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

Những đờng đặc tính công suất và mômen của động cơ nói trên là đờng đặc tính lý thuyết nó đợc xây dựng dựa trên giả thiết áp suất hữu ích trung bìnhtrong xilanh Pe là hằng số .Trong thực

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 Đầumáy D12E đợc đa vào Việt Nam và giao cho Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng sửdụng từ năm 1986 với số lợng 25 chiếc, sau đó Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội 15chiếc 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 sắtViệt Nam

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

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 thuộcloại trung bình

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

Bảng 1.3 Công suất của động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay

N: Công suất của động cơ diesel (w)

 : vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s)Trong đó:

đồ quan hệ giữa mô men và tốc độ quay động cơ

Bảng 1.4 Mômen của động cơ K6s230DR tơng ứng với số vòng quay.

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 côngmột 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 bốccháy nhờ áp suất và nhiệt độ cao của không khí nén trong xilanh Loại động cơnày sử dụng nhiên liệu diesel và đợc gọi là động cơ diesel Loại động cơ này cóhiệu 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 rộngrãi trong nhiều ngành kỹ thuật, trong đó có giao thông vận tải nói chung vàngành Đờng sắt nói riêng

Từ đó đến nay, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật, đầu máydiesel đã không ngừng cải tiến để nâng cao công suất và tốc độ cũng nh tự độnghoá các quá trình điều khiển, điều chỉnh để nâng cao hiệu suất và tính kinh tế

Ngày nay, đầu máy diesel đã cùng với đầu máy điện trở thành nguồn sứckéo 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 haonhiên liệu thấp hơn 150-160(g/Ml-h) tiến tới còn 140-150(g/Ml-h) Lợng suấthao 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 dụngtrên đờng sắt Việt Nam

Bảng 1.6 Suất hao nhiên liệu một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt Nam

2 Đơn vị trọng lợng/công suất

Để đáp ứng nhu cầu giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của đầu máynói chung thì đơn vị trọng lợng công suất của động cơ cũng phải giảm nhỏ hơn3-5(kg/Ml) Bảng 1.7 giới thiệu đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máydiesel đang vận dụng ở Việt Nam

Bảng 1.7. Đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt

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 vàCAT3512B 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/cm2) 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 cótăng áp có thể lên đến 18-20(KG/cm2) Giới hạn tăng áp đợc xác định bởi độ bềncủa 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 suấtcủa mỗi xilanh mà còn giảm nhỏ đợc đơn vị trọng lợng công suất và suất tiêuhao nhiên liệu của động cơ

Do đó, tăng áp và làm mát khí nạp là một trong những xu hớng phát triểncủa 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 quacác cặp bánh răng cơ giới, do đó tiêu tốn một phần công suất động cơ, làm chohiệu suất động cơ giảm Vì vậy, trên động cơ diesel 4 kỳ ngời ta thờng không sửdụng phơng pháp dẫn động này

Không khí nạp

Không khí vào

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, tuabin này sẽ dẫn động máy nén khí để hút không khí từ ngoài trời nén lên đến áplực cần thiết sau đó đợc làm mát rồi nạp vào xilanh động cơ Khoảng 40% nănglợng 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 cầnphải làm mát không khí tăng áp Việc làm mát không khí tăng áp một mặt làmcho trọng lợng riêng của khí nạp giảm đi, mặt khác nhiệt độ của không khí nạptrong xilanh ở đầu của quá trình nén thấp làm cho phụ tải nhiệt của động cơ đợcgiảm đi Trên động cơ có mức độ tăng áp trung bình và nhỏ thì có thể làm mátkhông khí tăng áp chung với vòng tuần hoàn nớc làm mát động cơ Đối vớinhững động cơ có mức độ tăng áp cao phải bố trí vòng tuần hoàn riêng làm mátkhông khí tăng áp

Trên đầu máy D12E dùng phơng pháp dẫn động tăng áp kiểu tua bin khíthải, trong đó làm mát không khí tăng áp chung với vòng tuần hoàn nớc làm mát

o

h 2 2

h o

Hình 1.7 Thiết bị tăng áp dẫn động bằng tua bin

4 Tuổi thọ của động cơ

Tuổi thọ của đầu máy quyết định bởi tuổi thọ của các cụm máy chính nh

động cơ, bộ truyền động, bộ phận chạy, Tuổi thọ của các cụm máy lại quyết

định bởi tuổi thọ của các chi tiết chính

Trong tất cả các cụm máy thì các chi tiết của cụm động cơ bị hao mònnhiều nhất bởi vì các chi tiết của nó phải làm việc ở những điều kiện nặng nhọc,khó khăn, điển hình là các nhóm chi tiết nh cổ trục-bạc lót, xilanh-sécmăng, cơcấu phối khí, Do đó ngời ta thờng lấy mức độ mài mòn của xilanh hoặc cổtrục khuỷu để làm mốc xác định tuổi thọ động cơ Ngoài ra, ngời ta còn xác địnhtuổi thọ của động cơ dựa trên số giờ làm việc của động cơ tính từ khi chế tạo đếnkhi phải đa động cơ vào sửa chữa lớn hoặc có thể còn đợc tính dựa vào số kmchạy giữa hai kỳ sửa chữa lớn

Tuổi thọ của động cơ diesel dùng trên đầu máy không đợc nhỏ hơn 10-12nghìn giờ Tuổi thọ của động cơ diesel hiện nay thờng vào khoảng 18-20 nghìngiờ, tơng lai phải tăng lên 20-25 nghìn giờ hoặc hơn nữa

Tăng tuổi thọ, tính chắc chắn và độ tin cậy của động cơ là xu hớng pháttriển của động cơ Muốn vậy động cơ phải có kết cấu hoàn chỉnh, vật liệu tiêntiến, công nghệ chế tạo và sửa chữa phải đạt trình độ cao, chất lợng dầu bôi trơn

và nhiên liệu phải đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật.Bảng 1.8 giới thiệu tuổi thọcủa một 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

