nghiên cứu sử dụng thiết bị dynomite 13 dual – rotor để xác định công suất động cơ đốt trong trung và cao tốc

Trường Đại học Nha Trang 1
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
o0o




P
P
P
H
H
H
A
A
A
N
N
N



T
T
T
U
U

U
Ấ
Ấ
Ấ
N
N
N



L
L
L
O
O
O
N
N
N
G
G
G




NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ
DYNOMITE 13 DUAL – ROTOR
ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRUNG VÀ CAO TỐC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhận
Lớp: Cao học KTTT – 2004


Năm 2008
Trường Đại học Nha Trang 2
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 4
Chương 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG. 6
1. Khái quát 6
2. Các phương pháp xác định công suất 6
2.1 Phương pháp xác định công suất loại cân bằng 6
2.2 Phương pháp xác định công suất loại không cân bằng 7
2.2.1 Động cơ lai máy phát điện 8
2.2.2 Động cơ lai máy bơm 8
2.2.3 Xác định công suất động cơ bằng cách sử dụng xoắn kế 9
2.3 Phương pháp đo công suất dùng trong chẩn đoán 10
3. Thiết bị đo công suất 12
3.1 Thiết bị gây tải 12
3.1.1 Phanh kiểu cơ khí 13
3.1.2 Phanh kiểu không khí 14
3.1.3 Phanh thuỷ lực 15

3.1.4 Phanh điện 18
3.2 Thiết bị cân lực 21
3.2.1 Thiết bị cân lực kiểu cơ học 22
3.2.2 Thiết bị cân lực kiểu thuỷ lực khí nén 23
Chương 2: THIẾT BỊ DYNOMITE 13 – DUAL ROTOR 25
1. Đặc điểm cấu tạo, lắp đặt và vận hành 25
1.1 Khái quát chung 25
1.2 Các bộ phận cấu thành của thiết bị DYNOmite 26
1.2.1 Bộ phận thu nhận dữ liệu 26
1.2.2 Bộ phận cơ bản bản mạch chuyển đổi 27
Trường Đại học Nha Trang 3
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
1.2.3 Bộ phận phụ trợ khác 27
1.2.4 Cảm biến và thiết bị điều khiển 27
1.3 Đặc điểm cấu tạo – nguyên lý hoạt động của các bộ phận 28
1.3.1 Hệ thống cấp nước của Dynomite và bộ hút thu 28
1.3.2 Bộ tua bin lưu lượng khí (Airflow turbine kits) 32
1.3.3 Bộ tăng tải điện tử (Electronic Auto – Load Servo) 34
1.3.4 Bộ góp khí xả (Exhaust Gas Temperature Kit) 35
1.3.5 Bộ chuyển đổi lưu lượng nhiên liệu 38
1.3.6 Bộ trích lọc cảm ứng RPM (Inductive RPM Pick – Up) 40
1.3.7 Bộ cảm biến RPM/MPH trục Jack 40
1.3.8 Bộ rơ le công tắc ngắt 42
1.3.9 Bộ trích lọc điện từ RPM bộ hút thu 43
1.3.10 Máy tính 44
1.3.11 Bơm nước di động 44
1.3.12 Bộ chuyển đổi momen xoắn 45
1.3.13 Nối nguồn bản điều khiển 46
1.3.14 Sự thu nhận dữ liệu, kết nối cơ bản 47
1.3.15 Kết nối các phụ kiện 48

1.3.16 Một số phụ kiện khác 52
2. Khai thác kỹ thuật phanh động cơ Dynomite 13 Dual – Rotor 53
2.1 Yêu cầu cấp nước 53
2.2 Phương pháp lắp đặt 56
2.3 Hiệu chỉnh và cài đặt 57
2.3.1 Chạy cài đặt 58
2.3.2 Cài đặt cấu hình 63
2.3.3 Công suất 70
2.4 Bảo dưỡng 72
2.5 Phần mềm nâng cấp máy tính E-PROM 72
2.6 Sự hiệu chỉnh lại 73
Trường Đại học Nha Trang 4
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
2.7 Lắp đặt lại cánh tay đòn lực 77
Chương 3: CHẾ TẠO BỘ GÁ PHỤ TRỢ CHO THIẾT BỊ DYNOMITE 13 79
1. Thực trạng thiết bị Dynomite 13 tại Viện NCCT Tàu thuỷ 79
1.1 Bảng kê thiết bị 79
1.2 Nhận xét 79
1.3 Tình trạng hoạt động 80
2. Chế tạo bệ thử, bộ phận dẫn động từ động cơ tới bộ hút thu 82
Chương 4: ĐO THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 84
1. Phương pháp đo: 84
2. Đo thử nghiệm: 84
2.1 Đo thử nghiệm trên động cơ SAMDI 84
2.2 Đo thử nghiệm trên động cơ CHANGTONG 86
2.3 Đo thử nghiệm trên động cơ 3Z15 88
3. Đánh giá kết quả: 90
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 92
1. Kết luận 92
2. Đề xuất 93

