Nghiên cứu thiết kế bộ ổn định nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn động cơ cho băng thử elbe

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH
NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI
TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng, 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH
NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI
TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành

:

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Mã số

:

8520116

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. LÊ MINH TIẾN

Đà Nẵng, 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả được tôi trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến:
Thầy giáo hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hồn
thành luận văn này.
Các Thầy, Cơ Khoa Cơ khí giao thơng, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà
Nẵng đã luôn tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Lãnh đạo Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Đà Nẵng đã luôn tạo mọi điều kiện
cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn.
Gia đình và tồn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Tác giả

NGUYỄN HOÀNG


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU
BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE
Tóm tắt:
Đề tài này tập trung nghiên cứu bộ ổn định nhiệt độ nước làm mát và dầu
bôi trơn động cơ. Trên cơ sở hệ thống băng thử kiểu cơ khí, ta thiết kế lắp đặt hệ
thống làm mát bao gồm các thiết bị làm mát băng thử, cảm biến, thiết lập mạch điều
khiển điện tử Arduino UNO R3 và chương trình trên máy tính để có thể ổn định được
nhiệt độ nước làm mát trên băng thử Elbe. Hệ thống này làm việc một cách chính
xác, duy trì nhiệt độ cần thiết cấp cho băng thử.
Từ khóa: Nước làm mát, băng thử công suất, dầu bôi trơn, arduino, động cơ
Abstract:
This thesis focused on TEMPERATURE STABILITY OF COOLANT and
the engine lubricating oil. Based on a mechanical dynamometer system, we design
and install cooling systems including kip coolers, sensors, Arduino UNO R3 control
circuits and computer programs. It is possible to stabilize the cooling water
temperature on LBE POWER DYNAMOMETER ENGINE. The system is working
correctly, maintain the required temperature for dynamometer
Key words: Coolant, power dynamometer, lubricant, arduino, engine


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................3
5. Cấu trúc luận văn ................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .............................................................4
1.1. TỔNG QUAN CÁC KIỂU BĂNG THỬ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ .............4
1.1.1. Băng thử cơ khí ........................................................................................4
1.1.2. Băng thử thủy lực .....................................................................................6
1.1.3. Băng thử điện..........................................................................................10
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ
NƯỚC LÀM MÁT TRÊN BĂNG THỬ CÔNG SUẤT CỦA THẾ GIỚI VÀ VIỆT
NAM .....................................................................................................................14
1.2.1. Tình hình nghiên cứu các hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát trên
băng thử cơng suất của thế giới ........................................................................14
1.2.2. Tình hình nghiên cứu các hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát và dầu
bôi trơn cho động cơ trên băng thử công suất việt nam ...................................15
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG .................................................................................16
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................17
2.1. CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ........................17
2.1.1. Công suất động cơ ..................................................................................17
2.1.2. Hiệu suất .................................................................................................17
2.2. CÁC ĐẶC TÍNH VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ..........................................18
2.3. LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ CẢM BIẾN....................................................20
2.3.1. Lý thuyết tín hiệu....................................................................................20
2.3.2. Lý thuyết cảm biến .................................................................................20
2.4. LÝ THUYẾT VỀ ĐO LƯỜNG .....................................................................21
2.4.1. Khái niệm về kỹ thuật đo lường .............................................................21
2.4.2. Cơ sở kỹ thuật đo lường .........................................................................22
2.5. LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TỐN TRAO ĐỔI NHIỆT ...................................24
2.5.1. Các định luật và phương trình cơ bản về dẫn nhiệt. ...............................26

