Nghiên cứu kết cấu và hoàn thiện hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội

Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Lời nói đầu
vận tải đờng sắt là một ngành vận tải quan trọng trong mạng lới gtvt
của quốc gia, trong đời sống xã hội, chính trị, kinh tế, an ninh quốc phòng và
trong sự nghiệp phát triển kinh tế hội nhập của nớc ta hiện nay.
Với một vai trò quan trọng nh vậy, ngành đờng sắt đã không ngừng vơn
lên, phát triển để trở thành một ngành vận tải hàng đầu Việt Nam.
Hiện nay đờng sắt Việt nam đã đợc đầu t nâng cấp tơng đối đồng bộ:
Tổng công ty đã nhập nhiều chủng loại đầu máy có công suất lớn, song song
với nó ngành đã đóng mới các toa xe khách với trang thiết bị hiện đại, nội thất
cao cấp bổ sung cho các đoàn tàu khách thống nhất và các đoàn tàu du lịch. Do
yêu cầu về độ an toàn và tin cậy của đầu máy khi vận dụng trên tuyến nên để
nâng cao chất lợng và độ tin cậy của đầu máy sau khi sửa chữa thì cần thử
nghiệm tổng thể đầu máy, đặc biệt là thử nghiệm công suất. Để kịp thời phát
hiện những h hỏng còn cha khắc phục một cách triệt để. Vì vậy cần phải nghiên
cứu hoàn thiện bệ thử công suất cho đầu máy.
Sau một thời gian học tập tại trờng đại học Giao Thông Vận Tải, đợc sự
giảng dạy của các thầy cô giáo, qua nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, em đã đợc
giao đề tài tốt nghiệp Nghiên cứu kết cấu và hoàn thiện hệ thống thử
nghiệm công suất đầu máy tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội. Nội dung của đề
tài nhằm hoàn thiện hệ thống thử nghiệm cho đầu máy D19E và lắp đặt hệ
thống thử nghiệm cho đầu máy D12E.
Bản thân em đã cố gắng rất nhiều trong học tập và nghiên cứu thực tế nh-
ng do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế cho nên trong nội dung đề tài
này không tránh khỏi thiếu sót. Vậy em mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy,
cô giáo và sự đóng góp của bạn bè để đề tài tốt nghiệp này đợc hoàn thiện hơn.
Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2007
Sinh viên
Lê Văn Hùng
SVTH: Lê Văn Hùng - 1 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng

Chơng 1: Khái quát về quá trình thử nghiệm công suất đầu máy tại
Xí Nghiệp Đầu Máy Hà Nội.
1.1. Khái niệm chung về quá trình thử nghiệm sau sửa chữa.
1.1.1. Các cấp bảo dỡng sửa chữa.
Sửa chữa bảo dỡng là công việc cần thiết phải tiến hành trong các xí
nghiệp đầu máy, mỗi khi đầu máy chạy đến cây số định kỳ nhằm mục đích gìn
giữ đợc chất lợng đầu máy đảm bảo an toàn vận hành và kéo dài đợc tuổi thọ sử
dụng đầu máy.
Bảng1.1: Các cấp và chu kỳ kiểm tra sửa chữa tại xí nghiệp.
STT Cấp sửa chữa Ký hiệu Km qui định sửa chữa định kỳ
1 Kiểm tra bảo dỡng R
0
1000

20%
2 Khám chữa trung gian R
m
10.000

20%
3 Sửa chữa cấp 1 R
mx
30.000

20%
4 Sửa chữa cấp 2 R
V
100.000

20%

5 Ky chữa R
S
200.000

10%
6 Đại tu R
G
800.000

15%
Trong trờng hợp đầu máy chạy thêm ngoài số km quy định nhất thiết
phải lập hội đồng kỹ thuật để giám định chất lợng và số km chạy thêm.
Trờng hợp phải bắt đầu máy vào sửa chữa sớm hơn quy định phải có biên
bản xác định nguyên nhân và lý do đa máy vào sửa chữa sớm và phải đợc sự
phê chuẩn của đờng sắt Việt Nam. Đối với đầu máy dồn thì mỗi giờ dồn quy
đổi tơng đơng 15 km vận hành.
Kiểm tra bảo dỡng kỹ thuật R
0
.
Nội dung công việc chủ yếu là kiểm tra kỹ thuật và hiệu chỉnh toàn bộ
các thiết bị trên đầu máy nhằm đảm bảo an toàn khi vận hành.
Tiến hành kiểm tra khi động cơ nổ máy và khi động cơ đã dừng.
Khám chữa trung gian R
m
Đây là cấp kiểm tra và sửa chữa nhỏ, có tính chất kiểm tra và chăm sóc
kỹ thuật để duy trì tình trạng kỹ thuật tốt của đầu máy giữa hai lần sửa chữa tại
xí nghiệp.
Cấp sửa chữa R
mx
SVTH: Lê Văn Hùng - 2 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43

Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Đây là cấp sửa chữa và kiểm tra kỹ thuật nhỏ đợc thực hiện trong các
phân xởng sửa chữa nhằm mục đích kiểm tra và xem xét trạng thái kỹ thuật toàn
bộ đầu máy mang tính chất định kỳ thờng xuyên.
Cấp sửa chữa R
v
Đây là cấp sửa chữa định kỳ nhằm mục đích sửa chữa khôi phục trạng
thái kỹ thuật tốt cho một số chi tiết chủ yếu và làm công tác kiểm tra kỹ thuật tỉ
mỉ đối với toàn bộ các chi tiết của đầu máy đợc tiến hành giữa hai lần sửa chữa
cấp R
s
Cấp sửa chữa R
S
.
Đây là cấp sửa chữa, kiểm tra kỹ thuật cơ bản để khôi phục trạng thái kỹ
thuật tốt cho những bộ phận chủ yếu trên đầu máy, đặc biệt là khôi phục tính
năng của bộ phận chạy nhằm mục đích đa chất lợng đầu máy đạt các chỉ tiêu kỹ
thuật tốt, đảm bảo cho đầu máy vận hành tốt.
Cấp sửa chữa R
S
đợc phân ra R
S1
, R
S2
và R
S3
với những nội dung không
hoàn toàn giống nhau.
Cấp đại tu.
Đợc thực hiện sau cấp sửa chữa R

S3
, Phải đặc biệt quan tâm tới trạng thái
làm việc của các chi tiết chịu lực, kiểm nghiệm về nứt, biến dạng, rỉ mòn, lão
hoá các chi tiết, sự hao hụt công suất của động cơ diezel và các máy điện.
1.1.2. Thử nghiệm sau sửa chữa.
Sau khi lắp ráp, các cụm máy cần phải đợc chạy rà trớc khi đa vào sử
dụng. Sở dĩ phải tiến hành công việc đó vì sau khi gia công, sửa chữa các bề mặt
chi tiết cha hoàn toàn bóng nên diện tích tiếp xúc chỉ bằng 1/100-1/1000 diện
tích tiếp xúc tính toán. Nếu sau khi sửa chữa không tiến hành chạy rà, các chi
tiết phải làm việc ngay với phụ tải lớn (phụ tải tính toán) thì các điểm tiếp xúc
sẽ phải chịu tải gấp 100 - 1000 lần tải trọng tính toán. Do đó những điểm tiếp
xúc này sẽ bị mòn một cách nhanh chóng, phát nhiệt và chảy lỏng rồi nguội đi
rất nhanh thành những hạt có độ cứng rất cao dính chặt vào mặt tiếp xúc của chi
tiết, trở thành những hạt mài không ngừng cào xớc bề mặt làm việc, làm cho
khe hở lắp ráp tăng nhanh, điều kiện bôi trơn bình thờng bị phá hoại, mài mòn
tăng nhanh và tuổi thọ giảm xuống. Từ nguyên nhân đó có thể xảy ra kẹt, bó
cháy máy, gây ra tai nạn bất thờng. Do vậy để ngăn ngừa những nguyên nhân
trên phải tiến hành chạy rà cho các cụm máy sau khi sửa chữa.
SVTH: Lê Văn Hùng - 3 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
ở các xởng hoặc nhà máy sửa chữa, các cụm máy riêng biệt nh động cơ,
bộ truyền động thủy lực, máy phát, động cơ điện kéo, hệ thống hãm v.v đều đ-
ợc chạy rà và thử nghiệm trớc khi lắp lên đầu máy. Sau khi lắp ráp toàn bộ, đầu
máy lại tiếp tục đợc chạy rà và thử nghiệm ở những chế độ quy định.
Dới đây ta sẽ xét một trờng hợp đặc trng đó là thử nghiệm động cơ
diezel.
Chạy rà động cơ diezel gồm ba giai đoạn chính: chạy và nguội, chạy rà
nóng không tải và chạy rà nóng có tải.
Chạy rà nguội không tải
Chạy rà nguội không tải đợc tiến hành ngay trong phân xởng lắp ráp

