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

Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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. Đầu
máy D12E đợc đa vào Việt Nam và giao cho Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng sử
dụng từ năm 1986 với số lợng 25 chiếc, sau đó Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội 15
chiếc. 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 sắt
Việt Nam.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

1
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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
Khổ đờng 1000 mm
Khối lợng ĐC-MP 11400 kg
Khối lợng MPĐC 3940 kg
Khối lợng ĐCĐK 1760 kg
Hệ thống hãm Dako
Tải trọng trục 14 T/trục
Trọng lợng chỉnh bị 56 tấn
Sức kéo khởi động 14600 kG

Sức kéo dài hạn 11700 kG
Tốc độ cấu tạo 80 km/h
Tốc độ dài hạn 16 km/h
Bán kính cong Rmin 75 m
Kích thớc giới hạn
Dài
Rộng
Cao
mm
13306
2754
3854
Chiều cao đầu đấm 825 mm
Cự ly tâm cối chuyển 6700 mm
Cự ly tâm trục bánh 2400 mm
Dự trữ nhiên liệu 2200 l
Dự trữ dầu bôi trơn 385 kg
Dung tích nớc làm mát -
Dự trữ cát 300 kg
1.1.1. Các thông số kỹ thuật của động cơ K6s230DR
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

2
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 thuộc
loại trung bình.
Bảng 1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ K6s230DR
Kiểu động cơ K6s230DR

Công suất ứng với vòng quay
định mức
1200 Ml
Vòng quay định mức 1150 v/ph
Vòng quay không tải 500 v/ph
Vòng quay siêu tốc 1270-1320 v/ph
Số kỳ 4 kỳ
Phơng pháp phun nhiên liệu Phun trực tiếp
Phơng pháp nạp khí Có tăng áp làm mát khí nạp
Số xilanh và cách bố trí 6 xilanh thẳng hàng
Đờng kính xilanh 230 mm
Hành trình piston 260 mm
Dung tích làm việc của động cơ 64,8 l
Tỉ số nén 13,5:1
Vận tốc trung bình của piston ở
vòng quay định mức
9,97 m/s
áp suất có ích trung bình của 10,1 KG/cm
2
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

3
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
piston
Chiều quay động cơ (nhìn từ
phía bơm nớc)
Phải
Thứ tự nổ (thứ tự xilanh tính từ
bơm nớc)
1-3-5-6-4-2

Suất tiêu hao dầu bôi trơn (sau
khi đã rà trơn 1500 km)
2,7-5,5 g/kw-h
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
Lọc nhiên liệu 4 lõi
Khối lợng động cơ 7460 kg
Kích thớc động cơ
Dài
Rộng
Cao
mm
2851
1567
1956
1.1.2. Giới thiệu đặc tính động cơ K6s230DR
Để xây dựng đờng đặc tính động cơ K6s230DR ta sử dụng các thông số
thực nghiệm đo đợc tại xí nghiệp.
Từ các thông số thực nghiệm của động cơ ta có ở vòng quay 1100(v/ph)
công suất đạt 675(kw), ở vòng quay 500(v/ph) công suất là 80(kw). Chia đều ra
làm 6 khoảng ứng các tốc độ vòng quay khác nhau, mỗi khoảng công suất lệch
nhau là 99(kw). Ta lập đợc bảng 1.3 nh dới đây:
Bảng 1.3. Công suất của động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay.
n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1100
P(kw) 80 179 278 378 477 576 675
Biểu đồ quan hệ giữa công suất động cơ và số vòng quay.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

4

Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
P(K6s230DR)
n(v/ph)
1100
1000
800
900
700
600500
0
100
200
300
400
500
600
700
800
P(kW)
Hình 1.3. Đặc tính công suất của động cơ K6s230DR.
- Từ các giá trị công suất và tốc độ vòng quay ở trên ta có thể tính ra giá
trị mô men liên hệ với tốc độ vòng quay dựa theo công thức :

