chúng không có sự phù hợp thì khó mà dẫn động cho các thiết bị phụ làm việc có hiệu suất cao ở chỉ tiêu này hệ thống dẫn động bằng điện có ưu điểm hơn cả Bất
kỳ đặc tính nào của thiết bị phụ với kiểu dẫn
động này đều tìm được điểm làm việc chung với hiệu suất và năng suất cao nhất Còn kiểu truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực chỉ phù hợp với một kiểu loại nhất định nào đó của thiết bị phụ trong phạm vi chế độ làm việc rất hẹp
7 Khả năng tự động hoá điều khiển:
Đây là chỉ tiêu đánh giá mức độ hiện đại của
đầu máy Với hệ thống dẫn động bằng điện các thông số đo đạc để đưa vào hệ điều khiển
được thông qua giá trị dòng điện hoặc điện áp của mạch điện vì vậy rất dễ dàng và thuận tiện cho việc điều khiển chế độ làm việc của thiết bị phụ Với kết cấu này dễ dàng thiết lập một hệ thống điều khiển tự động bằng mối liên
hệ ngược do những cảm ứng nhiệt độ, áp suất
để tác động lên các thông số đầu vào của mạch điện như dòng điện, điện áp nhằm mục
đích thay đổi vòng quay của quạt làm mát và máy nén khí khi nhiệt độ của két làm mát và
áp suất của gió nén ở hệ thống hãm có sự thay đổi trong quá trình vận dụng của đầu máy trên đường
Trang 48 Độ chính xác điều chỉnh chế độ lμm
việc của các thiết bị phụ: Các kiểu dẫn động
có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều chỉnh
chính xác chế độ làm việc của thiết bị phụ
Đây là một trong những chỉ tiêu phản ánh chất
lượng làm việc của các thiết bị phụ Nếu như
chế độ làm việc của quạt được điều chỉnh một
cách chính xác thì sẽ làm cho quá trình làm
mát động cơ cũng như hệ thống truyền động
được đảm bảo ở chế độ tối ưu nhằm nâng cao
tuổi thọ động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu
Tương tự như thế đối với máy nén khí, việc
điều chỉnh chính xác chế độ làm việc sẽ đảm
bảo độ tin cậy làm việc và nâng cao khả năng
đảm bảo an toàn cho hệ thống hãm đồng thời
nâng cao tuổi thọ của máy nén khí Đối với hệ
thống dẫn động bằng điện có ưu thế hơn trong
việc điều chỉnh chính xác chế độ làm việc của
các thiết bị phụ vì mômen truyền dẫn cũng
như vòng quay của môtơ điện được điều chỉnh
vô cấp và linh hoạt hơn Còn đối với truyền
động cơ khí và thuỷ lực ở chỉ tiêu này có phần
kém hơn vì độ linh hoạt kém khi thay đổi chế
độ làm việc của hệ thống dẫn động Nếu đạt
được mức độ linh hoạt như truyền động điện
thì hệ thống truyền động cơ khí và thuỷ lực
phải bố trí thêm nhiều bộ phận phức tạp như
nâng cao số cấp tốc độ, bố trí thêm các van
điều chỉnh lưu lượng và áp lực đối với truyền
động thuỷ lực, việc này làm tăng thêm độ
phức tạp của hệ thống truyền động
9 Kết cấu của hệ thống truyền động:
Chỉ tiêu này nói lên sự phức tạp của cấu tạo
hệ thống truyền động Xu hướng được ưu tiên
là kết cấu càng đơn giản càng tốt, số lượng
chi tiết càng ít càng tốt, các chi tiết đó càng
đơn giản, dễ chế tạo càng tốt và được chuẩn
hoá, sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị
của nhiều lĩnh vực công nghiệp Có như vậy
giá thành sản xuất sẽ giảm nhiều so với sản