PHỤ LỤC 95










Trường Đại học Nha Trang 5
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
LỜI NÓI ĐẦU


Trong mọi lĩnh vực đời sống, nhất là trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là
trong lĩnh vực giao thông vận tải và khai thác thủy sản, động cơ đốt trong vẫn là
dạng máy móc được sử dụng phổ biến nhất. Một trong những chỉ tiêu đánh giá quan
trọng của động cơ đốt trong khi thiết kế, chế tạo và sử dụng đó là công suất của
động cơ.
Hiện nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế, động cơ đốt trong nói chung
hay động cơ diesel nói riêng ngày càng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực
công nghiệp. Việc quản lý phương tiện, sửa chữa khôi phục các tính năng của động
cơ, việc kiểm tra, đánh giá lại tính năng kỹ thuật của động cơ sau quá trình hoạt
động có tầm quan trọng đặc biệt. Điều đó giúp xác định chính xác mức độ, khả
năng, tuổi thọ của động cơ cũng như xây dựng được kế hoạch duy tu bảo trì hợp lý,
nhằm tăng tuổi thọ, giảm chi phí sửa chữa động cơ. Để thực hiện xác định tính năng
kỹ thuật của động cơ, cần một thiết bị khảo nghiệm có độ chính xác cao, tiện lợi,
kinh tế. Có khá nhiều loại thiết bị khảo nghiệm hiện nay tại nước ta, tuy nhiên

những thiết bị này đa phần cồng kềnh, cũ và lạc hậu, gần đây cùng với sự phát triển
mạnh của khoa học kỹ thuật, có một số thiết bị khảo nghiệm động cơ thế hệ mới du
nhập vào nước ta, tuy nhiên số lượng còn hạn chế.
Thiết bị Dynomite – 13 là thiết bị khảo nghiệm thế hệ mới, có tính năng vượt
trội so với các thiết bị đã có ở Việt Nam trước đây, có thể giúp việc xây dựng lại
tính năng kỹ thuật của động cơ dễ dàng hơn đặc biệt có ý nghĩa với phương tiện
thủy. Tuy nhiên theo đơn đặt hàng nhập về chỉ dùng để xác định công suất nên thiết
bị này được nhập về không đồng bộ, thiếu khá nhiều trang bị phụ trợ và phần mềm
ứng dụng kèm theo, không dùng được cho động cơ có dải tốc độ thấp.
Đề tài “Nghiên cứu sử dụng thiết bị Dynomite 13 Dual - Rotor để xác định
công suất động cơ thủy” nhằm tìm hiểu, đưa vào sử dụng được loại phanh thủy lực
này, đáp ứng được một phần khó khăn trong việc xác định công suất động cơ thủy
Trường Đại học Nha Trang 6
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
hiện nay, cũng như tạo điều kiện cho sinh viên trường Đại học Nha Trang có điều
kiện tiếp xúc làm quen, rèn kỹ năng thực hành với thiết bị khảo nghiệm tiên tiến.
Nội dung nghiên cứu được trình bày theo 5 chương:
Chương 1: Các phương pháp và thiết bị đo công suất động cơ đốt trong.
Chương 2: Thiết bị Dynomite 13 Dual – Rotor
Chương 3: Chế tạo bộ gá phụ trợ cho thiết bị Dynomite13 Dual – Rotor
Chương 4: Đo thực nghiệm trên một số động cơ, đánh giá kết quả.
Chương 5: Kết luận và đề xuất.
Tuy thời gian thực hiện đề tài kéo dài nhưng do khả năng còn hạn chế, khó
khăn về kinh phí thực nghiệm cũng như tìm kiếm nguồn máy để đo, nên không
tránh khỏi những thiếu sót về nội dung cũng như tính thuyết phục của đề tài. Rất
mong sự đóng góp của các thầy để đề tài hoàn thiện hơn.
Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy: PGS.TS Nguyễn Văn
Nhận, các thầy trong khoa Cơ khí, khoa Kỹ thuật tàu thủy cùng các đồng nghiệp tại
Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.

Nha Trang, ngày 14 tháng 08 năm 2008
Học viên
PHAN TUẤN LONG










Trường Đại học Nha Trang 7
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Chương 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Khái quát:
Công suất là thông số kỹ thuật cơ bản đặc trưng cho động cơ, nó là chỉ tiêu quan
trọng không phụ thuộc vào công dụng và kiểu loại động cơ, trong thiết kế, chế tạo,
sửa chữa cũng như sử dụng, việc xác định chính xác công suất của động cơ luôn
được coi trọng nhằm các mục đích sau:
- Kiểm nghiệm động cơ trước khi xuất xưởng.
- Trang bị động cơ có công suất phù hợp với phương tiện.
- Kiểm tra động cơ sau quá trình duy tu bảo dưỡng.
- Tổ chức khai thác động cơ hợp lý, an toàn và tin cậy.
- Biết chiều hướng và các giá trị biến động công suất trong những điều kiện
khai thác cụ thể.