N
M =
(1-1)
Với :
N: Công suất của động cơ diesel (w)

: vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s)
Trong đó:
30
nì
=


Với n: tốc độ quay của trục khuỷu (v/ph)
Vận dụng công thức (1-1) ta có bảng các giá trị mô men ứng với số vòng
quay của động cơ K6s320DR. Sau đó dựa vào chơng trính MatLap ta vẽ đợc biểu
đồ quan hệ giữa mô men và tốc độ quay động cơ.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

5
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Bảng 1.4. Mômen của động cơ K6s230DR tơng ứng với số vòng quay.
n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1100
M(N.m) 1528 2850 3794 4514 5063 5503 5862
Biểu đồ quan hệ giữa mômen và số vòng quay động cơ.
Mk(Nm)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
500 600
700
800
900

1000
1100
n(v/ph)
M(K6s230DR)
Hình 1.4. Đặc tính mômen động cơ K6s230DR.
- Từ các thông số lấy đợc trong các tài liệu kỹ thuật về sử dụng đầu máy
D12E, ta có bảng suất hao nhiên liệu dới đây:
Bảng 1.5. Suất hao nhiên liệu động cơ K6s230DR ứng với số vòng quay.
n(v/p) 500 600 700 800 900 1000 1050
ge(g/kw-h) 275 244 237 236 228 227 228
Biểu đồ quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu và số vòng quay động cơ.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

6
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
500 600 700 800 900
1000
1100
n(v/ph)
220
230
240
250
260
270
280
ge(g/kWh)
ge(K6s230DR)
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 công
một 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 bốc
cháy nhờ áp suất và nhiệt độ cao của không khí nén trong xilanh. Loại động cơ
này sử dụng nhiên liệu diesel và đợc gọi là động cơ diesel. Loại động cơ này có
hiệu 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 rộng
rãi trong nhiều ngành kỹ thuật, trong đó có giao thông vận tải nói chung và
ngành Đờng sắt nói riêng.
Từ đó đến nay, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật, đầu máy
diesel đã không ngừng cải tiến để nâng cao công suất và tốc độ cũng nh tự động
hoá các quá trình điều khiển, điều chỉnh để nâng cao hiệu suất và tính kinh tế.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

7
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Ngày nay, đầu máy diesel đã cùng với đầu máy điện trở thành nguồn sức
kéo 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 hao
nhiên liệu thấp hơn 150-160(g/Ml-h) tiến tới còn 140-150(g/Ml-h). Lợng suất
hao 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 dụng
trên đờng sắt Việt Nam.
Bảng 1.6. Suất hao nhiên liệu một số đầu máy diesel đang vận dụng ở Việt Nam.
Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E
Động cơ lắp
trên đầu máy

CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24CO CAT3512B
Suất hao
nhiên
liệu(g/ml-h)
179 167 168 146 159 145
Nh vậy, so với chỉ tiêu đặt ra hiện nay thấy rằng suất tiêu hao nhiên liệu
của các động cơ đầu máy D9E, D12E, D13E, D18E đều lớn hơn. Sự lớn hơn đó
phần nào nói lên chất lợng của các loại động cơ trên là cha cao. Động cơ đầu
máy D14E, D19E đạt 145-146(g/ml-h) phù hợp với chỉ tiêu về suất hao nhiên
liệu đặt ra với các đầu máy diesel, đây là loại động cơ phun nhiên liệu điện tử
tiên tiến và tiết kiệm nhiên liệu, do đó chiếm u thế sử dụng trong nghành đờng
sắt nớc ta hiện nay
2. Đơn vị trọng lợng/công suất
Để đáp ứng nhu cầu giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của đầu máy
nói chung thì đơn vị trọng lợng công suất của động cơ cũng phải giảm nhỏ hơn
3-5(kg/Ml). Bảng 1.7 giới thiệu đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máy
diesel đang vận dụng ở Việt Nam.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