nhằm rà trơn những bề mặt làm việc quan trọng nh pittông - xi lanh, xéc măng -
xi lanh, cổ trục khuỷu-bạc lót v.v... Sau khi chạy rà xong nếu phát hiện các trục
trặc và khi thấy cần thiết thì tiến hành tháo các chi tiết, kiểm tra các mặt ma sát,
rửa sạch và lắp lại.
Chạy rà nóng không tải
Sau khi chạy rà nguội không tải động cơ đợc chuyển qua phân xởng chạy
rà nóng. ở đây động cơ đợc khởi động và chạy ở số vòng quay không tải. Trong
giai đoạn này chủ yếu nghe qua tiếng máy sẽ phán đoán những h hỏng có thể
xảy ra trong quá trình lắp ráp, tiến hành điều chỉnh các hệ thống nhiên liệu,
điện, nớc, dầu, phối khí v.v cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Sau khi kiểm
tra nếu mọi bộ phận đã làm việc bình thờng động cơ đợc chuyển sang bộ phận
chạy rà nóng có tải để thử nghiệm công suất.
Chạy rà nóng có tải
Trong khâu này cho động cơ làm việc ở những tải trọng quy định, nhằm
làm cho các bề mặt ma sát tiếp tục rà tốt hơn để chịu tải trọng tính toán đồng
thời kết hợp điều chỉnh các hệ thống nhiên liệu, điện, dầu bôi trơn v.v... Tùy
thuộc từng loại động cơ và các trang thiết bị thử nghiệm mà đa ra các quy phạm
và chế độ chạy rà hoặc thử nghiệm khác nhau. Khi thử nghiệm tiến hành xác
định nhiệt độ nớc làm mát, dầu bôi trơn của động cơ, xác định suất tiêu hao
nhiên liệu và tiêu hao dầu nhờn, xác định công suất cực đại của động cơ. Qua
những chỉ tiêu trên có thể đánh giá đợc chất lợng sửa chữa và tính năng kỹ thuật
của động cơ.
1.2. Các phơng pháp thử nghiệm công suất động cơ diezel.
SVTH: Lê Văn Hùng - 4 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Trong quá trình thử nghiệm công suất động cơ, công suất hữu ích Ne
(kG.m/s) lấy từ đầu ra trục khuỷu động cơ diezel đợc tiêu tán bởi một thiết bị
cản ngoại vi nào đó (thờng đợc gọi là phanh), đợc xác định bằng đo mômen
xoắn Mq do động cơ diezel sinh ra ở số vòng quay n đã cho của trục khuỷu.

ữ

e q q
.n
N = M . = M .
30


(kG.m/s) (1.1)
Trong đó:

: Tốc độ góc của vòng quay trục khuỷu [rad/s].
n: Tốc độ quay của trục khuỷu [ v/ph].
Khi công suất của động cơ diezel xác định bằng mã lực (ml) thì:
M .n
.n 1
q
N = M . . =
e q
30 75 716,2

(mã lực) (1.2)
1.2.1. Thử nghiệm bằng thiết bị phanh cơ giới.
p
L
M
M
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị phanh cơ giới.
Thiết bị hãm phải đợc chế tạo sao cho có thể xác định đợc mômen xoắn
do động cơ diezel sinh ra. Nh vậy mômen ma sát M

ms
, tác dụng lên rôto (tang)
của phanh cơ giới bằng mômen xoắn M
q
(kG.s.m) của động cơ diezel sẽ đợc
cân bằng bởi tải trọng P đợc treo trên trên cánh tay đòn có chiều dài xác định L
(hình 1.1)
SVTH: Lê Văn Hùng - 5 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
M = M = PL
q ms
(1.3)
L: Chiều dài cánh tay đòn [m]
Khi công suất (tính bằng mã lực)
M n
PLn L
q
N = = = .Pn = kPn
e
716,2 716,2 716,2
(1.4)
Hệ số k =
L
716,2
đợc gọi là hằng số của phanh. Trị số hằng số của
phanh phải đợc ghi trong lý lịch của phanh. Thay vì trị số k đôi khi ngời ta sử
dụng giá trị 1/k, khi đó.
Pn
N =
e

k
(1.5)
Để đơn giản quá trình đo và xác định công suất động cơ, chiều dài cánh
tay đòn L của phanh đợc lựa chọn là ớc số của 716,2 và thờng đợc lấy là 0,7162
hoặc 0,3581 m. Cũng có thể lấy bất kỳ các giá trị nào khác, nhng là các giá trị
sao cho hằng số của phanh đợc biểu thị bằng một số đơn giản và không gây khó
khăn cho việc xử lý các kết quả thử nghiệm. Nh vậy, với các giá trị chiều dài
cánh tay đòn L nêu trên, ta có các hằng số tơng ứng của phanh là:
k = 0,7162/716,2 = 0,001; 1/k = 1000 (1.6)
k = 0,3581716,2 = 0,0005; 1/k = 2000 (1.7)
Theo Hệ đơn vị Quốc tế SI công suất đợc đo bằng kW. Vì rằng 1 kW =
1,36 mã lực cho nên công thức tính đổi công suất (kW) có dạng nh sau:
M n M n
1
q q
N = =
e
716,2 1,36 974
(1.8)
Các thiết bị phanh tiêu hao (tiêu tán) cơ năng do động cơ sinh ra và biến
đổi nó thành năng lợng nhiệt hoặc dới dạng năng lợng khác có thể dễ dàng đo l-
ờng đợc, chẳng hạn dới dạng năng lợng điện có thể sử dụng cho các mục đích
khác, hoặc cũng có thể biến đổi thành nhiệt hoặc cho tiêu tán.
Đồng thời với việc tiêu tán công suất của động cơ, kết cấu của phanh th-
ờng phải cho phép dẫn động cả các thiết bị đo mômen xoắn do chúng sinh ra.
Để thực hiện đợc điều đó vỏ hộp (thân) của phanh đợc lắp đặt cân bằng với chân
đế và bằng cách đó nó đợc liên kết với thiết bị đo. Thiệt bị phanh và thiết bị đo
trong trờng hợp này tạo thành một cụm thiết bị thống nhất và đợc gọi là
tormoznoi dinanometr. Nếu vỏ của phanh không có xà (treo) thăng bằng thì sự
làm việc của thiết bị đo đợc thiết lập trên cơ sở đo góc quay (xoắn) của trục liên