2.5.2. Trao đổi nhiệt đối lưu. ............................................................................31
2.5.3. Truyền nhiệt qua vách có cánh. ..............................................................32
2.6. KẾT LUẬN ....................................................................................................34
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ......................................................35
3.1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP LÀM MÁT BĂNG THỬ ...........................35
3.1.1. Giới thiệu băng thử .................................................................................35
3.1.2. Các phương án làm mát ..........................................................................36
3.2. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU .....................................................36
3.2.1. Các phương án bôi trơn trong động cơ đốt trong. ..................................39
3.3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO ...................................................................................45
3.3.1. Tính tốn trao đổi nhiệt của băng thử .....................................................45
3.3.2. Tính tốn trao đổi nhiệt của động cơ nằm trên băng thử ........................47
3.3.3. Tính tốn két làm mát nước của hệ thống làm mát ................................48
3.3.4. Tính tốn quạt gió của hệ thống làm mát ...............................................52
3.3.5. Thiết kế, chế tạo thiết bị .........................................................................53
3.3.6. Thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống làm mát ......61
3.3.7. Xây dựng chương trình điều khiển .........................................................68
3.4. TÍNH TỐN KÉT LÀM MÁT DẦU BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ ....................73
3.4.1. Tính tốn lưu lượng dầu bơi trơn và lưu lượng của bơm dầu ................73
3.4.2. Tính tốn két làm mát dầu bôi trơn động cơ ..........................................74
3.5. KẾT LUẬN ....................................................................................................75
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ .............................................................76
4.1. THỰC NGHIỆM ĐO.....................................................................................76
4.1.1. Mục đích thực nghiệm ............................................................................76
4.1.2. Hệ thống thực nghiệm ............................................................................76
4.1.3. Quy trình thực hiện .................................................................................77
4.2. KẾT QUẢ ĐO ...............................................................................................78
4.2.1. Hệ thống hoạt động với nhiệt độ đầu vào của hệ thống làm mát T1 = 550C
với thời gian 10 phút. ........................................................................................78

4.2.2. Hệ thống hoạt động với nhiệt độ đầu vào của hệ thống làm mát T1 = 500C
với thời gian 14 phút .........................................................................................79
4.2.3. Hệ thống làm việc đồng thời với băng thử .............................................79


4.3. KẾT LUẬN ....................................................................................................80
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82
PHỤ LỤC ..................................................................................................................83


MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu la tinh
Kí hiệu

Tên gọi

Thứ nguyên

pe

Áp suất có ích trung bình

Ne

Cơng suất động cơ

kW

Vh

Thể tích cơng tác động cơ

dm3

Me

Moment xoắn có ích

N.m

ge

Suất tiêu hao nhiên liệu

Gnl

Tiêu hao nhiên liệu

kg/h

Qkt

Nhiệt trị thấp của 1kg nhiên liệu

J/kg

L0

Lượng không khí lý thuyết đốt kiệt 1kg nl

Ký hiệu Hy lạp



Hệ số dư lượng khơng khí

v

Hệ số nạp

i

Hiệu suất chỉ thị

m

Hiệu suất cơ giới

θ

Góc đánh lửa sớm



Tỉ số nén



Số kỳ của động cơ



Số xilanh

MN/m2

kg/kW.h


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Bảng thông số kỹ thuật động cơ DE12TIS

38

3.2

Thông số bơm DK THT 1.5DK-24 1HP

57

3.3

Thông số của Arduino Uno R3

62


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Số hiệu
hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

3.6
3.7
3.8

Tên hình

Trang

Sơ đồ cấu tạo phanh thử dạng cơ khí
Đặc tính momen của động cơ và phanh
Đặc tính phanh thử cơ khí
Sơ đồ cấu tạo phanh thủy lực
Sơ đồ phanh thử kiểu thủy lực kiểu đĩa
Stato và Roto phanh thủy lực dạng chốt
Stato và Roto phanh thử thủy lực dạng cánh
Đặc tính phanh thử thủy lực
Phanh dòng điện Foucault
Cấu tạo phanh dòng điện xốy
Đặc tính phanh điện
Sơ đồ biến đổi đo thẳng
Sơ đồ đo kiểu so sánh
Trường nhiệt độ và gradient nhiệt độ
Dòng nhiệt qua diện tích phân tố dF
Sơ đồ tính truyền nhiệt qua vách có cánh
Băng thử thủy lực ELBE thực tế
Băng thử thủy lực ELBE
Mặt cắt ngang động cơ DE12TIS.
Mặt cắt dọc động cơ DE12TIS.
Sơ đồ nguyên lý bôi trơn bằng phương pháp vung té
dầu

Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn cacte
ướt
Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bơi trơn cacte
khơ

4
5
6
7
7
8
8
10
11
12
13
23
23
26
28
32
35
36
37
38

Sơ đồ bố trí bơm tay hoặc bơm điện trong hệ thống
bôi trơn cưỡng bức.