8
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Bảng 1.7. Đơn vị trọng lợng/công suất của một số đầu máy diesel đang vận dụng
ở Việt Nam.
Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E
Động cơ lắp
trên đầu máy
CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24CO CAT3512B
Đơn vị trọng
lợng/công
suất(kg/ml)

6,04 6,21 8,32 3,11 6,61 3,13
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 và
CAT3512B 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/cm
2
) 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 có
tăng áp có thể lên đến 18-20(KG/cm
2
). Giới hạn tăng áp đợc xác định bởi độ bền
của 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 suất
của mỗi xilanh mà còn giảm nhỏ đợc đơn vị trọng lợng công suất và suất tiêu
hao nhiên liệu của động cơ.
Do đó, tăng áp và làm mát khí nạp là một trong những xu hớng phát triển
của 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 qua
các cặp bánh răng cơ giới, do đó tiêu tốn một phần công suất động cơ, làm cho
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

9
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
hiệu suất động cơ giảm. Vì vậy, trên động cơ diesel 4 kỳ ngời ta thờng không sử
dụng phơng pháp dẫn động này.
Không khí nạp
Không khí vào
Động cơ Diesel
Máy nén
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, tua
bin này sẽ dẫn động máy nén khí để hút không khí từ ngoài trời nén lên đến áp
lực cần thiết sau đó đợc làm mát rồi nạp vào xilanh động cơ. Khoảng 40% năng
lợng 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 cần
phải làm mát không khí tăng áp. Việc làm mát không khí tăng áp một mặt làm
cho trọng lợng riêng của khí nạp giảm đi, mặt khác nhiệt độ của không khí nạp
trong xilanh ở đầu của quá trình nén thấp làm cho phụ tải nhiệt của động cơ đợc
giảm đi. Trên động cơ có mức độ tăng áp trung bình và nhỏ thì có thể làm mát
không khí tăng áp chung với vòng tuần hoàn nớc làm mát động cơ. Đối với
những động cơ có mức độ tăng áp cao phải bố trí vòng tuần hoàn riêng làm mát
không khí tăng áp.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

10
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Trên đầu máy D12E dùng phơng pháp dẫn động tăng áp kiểu tua bin khí
thải, trong đó làm mát không khí tăng áp chung với vòng tuần hoàn nớc làm mát

động cơ.
động cơ diesel
Làm mát
Máy nén
Tua bin
Không khí vào
Khí xả
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 mòn
nhiều 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, cơ
cấu phối khí, Do đó ngời ta thờng lấy mức độ mài mòn của xilanh hoặc cổ
trục khuỷu để làm mốc xác định tuổi thọ động cơ. Ngoài ra, ngời ta còn xác định
tuổi thọ của động cơ dựa trên số giờ làm việc của động cơ tính từ khi chế tạo đến
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

11
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
khi phải đa động cơ vào sửa chữa lớn hoặc có thể còn đợc tính dựa vào số km
chạy giữa hai kỳ sửa chữa lớn.

Tuổi thọ của động cơ diesel dùng trên đầu máy không đợc nhỏ hơn 10-12
nghìn giờ. Tuổi thọ của động cơ diesel hiện nay thờng vào khoảng 18-20 nghìn
giờ, 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 phát
triển của động cơ. Muốn vậy động cơ phải có kết cấu hoàn chỉnh, vật liệu tiên
tiến, 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 thọ
của 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
Việt Nam.
Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E
Động cơ
lắp trên
đầu máy
CATD398 K6s230DR ALCO CAT3508B CKL8TR24C0 CAT3512B
Tuổi thọ
của động
cơ(km)
600000 600000 600000 800000 1000000 1000000
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, máy
phát 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 trí
trên 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 và
dầu bôi trơn của động cơ phải nhỏ nhất. Yêu cầu này có ý nghĩa rất lớn vì trong
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