2. Các phương pháp xác định công suất:
Ngày nay việc xác định công suất động cơ có khá nhiều phương pháp và thiết bị
nhưng phần lớn đều dựa vào momen quay và tốc độ quay.
Để đơn giản có thể phân nhóm như sau:
- Phương pháp xác định công suất có ích loại cân bằng.
- Phương pháp xác định công suất có ích loại không cân bằng.
- Phương pháp xác định công suất dùng trong chuẩn đoán.
2.1 Phương pháp xác định công suất loại cân bằng:
Trong phương pháp này động cơ quay một thiết bị mà trục rôto của thiết bị được
nối với trục của động cơ, stato của thiết bị có thể dao động ngang được. Khi động
cơ làm việc, nó tạo ra momen xoắn làm quay rôto của thiết bị, thông qua môi
trường trung gian truyền tác động làm cho thân (stato) của thiết bị quay theo.
Trường Đại học Nha Trang 8
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Người ta tìm cách tác dụng lên thân một lực để giữ thân lại. Lực này được
xác định thông qua thiết bị cân lực.
Sơ đồ nguyên lý :



Phương pháp này được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy chế tạo động cơ, các
cơ quan nghiên cứu, thực chất phương pháp này là đo lực (momen).
Công suất được tính theo công thức:
).(
30
)(
30
fmsfmsx
MMlP
n

MMM
n
Ne 



M
x
: Momen xoắn thu được qua thiết bị đo (KN.m, KG.m,…)
n : Tốc độ quay của động cơ (không qua hộp số)
P : Lực thu được trên thiết bị cân lực (KN, KG,…)
l: Cánh tay đòn trên thiết bị gây tải
M
ms
: Momen ma sát của thiết bị cân lực ở các gối trục (KN.m, KG.m,…)
M
f
: Momen tổn hao trên thiết bị gây tải (KN.m, KG.m,…).
Người ta đưa giá trị của M
ms
, M
f
vào trị số sai số cho phép, tuỳ theo từng thiết bị
cụ thể mà ta có được giá trị M
ms
, M
f
khác nhau.
2.2 Phương pháp xác định công suất động cơ loại không cân bằng:
Một số đặc điểm của những thiết bị đo kiểu này:

Thiết bị đo công suất có dạng như dynamo gồm phần quay rôto và phần đứng
yên stato, trên stato có gắn các đồng hồ. Động cơ cần kiểm tra làm quay rôto của
thiết bị, lúc này các thông số của đồng hồ (vôn kế, ampe kế, áp kế…) gắn trên stato
hiển thị, qua đó tính ra công suất động cơ.
Đây là phương pháp xác định công suất động cơ khá đơn giản, áp dụng khi xác
định công suất động cơ tại nơi thử nghiệm hoặc ngay tại chỗ lắp đặt máy cố định,
thường ứng dụng với động cơ công suất nhỏ, nhất là với động cơ lắp cố định trên
tàu đánh bắt thuỷ sản.
Động c
ơ
(gây lực
momen)
Thiết bị gây tải
(cân bằng lực, momen)

Thiết bị cân lực
Trường Đại học Nha Trang 9
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
2.2.1 Động cơ lai máy phát điện:
Trục động cơ được nối với trục rôto của máy phát, khi động cơ làm việc kéo
rôto quay trong từ trường đều của stato. Dưới tác dụng của từ trường, trong các đầu
dây của rô to sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng hình sin và chúng được đưa ra
ngoài. Nếu mạch ngoài kín thì sẽ xuất hiện dòng điện trong mạch. Tuỳ theo máy
phát điện một chiều hay xoay chiều mà sử dụng các thiết bị phù hợp để đo các
thông số của nó.
Nếu máy phát xoay chiều thì công suất động cơ được tính bằng công thức sau:
3
10*
cos***




d
e
mIU
N


(KW)
Nếu dùng oát kế:

3
10*


d
e
W
N

(KW)
Trong đó:
U
Φ,
I
Φ
: Giá trị điện áp và dòng xoay chiều mà máy phát tạo ra
W: Giá trị đọc được trên oát kế (W)
m: Số pha
η

d
: Hiệu suất truyền động
Cosφ: Hệ số công suất máy phát điện
Đối với máy phát điện một chiều:

3
10*
*


d
e
IU
N

(KW)
Trong đó:
U, I: Giá trị điện áp và dòng điện một chiều
η
d
: Hiệu suất truyền động
2.2.2 Động cơ lai máy bơm:
Người ta sử dụng năng lượng của động cơ chuyển thành cơ năng của máy bơm
để đẩy chất lỏng lên cao hoặc đi xa. Năng lượng truyền cho chất lỏng xác định được
qua hai thành phần : động năng ( v
2
/2g) và áp năng (p/γ), từ hai thành phần này để
xác định công suất thuỷ lực của bơm hay công suất động cơ lai.
Trường Đại học Nha Trang 10
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004