SVTH: Lê Văn Hùng - 6 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
kết của phanh với động cơ dới tác dụng của mômen xoắn truyền bởi trục động
cơ. Trong trờng hợp này, một máy tiêu thụ năng lợng có thể đợc sử dụng làm
phanh, mà không phải chỉ là các thiết bị phanh chuyên dụng. u điểm của các
thiết bị đo loại này là khả năng có thể đo đợc cả các giá trị mômen xoắn trung
bình cũng nh các giá trị tức thời.
1.2.2. Thử nghiệm bằng thiết bị phanh thuỷ lực.
+ Khái niệm chung về phanh thuỷ lực [1].
Sự làm việc của các loại phanh thuỷ lực đợc dựa trên cơ sở sử dụng các
tính chất của các loại máy thuỷ lực cho phép trong những trờng hợp cụ thể tạo
ra lực cản đối với chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay của các phần tử
của các máy khác liên kết với chúng. Khả năng này của các máy thuỷ lực cũng
đợc sử dụng trong các mục đích tạo ra lực cản cần thiết đối với chuyển động
quay của trục khuỷu động cơ đốt trong, có nghĩa là để tạo ra tải trọng nhân tạo
hoặc nh ngời ta thờng nói, để hãm chúng trong quá trình thử nghiệm trên bàn
thử.
Các loại phanh hãm thuỷ lực có khả năng đo công suất lớn và cho phép
điều chỉnh mômen phanh theo tải trọng và theo số vòng quay trục khuỷu. Theo
các đặc điểm đặc trng của các quá trình thuỷ động diễn ra trong khoang công
tác ngời ta phân ra các loại phanh thủy động và phanh thuỷ tĩnh.
Phanh thuỷ tĩnh là các loại máy thuỷ lực kiểu pittông, trong số đó có các
Pittông quay. Trong các phòng thí nghiệm động cơ trong số các loại phanh thuỷ
tĩnh đôi khi ngời ta còn sử dụng các loại phanh bánh răng (bơm bánh răng).
Phanh thuỷ động theo đặc điểm kết cấu đợc phân ra phanh đĩa, phanh
cánh quạt, phanh răng lợc... (phanh có chốt). Để hãm động cơ ngời ta thờng sử
dụng cả ba loại phanh thuỷ động nói trên. Công suất do động cơ sinh ra đợc tiêu
hao trong phanh thuỷ lực cho việc tăng động năng của các dòng nớc đi vào stato
và hâm nóng nó dới tác dụng giữa ma sát của chi tiết và chất lỏng. Kết quả là cơ
năng của động cơ đợc biến thành nhiệt năng trong phanh thuỷ lực.

Lợng nhiệt toả ra khi phanh có thể đợc xác định dựa trên cơ sở là 1mã lực
= 75KG.m/s, còn công sinh ra trong 1 giờ là 1mã lực.h = 75.3600 = 270000
KG.m hay 1130MJ. Vì rằng 1KG.m = 1/427 Kcal, nên 1mã lực.h = 270000/427
= 632 Kcal.
Tóm lại công suất hữu ích N
e
(mã lực) do động cơ sinh ra và đợc tiêu tán
bởi phanh thuỷ lực trong 1 giờ làm việc tơng đơng với 632 N
e
Kcal (2,64 N
e
MJ)
SVTH: Lê Văn Hùng - 7 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
nhiệt. Cũng trong khoảng thời gian này lợng nhiệt (kcal/h) đợc nớc đa ra từ
phanh là:
Q
h
= G
h
(t
ra
- t
v
).c (1.9)
Trong đó:
G
h
: Lợng nớc đi qua phanh trong thời gian 1h [l/h].
t

ra
, t
v
: Tơng ứng với nhiệt độ của nớc ở đầu ra và đầu vào của
phanh [
0
C].
C: Nhiệt dung của nớc, gần bằng 1Kcal/l.
0
C.
Nh vậy trạng thái nhiệt hợp lý của phanh chỉ có thể đợc duy trì trong tr-
ờng hợp khi đẳng thức sau đợc thoả mãn:
G
h.
(t
ra
- t
v
).c = 632.N
e
(1.10)
Đẳng thức này biểu thị cân bằng nhiệt của phanh, từ đó có thể xác định
đợc lợng nớc (l/h) cần thiết cho việc tiêu tán công suất động cơ trong 1 giờ làm
của nó.
G
h.
= 632Ne/(Gh(t
ra
- t
v

).c) (1.11)
Kinh nghiệm sử dụng phanh thuỷ lực cho thấy nhiệt độ nớc ở đầu ra t
ra
cần đợc duy trì ở nhiệt độ (50 60)
0
C. Nếu không sự bốc hơi nớc mạnh cũng
nh khả năng xuất hiện hiện tợng xâm thực và kết tủa cặn nớc (lắng cặn nớc) có
thể phá vỡ quá trình làm việc ổn định của thiết bị phanh. Trong trờng hợp giới
hạn, cho phép tăng nhiệt độ nớc trong phanh tới 65
0
C và thậm chí tới 75
0
C, nh-
ng các chi tiết bị ăn mòn và xâm thực sẽ làm giảm tuổi thọ của phanh. Nh đã
trình bày, sự đốt nóng tối u của phanh không đợc vợt quá 60
0
C. Khi đó nếu t
v
=
15
0
C thì lợng tiêu hao nớc (l/ml.h) (l/kw.h) đi qua phanh.
g
h
= G
h
/N
e
=14
ữ

24 (19
ữ
24 ). (1.12)
Vì vậy việc cấp nớc vào phanh cần đảm bảo tơng ứng với công suất tiêu
thụ của nó.
Tuỳ thuộc vào kiểu loại và đặc điểm kết cấu của các loại phanh, mà trong
quá trình làm việc, nớc đợc cấp vào phanh có thể điền đầy hoàn toàn hoặc chỉ
điền đầy một phần khoang phía trong nó. Vì vậy ngời ta phân biệt các loại
phanh có sự điền đầy nớc toàn phần và điền đầy nớc một phần. Tuy nhiên cần lu
ý là cách phân biệt nh vậy chỉ là tơng đối và chỉ phản ánh đợc trờng hợp làm
việc của phanh ở chế độ toàn tải. Khi làm việc ở chế độ phụ tải, nh đã nói ở
trên, các loại phanh khác nhau đều làm việc ở chế độ điền đầy nớc một phần.
+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh thuỷ lực.
SVTH: Lê Văn Hùng - 8 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Sơ đồ kết cấu của phanh thuỷ lực đơn giản nhất đợc thể hiện trên hình
1.2.
Rôto 1 của phanh đợc chế tạo dới dạng một lớp đĩa phẳng và đợc lắp chặt
trên trục 7. Trục 7 của phanh đợc liên kết với trục khuỷu của động cơ cần thử
nghiệm. Trục cùng với rôto (đợc chế tạo từ một hoặc nhiều đĩa ghép lại) đợc lắp
vào một vỏ hộp kín gọi là stato. Stato có khả năng xoay đợc trên các gối đỡ ổ bi
3. Nớc đợc đa vào phanh, hay nói chính xác hơn đợc đa vào stato qua các phễu
cấp 2 và các lỗ 8. Các lỗ 8 đợc bố trí để có thể cấp nớc vào vùng moayơ của
phanh. Khi phanh hoạt động nớc sẽ bị nóng lên và đợc dẫn ra ngoài qua van
điều chỉnh 4 và lỗ thoát 5 trong vỏ của phanh.
Khi đĩa rôto 1 quay trên các bề mặt của nó xuất hiện các lực ma sát, nhờ
đó nớc nhận đợc một lực ly tâm do đĩa truyền qua và nớc đợc văng ra từ trung
tâm ra phía chu vi. Kết quả là áp suất của nớc trong không gian (khe hở) giữa
đĩa quay và thành vách cố định của stato tăng lên theo tỷ lệ bình phơng khoảng
cách tính từ tâm quay.

Tại lớp biên ở bề mặt đĩa, vận tốc góc chuyển động của các phần tử nớc
lớn hơn so với trong phần lõi của nó, đồng thời theo mặt phẳng của đĩa các phần
tử nớc dịch chuyển từ trung tâm ra chu vi. Khi va chạm vào thành vách, tạo ra
bởi bề mặt trụ của stato, các phần tử nớc bị hãm lại và gradien hớng kính của áp
suất bắt đầu lớn hơn so với các lực ly tâm, kết quả là tại lớp biên của các thành
bên của stato xuất hiện sự di chuyển ngợc lại của các phần tử nớc theo hớng
kính (từ chu vi vào tâm). Cuối cùng trong stato hình thành chuyển động rối của
nớc theo sơ đồ biểu diễn bằng mũi tên trên hình 1.2; còn rôto thì luôn bị chất tải
(gia tải) trên phần bề mặt của nó theo chiều sâu (chiều dày) của lớp nớc vành
khăn. Chiều dày hớng kính của lớp nớc vành khăn (vành nớc) càng lớn thì bề
mặt của đĩa tham gia vào quá trình làm việc (ở chế độ) ma sát hữu ích với nớc
càng lớn và hiệu quả của phanh càng tăng.
SVTH: Lê Văn Hùng - 9 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Dng
Dtr
6
8
7
5
4
3
2
1
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý thiết bị phanh thuỷ lực.
1. Rôto; 2. Phễu cấp nớc; 3. Gối đỡ bi; 4. Van điều chỉnh;
5. Lỗ thoát; 6. Vòng tuần hoàn của nớc trong phanh;
7. Trục phanh; 8. Lỗ.
Mức độ điền đầy của phanh đợc xác định bởi hệ số điền đầy:
D - D D