12
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
thực tế chi phí về nhiên liệu của động cơ diesel chiếm tới 60-70% tổng giá thành
chi phí cho việc vận dụng đầu máy. Suất hao nhiên liệu định mức của động cơ
diesel cao tốc phải nhỏ hơn 165(g/ml-h), động cơ tốc độ trung bình không lớn
hơn 155(g/ml-h). Tiêu hao nhiên liệu ở chế độ không tải không lớn hơn 8% mức
tiêu hao nhiên liệu ở chế độ định mức. Suất hao dầu bôi trơn của động cơ diesel
cao tốc không vợt quá 2.5(g/ml-h). Giảm lợng tiêu hao dầu bôi trơn cũng mang
lại hiệu quả kinh tế đáng kể vì giá thành dầu bôi trơn lớn gấp 3-4 lần giá thành
của nhiên liệu.
2. Có tuổi thọ cao
Để tăng số km chạy giữa hai lần sửa chữa lớn đầu máy và hạ giá thành sửa
chữa, yêu cầu tuổi thọ của động cơ tốc độ trung bình phải đạt 25000-30000 giờ
và của động cơ cao tốc là 15000-18000 giờ. Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào
mức độ hoàn thiện về mặt kết cấu, điều kiện làm việc, chất lợng nhiên liệu, dầu
bôi trơn , trình độ vận dụng và mức độ cao tốc của nó.
3. Có đặc tính phù hợp
Động cơ diesel lắp trên một đầu máy cụ thể phải có đờng đặc tính phù hợp
với công dụng và kiểu truyền động của đầu máy. Phạm vi làm việc của động cơ
phải 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 máy
nóng và nguội để có thể nhanh chóng chuyển từ trạng thái làm việc này sang
trạng thái làm việc khác.
Tỉ số

:

=100*
dm
N
N
min
(1-2)
Từ công thức (1-2) và các thông số động cơ có thể xác định đựơc hệ số

của các
động cơ trên đầu máy diesel vận dụng ở Việt Nam, thể hiện ở bảng sau :
Bảng 1.9. Hệ số

của các động cơ diesel trên đầu máy
Đầu máy D9E D12E D13E D14E D18E D19E
N
min
[v/p] 450 500 400 720 500 600
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

13
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
N
đm
[v/p] 1365 1150 1100 1800 1000 1800

[%] 33 43,4 36,3 40 50 33,3
4. Kết cấu đơn giản
Để việc chế tạo , tháo lắp, bảo dỡng sửa chữa dễ dàng, các chi tiết, cụm

chi tiết phải đợc định hình, tiêu chuẩn hoá tới mức cao nhất. Các hệ thống phụ
của 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 thống
làm 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, đ-
ờng cong, lên dốc xuống dốc, khi chạy tiến hoặc lùi. Các lực quán tính và mô
men quán tính phải đợc cân bằng tốt nhất, đặc biệt chấn động của động cơ đặt
trên đầu máy không đợc gây nên hiện tợng cộng hởng, không có dao động xoắn
của trục khuỷu trong mọi phạm vi vòng quay của động cơ. Ngoài ra phải giảm
bớt những loại chấn động và tiếng ồn có ảnh hởng xấu đến sức khoẻ và điều kiện
làm việc của ban lái máy.
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 ngoài
khung 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 lợng
công 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.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

14
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 có
thể lọt vào trong buồng lái mang theo dầu nhờn, nhiên liệu diesel, muội than. Vì

vậy 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 tiết
trong quá trình làm việc, do áp lực và sóng xung kích của khí cháy trên vách
xilanh động cơ, do sự va đập của các cơ cấu biên, trục khuỷu, cơ cấu phối khí, do
dòng 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/P
O
)= 10*log(I/I
O
)

: Độ ồn (dB)
P
O
: áp lực của tiếng ồn với mức nghe rõ (KG/cm
2
)
P : áp lực tiếng ồn (KG/cm
2
)
I
O
: Cờng độ tiếng ồn với mức nghe rõ
I : Cờng độ tiếng ồn
Độ ồn cho phép theo quy định:
Khi tần số dao động là 350Hz: 90dB