xuất đơn chiếc và dễ tìm kiếm trên thị trường
để phục vụ cho việc lắp ráp cũng như sửa
chữa thay thế trong quá trình vận dụng Đối
với truyền động điện, kết cấu có phần đơn
giản hơn so với truyền động cơ khí và thuỷ lực Mô tơ dẫn động quạt và máy nén khí có thể sử dụng trong truyền động cơ khí là loại có kết cấu đặc biệt chỉ dùng trên đầu máy và cũng chỉ dùng để dẫn động một loại quạt và máy nén khí nhất định cho một loại đầu máy nào
đó Việc lắp lẫn và chuẩn hoá là rất hạn chế Trong truyền động thuỷ lực, kết cấu của nó cũng rất phức tạp do hệ thống đường ống liên kết với nhau rất phức tạp, chưa kể ở các mối nối thường hay bị rò rỉ dầu công tác Việc lắp lẫn các chi tiết với nhau cũng rất hạn chế Đối với chỉ tiêu này, truyền động điện có nhiều ưu việt hơn cả
10 Thuận tiện trong kiểm tra, bảo dưỡng vμ sửa chữa: Đây là chỉ tiêu không
kém phần quan trọng trong quá trình vận dụng đầu máy Việc kiểm tra, chẩn đoán kỹ thuật hệ thống dẫn động là việc làm thường xuyên có tính chu kỳ sau một thời gian vận dụng của đầu máy trong đó có hệ thống dẫn
động Để kiểm tra, thông thường người ta đo
đạc các thông số đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật của hệ thống dẫn động Quá trình đo
đạc phải chính xác, nhanh chóng, trong nhiều trường hợp các công việc đó được tự động hoàn toàn Nó làm cơ sở cho công tác bảo dưỡng, sửa chữa, sau khi đã xác định được thông số kỹ thuật, ví dụ như độ rơ của ổ bi trong truyền động cơ khí, độ cách điện của các lớp cách điện trong truyền động điện, áp suất dầu trong truyền động thuỷ lực Ngoài ra quá trình giải thể để thay thế chi tiết trong khi sửa chữa cũng phải có được sự đơn giản và thuận tiện, các chi tiết phải được tháo lắp dễ dàng Đối với chỉ tiêu này, hệ thống dẫn động thiết bị phụ bằng điện có ưu thế hơn so với truyền động cơ khí và thuỷ lực Bởi vì hệ thống
điện dễ dàng đo được các thông số kỹ thuật
kể cả lúc ngừng hoạt động và kể cả trong quá trình hoạt động, và việc đo đạc đó có thể được
tự động hoàn toàn Còn việc thay thế các chi tiết hỏng hóc cũng đơn giản hơn so với kiểu truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực
Trang 511 Chi phí vận dụng: Đây là chỉ tiêu
liên quan đến giá thành vận chuyển Chi phí
vận dụng bao gồm các chi phí về nhân công,
tiêu hao vật tư trong quá trình vận dụng sửa
chữa, chi phí về tiêu hao nhiên liệu (liên quan
đến hiệu suất của bộ truyền động) Đối với
từng loại truyền động chi phí này phụ thuộc
vào chất lượng chế tạo, nếu chất lượng kém
thì chi phí cao và ngược lại Vì vậy để đánh giá
chỉ tiêu này một cách chính xác cần phải xem
xét từng loại cụ thể Cho nên đối với chỉ tiêu
này có thể xem ba loại truyền động có cùng
một ưu thế như nhau
12 Giá thμnh chế tạo: Đây là một trong
những chỉ tiêu quan trọng trong khi lựa chọn
các thiết bị Tuy nhiên so với giá trị của cả đầu
máy thì các chỉ tiêu đã nêu trước đó cũng
không kém phần quan trọng Với hệ thống
dẫn động chất lượng cao thì có thể nhận thấy
rằng hệ thống dẫn động bằng điện có thể giá