ng ng
tr
= = 1-
D D
tr tr


ữ
ữ

(1.13)
Trong đó:
D
ng
: Đờng kính chất tải bên ngoài, có giá trị bằng đờng kính của
đĩa [m].
D
tr
: Đờng kính trong của lớp vành khăn (hình 1.2) [m].
Hệ số đặc trng cho đại lợng phần chủ động của đĩa và nó quyết định
khả năng điều chỉnh sự chất tải (gia tải) cho phanh. Giá trị tối u là = 0,5. ở
các giá trị 0,5, hiệu quả của phanh hầu nh không tăng, bởi vì rằng đờng
kính trong D
tr
của vành nớc giảm xuống đến mức làm cho vận tốc vòng của các
phần tử nớc ở phía trong của nó giảm xuống đáng kể.
Rõ ràng là tốc độ chảy rối của nớc trong phanh đợc thiết lập từ điều kiện
cân bằng động năng do nớc nhận đợc từ đĩa rôto 1 và năng lợng mà nó truyền
cho stato 6 nhờ ma sát với thành vách của nó khi chuyển động về phía tâm. Vì
vậy mômen của lực ma sát của nớc với thành stato bằng mômen quay (mômen

xoắn) đặt trên trục 7 của rôto 1. Dới tác dụng của mômen này, stato 6 xoay đi
trên các gối đỡ 3 và để cân bằng nó, cần phải đặt một lực P trên chiều dài l cánh
tay đòn của phanh. Khi đó mômen phát hay bằng:
M
T
= P.l (kG.m) (1.14)
Trong đó:
P: Tải trọng [kG].
SVTH: Lê Văn Hùng - 10 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
l: Chiều dài cánh tay đòn [m].
Vì rằng đại lợng cánh tay đòn 1 của phanh là đại lợng biết trớc, cho nên
nếu đo đợc trị số lực P thì có thể xác định đợc mômen M
T
, và tức là bằng
mômen M
q
của nó do động cơ phát ra.
Trong trị số M
T
đo đợc bao gồm cả mômen phản lực phát sinh do ma sát
trong các gối đỡ ổ trợt của trục rôto và của các vòng làm kín trục đợc bố trí trên
các nắp thành bên của stato. Ma sát trong các gối đỡ ổ bi đỡ trực tiếp cho rôto,
thì phanh không ghi nhận đợc (không đo đợc). Tuy nhiên trị số mômen ma sát
trong các ổ đỡ này chỉ chiếm khoảng 0,01
ữ
0,02% so với mômen đo, vì vậy
trong thực tế nó không ảnh hởng đến mômen này.
Biểu thức giải tích để đánh giá sức cản đợc tạo ra bởi phanh thuỷ lực và
công suất mà nó tiêu thụ (tiêu hao), tuỳ thuộc vào số vòng quay n của đĩa

phanh, đợc xác định với giả thiết là trên bề mặt các đĩa, chuyển động có tính
chất áp đảo của chất lỏng là chuyển động chảy tầng. Với mật độ của nớc là và
độ nhớt động học của nớc là , ta có:
(
)
0,2 4,6 4,6 2,8
. . . .N k D D n
ng
tr
T T

=
(1.15)
Trong đó:
N
T
: Công suất [mã lực].
n: Số vòng quay của đĩa phanh [v/ph].
: Mật độ của nớc.
: Độ nhớt động học của nớc.
k
T
: Hệ số tổng hợp của phanh, có tính đến đặc tính dòng chảy và
tất cả các đại lợng cố định (không đổi) tham gia vào biểu thức ban đầu.
Trong các loại phanh có các đĩa phẳng và thành stato nhẵn, hệ số k
T
=
0,017. Đối với các đĩa không phẳng và thành stato nhám thì k
T
= 0,118.

Nh vậy trong các loại phanh thuỷ lực dạng đĩa, tiêu hao công suất phụ
thuộc vào số vòng quay của trục, về mặt lý thuyết, theo quy luật mũ ba và tỷ lệ
thuận với khoảng mũ năm hiệu các đờng kính ngoài và đờng kính trong của
vành nớc trong stato.
Quan hệ lý thuyết nêu trên và đó chính là mối quan hệ giữa mômen quay
của phanh với số vòng quay của trục, đợc gọi là đờng đặc tính của phanh. Ngời
ta phân biệt hai loại đờng đặc tính: đặc tính lý thuyết và đặc tính thực tế.
+ Đặc tính của phanh thuỷ lực.
SVTH: Lê Văn Hùng - 11 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Đặc tính lý thuyết của các loại phanh thuỷ lực (kiểu thuỷ động) đợc biểu
diễn một cách tổng quát dới dạng parabol bậc 3 và với mức chính xác đủ lớn
(theo 1.15) có thể đợc biểu diễn bằng biểu thức:
N
T
a.n
3
(1.16)
Trong đó:
5
. .
T
a k D

=
: Hệ số tỷ lệ, là một đại lợng không đổi đối với một
loại phanh cụ thể, khi nó đợc điền đầy nớc và khi vị trí của các bộ phận điều
chỉnh không thay đổi.
D: Dờng kính hữu ích của rôto [m].
D = D

ng
- D
tr
Đặc tính thực tế của phanh thuỷ lực cho phép đánh giá khả năng ứng
dụng của nó để phanh (hãm) một động cơ cụ thể. Đặc tính này thờng đợc gọi là
đặc tính ngoài và đợc thể hiện dới dạng đồ thị, mô tả sự thay đổi công suất theo
tốc độ quay của trục.
Phân tích đờng đặc tính này thấy rằng phạm vi tiêu hao (tiêu tán) công
suất có thể của phanh đợc xác định bởi đờng bao khép kín oabcdo. Vì vậy khi
lựa chọn phanh cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện, sao cho một đờng
đặc tính giới hạn bất kỳ có thể nào đó của động cơ, mà phanh cần đợc chọn để
ứng dụng, phải đợc nằm gọn trong phạm vi của đờng bao đã vẽ, có nghĩa là phải
đợc nằm trong phạm vi (miền) công tác của phanh. Về mặt thực tiễn, để làm
việc này, ngời ta mang đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ cần thử nghiệm
đặt lên đồ thị đờng đặc tính của phanh. Nếu đờng đặc tính này vợt ra khỏi giới
hạn của các đờng bao oab và cd thì phanh có tốc độ cao hơn, hoặc tơng ứng
thấp hơn đối với động cơ cần thử nghiệm. Khi đờng đặc tính của động cơ nằm
cao hơn đờng bc, thì nói chung phanh không thể sử dụng đợc vì không tơng ứng
với công suất. Ngời ta mong muốn sao cho đờng đặc tính N
e
nằm chọn vẹn
trong phạm vi đờng đặc tính của phanh.