Khi tần số dao động là 350-800Hz : 75dB
Khi tần số dao động lớn hơn 800Hz : 70dB
Muốn giảm nhỏ tiếng ồn trong buồng lái đầu máy cần phải giảm tiếng ồn
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 bằng
tốt các lực quán tính và mômen quán tính của động cơ.Đồng thời phải tiến hành
các biện pháp tích cực nhằm cách nhiệt và cách âm cho buồng lái và giảm bớt
các 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, khí
nóng và bụi bẩn. Trong quá trình bố trí động cơ và hệ thống phụ của nó nh quạt
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

15
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
làm mát, các đờng ống dẫn khí xả phải đặc biệt chú ý điều này. Buồng lái
phải đợc thông gió tự nhiên tốt hoặc thông gió cỡng bức bằng quạt, về mùa đông
phải đợc sởi ấm để đảm bảo nhiệt độ bình thờng trong buồng lái. Hiện nay để cải
thiện điều kiện làm việc của ban lái máy trên buồng lái của một số đầu máy
nguời 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 phận
nhiệt độ cao phải đợc cách nhiệt tốt, các bộ phận quay phải đợc che chắn để đảm
bảo 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
- Động cơ nhiều xilanh
3. Dựa vào cách bố trí xilanh phân ra:
- Động cơ xilanh bố trí thành hàng thẳng đứng
- Động cơ xilanh bố trí thành hàng chữ V
- Động cơ xilanh bố trí hình sao
4. Dựa vào số vòng quay trục khuỷu phân ra:
- Động cơ tốc độ thấp(n=800-1000v/p)
- Động cơ tốc độ trung bình (n=1000-1300v/p)
- Động cơ tốc độ cao (n=1400v/p trở lên)
5. Dựa vào phơng pháp nạp khí vào xilanh phân ra:
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

16
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
- Động cơ không tăng áp: việc nạp khí vào xi lanh là do piston đảm
nhiệm(đối với động cơ 4kỳ) hoặc do không khí quét (đối với động cơ 2 kỳ) có áp
suất 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 định
nhờ 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 vòng
quay định mức là 1150(v/ph).
1.2. Sơ lợc về đặc tính động cơ diesel, cách bố trí động cơ diesel trên
đầu máy
1.2.1. Đờng đặc tính động cơ diesel
Những tính chất quan trọng nhất của động cơ diesel thờng đợc đặc trng
bởi các đờng đặc tính biểu diễn mối liên hệ giữa công suất có ích, momen quay,
suất hao nhiên liệu đơn vị và áp suất hữu ích trung bình của động cơ với số vòng
quay của trục khuỷu.

+ Các đờng đặc tính lý thuyết:
- Đặc tính công suất: Theo lý thuyết công suất của động cơ diesel đợc tính
theo công thức:
N
e
=
i
nPV
e
*225
**
(ml) (1-3)
Trong đó:
V-Tổng thể tích xilanh động cơ (lít) hay (dm
3
)
P
e
-áp suất hữu ích trung bình (KG/cm
2
)
n- Vòng quay động cơ (v/p)
i- Số kỳ của động cơ (i=2 hoặc 4)
Theo biểu thức trên giả sử áp suất hữu ích trung bình không đổi thì do i
và V đều là hằng số do đó công suất của động cơ sẽ thay đổi tuyến tính với số
vòng quay và đặc tính công suất và đặc tính công suất sẽ là một đờng thẳng đi
qua gốc toạ độ
N
e
=k

1
*n (ml) (1-4)
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

17
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
- Đặc tính mômen: Công suất của động cơ quan hệ với momen theo công
thức:
N
e
=M
e
*

(kNm/s) (1-5)
Trong đó:
M
e
-Mômen của động cơ(kNm)

-Vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s)
Từ đó:
M
e
=
const
k
n
nk
N

e
===

11
*30
*
30**
(1-6)
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 điểm
làm cho đờng đặc tính sức kéo của đầu máy dùng động cơ diesel không phù hợp
với 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 bình
trong xilanh P
e
là hằng số .Trong thực tế ở những trị số vòng quay nhỏ áp suất
của không khí trong xilanh ở cuối quá trình nén giảm nhỏ (vì lọt khí), nhiệt độ
của nó cũng thấp hơn(do hiện tợng truyền nhiệt), mặt khác do mất mát lu lợng
trong quá trình cấp nhiên liệu và tốc độ thấp của không khí nên sự hoà trộn
nhiên liệu kém hơn. Do những hiện tợng đó , khi vòng quay thấp áp suất hữu ích
của động cơ nhỏ hơn dẫn đến momen và công suất của động cơ giảm với tính
toán lý thuyết. Khi vòng quay tăng dần lên thì các hiện tợng trên cũng đợc cải
thiện vì vậy áp suất hữu ích trung bình cũng tăng lên.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

18
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng

N {cv}
M {kNm}
N
M
M
g
0
n
n
n
n{v/ph}
e
e
e
max
e
e
min
M
max
Hình 1.8. Các đờng đặc tính của động cơ diesel
Tại vòng quay n
M
mọi điều kiện đều thuận lợi nên áp suất P
e
đạt giá trị
lớn nhất, momen của động cơ tỷ lệ thuận với áp suất hữu ích trung bình cũng lớn
nhất. Khi vòng quay tiếp tục tăng lên nữa thì sức cản thuỷ khí động học cũng
tăng lên làm giảm hệ số nạp và lợng nhiên liệu vào động cơ mặt khác sức cản ma
sát của động cơ cũng tăng lên, làm giảm áp suất hữu ích trung bình, vì vậy công

suất của động cơ ở vòng quay cao cũng giảm đi. Do đó trong thực tế đờng cong
biểu diễn áp suất hữu ích trung bình và mômen quay khi tăng dần đạt giá trị lớn
nhất thì sau đó lại giảm dần, còn đờng đặc tính công suất của động cơ ở những
vòng quay cao cũng hơi lợn xuống một chút. Trong phạm vi vòng quay làm việc
của động cơ từ n
mint
đến n
ã
ãtm
mômen quay của nó thay đổi rất ít.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

19
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Trong động cơ diesel phân biệt một số vòng quay đặc trng có ý nghĩa và
các trị số nh sau:
n
)(k
-Vòng quay khởi động (phải dùng ngoại lực để dẫn động quay động cơ
lên đến vòng quay này để có khả năng khởi động động cơ)
n
)0(
- Vòng quay không tải nhỏ nhất
n
min)(t
- Vòng quay có tải nhỏ nhất
N
min)(U
-Vòng quay điều tốc nhỏ nhất (là vòng quay mà bộ điều tốc động
cơ sẽ tự điều chỉnh đến khi ở chế độ vòng quay có tải nhỏ nhất mà động cơ mất

tải)
n
)(M
- Vòng quay tơng ứng với trị số mômen lớn nhất của động cơ khi
toàn tải.
N
)(b
- Vòng quay tơng ứng với giá trị suất tiêu hao nhiên liệu đơn vị nhỏ
nhất 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 mất
tải.
- Công suất có ích của động cơ diesel tính theo công thức sau:
P
e
=
i
npV
*225
**
(ml) (1-7)
Trong đó:
V-Tổng thể tích xilanh động cơ. (lít)
p-áp suất hữu ích trung bình (KG/cm
2

)
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:
N
e
=f(n) (1-8)
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

20
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Tức là sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng N
`e
vào số vòng quay trên
trục của động cơ.
A
B
N
e
n
e
1
2
3
A
B
N
e
n

e
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 đầu
máy dồn, bởi vì ở phạm vi vòng quay thấp công suất của động cơ tăng lên một
cách nhanh chóng phù hợp với yêu cầu làm việc của đầu máy dồn cần có gia tốc
lớn 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 đặn
trong 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 nh
máy 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 :
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

