Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu Xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cho động cơ điện kéo trên đầu máy D12E" pptx

Nghiên cứu Xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật
cho động cơ điện kéo trên đầu máy D12E

TS. đỗ việt dũng
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Sau khi sửa chữa các cấp tại nh máy v đặc biệt l khi phát sinh h hỏng trong
quá trình khai thác, việc chẩn đoán kỹ thuật cho các động cơ điện kéo trên các đầu máy diesel
truyền động điện nói chung v đầu máy D12E nói riêng hiện nay còn cha đợc giải quyết đầy
đủ bằng phơng pháp đánh giá khách quan, chính xác. Nội dung bi báo ny trình by phơng
pháp xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cho động cơ điện kéo trên đầu máy D12E trong
quá trình khai thác v các kết quả đã đạt đợc khi thử nghiệm tại hiện trờng.
Summary: After having failures in operation and being repaired in factories, traction
motors used in electrically transmitted diesel locomotives, especially in D12E ones, are not
diagnosed by an accurate method. This paper presents a method of establishing a diagnostic
system for traction motors of the D12E locomotives. The research results are obtained in the
field.

i. hệ thống truyền động điện v
động cơ điện kéo đầu máy d12e
Đầu máy D12E là đầu máy diesel truyền
động điện (TĐĐ) một chiều công suất trung
bình, dùng để kéo tầu khách, hàng và dồn với
tốc độ cấu tạo là 80 km/h. Bộ phận chạy đầu
máy gồm 4 giá chuyển hớng với 4 trục chủ
động dẫn động từ 4 động cơ điện kéo (ĐCĐK)
một chiều kích từ nối tiếp loại TEO 15B. Các
ĐCĐK đợc cấp năng lợng điện một chiều từ
tổ động cơ diesel K6S23 CDR - máy phát điện

kéo (MFĐK) một chiều TD 805D. Về mặt kết
cấu, máy điện kéo trên đầu máy D12E đợc
thiết kế, chế tạo đảm bảo có thể vận hành tin
cậy trong điều kiện vận dụng khắc nghiệt trên
đờng sắt Việt Nam [1], [2]. Tuy nhiên, do thời
gian sử dụng đã khá lâu, chất lợng kỹ thuật
của chúng đã bị suy giảm, cần thiết phải
thờng xuyên kiểm tra, kịp thời phát hiện và
khắc phục h hỏng để nâng cao độ tin cậy
vận dụng của đầu máy. Để kiểm tra các thông
số làm việc của bộ truyền động điện (TĐĐ),
trên đầu máy D12E có bố trí một số đầu ra tín
hiệu trên các cổng kiểm tra phía trớc của bộ
điều khiển trung tâm GC28, cung cấp khá đầy
đủ các thông số giúp cho quá trình đánh giá
trạng thái kỹ thuật cho MFĐK và hệ thống
điều chỉnh tự động công suất đầu máy. Nhng
đối với ĐCĐK thì bộ GC28 và hệ thống đo
lờng đầu máy không phản ảnh đợc các
thông số làm việc riêng cho từng ĐCĐK. Điều
này khiến cho việc kiểm soát hoạt động, chẩn
đoán h hỏng của từng ĐCĐK riêng lẻ trong
quá trình vận dụng gặp nhiều khó khăn. Do
đó, việc nghiên cứu ứng dụng các phơng
pháp đã công bố [2], [3], để thiết lập một hệ
thống đo kiểm, trợ giúp chẩn đoán kỹ thuật
cho ĐCĐK TEO 15B trên đầu máy D12E là rất