1.1.3.2 Các yêu cầu với động cơ diesel trên đầu máy

Trên đầu máy 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, máyphát 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 trítrên đầu máy phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau :

1 Có tính kinh tế cao

Trong mọi phạm vi và trạng thái làm việc mức độ tiêu hao nhiên liệu vàdầu bôi trơn của động cơ phải nhỏ nhất Yêu cầu này có ý nghĩa rất lớn vì trongthực tế chi phí về nhiên liệu của động cơ diesel chiếm tới 60-70% tổng giá thànhchi phí cho việc vận dụng đầu máy Suất hao nhiên liệu định mức của động cơdiesel cao tốc phải nhỏ hơn 165(g/ml-h), động cơ tốc độ trung bình không lớnhơn 155(g/ml-h) Tiêu hao nhiên liệu ở chế độ không tải không lớn hơn 8% mứctiêu hao nhiên liệu ở chế độ định mức Suất hao dầu bôi trơn của động cơ dieselcao tốc không vợt quá 2.5(g/ml-h) Giảm lợng tiêu hao dầu bôi trơn cũng manglại hiệu quả kinh tế đáng kể vì giá thành dầu bôi trơn lớn gấp 3-4 lần giá thànhcủa nhiên liệu

3 Có đặc tính phù hợp

Động cơ diesel lắp trên một đầu máy cụ thể phải có đờng đặc tính phù hợpvới công dụng và kiểu truyền động của đầu máy Phạm vi làm việc của động cơphải đủ rộng Vòng quay làm việc nhỏ nhất n(min) phải bằng 40% số vòng quay

định mức n( dm) Động cơ phải có khả năng khởi động nhanh, êm dịu cả khi máynóng và nguội để có thể nhanh chóng chuyển từ trạng thái làm việc này sangtrạng thái làm việc khác

Bảng 1.9 Hệ số  của các động cơ diesel trên đầu máy

Nđm[v/p] 1365 1150 1100 1800 1000 1800

4 Kết cấu đơn giản

Để việc chế tạo , tháo lắp, bảo dỡng sửa chữa dễ dàng, các chi tiết, cụmchi tiết phải đợc định hình, tiêu chuẩn hoá tới mức cao nhất Các hệ thống phụcủa động cơ phải đơn giản, kích thớc gọn, độ tin cậy và hiệu suất làm việc cao.Lợng nhiệt mà động cơ truyền cho nớc và dầu bôi trơn nhỏ, có khả năng sử dụng

hệ thống làm mát nhiệt độ cao để giảm nhỏ kích thớc và trọng lợng của hệ thốnglàm mát, ngoài ra động cơ phải có khả năng hoạt động với nhiên liệu chứa tới 0.2

% S

5 Làm việc êm dịu và cân bằng.

Trong mọi trạng thái làm việc của đầu máy khi chạy trên đờng thẳng, ờng cong, lên dốc xuống dốc, khi chạy tiến hoặc lùi Các lực quán tính và mômen quán tính phải đợc cân bằng tốt nhất, đặc biệt chấn động của động cơ đặttrên đầu máy không đợc gây nên hiện tợng cộng hởng, không có dao động xoắncủa trục khuỷu trong mọi phạm vi vòng quay của động cơ Ngoài ra phải giảmbớt những loại chấn động và tiếng ồn có ảnh hởng xấu đến sức khoẻ và điều kiệnlàm việc của ban lái máy

đ-6 Đơn vị trọng lợng công suất.

Đơn vị trọng lợng công suất phải nhỏ, kích thớc gọn, thuận tiện cho việc

bố trí động cơ và các thiết bị khác trên đầu máy, đảm bảo không vợt quá ngoàikhung giới hạn của đờng sắt, đảm bảo tầm nhìn của tài xế và không gian bảo d-ỡng, sửa chữa, tháo lắp chi tiết trên đầu máy Việc giảm nhỏ đơn vị trọng lợngcông suất của động cơ cũng góp phần giảm nhẹ tải trọng của đầu máy Hiện nay

đơn vị trọng lợng công suất của động cơ cao tốc có tăng áp vào khoảng 2-4 (kg/ml-h), của động cơ diesel tốc độ trung bình 6-8(kg/ml-h)

7 Yêu cầu về sức khoẻ và vệ sinh.

Khi động cơ diesel làm việc, chấn động từ động cơ có thể truyền qua giá

xe, thân xe tới buồng lái, đồng thời khi động cơ làm việc khí thải của động cơ cóthể lọt vào trong buồng lái mang theo dầu nhờn, nhiên liệu diesel, muội than Vìvậy cần thiết phải quy định mức độ chấn động, độ ồn và độ sạch của khí thải

- Về độ ồn:

Nguyên nhân gây ra tiếng ồn của động cơ là do dao động của các chi tiếttrong quá trình làm việc, do áp lực và sóng xung kích của khí cháy trên váchxilanh động cơ, do sự va đập của các cơ cấu biên, trục khuỷu, cơ cấu phối khí, dodòng không khí nạp và không khí xả của động cơ

Theo tài liệu [4], độ ồn thờng đợc tính theo công thức :

log

* 20



 (P/PO)= 10*log(I/IO)

do động cơ gây nên bằng các phơng pháp đặt ống giảm thanh trên đờng ống xả,giảm nhỏ khe hở giữa piston và xilanh, giảm quá trình cháy thô bạo và cân bằngtốt các lực quán tính và mômen quán tính của động cơ.Đồng thời phải tiến hànhcác biện pháp tích cực nhằm cách nhiệt và cách âm cho buồng lái và giảm bớtcác dao động từ động cơ và giá xe truyền đến buồng lái.