39

41
43
43

3.9

Sơ đồ hệ thống làm mát

46

3.10

Sơ đồ kết cấu ống nước

48

3.11

Sơ đồ tính tốn két nước

49

3.12

Sơ đồ tính tốn chi tiết két nước

49

3.13

Sơ đồ tính tốn két nước

50


3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
3.37
3.38

3.39
3.40
3.41
3.42
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Quan hệ của hệ số truyền nhiệt k với tốc độ khơng khí

kk

51

Kết cấu két nước
Bơm nước kiểu ly tâm
Kết cấu bơm nước kiểu piston
Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút
Kết cấu bơm guồng
Bơm DK THT 1.5DK-24 1HP
Bình chứa nước làm mát
Quạt gió của hệ thống làm mát
Thơng số mơ tơ làm mát
Mơ hình khung giá đặt hệ thống làm mát
Kết cấu khung giá đặt hệ thống làm mát
Giá đặt hệ thống làm mát thực nghiệm
Sơ đồ lắp đặt hệ thống làm mát
Cấu trúc Arduino UNO R3

Sơ đồ bố trí lắp đặt
Sơ đồ mạch điện của hệ thống
Cấu tạo cảm biến nhiệt độ
Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ khi gắn trên
động cơ ơ tơ
Đặc tính của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Biến tần T-verter N2
Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần
Kết nối biến tần và mạch Arduino
Màn hình hiển thị

53
54
55
56
57
57
58
59
59
60
60
61
61
62
63
64
64

Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển
Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển ổn định nhiệt độ
Giao diện máy tính phần mềm Arduino
Két làm mát dầu bôi trơn
Sơ đồ hệ thống làm mát đã thiết kế
Các thiết bị và cảm biến được lắp đặt vào hệ thống
thực nghiệm
Hệ thống đường ống cấp nước cho băng thử
Đồ thị làm việc lúc T1=550C
Đồ thị làm việc lúc T1=500C

68

65
65
65
66
67
67
68
69
69
75
76
77
77
78
79

4.6

Đồ thị làm việc khi T1=400C

80


1
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Kể từ sau cuộc cách mạng công nghiệp ở Anh với sự ra đời của động cơ hơi nước
thì có thể coi động cơ đốt trong (ĐCĐT) là một trong những phát minh lớn nhất của con
người. ĐCĐT là một loại động cơ nhiệt tạo ra cơng cơ học dưới dạng moment quay (hay
cịn gọi là moment xoắn) bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ. Mặc dù ĐCĐT là
một trong các thủ phạm chính gây ra ơ nhiễm mơi trường và sự nóng lên của trái đất
nhưng khơng thể phủ nhận vai trị quan trọng mà nó đã đem lại cho cuộc sống của con
người. ĐCĐT xuất hiện trên hầu hết các phương tiện vận tải hàng hóa, máy cơng tác
như: máy bay, tàu thủy, ô tô, máy phát điện, máy bơm nước, …
Cho dù các nhà khoa học đã miệt mài nghiên cứu để đưa ra các giải pháp thay
thế cho động cơ đốt trong như động cơ điện, động cơ sử dụng pin nhiên liệu nhằm đối
phó với tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự nóng lên của trái đất. Tuy
nhiên cho đến tận thời điểm này động cơ đốt trong vẫn là không thể thay thế.
Xu hướng của thế giới hiện nay là phát triển các cơng nghệ để tối ưu hóa kết cấu
tiết kiệm nhiên liệu và tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới có thể thay thế cho nhiên liệu hóa
thạch nhằm giảm bớt sức nóng về sự khan hiếm của nguồn nhiên liệu nói trên và sự ơ
nhiễm mơi trường do khí thải của động cơ đốt trong gây ra. Thiết bị cơ bản đầu tiên
trong việc nghiên cứu thay đổi kết cấu của động cơ và nhiên liệu mới là Băng thử cơng
suất động cơ.
Hiện nay, tại khoa Cơ khí Giao thơng, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà

Nẵng có hệ thống băng thử công suất của hãng AVL và băng thử Froude đều có cơng
suất thiết kế ~200kW và băng thử thủy lực ELBE sản xuất tại Đức có cơng suất thiết kế
475kW phù hợp để nghiên cứu cho động cơ diesel cỡ lớn trang bị trên xe vận tải, tàu
thủy, … Tuy nhiên do thiết bị được đầu tư khá lâu và đến nay khơng cịn vận hành được.