SVTH: Lê Văn Hùng - 12 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
1'
2
2'
a'
b'

c'
d'
Ne
d
c
1
b
a
N(ml)
n, v/ph
0
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Hình 1.3. Đờng đặc tính của phanh thuỷ lực.
ở chế độ toàn tải công suất do phanh thuỷ lực tiêu thụ tăng lên theo đờng
cong parabol oa với chỉ số mũ là 2,7 ữ 3,0. Tại điểm a tải trọng do phanh tạo ra,
tức là mômen phanh, đạt giá trị lớn nhất, mà từ giá trị này ngời ta tiến hành tính
toán độ bền cho rôto và stato của nó. Trên đoạn thẳng giới hạn bởi đờng ab của
đờng đặc tính, trị số mômen quay là không đổi và bằng giá trị của nó tại điểm a.
Sự tăng công suất tới mức b diễn ra là do sự tăng tốc độ của trục, và sự tăng
công suất bị giới hạn (khống chế) bởi nhiệt độ đốt nóng cho phép của nớc trong
phanh. Vì vậy trên đoạn ab công suất không đổi, còn tốc độ quay tăng lên là do
mômen phanh giảm xuống. Điểm c tơng ứng với trị tốc độ quay lớn nhất cho
phép của rôto, đợc quy định bởi độ bền của nó dới tác động của các lực ly tâm.
Đờng bao cd đặc trng cho sự giảm của công suất phanh khi tốc độ quay cho
phép lớn nhất của trục rôto là không đổi.
Đoạn giới hạn phía dới của đờng đặc tính, bị hạn chế bởi đờng od, tơng
ứng với công suất phanh nhỏ nhất đợc tiêu tán khi phanh không có nớc và đợc
quyết định bởi sức cản của không khí khi rôto quay, bởi ma sát trong các ổ đỡ
và trong các vòng làm kín...
Các đờng cong oa', ob', oc' và od' tơng ứng với mức độ điền đầy từng

phần của nớc trong phanh ở các vị trí cố định khác nhau của bộ phận điều chỉnh
của phanh. Nh vậy, thay đổi vị trí của bộ phận này, có thể nhận đợc công suất,
tơng ứng với các điểm a', b', c', d', tức là lấy đợc (đo đợc) đờng đặc tính tốc độ
của động cơ. Các đờng thẳng 1-1', 2-2' tơng ứng với các đờng đặc tính của động
cơ, nhận đợc ở các giá trị không đổi của tốc độ quay của trục hoặc công suất.
Nh vậy, khi cho thay đổi vị trí của bộ phận điều chỉnh của phanh, có thể trong
phạm vi miền làm việc (công tác) của nó, cho trớc đợc các chế độ tốc độ hoặc
chế độ tải trọng khác nhau, tơng thích đối với động cơ cần thử nghiệm.
1.2.3. Thử nghiệm bằng thiết bị phanh điện.
Các loại phanh điện hiện đại đều là các loại phanh điện đợc chế tạo cân
bằng, trục của chúng đợc liên kết với trục của động cơ cần thử nghiệm.
SVTH: Lê Văn Hùng - 13 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Trong các loại phanh này cơ năng đợc biến đổi thành điện năng. Nhng vì
rằng các máy điện là thuận nghịch cho nên trong trờng hợp cấp năng lợng từ
nguồn điện bên ngoài, chúng trở thành động cơ điện và biến đổi điện năng
thành cơ năng. Nhờ tính chất này mà phanh điện có u việt hơn so với phanh
thuỷ lực và các loại phanh khác.
Phanh điện cho phép quay trục khuỷu của động cơ thử nghiệm, cho phép
tiến hành rà nguội động cơ sau khi lắp ráp, khởi động động cơ mà không cần
máy khởi động, cho phép xác định đợc các tổn hao cơ giới trong động cơ... Khi
có những điều kiện nhất định, năng lợng của các phanh điện nên đợc đa vào lới
điện chung của phòng thí nghiệm, và bằng cách đó tiêu tán đợc cơ năng của các
động cơ đốt trong cần thử nghiệm. Để phanh các động cơ đốt trong, ngời ta sử
dụng cả máy điện xoay chiều cũng nh một chiều, gọi chúng một cách tơng ứng
là các phanh điện xoay chiều và phanh điện một chiều.
+ Phanh điện xoay chiều.
Đó là những máy điện dị bộ hoặc đồng bộ đợc điều chỉnh nhờ các biến
trở và các bộ biến đổi máy khác nhau.
Việc điều chỉnh bằng biến trở đợc ứng dụng trong các máy dị bộ có phần

ứng (dây quấn) pha của nó mắc điện trở điều khiển đợc. Để đảm bảo việc điều
chỉnh một cách tơng đối trơn tru, ngời ta sử dụng các biến trở chất lỏng (nớc).
Loại biến trở này tơng đối cồng kềnh và không thật thuận tiện trong quá trình sử
dụng nhng cơ bản là không đảm bảo đợc các giới hạn điều chỉnh cần thiết. Vì
vậy các loại phanh điện xoay chiều có điều chỉnh bằng biến trở đợc sử dụng
một cách hạn chế, chẳng hạn chỉ để phanh khi chạy rà động cơ, để bàn giao
động cơ sau khi sửa chữa và để cho các thử nghiệm tơng tự khác.
Việc điều chỉnh dựa trên cơ sở ứng dụng các bộ biến đổi tần số và các
khớp nối trợt (côn) kiểu điện từ đảm bảo đợc độ êm dịu và các giới hạn thay đổi
chế độ cần thiết, cho phép tự động hoá đợc quá trình điều khiển, nhng làm phức
tạp kết cấu của thiết bị phanh. Các bộ biến đổi tần số làm việc phù hợp với các
máy điện dị bộ có phần ứng ngắn mạch. Các côn trợt điện từ đợc sử dụng đồng
thời kể cả với các máy điện đồng bộ cũng nh dị bộ. Các loại phanh với cách
điều khiển nh vậy hiện nay vẫn cha có đợc sự ứng dụng rộng rãi.
+ Phanh điện một chiều.
Phanh điện một chiều dựa trên cơ sở các máy điện kích từ hỗn hợp độc
lập và điều chỉnh đồng thời cờng độ dòng điện trong mạch điện phần ứng.
Những loại phanh này có độ êm dịu và có các phạm vi điều chỉnh các chế độ
SVTH: Lê Văn Hùng - 14 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
tốc độ và chế độ tải trọng khá rộng. Vì vậy nó đợc sử dụng khá rộng rãi, đặc
biệt là đối với các mục đích nghiên cứu.
Để phanh các động cơ đốt trong, cũng có thể sử dụng các máy điện một
chiều không cân bằng. Cơ sở của các máy cân bằng cũng nh máy không cân
bằng là phần tĩnh của chúng - phần cảm và phần quay của chúng - phần ứng.
Khi phanh động cơ đốt trong bằng máy điện một chiều không cân bằng,
công suất hữu ích của nó đợc xác định theo công suất do máy điện phát ra dới
dạng điện năng mà tiêu hao của nó đợc tính toán theo các chỉ số của các dụng
cu đo: Ampe kế và vôn kế hoặc oát kế. Công suất của động cơ cần thử nghiệm:
.

735,5.
e
I U
N

=
(ml) (1.17)
Trong đó:
I: Cờng độ dòng điện (A).
U: Điện áp của máy điện (V).
: Hiệu suất của máy điện.
Tuy nhiên trị số phụ thuộc vào tải trọng và tốc độ quay của trục và thay
đổi theo thời gian, điều đó gây khó khăn cho việc sử dụng trực tiếp các máy
điện một chiều không cân bằng để phanh động cơ. Vì vậy việc sử dụng của
chúng chủ yếu chỉ giới hạn trong phạm vi chạy rà động cơ sau khi sửa chữa tại
xí nghiệp hoặc nhà máy.
Để tiến hành thử nghiệm ngời ta chỉ sử dụng các loại máy điện cân bằng
vì nó không đòi hỏi phải xác định trị số hiệu suất .
Khi máy điện cân bằng làm việc ở chế độ động cơ điện thì nó dẫn động
động cơ đốt trong, do tác động tơng hỗ của từ trờng phần ứng và từ trờng stato,
trong stato xuất hiện một mômen phản lực, có hớng đối diện với chiều quay của
phần ứng và có xu hớng xoay stato xung quanh trục của phần ứng. Vì vậy
mômen quay cần thiết để làm trục động cơ thử nghiệm đợc đo theo phản lực của
stato. Lúc này các mômen phản lực do ma sát của trong các gối đỡ và ma sát
của các chổi than với cổ góp có hớng cùng với chiều quay của phần ứng, kết
quả là đại lợng tổng của chúng M
ms
, trong khi tác động lên stato, sẽ tự động làm
giảm mômen phản lực M
s