- Về vệ sinh:

Không khí trong buồng lái phải đảm bảo trong sạch, không có khí xả, khínóng và bụi bẩn Trong quá trình bố trí động cơ và hệ thống phụ của nó nh quạtlàm mát, các đờng ống dẫn khí xả… phải đặc biệt chú ý điều này Buồng láiphải đợc thông gió tự nhiên tốt hoặc thông gió cỡng bức bằng quạt, về mùa đôngphải đợc sởi ấm để đảm bảo nhiệt độ bình thờng trong buồng lái Hiện nay để cảithiện điều kiện làm việc của ban lái máy trên buồng lái của một số đầu máynguời ta đã trang bị hệ thống điều hoà nhiệt độ

- Về an toàn vệ sinh:

Các gian máy trên đầu máy đặc biệt là buồng lái phải luôn giữ sạch sẽ,khô ráo Các ống dẫn dầu, nớc,không khí phải kín, không đợc rò rỉ Các bộ phậnnhiệt độ cao phải đợc cách nhiệt tốt, các bộ phận quay phải đợc che chắn để đảmbảo an toàn trong vận dụng và sửa chữa

1.1.4 Phân loại 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

5 Dựa vào phơng pháp nạp khí vào xilanh phân ra:

- Động cơ không tăng áp: việc nạp khí vào xi lanh là do piston đảmnhiệm(đối với động cơ 4kỳ) hoặc do không khí quét (đối với động cơ 2 kỳ) có ápsuất nhng chỉ đủ để thực hiện quá trình trao đổi chất

- Động cơ tăng áp: khí nạp đợc đa vào xilanh với một áp suất nhất địnhnhờ 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 vòngquay định mức là 1150(v/ph)

V e

* 225

*

*

(ml) (1-3) Trong đó:

vòng quay và đặc tính công suất và đặc tính công suất sẽ là một đờng thẳng điqua gốc toạ độ

Ne=k1*n (ml) (1-4)

- Đặc tính mômen: Công suất của động cơ quan hệ với momen theo côngthức:

Ne=Me* (kNm/s) (1-5)Trong đó:

Nh vậy momen của động cơ là hằng số không phụ thuộc vào tốc độ quay

và đặc tính momen của động cơ là đờng thẳng nằm ngang song song với trục tốc

độ Do đó đặc tính momen của động cơ là đặc tính cứng Đây là một đặc điểmlàm cho đờng đặc tính sức kéo của đầu máy dùng động cơ diesel không phù hợpvới đặc tính sức kéo lý tởng, nên trên nền đầu máy diesel phải có bộ truyền

động

Những đờng đặc tính công suất và mômen của động cơ nói trên là đờng

đặc tính lý thuyết nó đợc xây dựng dựa trên giả thiết áp suất hữu ích trung bìnhtrong xilanh Pe là hằng số Trong thực tế ở những trị số vòng quay nhỏ áp suấtcủa không khí trong xilanh ở cuối quá trình nén giảm nhỏ (vì lọt khí), nhiệt độcủa nó cũng thấp hơn(do hiện tợng truyền nhiệt), mặt khác do mất mát lu lợngtrong quá trình cấp nhiên liệu và tốc độ thấp của không khí nên sự hoà trộnnhiên liệu kém hơn Do những hiện tợng đó , khi vòng quay thấp áp suất hữu íchcủa động cơ nhỏ hơn dẫn đến momen và công suất của động cơ giảm với tínhtoán lý thuyết Khi vòng quay tăng dần lên thì các hiện tợng trên cũng đợc cảithiện vì vậy áp suất hữu ích trung bình cũng tăng lên

Hình 1.8 Các đờng đặc tính của động cơ diesel

Tại vòng quay nM mọi điều kiện đều thuận lợi nên áp suất Pe đạt giá trịlớn nhất, momen của động cơ tỷ lệ thuận với áp suất hữu ích trung bình cũng lớnnhất Khi vòng quay tiếp tục tăng lên nữa thì sức cản thuỷ khí động học cũngtăng lên làm giảm hệ số nạp và lợng nhiên liệu vào động cơ mặt khác sức cản masát của động cơ cũng tăng lên, làm giảm áp suất hữu ích trung bình, vì vậy côngsuất của động cơ ở vòng quay cao cũng giảm đi Do đó trong thực tế đờng congbiểu diễn áp suất hữu ích trung bình và mômen quay khi tăng dần đạt giá trị lớnnhất thì sau đó lại giảm dần, còn đờng đặc tính công suất của động cơ ở nhữngvòng quay cao cũng hơi lợn xuống một chút Trong phạm vi vòng quay làm việccủa động cơ từ ntmin đến ntmãmômen quay của nó thay đổi rất ít

Trong động cơ diesel phân biệt một số vòng quay đặc trng có ý nghĩa vàcác trị số nh sau:

n( k)-Vòng quay khởi động (phải dùng ngoại lực để dẫn động quay độngcơ lên đến vòng quay này để có khả năng khởi động động cơ)

n( 0 )- Vòng quay không tải nhỏ nhất

n(tmin)- Vòng quay có tải nhỏ nhất

N(Umin)-Vòng quay điều tốc nhỏ nhất (là vòng quay mà bộ điều tốc độngcơ sẽ tự điều chỉnh đến khi ở chế độ vòng quay có tải nhỏ nhất mà động cơ mấttải)

n ( M) - Vòng quay tơng ứng với trị số mômen lớn nhất của động cơ khitoàn tải

N(b)- Vòng quay tơng ứng với giá trị suất tiêu hao nhiên liệu đơn vị nhỏnhất của động cơ ở chế độ toàn tải

n( Max)-Vòng quay có tải lớn nhất

N(UMax)- Vòng quay điều tốc lớn nhất, là vòng quay mà bộ điều tốc của

động cơ tự điều chỉnh tới khi ở chế độ vòng quay có tải lớn nhất mà động cơ mấttải

- Công suất có ích của động cơ diesel tính theo công thức sau:

Pe=

i

n p V

* 225

*

*

(ml) (1-7)Trong đó:

V-Tổng thể tích xilanh động cơ (lít)p-áp suất hữu ích trung bình (KG/cm2)n-Vòng quay của động cơ (v/p)

i-Số kỳ của động cơ (2 hoặc 4)Khi chọn động cơ diesel theo mục đích sử dụng (kéo tầu hàng, tầu khách,dồn ) phải xuất phát từ đặc tính kinh tế của động cơ có dạng:

Ne=f(n) (1-8)Tức là sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne`vào số vòng quay trêntrục của động cơ

3 A

B

Ne

ne

1 2

3

Hình 1.9 Các đờng đặc tính công suất của động cơ diesel

Nếu các đặc tính đó có dạng nh đờng cong số 1 là phù hợp hơn cả với đầumáy dồn, bởi vì ở phạm vi vòng quay thấp công suất của động cơ tăng lên mộtcách nhanh chóng phù hợp với yêu cầu làm việc của đầu máy dồn cần có gia tốclớn hơn

Đối với đầu máy kéo tầu hàng phải làm việc ở phạm vi công suất rất rộng,

do đó đặc tính 2 là phù hợp hơn cả, vì nó đảm bảo sự phân bố công suất đều đặntrong 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 nhmáy 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 sau :

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 cáctrục bánh để tất cả các trục bánh chủ động có khả năng phát huy sức kéo nhnhau Vị trí của động cơ phải đợc lựa chọn sao cho việc lắp đặt các trang thiết bịkhác nh máy phát điện khởi động, bộ truyền động thuỷ lực, hệ thống làm mátdầu bôi trơn, máy nén gió có lợi nhất, hệ thống ống dẫn khí nạp, khí xả phải

ngắn nhất Phải có lối đi hai bên đảm bảo việc sửa chữa, bảo dỡng động cơ thuậntiện dễ dàng và đảm bảo tầm nhìn cho ban lái máy.

2 Động cơ diesel thờng đợc bố trí dọc theo đầu máy vì nh vậy có lợi choviệc bố trí hệ thống truyền động Khi tính toán thiết kế đầu máy mới cần lựachọn bố trí sao cho toàn bộ động cơ và các hệ thống của nó nằm gọn trongkhung giới hạn đờng sắt Tham khảo ở tài liệu [4] ta có :

- Theo công thức kinh nghiệm của Liên Xô chiều dài của động cơ có thểtính theo công thức sau :

L=(D+160)*K + C (1-9)Trong đó :

D-Đờng kính xilanh động cơ (mm)K-Hệ số : - K=0.5* số xilanh (Đối với động cơ chữ V) -K= Số xilanh (Đối với động cơ một hàng)

C = 1500- 2500 (mm)

- Chiều rộng của động cơ đựoc tính :

B=A*S (1-10)Trong đó :

S- Hành trình piston (mm)A=3.7-6 (Đối với động cơ một hàng)A=5.5- 7.4 (Đối với động cơ chữ V)

- Chiều cao của động cơ tính từ tâm trục đối với động cơ chữ V:

H0=a*S (1-11)Trong đó:

S-Hành trình piston (mm)a=3.9-4.6 (đối với động cơ một hàng)a=3.3-7.7 (đối với động cơ chữ V )a=9.3-9.8 (đối với động cơ hai kỳ piston đối đỉnh)Khi lắp ráp động cơ phải để lối đi hai bên khoảng 70-80 cm và không đợcnhỏ hơn 50cm Động cơ đặt lên giá động cơ rồi lên bệ xe phải có độ cứng vữngcả chiều dọc và chiều ngang

Đồng thời khi động cơ làm việc sẽ xuất hiện các lực mômen tác dụng lêngiá đỡ nh mômen phản tác dụng của trục khuỷu, mômen này có giá trị bằngmômen quay của động cơ, song có chiều ngựơc lại, nó có xu hớng lật động cơtheo phơng ngang.Các thành phần lực và mômen quán tính cha đợc cân bằng có

xu hớng gây nên sự trợt của động cơ theo phơng vuông góc với trục dọc của đầu

máy.Các lực quán tính sinh ra khi đầu máy tăng hoặc giảm tốc có xu hớng gâynên sự trợt dọc của động cơ theo chiều dọc trục của đầu máy Vì vậy phải cố

định động cơ trên giá đỡ bằng các bu lông qua đệm đàn hồi Ngời ta thờng dùngcác bu lông hoặc gu rông để cố định động cơ trên giá đỡ của nó, khi đó lực cắt

M- Mômen quay của trục khuỷu

b- Khoảng cách từ tâm trục khuỷu đến mặt cắt bu lông

Mặt khác việc cố định động cơ trên giá đỡ phải đảm bảo vị trí tơng đốicủa nó với bộ truyền động và các máy phụ để chúng có thể làm việc ổn định vàchính xác Phải đảm bảo giảm và dập tắt đợc các chấn động sinh ra trong quátrình làm việc của động cơ, ngăn ngừa những chấn động của động cơ truyền tớibuồng lái, đồng thời ngăn chặn những chấn động từ đầu máy làm ảnh hởng đến

sự làm việc bình thờng của động cơ Muốn vậy phải có biện pháp giảm chấnthích hợp

1.2.3 Sự phối hợp làm việc giữa bộ truyền động và động cơ diesel.

ở mức độ lớn các đặc tính kéo và đặc tính kinh tế của đầu máy phụ thuộcvào tính phù hợp giữa đặc tính của động cơ diesel và đặc tính của bộ truyền

động Thông số cơ bản quyết định công suất bộ truyền động và đầu máy đó làcông suất định mức của động cơ diesel, còn tốc độ quay cực đại của động cơ lại

bị hạn chế bởi độ bền, bởi hiệu suất của nó và các yếu tố khác nữa

Mặt khác ở mỗi kiểu truyền động lại có đặc thù riêng thể hiện trong quátrình làm việc, chẳng hạn ở kiểu truyền động điện một chiều sự hạn chế tốc độquay của máy phát chủ yếu xuất phát từ điều kiện chuyển mạch, còn ở truyền

động điện xoay chiều thì hạn chế này không xảy ra do kích thớc của máy phátgọn nhẹ hơn, ở truyền động thuỷ lực tốc độ quay của động cơ diesel thấp hơnnhiều so với tốc độ quay đòi hỏi của bộ truyền, vì thế giữa trục ra của động cơdiesel và trục vào bộ truyền đợc chế tạo theo hớng tăng số vòng quay Để phốihợp nhịp nhàng công việc của động cơ diesel và bộ truyền thì điều kiện sau phảithoả mãn:

Ms-Mômen quay trên trục động cơ diesel.

n-Tốc độ quay ở trục vào của bộ truyền động

Điều kiện này áp dụng thích hợp cho bộ truyền động thuỷ lực vì đặc tínhcủa bơm thuỷ lực phù hợp với điều kiện này

Trong trờng hợp truyền động điện, việc điều khiển công suất và tốc độquay thông qua hệ thống điều chỉnh đa chế độ (điều tốc ly tâm phối hợp với thay

đổi kích từ) để khống chế lợng cấp nhiên liệu nên không bị giàng buộc bởi điềukiện ở công thức (1-13) và chất lợng của quá trình chuyển tiếp đợc cải thiện hơn

Các thông số làm việc của bộ truyền động có quan hệ trực tiếp với bánh

xe chủ động và đợc đặc trng bởi tốc độ dài hạn, sức kéo dài hạn và tốc độ cực

đại của đầu máy Trong trờng hợp chung sức kéo dài hạn bằng sức kéo xuất phát

từ điều kiện làm việc lâu dài của động cơ và bộ truyền động Song từ điều kiện

ấy kích thớc khối lợng của bộ truyền động cũng nh công suất để làm mát cho bộtruyền động cũng tăng lên một cách đáng kể Mặt khác phải lu ý rằng trong thực

tế yêu cầu về sức kéo bám lớn nhất ở đầu máy dồn, còn các đầu máy chạy trêntuyến thì vừa phải Do vậy giá trị sức kéo dài hạn bao giờ cũng nhỏ hơn giá trịsức kéo cực đại Khi đó có thể đánh giá khả năng lợi dụng sức kéo dài hạn bằng

G -Trọng lợng dẫn động của đầu máy (KN)

- Đối với đầu máy kéo tầu hàng : =0.19-0.24

- Đối với đầu máy kéo tầu khách: =0.11-0.14

- Đối với đầu máy dồn:  =0.15-0.17

Đồng thời hệ số tốc độ sức kéo của bộ truyền đợc xác định bởi hệ số :

min

max

k

kc c

c

F

F V

Mỗi bộ truyền phải đảm bảo phát huy sức kéo dài hạn cùng với việc lợidụng hoàn toàn công suất động cơ diesel đến tốc độ chạy cực đại của đầu máy.Xuất phát từ điều kiện ấy, kích thớc và khối lợng bộ truyền đợc xác định bằngcông thức tính toán:

s

c N K

P0  * (1-16)Trong đó:

s

N -Công suất của động cơ diesel

- Đối với đầu máy kéo tầu hàng : K c=3.5-5.0

- Đối với đầu máy kéo tầu khách : K c=1.5- 2.2

- Đối với đầu máy dồn : K c=6.0- 11.0

Vì thế ở các đầu máy kéo tầu khách có công suất lớn phải lựa chọn bộtruyền động chuyên dùng hoặc có phơng án thiết kế chế tạo riêng cho nó Ngoài

ra việc lựa chọn các thông số làm việc của động cơ diesel và bộ truyền của độngcơ ở chế độ kéo dài hạn cũng nh tốc độ cực đại còn phải xuất phát từ phân tích

kỹ thuật, kinh tế một cách chi tiết để có quyết định hợp lý

Trên những đầu máy truyền động điện và truyền động thuỷ lực bao giờcũng cần một hệ thống có khả năng làm hài hoà đặc tính của động cơ diesel với

đặc tính của bộ truyền động Hệ thống đó có chức năng điều chỉnh các thông sốcủa bộ truyền và công suất của động cơ diesel Do đó thực chất của việc đặc tínhcủa động cơ diesel và bộ truyền động là do bộ điều chỉnh quyết định

ở đầu máy diesel truyền động điện thờng sử dụng bộ điều chỉnh độc lậphoặc bộ điều chỉnh liên hợp Đối với bộ điều chỉnh độc lập, cơ cấu điều chỉnhchỉ có nhiệm vụ duy trì vận tốc quay ổn định của động cơ mà không phụ thuộcvào sự thay đổi tải Chính vì lẽ đó phơng pháp điều chỉnh này không thể bảo đảmkhả năng lợi dụng hoàn toàn công suất của động cơ diesel trong toàn bộ phạm vitải của nó Chẳng hạn khi giảm công suất cấp cho các thiết bị phụ thì không thểgia tăng phần công suất giảm đó cho mục đích kéo Các hiện tợng tơng tự kháccũng gây ra lợng giảm công suất thì bộ điều chỉnh kiểu này chỉ có tác dụng duytrì tốc độ xác định thông qua việc khống chế lợng cấp nhiên liệu cho động cơdiesel

Xuất phát từ các phân tích trên, bộ điều chỉnh độc lập chỉ đợc sử dụng ởcác đầu máy cũ, công suất thấp, tốc độ nhỏ và không cho ta đặc tính làm việccủa động cơ diesel và bộ truyền động có hiệu quả kinh tế lớn

Một hệ thống điều chỉnh khác có thể làm hài hoà các đặc tính của động cơdiesel và bộ truyền đó là bộ điều chỉnh liên hợp, nó có khả năng điều chỉnh cả

vận tốc quay của động cơ và cả phạm vi tải của nó Do vậy đảm bảo cho động cơ

và bộ truyền hầu nh làm việc ở đặc tính kinh tế Về nguyên lý làm việc của hệthống điều chỉnh liên hợp có thể minh hoạ bởi hình 1-10:

1

7

8 9

10

M n

1-Tay máy 2-Thiết bị cấp nhiên liệu 3-Bộ cảm ứng mô men 4,9- Cơ cấu chấp hành 5-Thiết bị điều chỉnh kích từ 6-Máy phát điện kéo 7-Cảm ứng tốc độ quay động cơ 8-Động cơ diesel