2

Nhằm giảm chi phí đầu tư mua sắm thiết bị mới, đồng thời đảm bảo điều kiện cơ
sở vật chất dạy học cho sinh viên Khoa Cơ khí Giao thơng nói chung và sinh viên ngành
Kỹ thuật Tàu thủy nói riêng, việc phục hồi hoạt động cho băng thử ELBE hoạt động là
hết sức cần thiết và cấp bách. Băng thử này có cơ cấu xác định cơng suất và tốc độ kiểu
cơ khí cổ điển dẫn đến hiệu quả khai thác sử dụng thiết bị khơng cao. Ngồi việc phục
hồi, cải tạo để nâng cao công suất sử dụng thì để cho băng thử hoạt động một cách ổn
định thì bộ phận làm mát cho băng thử cũng rất quan trọng. Với mong muốn tìm giải
pháp để nâng cấp hệ thống băng thử cơng suất động cơ nói trên đồng thời nhằm mục
đích nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống mà tiết kiệm chi phí đầu tư cũng như cơng
tác bảo dưỡng, sửa chữa được dễ dàng.
Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nguyên cứu, thiết kế bộ ổn định nhiệt độ nước làm mát và
dầu bôi trơn động cơ cho băng thử ELBE”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở hệ thống băng thử kiểu cơ khí, ta thiết kế lắp đặt hệ thống làm mát
bao gồm các thiết bị làm mát băng thử, cảm biến, thiết lập mạch điều khiển điện tử và
chương trình trên máy tính để có thể ổn định được nhiệt độ nước làm mát trên băng thử
Elbe.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống làm mát cho băng thử công suất thủy lực ELBE.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp ổn định nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi

3
trơn cho động cơ trên băng thử công suất thủy lực ELBE dựa vào các cảm biến điện tử.
4. Phương pháp nghiên cứu
Tìm kiếm tài liệu, thu thập thơng tin dựa trên các cơng trình đã cơng bố về các
hệ thống làm mát trên băng thử công suất động cơ, thiết kế- chế tạo và thử nghiệm, phân
tích số liệu, viết báo cáo, trình bày báo cáo. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm tại xưởng Động lực, khoa Cơ khí Giao thơng, trường Đại học Bách khoa - Đại
học Đà Nẵng.
5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận cấu trúc của luận văn bao gồm các phần chính sau:
Chương 1: Tổng quan về các loại băng thử công suất được sử dụng hiện nay, các
phương án làm mát cho từ loại băng thử.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về sự truyền nhiệt, động cơ đốt trong khi được thử
nghiệm và cơ sở lý thuyết về phương pháp đo lường được sử dụng trong thiết kế hệ
thống làm mát của băng thử.
Chương 3: Nghiên cứu thiết kế hệ thống bôi trơn và làm mát của động cơ, hệ
thống làm mát băng thử. Trong chương này tác giả trình bày các tính tốn liên quan đến
nội dung chính của đề tài .
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm. Trong chương này tác giả trình báy các nội dung
thực nghiệm được thực hiện tại xưởng Động lực thuộc Khoa cơ khí Giao thơng – trường
Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN CÁC KIỂU BĂNG THỬ CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Bệ thử cơng suất động cơ là thiết bị dùng để đánh giá các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ
thuật dựa trên nguyên lý tạo ra mô men cản cản lại mô men của động cơ. Dựa vào nguyên

lý đó mà có các loại bệ thử cơng suất như sau:
1.1.1. Băng thử cơ khí
1.1.1.1. Cấu tạo

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo phanh thử dạng cơ khí
1- Tang trống; 2- Cánh tay địn; 3- Đối trọng; 4- Giá;
5- Quả cân; 6- Tay điều chỉnh.
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc
Trục động cơ truyền momen cho roto của phanh thông qua khớp nối. Roto truyền
momen cho stato nhờ ma sát giữa roto và stato. Phanh thử có cơ cấu cân bằng nên lúc
này trên phanh thử xuất hiện momen cản cân bằng với momen động cơ về trị số. Momen
cản cân bằng này được truyền đến cánh tay đòn và thiết bị cân lực hiển thị số. Ở loại
phanh thử này momen phanh chỉ phụ thuộc vào lực siết bu lông.
Công cơ học của động cơ biến thành nhiệt năng làm các chi tiết của phanh thử
nóng lên. Vì vậy, phải đưa nước làm mát vào.