Công suất thuỷ lực của bơm được xác định theo công thức:
HQHGN
tl
***


Trong đó
G = γ *Q : Lưu lượng trọng lượng của bơm (N/s)
γ : Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m
3
)
Q : Lưu lượng của bơm (m
3
/s)
H : Chiều cao cột áp của bơm (m)
Tổn thất năng lượng khi máy bơm hoạt động bao gồm: tổn thất cơ khí, tổn thất
thuỷ lực, tổn thất lưu lượng.
Công suất của động cơ lai máy bơm được xác định:
lltlck
tl
e
N
N


 (KW)
Trong đó:
η
ck
, η

tl
, η
ll
: Hiệu suất của hệ truyền động , thuỷ lực và lưu lượng.
2.2.3 Phương pháp xác định công suất động cơ bằng cách sử dụng xoắn kế:
Momen xoắn trên trục xác định thông qua biến dạng xoắn của trục theo biểu
thức:

t
tp
e
L
JG
M

**

(KG.m)
Trong đó
G: Môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục (KG/m
2
)
J
p
: Môđun quán tính độc cực của tiết diện trục
L
t
: Chiều dài đoạn trục cơ sở để đo góc xoắn (m)
Φ
t

: Góc xoắn giữa hai mặt cắt ở các mút đoạn trục cơ sở L
t
(rad)
Đối với hệ trục cụ thể thì
const
L
JG
t
p

*
, như vậy để xác định công suất động cơ
chỉ cần xác định Φ
t
.
Trên cơ sở đó người ta chế tạo thiết bị xác định góc xoắn giữa hai mặt cắt của
đoạn trục, nhờ đó xác định được momen xoắn.
Trường Đại học Nha Trang 11
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Công suất động cơ được xác định:

30
.
**
n
MeMeNe



Phương pháp này có độ chính xác khá cao và thường được sử dụng trong điều

kiện khai thác động cơ. Tuỳ theo phần tử cảm biến được dùng trong xoắn kế có các
dạng xoắn kế sau: xoắn kế kiểu cảm biến điện; xoắn kế kiểu quang; xoắn kế kiểu
cảm biến từ.

Sơ đồ nguyên lý xoắn kế kiểu cảm biến điện
1,2,3,4: Cảm biến biến dạng; 5: Bộ nguồn; 6: Thiết bị đo; 7: Biến trở hiệu chỉnh
2.3 Phương pháp đo công suất động cơ dùng trong chẩn đoán (thường dùng
trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của ôtô):
Đo momen chủ động trên bánh xe:
- Áp dụng cho các động cơ lắp trên phương tiện vận tải
- Sử dụng thiết bị đo lực phanh trên bánh xe, từ đó tính được momen và công
suất động cơ.
Sai số chủ yếu của phương pháp là không biết chính xác hiệu suất của các bộ
truyền trên xe cần đo.
Trường Đại học Nha Trang 12
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Phương pháp đo không phanh:
Rất đơn giản vì không phải tháo động cơ ra khỏi xe, người ta lợi dụng tổn hao
cơ giới của các xi lanh không làm việc để làm tải cho xi lanh. Khi đo thanh răng ở
vị trí cực đại (hoặc bướm ga mở hết ), đánh chết các xi lanh dùng làm tải, chỉ để lại
một xi lanh làm việc đo tốc độ của động cơ, thời gian đo chỉ khoảng một phút. Lần
lượt thay đổi các xi lanh khác và ghi kết quả số đo vòng quay.
Công suất động cơ được tính:
)1(*
Nedme
NN



(Hp)

Trong đó:
N
edm
: Công suất định mức động cơ theo thiết kế (Hp)

N

: Độ chênh công suất với động cơ thiết kế (%)
100
*)_(
1
knn
tbNe
N



n
1Ne
: Số vòng quay động cơ khi làm việc với một xi lanh ở tình trạng còn
mới (tài liệu kỹ thuật)
n
tb
: Số vòng quay trung bình của các piston khi làm việc riêng rẽ (đo khi
chẩn đoán)
k: Hệ số kinh nghiệm
Đối với động cơ máy kéo k = 0.055
Đối với động cơ ôtô k = 0.02-0.04
Đo công suất theo phương pháp gia tốc:
Dựa trên nguyên tắc sự thay đổi tốc độ góc động cơ phụ thuộc vào công suất