cần thiết.
ii. xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ

thuật (CĐKT) cho ĐCĐK trên đầu
máy d12e
2.1. Xây dựng mô hình CĐKT cho
ĐCĐK TEO 15B
Một hệ thống CĐKT bất kỳ bao gồm
những phần tử có quan hệ tơng hỗ với nhau
(hình 1), bao gồm: đối tợng chẩn đoán
(ĐTCĐ), các thông số chẩn đoán (TSCĐ), các
tiêu chuẩn chẩn đoán, các thiết bị và phơng
tiện chẩn đoán (PTCĐ), quy trình chẩn đoán,
thuật toán và chơng trình chẩn đoán (CTCĐ),
các bộ phận tiếp nhận và xử lí các thông tin
(TNCĐ), con ngời thao tác [1], [2], [3].
Từ các công trình đã công bố [1], [2], ta
đã có mô hình CĐKT tổng quát cho
ĐCĐK trên đầu máy diesel. Với các
TSCĐ và các tiêu chuẩn chẩn đoán của
ĐCĐK TEO 15B [3], ta xác định đợc tập
hợp tối thiểu các TSCĐ Zmin (1) và Grap
chẩn đoán cho ĐCĐK đầu máy D12E
(hình 2), đáp ứng đợc yêu cầu chẩn
đoán, phù hợp với các điều kiện thực tế
tại Xí nghiệp Đầu máy [3].
Zmin = {Rcf, IFĐ, UFĐ, R, Ak,
UKT, IPM, c, PFĐ, MK, Rcc, Rtx, ta,
UƯ, nK (VK), tct, Pc, tk, Uk}
(1)
Hàm chuẩn hội logic của mô hình 2
có dạng:
FĐ = (PFĐ) (PFĐ UFĐ K1) (UFĐ

IFĐ UƯ K1) (UƯ Uk K2) (Uk
c AK K3) (c Pc K4) (Pc Rtx
K5) (Rtx AK K6) (AK tK K7) (tK
K8) (IFĐ Rcc R RcF MK K13)
(RcF AK K11) (Rcc UKT K12)
(UKT IPM K9) (IPM AK K10) (ta
R) (ta K14) (MK tct nK K16)
(nK tct PFĐ K16) (2)
Mỗi TSCĐ lại tơng ứng với phép kiểm
tra nhằm xác định TTKT cho một bộ phận
hoặc một phần tử thuộc ĐCĐK TEO 15B. Tập
hợp các kết luận Ki (i = 1, , 17,[3]) về tình
trạng kỹ thuật cụ thể của mỗi phần tử cấu tạo
của ĐCĐK TEO 15B, đợc xây dựng dựa vào
mô hình của ĐTCĐ, các hệ phơng trình logic
(2) và dựa trên kinh nghiệm chẩn
đoán, vận dụng sửa chữa của các
chuyên gia và sự so sánh giữa thông
số đo đạc, với các tiêu chuẩn chẩn
đoán. Từ mô hình 2 xây dựng chơng
trình chẩn đoán tự động cho ĐCĐK
TEO 15B với sự trợ giúp của các thiết
bị đo lờng và vi xử lí thông qua việc
ứng dụng thuật toán với lu đồ tổng
quát (hình 3), qua 19 bớc kiểm tra
theo một quy trình chẩn đoán phù hợp
với điều kiện thực tế [3].

TSCĐ PTCĐ T.T.CĐ TNCĐ
Tác đ

ộ
n
g
nhân t
ạ
o
Tác đ
ộ
n
g
của v
ậ
n hành
Đ
TCĐ
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống chẩn đoán kỹ thuật
K
6
P
FĐ
U
FD
I
FĐ
U

R
CC
U
K

K
2
K
1
K
5
K
3
K
4
K
9
K
10
K
12
K
13
K
11
R
CF
K
7
R
T
X
P
C

C
A
k
t
K
t
a
K
8
U
KT
I
PM
R
Ư
K
14
M
K
t
ct
n
K
K
15
K
16
Hình 2. Grap chẩn đoán TTKT tối u của
ĐCĐK TEO 15B