của nó.
Nh vậy, mômen hữu ích M
hi
trên trục của máy điện cân bằng và cũng là
mômen quay M
q
, cần thiết để làm quay trục của động cơ thử nghiệm là:
M
q
= M
hi
= M
s
- M
ms
(1.18)
SVTH: Lê Văn Hùng - 15 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Khi máy điện cân bằng làm việc ở chế độ máy phát thì nó đợc động cơ
đốt trong dẫn động trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một lực điện động gây ra
dòng điện trong mạch của phần ứng. Mômen điện từ trong máy sẽ là mômen
cản của động cơ đốt trong thử nghiệm.
Mômen điện hữu ích đối kháng của phần ứng M
hi
đợc truyền toàn bộ
sang stato dới dạng mômen phản lực M
s
, tác động về hớng chiều quay của phần
ứng, tức là cùng hớng tác động của mômen quay của động cơ thử nghiệm.
Mômen phản lực ma sát tổng cộng M

ms
cũng có hớng về phía chiều quay của
phần ứng và có xu hớng xoay stato về hớng này, kết quả là nó đợc cộng thêm
M
e
. Lấy tổng các mômen đã nêu ở trên ta đợc.
M
q
= M
s
+ M
ms
(1.19)
Cũng nh trong các phanh thuỷ lực bộ phận của phanh điện không tính tới
mômen ma sát trong các gối đỡ của stato. Nhng vì mômen này rất nhỏ do đó nó
không ảnh hởng đáng kể tới kết quả đo.
+ Đặc tính của phanh điện.
Đặc tính của phanh điện là quan hệ giữa công suất đợc tiêu thụ của phanh
với tốc độ quay của trục phanh, nó đợc xác định bởi cờng độ dòng điện lớn nhất
trong mạch phần ứng, mà dòng điện này bị hạn chế bởi mức độ đốt nóng cho
phép của cuộn dây phần ứng ở chế độ kích từ toàn phần của máy. Nói một cách
khác mức độ đốt nóng của phanh điện cũng nh trong các loại phanh khác là cơ
sở để hạn chế công suất lớn nhất của nó đợc tiêu thụ ở một chế độ tốc độ cho tr-
ớc.
Rõ ràng là khi điện trở của biến trở tải bằng R (ôm), thì cờng độ dòng
điện trong phần ứng là:
U
I
R
=

(A) (1.20)
Trong đó:
U: Điện áp trong phần ứng (V).
Nhng vì rằng điện áp trong phần ứng tỷ lệ thuận với từ thông của stato và
tốc độ quay của trục cho nên điện áp của máy điện kích từ độc lập khi giữ cố
định dòng kích từ sẽ tăng tỷ lệ với tốc độ quay của trục máy, tức là:
U = B
1
.n (V) (1.21)
Trong đó:
B
1
: Hằng số phụ thuộc kết cấu của máy và cờng độ dòng điện
trong mạch kích từ.
SVTH: Lê Văn Hùng - 16 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
N: Tốc độ quay của trục máy phát.
Tóm lại từ các công thức (1.20), (1.21) công suất đợc tiêu thụ bởi máy
điện một chiều với dòng điện kích từ cố định ở tốc độ quay đã cho là:
2 2
1
. .
735,5. 735,5. .
e
I U B n
N
R

= =
(ml) (1.22)

Trong đó:
: Hiệu suất của máy phát phụ thuộc vào tải trọng và kết cấu của
máy.
Nếu bỏ qua sự phụ thuộc của vào tải trọng và các đại lợng khác tham
gia vào công thức và lấy chúng làm hằng số của phanh thì trong trờng hợp tổng
quát đờng đặc tính lý thuyết của phanh điện với độ chính xác đủ lớn có thể đợc
viết dới dạng.
N
e
B.n
2
(ml) (1.23)
Nh vậy công suất do máy phát một chiều tiêu thụ tỷ lệ thuận với bình ph-
ơng tốc độ quay của trục của nó, tức là khi tốc độ quay tăng lên, nó tăng lên
theo quy luật parobol và có thể đợc biểu diễn bằng một họ đờng cong parabol,
không phụ thuộc vào việc điện trở R của mạch phần ứng hoặc đại lợng từ thông
của các cực từ của stato, gây ảnh hởng tới hằng số B có thay đổi hay không.
Tơng ứng với mỗi giá trị điện trở trong mạch phần ứng khi từ trờng
không đổi sẽ có các giá trị công suất xác định, phụ thuộc vào tốc độ quay của
trục. Trong trờng hợp này đờng thẳng 0 - 1 tơng ứng với điện trở lớn nhất còn đ-
ờng thẳng 3 - 2 hạn chế các giá trị công suất lớn nhất mà máy phát có thể tiêu
thụ mà không bị quá nhiệt trong khoảng thời gian làm việc dài hạn. Và tơng
ứng một miền các chế độ phanh có thể tức là đờng đặc tính ngoài của phanh đợc
hạn chế bởi các đờng 0 - 1 - 2 - 3 - 0.
Nếu đờng cong công suất abc của động cơ thử nghiệm nằm lọt vào đờng
bao này nh thể hiện trên hình vẽ thì tốc độ quay của động cơ tơng ứng với,
chẳng hạn điểm b tại đó các đờng đặc tính của động cơ thử nghiệm và của
phanh điện cân bằng giao nhau, sẽ hoàn toàn ổn định khi kích từ của nó là
không đổi và khi thay đổi công suất theo đờng 0 - 2'. Trong trờng hợp khi tốc độ
quay của trục động cơ đốt trong tăng lên, công suất phanh của máy điện tăng

lên đột ngột và số vòng quay của động cơ đốt trong sẽ giảm xuống tới trị số cho
trớc. Ngợc lại sự giảm ngẫu nhiên số vòng quay của trục động cơ đốt trong sẽ
làm giảm đáng kể công suất của máy điện, do đó số vòng quay của động cơ đốt
trong lại tăng lên đến trị số ban đầu.
SVTH: Lê Văn Hùng - 17 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Hình 1.4. Đờng đặc tính của phanh điện.
Để chuyển sang một tốc độ làm việc khác cần phải thay đổi kích từ cho
máy. Thí dụ giảm tới mức mà ở đó công suất của nó thay đổi theo đờng 0 - 3,
khi đó tốc độ quay ổn định dịch chuyển về điểm a và Nếu cần tăng công suất
phát ra từ động cơ thử nghiệm cần phải tăng từ thông và đồng thời có thể giảm
điện trở trong mạch phần ứng sao cho công suất của máy thay đổi, chẳng hạn
theo đờng 0 - 2. Khi đó tốc độ quay ổn định dịch chuyển tới điểm c, giao điểm
của các đờng cong 0 - 2 và công suất N
e
.
Nh vậy bằng cách thay đổi điện trở trong mạch phần ứng điện tử tải và c-
ờng độ dòng điện kích từ của máy, có thể thay đổi đợc công suất của máy điện
cân bằng phát ra và có thể thiết lập đợc tốc độ quay bất kỳ của trục động cơ thử
nghiệm và trị số công suất phát ra của nó, điều này không vợt ra khỏi giới hạn
của đờng đặc tính ngoài của phanh điện và đợc giới hạn bởi kết cấu của chính
bản thân động cơ đốt trong.
Còn về giới hạn công tác thực tế của phanh điện thì theo đờng đặc tính
ngoài chúng bị hạn chế bởi:
Cờng độ dòng điện lớn nhất, bị giới hạn bởi sự quá nhiệt của dây dẫn ở
mômen quay lớn nhất theo đờng 0 - 3.
Công suất lớn nhất bị giới hạn bởi các điều kiện đốt nóng máy điện
(điểm 3) theo đờng 3 - 2 và bởi vận tốc góc giới hạn liên quan đến độ bền của
phần ứng, đợc chất tải bởi lực ly tâm (điểm 2).
SVTH: Lê Văn Hùng - 18 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43