động cơ, khi công suất động cơ càng lớn thì gia tốc càng lớn. Thực chất của dụng cụ
đo là thời gian tăng tốc từ tốc độ thấp tới tốc độ định mức khi tăng tốc đột ngột, chỉ
thị sẽ là công suất động cơ.
Có thể sử dụng thiết bị đo HMR-2M của Liên Xô cũ gồm có cảm biến, khối tính
toán chuyển đổi, đồng hồ hiển thị công suất và số vòng quay, bộ phận điều khiển.
Trường Đại học Nha Trang 13
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Bộ cảm biến cảm ứng được gắn vào lỗ trên vỏ hộp bánh đà động cơ, đối diện
với đỉnh răng của bánh răng khởi động, cách một khoảng 2 đến 4(mm). Khi bánh đà
quay trong bộ cảm biến sẽ xuất hiện dòng điện hình sin có tốc độ xung điện:
znf
s
*
n
s
: Số vòng quay trục khuỷu trong một giây.
Z: Số răng trên vành răng bánh đà .
Các xung được truyền sang khối tính toán chuyển đổi, được khuếch đại và biến
đổi thành dòng điện một chiều, đưa vào bộ chỉ thị và đo số vòng quay. Tốc độ góc
càng lớn, các xung càng lớn, dòng điện đưa vào bộ chỉ thị công suất càng lớn nên
công suất đọc càng cao.
Khi đo phải đột ngột thay đổi tốc độ động cơ từ thấp tới định mức, phạm vi điều
chỉnh tốc độ và ghi công suất xác định theo một số loại động cơ và cho trước trên
dụng cụ.
Nhược điểm độ chính xác không cao, chỉ đo được một số loại động cơ do nhà
chế tạo qui định.
Đo công suất bằng phanh thử công suất:
Phương pháp này đo chính xác nhất nhưng phải tháo động cơ khỏi phương tiện
và đặt lên phanh thử. Gây tải cho phanh có thể bằng ma sát, lực cản chất lỏng hoặc
lực điện từ.

Công suất động cơ được tính:
30
*
**
n
MeMeNe



Me cân bằng với mômen cản của phanh Mc
3. Thiết bị đo công suất:
3.1 Thiết bị gây tải:
Thiết bị gây tải còn gọi là phanh, có nhiều loại phanh trên thực tế. Dựa vào
nguyên tắc tạo momen hãm ta chia làm các loại phanh sau:
- Phanh kiểu cơ khí.
- Phanh kiểu không khí.
Trường Đại học Nha Trang 14
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
- Phanh điện.
- Phanh thuỷ lực
3.1.1 Phanh kiểu cơ khí:
Phanh kiểu cơ khí ra đời sớm nhất, kết cấu đơn giản, tương đối dễ sử dụng, độ
chính xác khá cao. Nhược điểm: làm việc không ổn định (nhiệt phát ra lớn), khó
điều chỉnh và cồng kềnh khi công suất lớn.

Sơ đồ phanh kiểu cơ khí
1: Trục động cơ; 2: Bánh đà; 3: Tấm ma sát; 4: Má phanh;
5: Bu lông hãm; 6: Thiết bị cân lực
Nguyên lý hoạt động :
Khi động cơ làm việc, má phanh có xu hướng quay tròn, nhờ lực hãm của

bulông làm cho trên phanh xuất hiện momen cân bằng tương ứng với momen ma sát
xuất hiện giữa tấm ma sát với bánh đà về trị số. Momen cân bằng này được truyền
đến tay đòn và thiết bị cân lực hiển thị số.
Ta có:
M
cb
= M
ms
+ M
X
= P*l +M
ms
l: Cánh tay đòn được gá chặt trên phanh
P: Trị số lực lấy trên thiết bị cân lực
Khi đó công suất động cơ được tính theo công thức:

6,74
*
*
30
* lPn
N
e



Trường Đại học Nha Trang 15
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
3.1.2 Phanh kiểu không khí:
Cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo phanh không khí
1: Khung lắc; 2: Gối đỡ; 3: Kim chỉ báo;
4: Động cơ khảo nghiệm; 5: Chong chóng; 6: Lực kế
Nguyên lý hoạt động:
Bộ phận gây tải của phanh không khí là 1 chong chóng có biên dạng cánh xác
định. Momen cản của phanh tỷ lệ với bình phương tốc độ quay, để thay đổi momen
cản có thể thay đổi độ nghiêng của cánh, chiều dài cánh hoặc van tiết lưu dòng
không khí ra vào phanh. Động cơ được đặt trên một khung lắc (được gá chặt), khi
động cơ làm việc sẽ tạo momen quay làm quay chong chóng, khi đó xuất hiện một
momen cản làm cho động cơ có xu hướng nghiêng đi một góc nào đó. Để giữ động
cơ trên khung lắc xuất hiện momen cân bằng có trị số:
lPMM
ccb
*
Với:
M
c
: Momen cản xuất hiện ở chong chóng (KN.m, KG.m)
M
cb
: Momen cân bằng (KN.m, KG.m)
l: Chiều dài cánh tay đòn (m)
Trường Đại học Nha Trang 16
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Phanh không khí làm việc ồn, kết cấu phức tạp, việc tính toán sẽ khó khăn khi
mật độ không khí thay đổi, vì vậy thường chỉ ứng dụng kiểm tra động cơ máy bay.
3.1.3 Phanh thuỷ lực:
Phanh thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trên các bệ thử vì cấu tạo đơn giản, độ
chính xác cao, đo được công suất rất lớn

