Báo cáo khoa học: "đánh giá và so sánh chất l-ợng các hệ thống dẫn động thiết bị phụ trên đầu máy điezel" ppsx

đ
ánh giá v so sánh chất l
ợ
ng các
hệ thống dẫn động thiết bị phụ
trên đầu máy điezel

TS. trơng duy phúc
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT

Tóm tắt: Bi báo trình by phơng pháp đánh giá, so sánh chất lợng các hệ
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 v qua đó để phân tích so sánh
tính u việt giữa chúng với nhau. Kết quả của quá trình phân tích so sánh chất lợng
của hệ thống dẫn động các thiết bị phụ trên đầu máy điêzel giúp cho các nh 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 đợc đặt ra ở đây là đa ra đợc 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 hởng các đặc tính
kinh tế, kỹ thuật của các hệ thống dẫn động
đến chất lợng hoạt động của các thiết bị phụ
cũng nh chất lợng làm việc của cả đầu
máy, chúng ta có thể đa ra một loạt các chỉ
tiêu để qua đó mà đánh giá so sánh. Nội dung
bài báo dới 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 lợng, kích thớc 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.

8. 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 dỡng, 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 hởng nhất định đến chất lợng của đầu
máy trong quá trình vận dụng, khai thác. Dới
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 hởng đến độ tin cậy của
thiết bị phụ thuộc dẫn đến ảnh hởng sức kéo
của cả đầu máy và an toàn chạy tàu. Thông
thờng tuổi thọ, độ bền của hệ thống dẫn
động không đợc 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 nh nhau.
3. Trọng lợng v kích thớc của hệ
dẫn động: Trên đầu máy điêzel, vấn đề trọng
lợng và kích thớc của từng chi tiết, từng bộ
phận của các thiết bị đợc xem xét theo
hớng 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 nh ở
nớc ngoài ta thấy kiểu truyền động điện có
trọng lợng và kích thớc 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 hởng 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 nh máy nén khí và quạt

làm mát có thể đợc 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 nh các thiết bị
phụ ở xa động cơ điêzel thì hệ thống dẫn động
sẽ rất phức tạp và tốn kém, ví dụ nh phải kéo
dài trục dẫn hoặc đờng ống thuỷ lực hoặc
phải thay đổi hớng của trục dẫn làm giảm
tuổi thọ, gây tiếng ồn, rung của đầu máy.
Nh vậy, không gian lắp đặt các thiết bị
phụ ảnh hởng rất lớn đến chất lợng, 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.

5. Điều khiển dễ dng 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 ngợc
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 lợng Nh vậy hệ
thống dẫn động phải đợc 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 đợc
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 ngời ta thay đổi tỷ số truyền trong hộp
số để thay đổi tốc độ dẫn động thiết bị phụ.
Cách thay đổi nh vậy sẽ tạo ra đờng 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, phơng pháp điều
khiển đặc tính làm việc của thiết bị phụ bằng
cách thay đổi lu lợng 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 nhng lại
ảnh hởng đến hiệu quả kinh tế và khi thay
đổi lu lợng và áp lực đối với bơm sẽ làm cho
hiệu suất của nó giảm đi vì hiệu suất cao của
bơm sẽ đạt đợc 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. Phơng pháp điều
khiển này cũng có u điểm là thuận tiện về
mặt kỹ thuật nhng 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 đợc 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 lm 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 u điểm hơn cả. Bất
kỳ đặc tính nào của thiết bị phụ với kiểu dẫn
động này đều tìm đợc 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 đa vào hệ điều khiển
đợc 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 ngợc do những cảm ứng nhiệt độ, áp suất
để tác động lên các thông số đầu vào của
mạch điện nh 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 đờng.