21
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 các
trục bánh để tất cả các trục bánh chủ động có khả năng phát huy sức kéo nh
nhau. Vị trí của động cơ phải đợc lựa chọn sao cho việc lắp đặt các trang thiết bị
khác nh máy phát điện khởi động, bộ truyền động thuỷ lực, hệ thống làm mát
dầu 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 thuận
tiện 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 cho
việc bố trí hệ thống truyền động. Khi tính toán thiết kế đầu máy mới cần lựa
chọn bố trí sao cho toàn bộ động cơ và các hệ thống của nó nằm gọn trong
khung 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 thể
tính 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:
H
0
=a*S (1-11)
Trong đó:
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

22
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 đợc
nhỏ hơn 50cm. Động cơ đặt lên giá động cơ rồi lên bệ xe phải có độ cứng vững
cả chiều dọc và chiều ngang.
Đồng thời khi động cơ làm việc sẽ xuất hiện các lực mômen tác dụng lên
giá đỡ nh mômen phản tác dụng của trục khuỷu, mômen này có giá trị bằng
mômen quay của động cơ, song có chiều ngựơc lại, nó có xu hớng lật động cơ
theo 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 gây
nên 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 dùng
các bu lông hoặc gu rông để cố định động cơ trên giá đỡ của nó, khi đó lực cắt
bu lông đợc xác định theo công thức:
R=
b
M
(1-12)
Trong đó:
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 đối
của nó với bộ truyền động và các máy phụ để chúng có thể làm việc ổn định và
chính xác. Phải đảm bảo giảm và dập tắt đợc các chấn động sinh ra trong quá
trình làm việc của động cơ, ngăn ngừa những chấn động của động cơ truyền tới
buồng 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 chấn
thích hợp.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

23
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 thuộc
vào 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 là
công 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 quá
trình làm việc, chẳng hạn ở kiểu truyền động điện một chiều sự hạn chế tốc độ
quay 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 phát
gọn nhẹ hơn, ở truyền động thuỷ lực tốc độ quay của động cơ diesel thấp hơn
nhiều so với tốc độ quay đòi hỏi của bộ truyền, vì thế giữa trục ra của động cơ
diesel và trục vào bộ truyền đợc chế tạo theo hớng tăng số vòng quay. Để phối
hợp nhịp nhàng công việc của động cơ diesel và bộ truyền thì điều kiện sau phải
thoả mãn:
0
dn
dM
s
(1-13)
Trong đó:
M
s
-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 tính
của bơm thuỷ lực phù hợp với điều kiện này.
Trong trờng hợp truyền động điện, việc điều khiển công suất và tốc độ

quay 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 điều
kiện 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
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

24
Thuyết minh TKTN GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
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 bộ
truyền 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 trên
tuyến thì vừa phải. Do vậy giá trị sức kéo dài hạn bao giờ cũng nhỏ hơn giá trị
sức kéo cực đại. Khi đó có thể đánh giá khả năng lợi dụng sức kéo dài hạn bằng
hệ số:
n
kc
G
F
=

(1-14)
Trong đó:
kc
F
-Sức kéo dài hạn (daN)
n
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
V
K ==
(1-15)
Trong đó :
max
V
-Tốc độ cực đại (km/h)
c
V
-Tốc độ dài hạn của đầu máy (km/h)

mink
F
- Sức kéo ứng với tốc độ cực đại (KN)
Mỗi bộ truyền phải đảm bảo phát huy sức kéo dài hạn cùng với việc lợi
dụng 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 bằng
công thức tính toán:
sc
NKP *
0
=
(1-16)
Trong đó:
s
N
-Công suất của động cơ diesel.
SVTH: Trần Thái Hoàng - Lớp ĐMTX K43

25