Nguyên lý hoạt động:
Công suất từ động cơ tiêu hao một phần để vận chuyển chất lỏng chứa trong
phanh, một phần để thắng lực ma sát giữa rô to với chất lỏng. Chất lỏng làm việc
trong phanh thường là nước, vì nó có nhiệt dung lớn, độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt
độ và rẻ tiền. Khi đo với công suất lớn người ta có thể dùng dầu với độ nhớt lớn.
Năng lượng nhận được từ phanh thủy lực chuyển thành nhiệt và làm nóng chất lỏng.
Công suất tiêu hao trong phanh được xác định:
)(**
vrnf
TTCGM 
Trong đó:
M
f
: Công suất tiêu hao trong phanh
G
n
: Lượng nước cần cho phanh làm việc
C: Tỷ nhiệt của nước
T
v,
T
r
: Nhiệt độ tại cửa vào và cửa ra khỏi phanh
Công suất cần đo sẽ bằng công suất tính toán trên lực kế cộng với công suất tiêu
hao trong phanh thuỷ lực.

lPMM
fd
*




Kết cấu phanh thuỷ lực tương đối đa dạng, có thể chia ra 6 dạng sau:
- Phanh thuỷ lực kiểu đĩa.
- Phanh thuỷ lực kiểu cánh.
- Phanh thuỷ lực kiểu buồng.
- Phanh thủy lực kiểu chốt.
- Phanh thuỷ lực kiểu thể tích.
- Phanh thuỷ lực kiểu màng.
Trường Đại học Nha Trang 17
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
* Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của phanh thuỷ lực kiểu đĩa:
Cấu tạo:


Sơ đồ cấu tạo phanh thuỷ lực
1: Stato; 2: Bánh công tác; 3: Đường nước cấp;
4: Van xả; 5: Thiết bị cân lực
Rôto của phanh được gắn trên trục ra của động cơ. Trên rôto gắn các đĩa(cánh,
chốt…) nhằm tăng sự truyền công suất lên nước, stato được gắn trên một gối đỡ
phụ có thể dao động tự do quanh trục.
Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ làm quay rôto của phanh, nếu trong buồng phanh không có nước,
lúc đó động cơ chạy không tải. Tuỳ thuộc lượng nước mà có các mức tải khác nhau,
dưới tác dụng của lực thông qua môi trường nước làm cho stato quay. Để giữ cho
stato đứng yên, người ta gắn cứng stato với một cánh tay đòn lực, phía đuôi có nối
với thiết bị cân lực.
Momen nhận được qua thiết bị cân lực sẽ cân bằng với mômen ma sát thuỷ
động tác dụng lên phanh.
Trường Đại học Nha Trang 18

HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Một số thông số của phanh thuỷ lực:
STT Kiểu phanh Công suất
(Hp)
Vòng quay
(V/ph)
Độ chính xác
cho phép (%)
1
Phanh đĩa:
. Đĩa thẳng
. Đĩa đục lỗ
. Đĩa nghiêng

15.000

10.000

70.000


500 – 800

15.000

200 – 400


0,1 – 0,2

0,1 – 0,2

0,1 – 0,2

2
Cánh thẳng
300

150 – 2000

0,5 – 1,0

3
Chốt
250 – 26.000

600 – 6.000

0,2 – 1,0

4
Buồng:
. Thuận nghịch với cánh
thẳng.
. Không thuận nghịch
với cánh nghiêng.
. Rotor xẻ rãnh


17.000

60.000

2.500



6.000


170 – 360

2.500 – 8.000



0,1 – 0,2


0,1 – 0,2

0,1 – 0,2

5
Màng
≤ 100

≤ 40.000

0,1 – 0,2

6
Thể tích
≤ 100

≤ 30.000

0,5 – 1,0


Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, hoạt động tin cậy, nhân tố ảnh hưởng tới sai số của
phép đo nhỏ (0.2-1%), vận hành và bảo trì dễ dàng, giá thành không cao.
Để đảm bảo phép đo được chính xác, điều chỉnh nước ra khỏi phanh nằm trong
khoảng (50 -70
0
C).
Nhược điểm: Không tận dụng năng lượng do động cơ phát ra, không có khả
năng quay trục khuỷu động cơ từ phanh, khó khăn trong việc tự động điều chỉnh
phanh (đặc biệt là phanh chốt và phanh đĩa) vì sơ đồ tương đối phức tạp và quán
tính lớn, phạm vi điều chỉnh khá hẹp.
Để mở rộng khoảng điều chỉnh (đặc biệt cho công suất lớn) người ta thường
thiết kế, chế tạo kết cấu phanh có dạng nhiều buồng.

Trường Đại học Nha Trang 19
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
3.1.4 Phanh điện:
Do tính chất của máy điện vừa có thể hoạt động ở chế độ động cơ, vừa có thể ở
chế độ máy phát. Ở chế độ động cơ phanh dùng khởi động động cơ, chạy rà nguội
và xác định gần đúng tổn thất cơ khí của động cơ khảo nghiệm.