2.2. Thiết lập chơng trình kiểm tra,
chẩn đoán cho ĐCĐK TEO 15B trong quá
trình vận dụng
Để có thể đánh giá đợc TTKT của
ĐCĐK ở tình trạng đang vận hành trên tuyến,
cần đo đạc đồng thời nhiều thông
số làm việc của chúng, trong đó
quan trọng nhất là việc đo đạc,
đánh giá chính xác các giá trị lớn
của điện áp và dòng điện kéo và
đảm bảo an toàn tuyệt đối cho
ngời và thiết bị đo. Việc chẩn
đoán riêng cho ĐCĐK đợc thực
hiện khi xuất hiện h hỏng đợc
phán đoán là của các ĐCĐK
trong quá trình đầu máy đang vận
dụng Để đánh giá đợc chính xác
h hỏng có thuộc về các ĐCĐK
hay không, bớc đầu tiên là cần
kiểm tra công suất của hệ thống
động lực (bớc 4 của quy trình
chẩn đoán tổng hợp [2], [3]) để
loại trừ các h hỏng của cụm
động cơ diezel MFĐK và hệ
thống điều chỉnh tự động trên đầu
máy. Sau đó tiến hành thực
nghiệm kiểm tra ĐCĐK trên
tuyến, thực hành đo đạc các
TSCĐ Z
i

và đánh giá theo mô
hình chẩn đoán đã lựa chọn.
Thuật toán thử nghiệm riêng
ĐCĐK bao gồm [3]:
- Phần thuật toán chơng
trình phục vụ cho việc đọc dữ liệu
qua cổng COM của máy tính, lu
giữ hiển thị số liệu và kết quả
chẩn đoán.
- Các phần thuật toán
chơng trình chẩn đoán:
+ Phần chơng trình thử
nghiệm công suất
+ Chẩn đoán ĐCĐK
trong quá trình vận dụng
- Từ sơ đồ khối, tiến hành thiết lập các
chơng trình chẩn đoán chung và chẩn đoán
riêng ĐCĐK khi vận dụng bằng ngôn ngữ lập
trình hớng đối tợng Microsof Visual Basic
6.0 [3].
Kiểm tra ĐCĐK
Bắt đầu
Nh
ậ
p các tiêu chuẩn
T
i
(i = 1-17)
Đọc các TSCĐ R
j

từ cổng Com

In dữ liệu đo,
vẽ đồ thị TS đo

Nhập các TSCĐ R
k
Từ bàn phím

T
1
& P
FD
Đúng
T
2
& U
FD

T
3
& U


Đúng
T
4
& U
k

Đúng
T
i
& R
ik
Đúng
T
17
& n
K

Đúng
Đúng
Kết luận tổng

át
In báo cáo Kết thúc
Kết luận 17

Sai
Kết luận i
Sai
Kết luận 3

Sai
Kết luận 2

Sai
Kết luận 1
Sai

Kết luận 1
Sai
Hình 3. Lu đồ thuật toán chẩn đoán ĐCĐK TEO 15B





ADC
TLC 7135C

.
Analog
Inputs

RS232
Tạo nguồn

DTR
GND

RTS

DOut

CTR

Khối điều
khiển(VXL)
CS

Clock

DIN
Clock
A
DC
Bộ nối
ghép trung
gian
.
.
Đầu ra cảm biến
Đầu ra cảm biến

Đầu KT CR

Đầu KT CR

Hình 4. Sơ đồ khối thiết bị đo, trợ giúp chẩn đoán đầu máy D12E
2.3. Phơng án thiết kế, lựa chọn hệ
thống đo [3]
Trên hình 4 là sơ đồ khối thiết bị đo hiện
đã đợc trang bị tại Xí nghiệp Đầu máy Hà nội
để chẩn đoán MFĐK, đầu ra số của thiết bị
đợc nối ghép vào cổng COM (RS 232) của
máy tính, đầu vào tơng tự của thiết bị đợc
đấu nối tuỳ theo bớc kiểm tra cụ thể [2], [3].
Để thực hiện chẩn đoán ĐCĐK, nh đã
trình bày, cần đo đợc điện áp, dòng điện kéo
ở trạng thái các ĐCĐK đầu máy đang vận