2
an
a
b
2'
c
1
2
3
n, v/ph
N(ml)
0
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Điện áp lớn nhất bị hạn chế bởi độ bền cách điện của các cuộn dây theo
đờng 2 - 1 và bởi công suất phanh nhỏ nhất do máy tiêu thụ khi không có dòng
kích từ theo đờng 0 - 1.
Nếu trong miền các điện trở thấp của mạch phần ứng tiến hành tự động
hiệu chỉnh cờng độ từ thông thì bằng cách điều chỉnh dòng kích từ đợc ứng
dụng rộng rãi trong các phanh hiện đại. Nh vậy, trên đoạn 0 - 3 có thể thay đổi
công suất do phanh điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với việc tăng số vòng quay phần
ứng nh biểu diễn bằng nét đứt trên hình 1.4.
1.2.4. Thử nghiệm bằng thiết bị phanh điện từ.
+ Kết cấu của phanh điện từ.
Phanh điện từ là một dạng của phanh điện. Công suất của động cơ đốt
trong cần thử nghiệm đợc tiêu hao trong loại phanh này để tạo ra các dòng điện
xoáy trong mạch từ khi mạch từ này đợc nhiễm từ và khử từ theo chu kỳ.
Nếu quay một đĩa đặc bằng sắt giữa hai cực của một nam châm thì trong
đĩa sẽ xuất hiện các dòng điện xoáy, các dòng điện này tạo ra từ trờng, từ trờng
này tơng tác với từ trờng của nam châm và tạo ra mômen phanh, tơng tự nh
trong bất kỳ loại máy điện nào. Nếu thay vì một đĩa sắt, ta sử dụng một rôto có

cuộn dây (nam châm điện), thì có thể điều chỉnh đợc mômen này trong một
phạm vi rộng.
Vì rằng các dòng điện xoáy đốt nóng phanh tỷ lệ với công suất đợc tiêu
hao của động cơ đốt trong cần thử nghiệm, do đó cần phải tản nhiệt tơng tự nh
đối với các loại phanh khác. Để thực hiện đợc việc này, rôto đợc chế tạo dới
dạng điện từ (khi đó nó đợc gọi là bộ cảm ứng), còn stato dới dạng điện từ và đ-
ợc làm mát bằng nớc. Trong các kết cấu có tốc độ rất cao, bộ cảm ứng đợc làm
mát bằng không khí.
SVTH: Lê Văn Hùng - 19 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Từ thông
10
8
7
6
5
4
3
2
1
9
8
7
5
5
6
7
8
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Hình 1.5. Phanh điện từ (máy cân bằng điện từ).
1. Lỗ thoát nớc làm mát; 2. ổ đỡ trục rôto; 3. ổ bi; 4. Đờng ống dẫn nớc;

5. Rôto; 6. ống lót (tấm lót, đệm); 7. Thân (vỏ) máy; 8. Cuộn dây kích từ;
9. Đầu cân; 10. Máy phát vòng quay (cảm ứng tốc độ vòng quay).
Để bố trí cuộn dây kích từ, ngời ta chế tạo một rãnh vành khăn sâu trong
thân của stato, còn rôto đợc chế tạo với các rãnh dọc và vì vậy nó có hình dạng
bánh răng, chẳng hạn nh loại phanh của hãng "Meeidenxia" thể hiện trên hình
1.5. Stato của loại phanh này đợc cấu tạo từ thân 7 có độ thấm từ tốt, từ cuộn
dây kích từ vành khăn 8 và miếng đệm vành khăn 6 có độ dẫn điện và dẫn từ
cao. Stato đợc đặt trên các gối đỡ ổ bi 3, nhờ đó nó có thể thực hiện chuyển
động lắc xung quanh tâm của trục rôto.
Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây của cuộn kích từ, sẽ xuất hiện một
từ thông, điền đầy khe hở giữa miếng đệm 6 và các răng của rôto 5, tạo ra một
vòng (mạch) kín. Nhờ đó khi rôto quay sẽ làm cho các vùng khác nhau của
miếng đệm 6 bị lần lợt nhiễm từ, và làm xuất hiện các dòng điện xoáy trong
miếng đệm. Các dòng điện xoáy này tạo ra từ trờng, từ trờng này tơng tác với từ
trờng cơ bản.
Trong kết cấu của loại phanh này nớc làm mát đợc dẫn vào vùng phía
trên của thân theo đờng ống 4. Nớc làm mát cho stato đồng thời làm ớt bộ cảm
ứng (rôto) và đợc dẫn ra ngoài từ phía dới qua lỗ 1 ở phía dới thân. Tất cả các
chi tiết bị thấm ớt (bị ngập trong nớc) đều có lớp phủ chống ăn mòn, các gối đỡ
2 của trục rôto đợc bảo vệ chắc chắn bởi các vòng làm kín, còn cuộn kích từ đợc
chế tạo dới dạng không thấm nớc. Để loại bỏ các loại nhiễu đối với dịch chuyển
góc của rôto, nớc đợc đa vào thông qua ống cao su mềm dới cột áp 0,4 ữ 0,6
kG/cm
2
. Vì vậy phanh có thể nối trực tiếp với hệ thống cấp nớc chung mà không
SVTH: Lê Văn Hùng - 20 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
cần đến bơm cấp hoặc thùng tiêu hao. Điều này là một trong những u điểm của
phanh điện từ.
+ Đặc tính của phanh điện từ.

Các đặc điểm diễn biến của đờng đặc tính này cho thấy, ở dòng điện kích
từ không đổi cho trớc, mômen do phanh tạo ra lúc đầu tăng lên mạnh, còn sau
đó khi tốc độ quay tăng lên thì trị số mômen không thay đổi. Với quy luật thay
đổi công suất nh vậy, trong miền tốc độ quay công tác của trục mômen phanh
không thay đổi. Vì vậy quá trình làm việc ổn định của phanh chỉ có thể đạt đợc
bằng cách điều chỉnh tốc độ, vừa duy trì nó ở một mức cho trớc nhờ các thiết bị
tự động.
+ Điều chỉnh phanh điện từ.
Phanh điện từ có thể đợc điều chỉnh bằng 3 cách: lựa chọn dòng kích từ,
duy trì tốc độ quay của trục không đổi và điều chỉnh dòng kích từ theo mức độ
tăng tốc độ quay của trục. Trong bất kỳ phơng pháp nào, tiêu hao năng lợng cho
việc điều khiển cũng rất nhỏ và thờng không vợt quá 0,5% so với công suất tiêu
thụ.
Các phanh điện từ có thể làm việc với bất kỳ loại đồng hồ đo lực nào. Th-
ờng gặp là các loại đồng hồ đo lực có đầu đo tải trọng 9 (hình 1.5). Việc hiệu
chỉnh phanh ở chế độ tốc độ thử nghiệm cho trớc đợc thực hiện nhờ máy phát
vòng quay 10, đợc dẫn động từ trục rôto bằng khớp mềm.
Phanh điện từ có u điểm là kết cấu gọn nhẹ và đơn giản, có độ bền cao,
dễ điều khiển từ xa và bảo dỡng đơn giản. Công suất của chúng có thể đạt tới
3000 kW, còn tốc độ quay của rôto có thể tính toán đến 10000 ữ 15000 v/phút.
Các loại phanh này thờng đợc sử dụng để thử nghiệm dài hạn động cơ đốt trong
theo một chơng trình đã lập sẵn có khống chế tự động các chế độ làm việc.
1.3. Thử nghiệm công suất đầu máy diezel.
1.3.1. Thử nghiệm công suất đầu máy diezel truyền động thuỷ lực.
- Mục đích của thử nghiệm:
+ Kiểm tra và xác định chất lợng sửa chữa các bộ phận của cụm động cơ
diezel của đầu máy diezel truyền động thuỷ lực.
+ Kiểm tra mức độ chính xác lắp đặt cụm máy.
- Yêu cầu của thử nghiệm:
+ Bệ thử công suất phải đảm bảo chính xác cao về các giá trị đo đếm đợc