Ở chế độ máy phát phanh điện sinh ra mô men hãm và dòng điện.
Tuỳ theo nguyên lý tạo mômen hãm người ta chia phanh điện thành các loại:
- Phanh điện dòng điện xoáy.
- Phanh điện dòng điện xoay chiều.
- Phanh điện dòng điện một chiều.
* Cấu tạo, nguyên lý hoạt động các loại phanh điện:
- Phanh dòng điện xoáy:

Cấu tạo phanh dòng điện xoáy
1: Trục; 2: Ống dẫn nước làm mát; 3: Cuộn cảm; 4: Stato; 5: Rotor.
Nguyên lý hoạt động:
Sự tương tác giữa từ trường nam châm điện và từ trường dòng điện xoáy (Fuco)
sinh ra. Rôto của phanh được xẻ rãnh như bánh răng và được chế tạo bằng loại thép
có hàm lượng cacbon thấp, bên trong stato gắn các cuộn dây kích thích sử dụng
dòng điện một chiều có cường độ thay đổi được. Khi rôto quay các rãnh này lần
Trường Đại học Nha Trang 20
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
lượt đi qua các cực của stato, bị nhiễm rồi giải từ rất nhanh theo chu kỳ tạo nên
dòng điện xoáy, sự tương tác giữa rôto và stato tạo ra momen hãm có xu hướng kéo
stato quay theo rôto, qua thiết bị cân lực gắn với stato xác định được mômen này.
- Phanh điện dòng điện một chiều:
Cấu tạo:
1: Bệ đỡ
2: Ổ đỡ stato
3: Ổ đỡ rô to
4: Rô to
5: Stato
l: Cánh tay đòn

DK: Động cơ điện không đồng bộ
MF: Máy phát
KTMF: Cuộn kích thích máy phát
KTKT: Cuộn kích thích bộ kích từ
MCB: Máy cân bằng
KTMCB: Cuộn kích thích máy cân bằng
ĐC: Động cơ Hình: AC dynamometer
Trường Đại học Nha Trang 21
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
K: Bộ kích từ
Nguyên lý hoạt động:
Bộ kích từ K cung cấp điện cho các cuộn kích thích, MF gắn cùng trục với DK.
Giữa MCB và MF liên hệ nhờ các dây dẫn. Khi khởi động hay chạy rà động cơ
khảo nghiệm thì DK quay MF, lúc này MCB làm việc ở chế độ động cơ quay trục
khuỷu của động cơ khảo nghiệm.
Ta có: M
mf
> M
mcb
với M
mf

: Mômen trượt của máy phát
M
mcb
: Mômen trượt của máy cân bằng.
Khi khảo nghiệm, động cơ hoạt động làm rôto quay máy cân bằng, người ta
điều chỉnh biến trở Rmf sao cho tốc độ của động cơ bằng tốc độ của máy phát, lúc
này tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ từ trường quay và cùng chiều với nó, chiều dòng
điện từ MCB ngược chiều với lúc chạy ở chế độ động cơ. Lực từ trường ngược với
chiều quay, gây momen hãm cân bằng với momen quay sơ cấp. Momen hãm này
làm quay stato, để đo momen này sử dụng thiết bị cân lực mômen hãm (M
cb
). M
cb

đặt vào stato của động cơ chính bằng momen xoắn cần đo (M
x
) trừ đi momen ma
sát (M
ms
) ở các gối đỡ.
lFMMM
msxcb
*
Trong đó:
F: Lực đo trên thiết bị cân lực, l: Chiều dài cánh tay đòn
Dấu (

) chỉ momen ma sát luôn ngược hướng chuyển động, vì thế khi stato dao
động ngang thì dấu của M
ms

luôn thay đổi. Sai số của phép đo này khoảng 3%.
- Phanh điện dòng điện xoay chiều:
Cấu tạo tương tự như phanh điện dòng điện một chiều. Khác biệt cơ bản ở
phanh điện dòng xoay chiều không cần bộ vành đổi chiều (chổi than, cổ góp…).
Sử dụng phanh điện để đo công suất động cơ có rất nhiều ưu điểm như:
- Trước khi chạy rà hay thử nghiệm đo công suất động cơ, phanh điện làm nhiệm vụ
khởi động cho động cơ hoạt động.
- Ở chế độ động cơ phanh điện làm nhiệm vụ chạy rà được cho động cơ lắp ghép.
Trường Đại học Nha Trang 22
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
- Sử dụng được năng lượng tái sinh ở chế độ máy phát.
- Dễ dàng tự động hoá và chương trình hoá quá trình khảo nghiệm đo công suất
động cơ.

Sơ đồ nguyên lý phanh dòng điện xoay chiều
K: Cầu dao điện; D2: Máy phát điện cân bằng;
C: Cầu chì; P,TG: Bộ tốc kế; RN: Bộ rơ le nhiệt;
R: Biến trở; D1: Động cơ lai;
3.2 Thiết bị cân lực:
Đây là bộ phận không thể thiếu trong thiết bị đo công suất loại cân bằng dùng
đo lực (momen) lấy ra từ thiết bị gây tải. Thiết bị cân lực rất nhiều dạng.
Dựa trên nguyên tắc làm việc có thể chia làm các loại:
- Thiết bị cân lực kiểu cơ học
- Thiết bị cân lực kiểu thuỷ lực, khí nén
- Thiết bị cân lực kiểu đàn hồi dùng chuyển đổi điện