hành, có trị số rất cao (với U
MFĐK
= 850V;
I
MFĐK
= 1200A). Vì vậy, trớc khi đa tín hiệu
điện áp phần ứng của ĐCĐK vào cổng vào
tơng tự của thiết bị chẩn đoán đã có ([1], [2]),
tín hiệu đo phải đợc đa qua bộ chuyển đổi
cách ly. Tín hiệu ra tơng tự của bộ chuyển
đổi cách ly có giá trị phù hợp với đầu vào bộ
biến đổi AD và vi xử lý (0 ữ 5V). Mặt khác để
đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị trong
quá trình đo, bộ chuyển đổi có thêm chức
năng cách ly hoàn toàn giữa nguồn điện động
lực (đầu vào) và thiết bị A/D (đầu ra). Có thể
lựa chọn các thiết bị có thể đáp ứng đợc các
nhiệm vụ này của nhiều hãng khác nhau
(Booth, Siemen,) nhng khó lựa chọn phù
hợp đợc dải đo cũng nh các thông số đầu
vào của bộ A/D đã có (vốn đã đợc thiết kế
lắp đặt cho đầu máy D12E).
V
+15
0
-15
O/I
120mV
100 mV
1000V

G

Hình 5. Sơ đồ khối bộ chuyển đổi cách ly GA33
Để tận dụng vật t sẵn có tại Xí nghiệp,
ta sử dụng thiết bị chuyển đổi cách ly GA33
trong mạch điện đầu máy D12E để lắp đặt bộ
chuyển đổi tín hiệu và cách ly điện áp cho hệ
thống cần thiết kế. Bộ GA33 (hình 5) có các
chức năng: Biến đổi điện áp từ (0 ữ 1000)V về
điện áp (0 ữ 10)V, dòng điện từ (0 ữ 1500)A
về điện áp (0 ữ 10)V. Cách ly giữa đầu vào và
ra theo nguyên lý biến áp xung [3].
Bằng cách ghép nối các đầu vào 1000V
và 0/I của các bộ GA33 với các đầu A1, B2
tơng ứng của các phần ứng ĐCĐK (hình 6),
sao cho điện áp phần ứng của chúng đợc đặt
trên các cổng vào cao áp của GA33. Các đầu
ra của các bộ GA33 đợc nối chung điểm 0
và trùng với điểm 0 của nguồn cấp 15V,
nguồn này đợc lấy trực tiếp từ nguồn 15V
của đầu máy. Đầu ra tín hiệu chuyển đổi V
của các bộ GA33 chính là các điện áp tơng


tự có giá trị bằng 1% giá trị điện áp vào. Các
đầu ra này sẽ đợc kết nối với các đầu vào
tơng ứng của thiết bị chẩn đoán tổng hợp.
Toàn bộ các bộ GA33 đợc lắp đặt trong một
hộp kim loại, nhỏ gọn và đợc kết nối với
mạch động lực, nguồn và thiết bị đo kiểm qua

các giắc nối kép và dây dẫn tín hiệu.
Hình6. Sơ đồ đầu nối của thiết bị
với mạch điện đầu máy
Hình 7. Tổ hợp thiết bị chuyển đổi, cách ly
của thiết bị chẩn đoán ĐCĐK

III. quá trình thực nghiệm v các
kết quả đợc ứng dụng
Quá trình thực nghiệm chẩn đoán ĐCĐK
đầu máy D12E đợc tiến hành từ tháng
8 - 2003 đến tháng 10 - 2003, trong thời gian
này thực hiện việc lựa chọn, lắp ráp, chế tạo
thiết bị ghép nối, chuyển đổi - cách ly và lắp
ghép với A/D đã có, xây dựng quy trình thử
nghiệm, chơng trình đo ghi, xử lý dữ liệu theo
mô hình chẩn đoán, tiến hành quá trình thực
nghiệm kiểm tra chất lợng đầu máy và của
các ĐCĐK ở trạng thái vận hành trên tuyến
Hà Nội - Hải Dơng. Các kết quả thu đợc
dới dạng số liệu, đặc tính của các TSCĐ (hình
8) và kết quả chẩn đoán về trạng thái kỹ thuật
của ĐCĐK (hình 9) trên đầu máy cụ thể [3].