10-Hệ thống đo luờng so sánh

Hệ THốNG ĐIềU CHỉNH CÔNG SUấT LIÊN HợP

Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống điều chỉnh liên hợp

Quá trình làm việc của hệ thống nh sau: Tốc độ quay của động cơ diesel

ne nào đó đợc truyền qua cảm ứng 7 và đợc tiến hành so sánh với giá trị ne1 đãcho ở hệ thông đo lờng 10 ứng với vị trí tay máy xác định 1 Đồng thời ở thiết bịcấp nhiện liệu 2, lợng nhiên liệu mo cấp cho động cơ diesel là xác định, ứng với

nó công suất trên trục động cơ diesel Ne phù hợp với điểm xác định trên đặc tínhkinh tế và phù hợp với vận tốc quay ne2 đã cho ở thời điểm xuất hiện độ sai lệchvận tốc quay n theo chế độ mới của cơ cấu chấp hành 9 nghĩa là xuất hiện lợngcấp nhiên liệu m0 tơng ứng, vì thế mômen quay Me của động cơ thay đổi, cònvận tốc quay ne2 vẫn giữ nguyên ứng với lợng cấp nhiên liệu m0, bộ cảm ứngmômen 3 phản ánh sự sai khác với giá trị đã cho mo khi đó cơ cấu chấp hành 4báo về thiết bị điều chỉnh dòng kích từ của máy phát chính 5 và làm thay đổidòng kích từ IKT dẫn đến thay đổi giá trị dòng điện IP của máy phát chính 6 vàthay đổi mômen quay MP gây ra sự dịch chỉnh độ lệch của vận tốc quay n do

đó cơ cấu chấp hành 9 lại thay đổi lợng cấp nhiên liệu mới, đảm bảo chế độ làmviệc kinh tế của động cơ diesel Hệ thống điều chỉnh đã miêu tả trên đây là hệthống điều chỉnh điển hình, thực hiện điều chỉnh nhiều tham số, bảo đảm việc

lựa chọn đặc tính của động cơ diesel và bộ truyền động luôn luôn ở chế độ kinhtế.

Hiện nay, ở các đầu máy mới, đợc trang bị bộ điều chỉnh bằng điện tử,theo hai hớng chủ yếu sau:

- Điều chỉnh bằng phơng pháp cổ điển: tác động trực tiếp vào các thông

số làm việc của động cơ diesel và máy phát chính

- Hệ thống điều chỉnh bằng điện tử đối với động cơ diesel (phun nhiênliệu bằng điện tử) và đối với máy phát chính (kích từ bằng xung)

u nhợc điểm của hệ thống điều chỉnh này là:

+ Đảm bảo sự ổn định cao chế độ làm việc kinh tế của động cơ dieseltrong quá trình khai thác

+ Bảo vệ động cơ khi có sự cố xẩy ra

+ Khống chế phạm vi làm việc hợp lý của động cơ khi các thông số: nhiệt

độ, tải trọng, tốc độ quay và các yếu tố khác thay đổi

+ Tối u hoá chi phí nhiên liệu của động cơ trong toàn bộ phạm vi làm việccủa nó

Trên hình 1-11 trình bày bộ điều chỉnh bằng điện tử của hãng BOSC, đâycũng là bộ điều chỉnh dùng trên các động cơ của đầu máy D14E, D19E

Hình 1.11 Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển điện tử động cơ diesel Caterpillar

trên đầu máy D19E

8

11

10 12

8

11

10 12

9

Nguyên lý làm việc của hệ thống này nh sau.

Máy phát tín hiệu tốc độ quay của động cơ diesel 1 đa đến bộ biến đổi tínhiệu 2 và đợc cơ quan phân tích so sánh 4 xử lý Tín hiệu ra từ cơ quan phân tích

so sánh 4 qua bộ khuyếch đại tín hiệu 5 và thiết bị hạn chế 6 để đa đến cơ quan

điều khiển 7 gây tác động trực tiếp đến thanh răng của bơm nhiên liệu 8 Thiết bị

6 dùng để hạn chế tốc độ quay cực đại truyền qua máy phát tín hiệu tốc độ quay

1 Tốc độ đã cho xác định ở thiết bị 12, mà tín hiệu ra của nó đợc đa vào cơ quanphân tích so sánh 4 và đợc khống chế tốc độ quay nhờ thiết bị 11 Cơ quan phântích so sánh 4 phát tín hiệu về lợng cung cấp nhiên liệu phụ thuộc vào vận tốcquay thực tế Khi đó bộ biến đổi 9 làm thay đổi vị trí của thanh răng nhiên liệucấp cho động cơ Nguồn điều khiển bộ biến đổi 9 và thiết bị 12 do nguồn cấp 10khống chế ở hệ thống điều khiển và điều chỉnh điện tử này, cơ quan phân tích sosanh và phòng vệ 4, có thể thực hiện các chức năng khác nhau, bảo đảm sự phốihợp đồng bộ giữa vận tốc quay của động cơ diesel và lợng nhiên liệu cấp tơngứng, phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau của đầu máy đồng thời khống chế l-ợng cấp nhiên liệu ở các giá trị xác định, ứng với chế độ làm việc kinh tế của

động cơ diesel Với chức năng của hệ thống điều chỉnh bằng điện tử, việc lựachọn đặc tính kinh tế của động cơ diesel và bộ truyền động trong quá trình khaithác đầu máy đợc thực hiện một cách tự động

Đầu máy D12E dùng bộ điều chỉnh công suất liên hợp

1.3 Tình hình vận dụng sửa chữa đầu máy D12E

1.3.1 Tình hình vận dụng sửa chữa

Nhìn chung điều kiện khai thác đầu máy ở Việt Nam là khó khăn, mặttrắc dọc của tuyến đờng tơng đối phức tạp, nền đờng yếu và không ổn định,nhiều đờng cong bán kính nhỏ, nhiều cung đoạn có độ dốc lớn, bên cạnh đó điềukiện khí hậu, thời tiết nóng ẩm và môi trờng không thuận lợi

Đầu máy D12E vận dụng tải các Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội (22 chiếc),

Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng (13 chiếc), Xí nghiệp Đầu máy Hà Lào (5 chiếc) từnăm 1986 cũng chịu ảnh hởng của những khó khăn chung do điều kiện khai tháckhông thuận lợi ở nớc ta

Cho tới thời điểm này, sau hơn 20 năm vận dụng ở nớc ta, chất lợng sửdụng của đầu máy D12E nhìn chung tơng đối ổn định, các h hỏng nghiêm trọnghầu nh không xảy ra

Tuy nhiên, trong quá trình vận dụng, cùng với thời gian thì một số chi tiết vàcụm chi tiết xuất hiện các h hỏng dần dần (nh hao mòn, già hoá, lão hoá, ) dẫn

đến làm giảm các tính năng kỹ thuật ban đầu của đầu máy Loại h hỏng này đợc

khắc phục bằng cách khôi phục hoặc sửa chữa, liên quan đến việc giải thể chitiết và cụm chi tiết ở các cấp sửa chữa định kỳ ở điều kiện hiện nay thì việc thaythế phụ tùng đầu máy trong sửa chữa là vấn đề khá nan giải vì phụ tùng vật t đầumáy rất đa dạng và phong phú Hiện nay các cơ sở công nghiệp trong nớc nhìnchung cha đủ khả năng chế tạo các phụ tùng chính yếu, ngoại trừ một số phụtùng có tính chất vật rẻ, mau hỏng Các phụ tùng đa phần phải nhập từ nớc ngoàivới chi phí khá đắt mà điều kiện bảo hành khó khăn.

1.3.2 Nhiệm vụ thay thế động cơ đầu máy D12E

Ngày nay, trên đà phát triển của ngành Đờng sắt, khối lợng hàng hoá và lulợng hành khách ngày càng tăng, đòi hỏi năng lực thông qua của các đầu máyphải tốt Để đáp ứng nhu cầu đó thì Đờng sắt Việt Nam phải loại bỏ những đầumáy cũ, lạc hậu, bằng nhiều phơng án nhằm cải tạo, nâng cao chất lợng đầumáy

Đầu máy D12E là một trong những nguồn sức kéo chủ lực của Đờng sắtViệt Nam đang và sẽ đợc cải tạo theo những phơng án sau:

Ph

ơng án 1 : Tìm cơ sở sản xuất trong nớc phục hồi, gia công mới những

chi tiết h hỏng Thực tế trong những năm vừa qua cũng có một số cơ sở, kể cảNhà nớc và t nhân đã mạnh dạn đầu t công nghệ để chế tạo một số phụ tùng nhpiston, sécmăng, xilanh động cơ cho một số loại đầu máy nh D4H, D12E, nắpquy lát cho động cơ đầu máy D9E, D12E, Tuy nhiên, những loại sản phẩmnày có số lợng không lớn và chất lợng cha ổn định

Ph

ơng án 2 : Đặt hàng phía Cộng hoà Séc sửa chữa cấp lớn hoặc mua mới

động cơ thay thế Tuy nhiên, do D12E là đầu máy đợc ta đặt hàng riêng để nớcbạn đóng nên đến nay, qua nhiều năm vật t, phụ tùng thay thế gần nh không còn,nếu để nớc bạn sản xuất phụ tùng mới thì chi phí nhập về tính ra sẽ rất đắt,không khả thi trong điều kiện hiện nay của ngành

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 đợcnhững yêu cầu kỹ thuật sau:

1 Động cơ chọn để thay thế trớc hết phải có kích thớc thích hợp, có thểlắp đặt vào khoang động cơ mà không ảnh hởng đến các trang thiết bị khác cũng

nh vi phạm các quy định kích thớc giới hạn của đờng sắt Động cơ phải có cấutạo đơn giản, gọn nhẹ, công tác tháo lắp, bảo dỡng, sửa chữa đơn giản và thuậntiện

2 Động cơ phải có những thông số cơ bản nh công suất, tốc độ quay,mômen, chiều quay tơng tự nh động cơ cũ và có các đặc tính phù hợp với bộtruyền động của đầu máy, không làm thay đổi và ảnh hởng đến các thiết bị dẫn

động, có thể tận dụng tối đa các hệ thống phụ trợ nh hệ thống nhiên liệu, hệthống bôi trơn, hệ thống làm mát của động cơ cũ Khi lắp đặt lên đầu máy phải

đảm bảo tổn thất công suất của động cơ là nhỏ nhất

3 Đồng thời động cơ cũng có những u điểm về mặt kỹ thuật nh:

+ Hiện đại về kết cấu, làm việc đảm bảo chắc chắn, có độ tin cậy cao,không phát sinh những h hỏng đột xuất trong quá trình sử dụng

+ Có mức độ tự động điều khiển cao, dễ sử dụng, bảo dỡng, sửa chữa vàtuổi thọ cao

4 Nguyên tắc bố trí lắp đặt động cơ diesel trên đầu máy

Khi sử dụng bất kỳ loại động cơ diesel nào trên đầu máy đều phải đảmbảo đợc các yêu cầu sau đây :

- Trọng tâm của đầu máy không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kểtrong điều kiện cho phép của nhà chế tạo và quy định của ngành

- Trọng lợng của đầu máy phân bố đều trên 4 trục bánh xe

- Vị trí lắp đặt phù hợp để đảm bảo có khoảng không gian phục vụ chocông tác kiểm tra, khám máy khi vận hành

- Bố trí các bộ phận phụ gọn gàng, hệ thống ống hút, ống xả, các

đờng ống dầu, nớc của hệ thống làm mát và cung cấp phải ngắn nhất, để tiện choviệc bảo dỡng

- Đờng tâm của trục khuỷu động cơ phải trùng với đờng tâm của bộ truyền

động chính sử dụng trên đầu máy để đảm bảo liên kết tốt và sự làm việc liên hợp

đạt hiệu quả cao

- Phụ tùng vật t của loại động cơ sử dụng trên đầu máy đảm bảo có trên thịtrờng trong nớc Điều kiện công nghệ sửa chữa loại động cơ này phải phù hợpvới 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 đặtkhối động cơ máy phát lên giá xe đầu máy, nối động cơ với các thiết bị phụ trên