làm việc chắc chắn có độ tin cậy cao.
SVTH: Lê Văn Hùng - 21 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
+ Phải tận dụng đợc các loại vật t, phụ tùng thiết bị sẵn có tại xí nghiệp.
+ Công nghệ chế tạo bệ thử không khó khăn lắm phù hợp với trình độ tay
nghề công nhân của xí nghiệp.
+ Thao tác vận hành của bệ thử phải thuận tiện dễ dàng đối với công
nhân.
+ Việc bảo dỡng duy tu bệ thử đơn giản thuận tiện.
+ Giá thành chế tạo, bảo dỡng rẻ tiền, tiết kiệm và tận dụng đợc vật t,
thiết bị sẵn có của xí nghiệp.
+ Góp phần nâng cao chất lợng của bộ truyền động thuỷ lực, giản thời
gian nằm sửa chữa ở xởng tăng thời gian vận hành đầu máy.
+ Bộ truyền động thuỷ lực khi đã đợc thử và hiệu chỉnh xong sẽ làm chắc
chắn nhất với độ tin cậy cao, chỉ tiêu kinh tế tối u nhất.
Nhận xét: Để thử nghiệm đầu máy diezel truyền động thuỷ lực thì nên
chọn phơng pháp thử nghiệm bằng thiết bị phanh thuỷ lực, thiết bị phanh điện,
thiết bị phanh điện từ.
1.3.2. Thử nghiệm công suất đầu máy diezel truyền động điện.
- Mục đích của thử nghiệm:
+ Kiểm tra và xác định chất lợng sửa chữa các bộ phận của cụm động cơ
diezel máy phát điện chính.
+ Kiểm tra mức độ chính xác lắp đặt cụm máy.
+ Kiểm tra hệ thống điều chỉnh tự động công suất của cụm động cơ
diezel máy phát điện chính và các thông số làm việc khác.
+ Điều chỉnh tự động công suất máy phát điện chính của đầu máy theo
phạm vi đờng đặc tính ngoài của nhà chế tạo.
- Yêu cầu của thử nghiệm:
+ Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho ngời, máy móc, thiết bị không gây ảnh
hởng đến môi trờng xung quanh.

+ Kết cấu gọn, đơn giản, chính xác, có độ tin cậy cao.
+ Thiết bị phải thông dụng, phù hợp với kinh tế và điều kiều kiện của xí
nghiệp, xởng sửa chữa.
+ Các thông số của thiết bị thử phải điều chỉnh đợc ở nhiều chế độ khác
nhau.
+ Cho phép thử nghiệm đợc công suất của cụm máy ở nhiều chế độ làm
việc.
SVTH: Lê Văn Hùng - 22 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
Nhận xét: Hiện nay có hai phơng pháp thử nghiệm công suất đầu máy
bằng biến trở là thử nghiệm công suất bằng biến trở nhiệt và thử nghiệm công
suất bằng biến trở nớc.
- Thử nghiệm công suất bằng biến trở nhiệt:
+ Hệ thống điệnt trở bằng Niken Crôm để tiêu thụ công suất phát
ra của máy phát điện chính (tiêu thụ dới dạng nhiệt).
+ Một bộ điều chỉnh trị số của bộ biến trở bằng đổi nối ghép hoặc
con chạy ứng với các chế độ và công suất thử nghiệm.
+ Hệ thống điều chỉnh, kiểm tra: Bảng điện, công tắc tơ, rơ le,
đồng hồ kiểm tra điện áp, dòng điện,
+ Hệ thống làm mát cỡng bức cho hệ thống điện trở.
u, nh ợc điểm của hệ thống thử nghiệm công suất đầu máy bằng biến trở
nhiệt.
+ Kết cấu thiết bị gọn không cồng kềnh, dễ vận hành.
+ Cơ động, có thể dùng để thử nghiệm ngay tại hiện trờng vì thiết
bị dễ dàng vận chuyển.
+ Vật liệu chế tạo hệ thống điện trở hiếm, rất đắt tiền.
- Thử nghiệm bằng biến trở nớc (đợc trình bày trong mục 1.4.3).
- Đối với đầu máy diezel truyền động điện và với điều kiện xí nghiệp đầu
máy Hà Nội lựa chọn loại biến trở nớc vì:
+ Bản thân máy phát điện kéo đã nh phanh điện rồi.

+ Dòng điện kích từ trong hệ thống điều chỉnh không phải là dòng kích
từ cố định nên để xác định công suất tổ động cơ - máy phát điện chính chỉ cần
xác định công suất phát ra N
F
= U
F
.I
F


về đặc tính ngoài điều chỉnh U
F
=f(I
F
)
để so sánh với đặc tính của nhà chế tạo.
1.4. Quá trình thử nghiệm đầu máy diezel đối với đầu máy truyền
động điện tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội.
1.4.1. Các đầu máy chủ yếu sử dụng tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội .
Hiện nay xí nghiệp đầu máy Hà Nội đang sử dụng các loại đầu máy là
D4H, D12E, D19E.
+ Đầu máy D4H chủ yếu làm công tác phục vụ.
+ Đầu máy D12E chủ yếu làm nhiệm vụ kéo tàu hàng và các đoàn tàu
khách tuyến ngắn.
+ Đầu máy D19E chủ yếu làm nhiệm vụ kéo tàu khách Bắc Nam.
SVTH: Lê Văn Hùng - 23 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
1.4.2. Các thông số cơ bản của các loại đầu máy diesel truyền động
điện đang sử dụng tại xí nghiệp đầu máy Hà Nội.
1.4.2.1. Các thông số chủ yếu đầu máy D19E.

Dới điều kiện UIC : 1455 KW.
- Tải trọng trục : 13.000 kg.
- Kiểu trục : C
0
C
0
.
- Trọng lợng chỉnh bị : 78000 kg.
- Tốc độ đầu máy (đờng kính bánh động tính theo nửa mài mòn 965
mm).
+Tốc đô lớn nhất : 120 km/h.
+ Tốc độ liên tục : 14,7 km/h.
- Lực kéo của đầu máy:
+ Lực kéo khởi động lớn nhất : 355,2 KN (dòng điện khởi động
hạn chế).
: 250 KN (hệ số bám hạn chế =
0,327).
+ Lực kéo liên tục : 224 KN (dòng điện khởi động hạn chế).
: 201 KN ( bám hạn chế ).
- Công suất hãm lớn nhất : 1243,8 KW.
- Lực hãm điện trở lớn nhất : 162 KN.
Điều kiện môi trờng
+ Phạm vi nhiệt độ : 5+55
0
C.
+ Chiều cao cách mặt biển : 1000 m.
+ Độ ẩm lớn nhất : 95%
Bảng 1.2: Thông số các thiết bị chính trên đầu máy D19E.
TT Thông số Giá trị
1

Động cơ diezel:
+ Ký hiệu động cơ
+ Công suất định mức
+ Tốc độ vòng quay định mức
+ Vòng quay không tải thấp nhất
+ Hình thức phun dầu
+ Dới công suất định mức tiêu hao nhiên
liệu
Caterpillar 3512B
1455 KW
1800r/min
600r/min
Điện phun
197g/KWh
SVTH: Lê Văn Hùng - 24 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: TS. Đỗ Việt Dũng
2
Máy phát điện chính:
+ Dung lợng định mức
+ Điện áp định mức
+ Dòng điện định mức
+ Tốc độ quay định mức
+ Phơng thức kích từ
+ Chế độ làm việc
+ Phơng thức làm mát
+ Cấp cách điện
+ Tần số định mức
1400 KVA
258/720V
3138/1122A

1800 v/ph
Kích từ độc lập
Liên tục
Cỡng bức
H/H
150Hz
3
Thiết bị chỉnh lu Silic
+ Điện áp vào xoay chiều định mức
+ Dòng điện vào xoay chiều định mức
+ Điện áp một chiều định mức
+ Dòng điện một chiều định mức
+ Dòng điện một chiều lớn nhất ngắn hạn
+ Công suất định mức
150Hz,200/750V
3200/1070A
500V
680A
6000A
2x1000KW
4
Động cơ điện kéo
+ Ký hiệu
+ Công suất định mức
+ Điện áp định mức
+ Dòng điện định mức
+ Tốc độ quay định mức
+ Tốc độ quay lớn nhất
+ Điện áp lớn nhất
+ Dòng điện lớn nhất

+ Phơng thức kích từ
+ Cấp cách điện
+ Lợng gió định mức
+ Chế độ làm việc
+ Phơng thức làm mát
ZQDR 310
310KW
500V
680A
755r/min
3100r/min
1200V
1000A
Kích từ nối tiếp
H/H
Liên tục
Liên tục
Cỡng bức
5 Máy phát điện khởi động:
+ Ký hiệu
+ Công suất định mức
+ Điện áp định mức
ZQF - 46B
46 KW
115V
SVTH: Lê Văn Hùng - 25 - Lớp Đầu Máy Toa Xe K43