Hình 8. Đặc tính các TSCĐ của ĐCĐK
vận dụng trên tuyến

Hình 9. Kết quả chẩn đoán trạng thái
kỹ thuật của ĐCĐKĐK
Các kết quả thực nghiệm thu đợc đều

thống nhất với các kết quả kiểm tra có đợc từ
việc đo đạc trực tiếp, tuy nhiên tính khách
quan, trực quan và độ chính xác cao hơn. Khi
sử dụng thiết bị, có thể nhận biết chính xác sự
biến đổi liên tục của các thông số đo, từ đó có
những kết luận về bộ phận và mức độ h
hỏng, TTKT cũng nh chất lợng kỹ thuật của
M1
M2
M3
M4
Tới kích t
ừ

Giá 2
Tới MFĐK

Tới kích t

A
A
1
ừ

Giá 1
A
1
A
1
B2

1
B2
B2
B2
15V
15V

15V
15V
M2 (K6)
M3 (K7)
M4 (K8)
M1(K5)
1000V
1000V
1000V
1000V
0/I
0
0/I
0/I
0/I
0
0
0
V
V
V
V
GA33 - 2

GA33-3
GA33 - 4
GA33-1


từng ĐCĐK trên đầu máy đợc kiểm tra. Vì vậy,
tháng 10/2003, thiết bị đã đợc chuyển giao cho
Xí nghiệp Đầu máy Hà nội quản lý và khai thác,
phục vụ cho công tác sửa chữa đầu máy.
iv. Kết luận
Cùng với mô hình grap chẩn đoán các
máy điện kéo đã đợc thiết lập [1], [2], mô
hình chẩn đoán kỹ thuật cho ĐCĐK TEO 15B
trên đầu máy D12E và các thiết bị chuyển đổi
cách ly đợc thiết kế, chế tạo trong nghiên
cứu này để phục vụ đo đạc các TSCĐ của
chúng, có thể ứng dụng ở các cơ sở sản xuất
của ngành đờng sắt. Việc tiến hành nghiên
cứu phơng pháp chẩn đoán TTKT cho toàn
bộ hệ thống TĐĐ và ĐCTĐ trên đầu máy
trong điều kiện khai thác đòi hỏi các chi phí về
thời gian và thiết bị rất lớn và cần đợc đầu t
từng bớc. Với các ĐCĐK đầu máy, ngoài các
thông số, phơng pháp và phơng tiện đo đạc
đợc trình bày ở trên, để chẩn đoán đợc
chính xác chất lợng làm việc của chúng, còn
cần tiếp tục hoàn thiện, bổ xung thêm các
thiết bị đo lờng để đánh giá chất lợng cách
điện, độ đánh lửa, độ rung, nhiệt độ các bộ
phận của ĐCĐK trong quá trình vận hành.

Các ứng dụng cụ thể cho đầu máy diesel TĐĐ
nói chung và đầu máy D12E tại Xí nghiệp Đầu
máy Hà Nội sẽ đợc trình bày trong nội dung
của các bài báo tiếp theo.
Tài liệu tham khảo
[1]. Đỗ Việt Dũng, Đỗ Đức Tuấn (2003). Nghiên
cứu xây dựng hệ thống đo ghi và chẩn đoán trạng
thái kỹ thuật của một số thiết bị trong mạch điện
đầu máy diesel. Đề tài NCKH cấp Bộ mã số
B2001 35 07 - ĐHGTVT.
[2]. Nguyễn Đình Thông, Đỗ Việt Dũng, Trần Trung Độ,
Nguyễn Đăng Khoa (2003). Nghiên cứu ứng dụng kỹ
thuật và công nghệ mới thiết kế chế tạo hệ thống
đo kiểm trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật một
số thiết bị điện chủ yếu trên đầu máy D12E. Đề tài
dự thi Sáng tạo Khoa học Công Nghệ TCT Đờng
sắt Việt nam.
[3]. Đỗ Việt Dũng (2004). Nghiên cứu thiết kế chế
tạo thiết bị chẩn đoán tình trạng vận hành của động
cơ điện kéo đầu máy D12E thông qua kiểm tra hiện
tợng quay trợt. Đề tài NCKH cấp trờng
ĐHGTVT mã số T2004 - CK - 30