5

1.1.1.3. Đường đặc tính phanh thử cơ khí

Hình 1.2. Đặc tính momen của động cơ và phanh
Trong bệ thử này roto truyền mô men Mrt = Mst cho stato nhờ ma sát giữa các lá thép
và tấm ma sát. Vì vậy, mô men bệ thử chỉ phụ thuộc vào lực siết lò xo tại cơ cấu tay
quay. Ở một giá trị lực siết lị xo nhất định, đường đặc tính mơ men của bệ thử cắt đặc
tính của động cơ tại 2 điểm A* và B* (hình 1-7). Nghĩa là, cùng một mơ men bệ thử sẽ
có hai điểm làm việc của động cơ: A*(nA*,M*) và B*(nB*,M*).
Ở tốc độ thấp, điểm làm việc là A*, điểm làm việc này là khơng ổn định. Vì nếu một
lý do nào đó tốc độ động cơ lớn hơn nA*, thì mơ men động cơ lớn hơn mô men bệ thử,
làm cho tốc độ động cơ tiếp tục tăng và nếu tốc độ động cơ nhỏ hơn nA*, thì mơ men

động cơ sẽ nhỏ hơn mô men bệ thử, làm cho tốc độ động cơ tiếp tục giảm, dẫn đến tình
trạng tắt máy.
Ở tốc độ lớn hơn nB*, điểm làm việc là B*, điểm làm việc này là ổn định. Vì khi tốc
độ động cơ lớn hơn nB*, thì mơ men động cơ nhỏ hơn mô men bệ thử, làm cho tốc độ
động cơ giảm xuống. Khi tốc độ động cơ nhỏ hơn nB*, thì mơ men động cơ lớn hơn mơ
men bệ thử, làm cho tốc độ động cơ tăng lên. Như vậy, điểm làm việc ổn định là điểm
B*. Chúng ta thấy rằng nếu dùng bệ thử này chỉ cho phép xác định được đường đặc tính
của động cơ trong nhánh từ Mmax đến MB*.


6

Hình 1.3. Đặc tính phanh thử cơ khí
1.1.1.4. Ưu, nhược điểm
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, tương đối dễ sử dụng;
- Độ chính xác khá cao.
Nhược điểm:
- Làm việc khơng ổn định (nhiệt phát ra lớn).
- Việc điều chỉnh tải bằng cách thay đổi lực siết bu lơng gây khó khăn cho q
trình thí nghiệm.
- Do quy luật đường đặc tính nên khơng đảm bảo được mọi chế độ làm việc ổn
định với động cơ.
1.1.2. Băng thử thủy lực
1.1.2.1. Cấu tạo
Roto của phanh được gắn trên trục ra của động cơ. Trên roto 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.
Theo kết cấu, người ta chia thành 3 loại: loại đĩa, loại chốt và loại cánh.

7

Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo phanh thủy lực
Stato; 2- Bánh công tác; 3- Đường nước cấp;
4- Van xả; 5- Thiết bị cân lực
 Loại đĩa:
Roto có dạng đĩa phẳng. Khi roto quay do lực ma sát giữa đĩa roto với nước và
lực ly tâm mà hình thành dịng nước xoáy giữa roto và stato. Nhờ ma sát giữa nước và
stato mà momen được truyền cho stato làm stato có xu hướng quay ổ đỡ của nó. Stato
được giữ cân bằng nhờ cơ cấu cân lực. Vòng nước càng dày thì lực ma sát giữa nước và
phanh càng lớn.
Để tăng hiệu quả phanh, người ta có thể làm roto nhiều đĩa hoặc khoan các lỗ
trên bề mặt đĩa. Loại phanh này làm việc theo nguyên tắc điền đầy bộ phận.

