Công trình, do Chi nhánh Tổng công ty Đường sắt Việt Nam - Xí nghiệp Đầu máy Vinh thực hiện, đã thành công trong việc nâng cấp động cơ cho các đầu máy từ số hiệu 716 đến 725, từ động cơ diesel của Ấn Độ lên loại động cơ MTU396 do CHLB Đức sản xuất.

Giải pháp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu suất

Hiện nay, Xí nghiệp Đầu máy Vinh quản lý và vận hành 10 đầu máy D13E nhập khẩu từ Ấn Độ từ năm 2002. Theo quy định về quản lý thiết bị đường sắt, đầu máy D13E vẫn còn thời gian sử dụng đến năm 2043. Tuy nhiên, động cơ gốc của loại đầu máy này được đánh giá có hiệu quả vận hành thấp, tiêu hao nhiên liệu và dầu bôi trơn cao, khiến việc duy trì và khai thác gặp nhiều khó khăn. Đặc biệt, động cơ này không thích hợp để kéo tàu khách và chỉ giới hạn cho vận tải hàng hóa giữa các tuyến như Giáp Bát và Đồng Hới.

Đầu máy D13E-725 cải tạo đầu tiên đang thi công lắp đặt động cơ diesel và máy phát điện chính - Ảnh: Nhóm nghiên cứu cung cấp

Việc cải tạo và thay thế động cơ bằng loại MTU396 chất lượng cao của Đức giúp tăng cường hiệu suất vận hành. Đây là một giải pháp được nhóm tác giả đánh giá có tính khả thi cao, vừa tận dụng được các động cơ dư thừa từ đầu máy D11H đã ngừng sử dụng, vừa giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì. Mục tiêu của dự án là nâng cấp động cơ để đầu máy có thể vận hành cả tàu khách lẫn tàu hàng, đồng thời cải thiện hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cho ngành đường sắt Việt Nam.

Quá trình cải tiến đầu máy D13E trải qua nhiều giai đoạn từ thiết kế, tính toán đến lắp đặt các thiết bị hỗ trợ mới. Đầu tiên, đội ngũ kỹ thuật đã thiết kế lại động cơ và máy phát điện để phù hợp với động cơ MTU396, trong đó máy phát điện được cải tiến từ một gối bi sang hai gối bi, giúp nâng cao độ bền và độ ổn định khi động cơ hoạt động ở vòng quay cao.

Sau đó, dự án thực hiện tính toán trọng lượng đầu máy và phân bổ lại tải trọng trên bánh xe nhằm đảm bảo độ ổn định và sức kéo tối ưu, đồng thời điều chỉnh các bánh răng và gối bi của máy phát điện để nâng cao khả năng chịu tải, giảm nguy cơ hỏng hóc.

Bên cạnh đó, một số hệ thống phụ trợ cũng được nâng cấp, bao gồm lắp thêm hệ thống gió hỗ trợ cho lò xo không khí trên toa xe để đảm bảo toàn bộ thiết bị trên đoàn tàu hoạt động hiệu quả, kể cả khi kéo tàu khách.

Cuối cùng, một quy trình kiểm tra và nghiệm thu nghiêm ngặt đã được xây dựng để đánh giá chất lượng từng bộ phận sau khi cải tạo và tiến hành kiểm tra thực tế trong điều kiện vận hành nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Tự chủ sản xuất, mở ra hướng đi mới cho công nghiệp đường sắt

Dự án này đã đóng góp nhiều ý tưởng mới mẻ và giải pháp kỹ thuật đáng chú ý. Đầu tiên, việc nghiên cứu cải tạo máy phát điện từ loại một gối bi sang hai gối bi đã tạo nên sự khác biệt lớn, giúp máy phát điện hoạt động bền bỉ và ổn định khi động cơ đạt vòng quay 1.500 vòng/phút, thay vì 1.100 vòng/phút như trước đây. Đây là sáng tạo nổi bật giúp kéo dài tuổi thọ của máy phát điện và tăng hiệu quả sử dụng.

Đầu máy D13E-725 đã cải tạo lắp động cơ MTU396 - Ảnh: Nhóm nghiên cứu cung cấp

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã tự thiết kế và sản xuất bộ khớp mềm trong nước để kết nối giữa động cơ diesel và máy phát điện. Đây là một bước tiến quan trọng giúp giảm chi phí nhập khẩu và chủ động trong sản xuất phụ tùng thay thế. Hộp giảm tốc - bộ phận quan trọng trong truyền động - cũng được thiết kế và chế tạo trong nước, giúp đảm bảo rằng đầu máy sau cải tạo có thể hoạt động tối ưu và phù hợp với điều kiện kỹ thuật tại Việt Nam.

Việc cải tạo đầu máy D13E với động cơ MTU396 đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế rõ rệt. Đầu tiên, chi phí nhiên liệu và dầu bôi trơn giảm đáng kể, giúp tiết kiệm nguồn lực và giảm thiểu chi phí vận hành. Bên cạnh đó, chi phí bảo trì, sửa chữa cũng được giảm thiểu nhờ tính bền bỉ và chất lượng cao của động cơ MTU396.

Không chỉ vậy, đầu máy D13E sau khi cải tạo có thể phục vụ cho cả tàu khách lẫn tàu hàng, đáp ứng tốt hơn nhu cầu vận tải đường sắt. Điều này không chỉ góp phần nâng cao năng lực vận tải mà còn giảm thiểu áp lực cho hệ thống đường sắt, đặc biệt là trên các tuyến đường chính.

Theo nhóm nghiên cứu, dự án có hiệu quả kinh tế cao khi giá trị làm lợi trong 1 năm vận dụng của 10 đầu máy cải tạo là hơn 12,8 tỷ đồng và thời gian thu hồi vốn của 1 đầu máy cải tạo là khoảng 18 tháng. Giá trị làm lợi của 10 đầu máy cải tạo tính đến năm 2043 đầu máy hết thời hạn sử dụng (theo Nghị định 65/NĐ-CP) là hơn 245 tỷ đồng.

Dự án đã nhận giải Nhất- Giải thưởng sáng tạo Đường sắt Việt Nam năm 2021-2022, giải Ba tại lễ tổng kết và Trao Giải thưởng sáng tạo Khoa học Công nghệ Việt Nam, Giải thưởng Wipo năm 2023, khẳng định giá trị thực tiễn và tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành đường sắt. Với thành công này, Chi nhánh Xí nghiệp Đầu máy Vinh đang xem xét triển khai các cải tiến tương tự cho những đầu máy D13E còn lại, nhằm tối ưu hóa hệ thống vận hành và tăng cường khả năng cạnh tranh cho ngành đường sắt quốc gia.

Dự án này còn mở ra triển vọng phát triển cho ngành công nghiệp đường sắt Việt Nam, không chỉ ở khía cạnh kỹ thuật mà còn trong chiến lược nội địa hóa sản xuất phụ tùng và thiết bị. Các thành công trong nghiên cứu và cải tạo động cơ đã chứng minh rằng, với sự đầu tư và sáng tạo, ngành đường sắt hoàn toàn có thể tự chủ trong việc nâng cấp và cải tiến các thiết bị vận hành, thay vì phụ thuộc vào nhập khẩu.