8. Độ chính xác điều chỉnh chế độ lm
việc của các thiết bị phụ: Các kiểu dẫn động
có ảnh hởng 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
lợng làm việc của các thiết bị phụ. Nếu nh
chế độ làm việc của quạt đợc điều chỉnh một
cách chính xác thì sẽ làm cho quá trình làm
mát động cơ cũng nh hệ thống truyền động
đợc đảm bảo ở chế độ tối u nhằm nâng cao
tuổi thọ động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Tơng tự nh 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 u thế hơn trong
việc điều chỉnh chính xác chế độ làm việc của
các thiết bị phụ vì mômen truyền dẫn cũng
nh vòng quay của môtơ điện đợc 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
đợc mức độ linh hoạt nh truyền động điện
thì hệ thống truyền động cơ khí và thuỷ lực
phải bố trí thêm nhiều bộ phận phức tạp nh
nâng cao số cấp tốc độ, bố trí thêm các van
điều chỉnh lu lợng 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 hớng đợc u tiên
là kết cấu càng đơn giản càng tốt, số lợng
chi tiết càng ít càng tốt, các chi tiết đó càng
đơn giản, dễ chế tạo càng tốt và đợc chuẩn
hoá, sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị
của nhiều lĩnh vực công nghiệp. Có nh vậy
giá thành sản xuất sẽ giảm nhiều so với sản
xuất đơn chiếc và dễ tìm kiếm trên thị trờng
để phục vụ cho việc lắp ráp cũng nh 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 đờng ống liên
kết với nhau rất phức tạp, cha kể ở các mối
nối thờng 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 u
việt hơn cả.
10. Thuận tiện trong kiểm tra, bảo
dỡng v 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 thờng
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 thờng ngời ta đo
đạc các thông số đặc trng cho trạng thái kỹ
thuật của hệ thống dẫn động. Quá trình đo
đạc phải chính xác, nhanh chóng, trong nhiều
trờng hợp các công việc đó đợc tự động
hoàn toàn. Nó làm cơ sở cho công tác bảo
dỡng, sửa chữa, sau khi đã xác định đợc
thông số kỹ thuật, ví dụ nh 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 đợc sự đơn giản và
thuận tiện, các chi tiết phải đợc tháo lắp dễ
dàng. Đối với chỉ tiêu này, hệ thống dẫn động
thiết bị phụ bằng điện có u thế hơn so với
truyền động cơ khí và thuỷ lực. Bởi vì hệ thống
điện dễ dàng đo đợc 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 đợc
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.

11. 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 t 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 lợng chế tạo, nếu chất lợng kém
thì chi phí cao và ngợc 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 u thế nh nhau.
12. Giá thnh 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 trớc đó cũng
không kém phần quan trọng. Với hệ thống
dẫn động chất lợng 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 u thế của từng kiểu loại truyền
động. Để làm đợc điều đó, một trong những
phơng pháp đánh giá tơng đối chính xác là
lợng hoá các chỉ tiêu và đa 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 nh sau:

=

=
12i
i
CM
Trong đó: M - Tổng số điểm của hệ thống dẫn
động
C
i
- Điểm của chỉ tiêu thứ i
Để lợng hoá các chỉ tiêu có thể dùng
phơng pháp cho điểm, tùy chỉ tiêu mà cho
điểm cao hay thấp. Trong trờng hợp đánh giá
u nhợc điểm của từng loại hệ thống dẫn
động đã nêu ở trên, các chỉ tiêu đã đợc chia
nhỏ (12 chỉ tiêu), cho nên có thể lợng hoá
nh sau: Hệ thống nào có u thế trong chỉ tiêu
đa ra xem xét thì cho 1 còn không có u thế
thì cho 0. Nh vậy đối với từng chỉ tiêu hệ
thống dẫn động chỉ có đợc số điểm 1 hoặc 0.
Tổng số điểm của các chỉ tiêu phản ánh u
thế của từng kiểu loại dẫn động các thiết bị
phụ.
Để tiện việc đánh giá, so sánh có thể lập
bảng dới đây:
Kiểu truyền động
TT
Các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật
Điện Cơ khí Thuỷ lực
1 Hiệu suất truyền động 0 1 0

2 Tuổi thọ, độ bền 1 1 1
3 Trọng lợng, kích thớc 1 0 0
4 Không gian lắp đặt 1 0 0
5 Khả năng điều khiển 1 0 0
6 Sự phù hợp đặc tính 1 0 0
7 Khả năng tự động hoá 1 0 0
8 Độ chính xác điều chỉnh chế độ làm việc 1 0 0
9 Kết cấu bộ truyền động 1 0 0
10 Thuận tiện trong bảo dỡng sửa chữa 1 0 0
11 Chi phí vận dụng 1 1 1
12 Giá thành chế tạo 1 1 1

M =

=12i
i
C
11 4 3
Với phơng pháp lựa chọn, đánh giá nh
bảng đã nêu ở trên ta có đợc giá trị hàm mục
tiêu của từng kiểu loại truyền động nh sau:
Đối với truyền động điện ta có:
M
d
= = 11

=12i
i
C
Đối với truyền động cơ khí ta có:

M
C
= = 4

=12i
i
C
Đối với truyền động thuỷ lực ta có:
M
T
= = 3

=12i
i
C
Nh 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 lợng 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 đa 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 đợc bằng lý thuyết
cũng phản ánh đợc tơng đối chính xác bằng

sự ứng dụng của nó ở ngoài thực tế. Các loại
đầu máy hiện đại ngày nay ngời ta cũng đã
sử dụng phần lớn kiểu truyền động điện cho
các thiết bị phụ. Với lập luận nh trên có thể
kiến nghị với ngành đờng 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