đầu máy nh: két nớc, dẫn động quạt làm mát nớc, lắp đặt thêm một số mạch điệnbảo vệ, mạch gia tốc, chống siêu tốc cho phù hợp, tính toán khả năng toả nhiệtcủa két làm mát, khả năng thông gió tự nhiên của khoang động cơ,…

2.1.2 Yêu cầu kinh tế của việc thay thế động cơ

+ Gía thành động cơ mới phải thấp

+ Động cơ mới phải có hiệu suất cao

+ Suất tiêu hao nhiên liệu thấp vì chi phí về nhiên liệu chiếm tới 65-70%chi phí cho việc vận dụng đầu máy

+ Động cơ mới có mức tiêu hao dầu bôi thấp, loại nhiên liệu sử dụng trên

động cơ phổ biến trên thị trờng

+ Lợng nhiệt toả ra cho chất làm mát thấp

2.2 Các phơng án thay thế động cơ

Trên cơ sở các tài liệu khai thác đợc, ta có một số loại động cơ diêsel đã

và đang sử dụng trong ngành đờng sắt, có thông số kỹ thuật tơng đối gần với

động cơ K6s230DR trên đầu máy D12E, thể hiện trên bảng 2.1 dới đây

Bảng2.1 Thông số của các động cơ diesel điển hình vận dụng trên đờng sắt Việt Nam

2.3 Giới thiệu các đặc tính kỹ thuật của động cơ diesel

2.3.1.Họ đờng đặc tính công suất của động cơ D398, CAT3508, CAT3508B, CAT3512, K6s230DR

Từ các tài liệu kỹ thuật động cơ ta có các tham số công suất toàn tải và bộphận(các bảng từ 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) làm cơ sở xây dựng đặc tính công suất

200

n(v/p) P(CAT 3508)

Hình2.3.Đặc tính công suất động cơ CAT3508B

2.3.1.4 Đặc tính công suất động cơ CAT3512

Từ các thông số thực nghiệm của động cơ, ở vòng quay 1300(v/ph) ứngvới P=746(kw), vòng quay 900(v/ph) công suất đạt 341(kw) Chia đều ra làm 4khoảng ứng với các tốc độ vòng quay khác nhau, mỗi khoảng công suất lệchnhau là 101(kw) Ta có đợc bảng 2.5 nh dới đây:

Bảng 2.5.Công suất của động cơ CAT3512 ứng với số vòng quay

Biểu đồ quan hệ giữa công suất động cơ và số vòng quay

Bảng2.6.Công suất của động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay.

Biểu đồ quan hệ giữa công suất động cơ và số vòng quay

n(v/ph) 1100

1000

700 600

đờng đặc tính của động cơ K6s230DR mặc dù nó có hơi cứng hơn một chút Mặtkhác dải làm việc của công suất động cơ CAT3512 rộng hơn của K6s230DR do

đó cho phép đầu máy có thể vận dụng ở nhiều tốc độ vòng quay.Từ đó thấy rằng

động cơ CAT3512 có khả năng thay thế động cơ K6s230DR mà đặc tính làmviệc của đầu máy thay đổi là nhỏ nhất

2.3.2 Họ đờng đặc tính mômen của các động cơ D398, CAT3508, CAT3512, K6s230DR.

Từ các giá trị công suất và tốc độ vòng quay ở trên ta có thể tính ra giá trịmô men liên hệ với tốc độ vòng quay dựa theo công thức :



N

M  (2-1)Với :

N: Công suất của động cơ diesel (w) : vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s)Trong đó:

Với n: tốc độ quay của trục khuỷu (v/ph)

Vận dụng công thức (2-1) ta có bảng các giá trị mô men ứng với số vòngquay của các động cơ lần lợt từ bảng 2.8, 2.9,…, 2.11 Sau đó dựa vào chơngtrính MatLap ta vẽ đợc biểu đồ quan hệ giữa mô men và tốc độ quay động cơ

2.3.2.1 Đặc tính mômen động cơ CATD398.

áp dụng công thức (2-1) và các thông số về công suất tơng ứng số vòngquay của động cơ CATD398 ta có bảng 2.8 nh dới đây

Bảng 2.8.Mômen của động cơ CATD398 tơng ứng với số vòng quay

M(N.m) 1119 2260 3054 3655 4120 4489 4791

Từ đây ta có biểu đồ quan hệ giữa mômen và số vòng quay động cơ

Hình 2.7.Đặc tính mômen của động cơ CAT3508.

2.3.2.3 Đặc tính mômen động cơ CAT3512.

Từ công thức (2-1) và thông số về công suất động cơ tơng ứng với số vòngquay động cơ ta có bảng 2.10 nh dới đây

Bảng 2.10.Mômen của động cơ CAT3512 tơng ứng với số vòng quay

Biểu đồ quan hệ giữa mômen và số vòng quay động cơ

Hình 2.8.Đặc tính mômen của động cơ CAT3512.

2.3.3 Họ đờng suất hao nhiên liệu của các động cơ D398, CAT3508, CAT3508B, CAT3512, K6s230DR.

Từ các tài liệu kỹ thuật về các động cơ ta có đợc thông số về suất haonhiên liệu động cơ tơng ứng với tốc độ vòng quay Ta lập đợc các bảng từ 2.13

đến 2.16 Sau khi đã có số liệu ta dựa vào chơng trình phần mềm Matlap tínhtoán và vẽ đợc biểu đồ quan hệ giữa suất hao nhiên liệu ứng với tốc độ quay của

động cơ

2.3.3.1 Suất hao nhiên liệu động cơ D398.

Bảng 2.13.Suất hao nhiên liệu động cơ D398 ứng với số vòng quay

Biểu đồ quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu và số vòng quay động cơ

Hình2.10.Suất hao nhiên liệu động cơ CATD398

2.3.3.2 Suất hao nhiên liệu động cơ CAT3508.

Bảng 2.14.Suất hao nhiên liệu động cơ CAT3508 ứng với số vòng quay