Hình 1.5. Sơ đồ phanh thử kiểu thủy lực kiểu đĩa
Stato; 2- Ổ bi stato; 3- Ổ bi roto; 4- Mặt bích;
5- Bệ; 6- Van điều chỉnh,7- Khớp nối; 8- Roto.
 Loại chốt:


8
Roto được chế tạo ở dạng hình trụ. Trên đó có gắn vào ba hàng chốt 3 cạnh. Mặt
hơng của stato cũng gắn xen kẻ các chốt 3 cạnh. Giữa các hàng chốt trên roto và stato
có khe hở nhất định để tạo khoang nước và tránh va chạm kẹt. Như vậy loại phanh này
cũng làm việc theo nguyên tắc điền đầy bộ phận và thuận nghịch.
Hiệu quả phanh loại này lớn hơn loại đĩa. Nhược điểm của loại này là ở chế độ
tải trọng lớn làm việc rất ồn và sau một thời gian làm việc các vị trí cố định chốt yếu đi
dần đến các hư hỏng nghiêm trọng.
Phanh thủy lực dạng chốt có tính thuận nghịch nghĩa là: momen sinh ra không

phụ thuộc vào chiều quay của động cơ.

Hình 1.6. Stato và Roto phanh thủy lực dạng chốt.
Stato; 2- Chốt trên stato; 3- Roto; 4- Chốt trên roto; 5- Then;
6- Trục nối với trục động cơ; 7- Trục roto.
 Loại cánh:

Hình 1.7. Stato và Roto phanh thử thủy lực dạng cánh.
Cánh của roto; 2- Roto; 3- Stato; 4- Cánh trên stato; 5- Vỏ; 6- Cánh tay đòn.
Roto và stato có dạng cánh. Loại này, làm việc theo chế độ nạp đầy, tức là trọng
mọi chế độ phụ tải, roto hoàn toàn đầy nước. Loại phanh cánh thẳng làm việc thuận
nghịch. Loại phanh cánh nghiêng làm việc không thuận nghịch.
Phanh thử thủy lực dạng cánh dẫn, điều chỉnh momen phanh bằng cách thay đổi
lượng nước trong phanh hoặc thay đổi độ nghiêng của cánh. Phanh loại này có khả năng
tạo momen lớn, làm việc êm hơn dạng chốt. Nhược điểm là chế tạo khó khăn, đặc biệt


9
là roto và stato dạng cánh nghiêng.
1.1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm quay roto của phanh, nếu trong buồng phanh khơng có nước,
lúc đó động cơ chạy khơng 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 đi có nối với thiết
bị cân lực.
Momen nhận được qua các thiết bị cân lực sẽ cân bằng với momen ma sát thủy
động tác dụng lên phanh.
1.1.2.3. Đường đặc tính phanh thử thủy lực
Dưới đây là đặc tính lý thuyết của phanh. Thực tế chế độ làm việc của phanh bị
giới hạn bởi các đường:

- oa: Khi phanh làm việc với lượng nước tác dụng lớn nhất.
- ab: Đường giới hạn mô men phanh lớn nhất cho phép đối với sức bền của các
chi tiết.
- bc: Đường giới hạn cơng suất phanh lớn nhất.
- cd: Số vịng quay cực đại bị giới hạn bởi sức bền các chi tiết dưới tác dụng
của lực ly tâm.
Do phanh làm việc không tải: Tiêu hao công suất chủ yếu là do lực ma sát của
khơng khí và lực ma sát trong các ổ đỡ.
Những động cơ có đường đặc tính nằm trong vùng đặc tính làm việc của phanh
thử mới có thể xác định được đặc tính trên phanh thử đó.


10
Mph
1

2

1/n
3

4

n [vg/ph]

O

Nph

b

a

c

d

n [vg/ph]

O

Hình 1.8. Đặc tính phanh thử thủy lực
1.1.2.4. Ưu, nhược điểm
Ưu điểm:
- Thử được động cơ có cơng suất lớn.
- Giới hạn thử lớn đặc biệt là khi kết hợp với phanh cơ khí.
Nhược điểm:
- Cấu tạo phức tạp, nhiều trang bị phụ, yêu cầu làm kín khắc khe, làm việc không
ổn định ở chế độ tốc độ thấp.
- Khơng thử được động cơ có cơng suất nhỏ.
1.1.3. Băng thử điện
1.1.3.1. Tổng quan về phanh thử công suất kiểu điện
Thực chất của phanh thử loại này là một máy phát điện một chiều hay xoay chiều
được dẫn động trực tiếp từ động cơ thử. Sự thay đổi lực cản được thực hiện nhờ thay
đổi điện trở tải. Điện trở tải thường là điện trở kim loại hay điện trở nước. Điện trở nước
gồm những bản cực kim loại được nhúng trong dung dịch muối NaCO3 với diện tích
bản cực ngập trong nước điều chỉnh được. Điện trở sử dụng phải đủ lớn để khơng bị q
nóng hoặc bị cháy khi q tải.
Phanh thử cơng suất điện có 2 phương pháp để xác định công suất động cơ. Trên
cơ sở đó ta có 2 dạng phanh thử cơng suất kiểu điện:

11
Dạng thứ nhất: Phanh thử cơng suất điện có cơ cấu cân bằng là phanh thử mà
cơ cấu phanh là một máy phát điện có nhiệm vụ tạo ra momen cản. Nguyên lý làm việc
tương tự như phanh cơ khí, phanh thủy lực. Chỉ khác môi trường truyền momen là môi
trường điện từ.
Dạng thứ hai: Phanh thử công suất điện khơng có cơ cấu cân bằng. Năng lượng
cơ học của động cơ dùng để quay máy phát điện và chuyển thành năng lượng điện. Đo
các đại lượng điện của máy phát điện ta xác định được công suất của máy phát điện. Do
đó, xác định cơng suất của động cơ. Sự biến đổi cơ năng thành điện năng bao giờ cũng
tổn thất. Vì vậy, cần phải biết hiệu suất của máy phát điện để tính cơng suất động cơ.
Nếu cơng suất đo được là Nđ [kW] và hiệu suất của máy điện là  d thì cơng suất của
động cơ là:

Ne 

Nd
[kW]
d

(1.1)

Công suất điện được đo thông qua điện áp U giữa 2 đầu điện trở tải và cường độ
I trong mạch. Đối với máy phát điện xoay chiều thì cần biết thêm cosφ loại phanh thử
này stato của máy điện gắn liền với bệ thử và máy điện làm việc như một máy điện bình
thường.
Phanh dịng điện Foucault:

Hình 1.9. Phanh dịng điện Foucault

Stato; 2- Các cuộn dây kích thích; 3- Đĩa kim loại khơng từ tính;
4- Cánh tay địn; 5- Quả cân.
Phanh này gồm có một đĩa kim loại khơng từ tính quay trong một từ trường có
từ thơng điều chỉnh được. Khi đó dịng điện Foucault sinh ra trong đĩa có khuynh hướng
phanh đĩa lại. Momen cản tăng theo từ trường kích thích. Vì vậy, momen cản có thể thay
đổi được một cách liên tục bằng cách điều chỉnh cường độ dịng điện kích thích.
Năng lượng do dịng Foucault sinh ra làm nóng đĩa. Do đó, phải làm mát phanh
bằng nước.
Các cuộn dây kích thích lắp trong stato có thể lắc lư được trên trục của nó. Cũng
như các loại phanh kể trên, stato được giữ cân bằng nhờ lực ngược chiều tác dụng lên
stato.
Phanh thử dòng điện xốy:
Ở stato có cuộn kích bằng dịng điện một chiều, tạo ra từ trường. Khi roto quay


12
ở stato sẽ xuất hiện dịng xốy, dịng xốy tạo ra từ trường hãm đĩa quay lại tiêu thụ
công suất của động cơ biến thành nhiệt năng vì thế cần làm mát stato.

Hình 1.10. Cấu tạo phanh dịng điện xốy
Trục; 2- Ống dẫn nước làm mát; 3- Cuộn cảm; 4- Stato; 5- Rotor.
Điều chỉnh đặc tính của phanh điện từ dịng xốy có thể dùng các biến trở để điều
chỉnh dịng kích, hoặc điều chỉnh tự động số vịng quay với momen quay. Vì có thể tạo
ra các đường đặc tính khác nhau, nên bảo đảm được điều kiện làm việc ổn định với động
cơ ở mọi chế độ.
Người ta có thể dùng máy phát điện để xác định cơng suất động cơ thông qua việc đo
các đại lượng điện của máy phát.

N

U .I
[kW]
1000.

(1.2)

Loại này không được phát triển rộng vì sai số của nó lớn hiệu suất máy phát thay
đổi phụ thuộc vào số vòng quay, tải, nhiệt độ nhưng trong q trình tính tốn ta lấy là
một hằng số, dùng máy phát có cơ cấu cân lực điều chỉnh tải bằng biến trở từ trường tác
dụng giữa roto và stato sẽ truyền momen.