thành chế tạo có thể cao hơn chút ít so với hệ
thống dẫn động bằng cơ khí
và thuỷ lực
C So sánh các kiểu dẫn
động các thiết bị
phụ trên đầu máy
điêzel
Sau khi phân tích đánh
giá từng chỉ tiêu đối với từng
kiểu dẫn động cho các thiết bị
phụ, ta phải tổng hợp lại để so
sánh xem kiểu dẫn động nào
có khả năng đáp ứng nhiều
nhất các chỉ tiêu đã phân tích
ở trên để có một cách nhìn
tổng quát ưu thế của từng kiểu loại truyền
động Để làm được điều đó, một trong những
phương pháp đánh giá tương đối chính xác là
lượng hoá các chỉ tiêu và đưa ra hàm mục tiêu
cho từng loại dẫn động ở đây hàm mục tiêu
là tổng số điểm của các chỉ tiêu Công thức
tổng quát có thể biểu diễn như sau:
∑
=
=
12
i i
C M
Trong đó: M - Tổng số điểm của hệ thống dẫn
động
Ci - Điểm của chỉ tiêu thứ i
Để lượng hoá các chỉ tiêu có thể dùng phương pháp cho điểm, tùy chỉ tiêu mà cho
điểm cao hay thấp Trong trường hợp đánh giá
ưu nhược điểm của từng loại hệ thống dẫn
động đã nêu ở trên, các chỉ tiêu đã được chia nhỏ (12 chỉ tiêu), cho nên có thể lượng hoá
như sau: Hệ thống nào có ưu thế trong chỉ tiêu
đưa ra xem xét thì cho 1 còn không có ưu thế thì cho 0 Như vậy đối với từng chỉ tiêu hệ thống dẫn động chỉ có được số điểm 1 hoặc 0
Tổng số điểm của các chỉ tiêu phản ánh ưu thế của từng kiểu loại dẫn động các thiết bị phụ
Để tiện việc đánh giá, so sánh có thể lập bảng dưới đây:
Kiểu truyền động
kinh tế - kỹ thuật Điện Cơ khí Thuỷ lực
8 Độ chính xác điều chỉnh chế độ làm việc 1 0 0
M = ∑
=12
Với phương pháp lựa chọn, đánh giá như
bảng đã nêu ở trên ta có được giá trị hàm mục tiêu của từng kiểu loại truyền động như sau:
Đối với truyền động điện ta có:
=12
i Ci
Đối với truyền động cơ khí ta có:
Trang 6MC = ∑ = 4
=12
i Ci
Đối với truyền động thuỷ lực ta có:
=12
i Ci
Như vậy dễ dàng nhận thấy kiểu truyền
động điện cho các thiết bị phụ trên đầu máy
điêzel là kiểu truyền động hợp lý hơn cả
III Kết luận
Hệ thống dẫn động các thiết bị phụ đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình vận dụng đầu máy Chất lượng của hệ thống đó là
sự đảm bảo cho hoạt động của động cơ
điêzel, hệ thống truyền động chính, hệ thống hãm Nội dung nghiên cứu đã đưa ra cơ sở khoa học để lựa chọn kiểu truyền động hợp lý cho các thiết bị phụ, đó là kiểu truyền động
điện Kết quả so sánh được bằng lý thuyết cũng phản ánh được tương đối chính xác bằng
sự ứng dụng của nó ở ngoài thực tế Các loại
đầu máy hiện đại ngày nay người ta cũng đã
sử dụng phần lớn kiểu truyền động điện cho các thiết bị phụ Với lập luận như trên có thể kiến nghị với ngành đường sắt một số vấn đề sau:
- Nên đặt mua các loại đầu máy có hệ thống dẫn động bằng điện cho các thiết
bị phụ
- Nếu cải tạo lắp đặt thiết bị mới hoặc thay mới động cơ điêzel cho các đầu máy cũ thì nên thay thế hoặc cải tạo hệ thống dẫn động thiết bị phụ bằng hệ thống dẫn động điện
Tài liệu tham khảo
[1] Tài liệu kỹ thuật của các đầu máy: D4H; D5H; D112D; D18E
[2] Đầu máy điêzel: Thiết bị và sơ đồ Ruđai K.I, Loginova E.IU- Moskva 1991Ă