Trường Đại học Nha Trang 23
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
3.2.1 Thiết bị cân lực kiểu cơ học:
Hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng lực cần đo với trọng lực hay lực đàn hồi

đã biết. Sử dụng các cơ cấu cánh tay đòn cho phép dùng các đối trọng không lớn để
cân bằng những lực tương đối lớn.
Hệ thống cánh tay đòn có thể xây dựng theo hai cách:
- Thay đổi vị trí đối trọng trên cánh tay đòn.
- Thay đổi trị số của đối trọng.
Trong các cân cơ học, cân lực kiểu con lắc là đơn giản nhất.
Nguyên lý: Dưới tác dụng của lực F truyền từ thiết bị gây tải sang hệ thống
cánh tay đòn làm hệ thống quay đi một góc cho tới khi cân bằng.

l
1
l




Hình: Sơ đồ nguyên lý cân lực kiểu con lắc
Phương trình cân bằng viết cho hệ thống:
F*l*cosΦ = G*l
1
*sinΦ +M
ms
+ M
’

Trong đó:
l , l
1
: Chiều dài các cánh tay đòn
G: Trọng lượng của đối trọng

M
ms
: Momen ma sát tại các khớp
M
’
: Momen ổn định của cánh tay đòn
M
'
: Sinh ra do trọng lượng của cánh tay đòn và các cơ cấu liên quan khác
gắn trên cánh tay đòn (trừ đối trọng).
Vì M
’
phụ thuộc vào góc quay nên để thuận lợi người ta thay M
'
bằng:
M
Φ
, M
Φ
=

d
dM
'
: gọi là độ ổn định của cánh tay đòn
Trường Đại học Nha Trang 24
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
M
Φ
> 0 khi M

’
tăng theo góc quay
M
Φ
<0 khi M
’
tăng còn góc quay giảm
Khi M
Φ
<0 lúc này lực tác dụng của F, G không lớn và cánh tay đòn không cân
bằng vì vậy không thể tiến hành phép đo. Nếu bỏ qua lực ma sát ở các khớp nối ta
có đặc tính tĩnh của cân lực con lắc.
Từ công thức trên ta có:

F
Gl
l
lG
M
tg
*
**
*
11
















Khi Φ đủ nhỏ thì tagΦ≈Φ

F
Gl
l
lG
M
*
*
)
*
1(*
11




Như vậy ta thấy M
Φ
/l
1

*G là số hạng kể đến tính chất thực của hệ thống cánh tay
đòn. Khi tỷ số này giảm, hệ thống con lắc đi gần đến hệ thống lý tưởng.
Trường hợp Φ đủ lớn, để giảm ảnh hưởng đến sai số của phép đo người ta thay
thế cánh tay đòn bằng một bánh răng hình quạt có bán kính R=l, nhờ đó mà cánh
tay đòn của lực tác dụng không đổi.
Đặc tính tĩnh của hệ thống có dạng:

F
Gl
l
lG
M
*
*
)
*
sin
(*
11






Người ta căn cứ vào tổng:
1
*
sin
lG

M




đánh giá tính chính xác của phép đo.
3.2.2 Thiết bị cân lực kiểu thuỷ lực, khí nén:
Nguyên tắc chung: Biến đổi lực cần đo thành áp suất của chất lỏng hay khí.
Cấu tạo chung của thiết bị gồm cặp piston, xylanh và một đồng hồ đo áp lực có
khả năng đo được lực từ xa với một giá trị bất kỳ.
Lực tác dụng vào piston gây ra áp lực lên chất lỏng, xác định theo biểu thức:

h
SpF * hay
h
S
F
p 
Trường Đại học Nha Trang 25
HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004
Nếu S
h
= Const thì p và F tỷ lệ với nhau, dùng áp kế đo được p thì sẽ có được F.
Tuỳ cách làm cho S
h
= Const người ta chia thiết bị cân lực kiểu này thành:
- Lực kế kiểu chất lỏng tĩnh.
- Lực kế kiểu chất lỏng hay chất khí có bộ phận truyền dẫn.
- Lực kế kiểu bù.
Ưu điểm:

Các cân thuỷ lực có phạm vi đo khá rộng từ vài trăm đến hàng triệu Niu tơn, sai
số đo khoảng 0.2%.
Nhược điểm:
Độ chính xác phép đo phụ thuộc nhiệt độ và tính chất của chất lỏng làm việc.
Kết cấu khá phức tạp, gồm nhiều khoang, khóa và đường ống…ảnh hưởng độ
chính xác của phép đo. Trên thực tế việc ứng dụng để đo công suất bị hạn chế.

Sơ đồ cấu tạo thiết bị cân lực kiểu thuỷ khí nén
1: Đế van; 2: Van xả; 3: Nắp thân; 4.5: Tấm lót mềm;
6: Piston; 7: Quả cầu dẫn động; 8: Áp kế; 9 Màng;
10: Bình chứa chất lỏng làm việc; 11: Khoá; 12: Van điều áp;