Основы научных исследований: Учебное пособие, страница 43

быть форсирован до 7200 л. с., хотя с такой форсировкой он в эксплуатации еще не испытывался. Двигатель Д56 Коломен­ского завода в 16 цилиндрах рассчитывается на 8000 л, с., однако он может иметь вес больше максимально возможного для установки на тепловозе.

Таким образом, принципиальные возможности достиже­ния секционной мощности до 8000 л. с. имеются уже сейчас. Однако надо искать наивыгоднейшие пути реализации этих возможностей по целому ряду других параметров (кроме аб­солютной величины мощности). Это, в первую очередь, весо­вые (массовые) показатели дизеля и его долговечность (мото­ресурс). Очевидно, что увеличение форсировки двигателя (по частоте вращения и среднему эффективному давлению) улуч­шает удельные весовые показатели (вес уменьшается).

На рис. 8.3 показано влияние мощности Ne и быстроходности тепловозного дизе­ля на величину его массы М. Координаты точек на графике приняты по дан­ным табл. 8.6. Видно, что весовые показатели дизе­лей средней быстроходно­сти (точки —зона ограни­чена штриховыми линия­ми) примерно в 1,5 раза (если считать по средним штрих пунктирным лини­ям) превышают показа­тели быстроходных дизе­лей (кружки, зона огра­ничена сплошными лини­ями). То есть быстроход­ный дизель одной и той же мощности весит при­мерно в 1,5 раза меньше двигателя средней быст­роходности. Именно поэ­тому в западноевропей­ских странах, например в ФРГ и во Франции, где допускаемые нагрузки от оси на рельсы не превышают 180—190 кН, в тепловозостроении преобладают легкие быстроходные дизели.

С другой стороны, так же очевидно, что увеличение форси­ровки, приводящее к улучшению весовых показателей двигателя, при одном и том же конструктивно-технологическом ис­полнении неиз-бежно ускоряет его износ и сокращает срок службы. Поэтому в отечественном тепловозостроении на ма­гистральных тепловозах, которые рассчитываются на длитель­ный срок службы (до 25 — 26 лет), быстроходные дизели не применяются. В связи с этим конкретизируем задачу и далее будем рассматривать только четырехтактные дизели средней быстроходности.

Влияние основных размеров тепловозного дизеля и его фор­сировки на весовые показатели. Эффективная мощность дизеля определяется его размерами (диаметр цилиндра D, ход поршня S  и число цилиндров Z и показателями форсиров­ки (среднее эффективное давление p_e частота вращения ва­ла :

N_e = Ap_e D²Szn,                                                                (3.1)

где А — коэффициент, зависящий от выбора единиц измере­ния входящих в формулу величин и числа тактов i рабочего процесса.

Цилиндровая мощность  N_eц,  то есть эффективная мощность одного цилиндра двигателя

N_eц = N_e/z=ApeD²Sn.                                                        (3.2)

В табл. 8.7 подсчитаны необходимые значения цилиндро­вой мощности тепловозных дизелей. Если исходить из того. что по соображениям конструктивной и ремонтной сложность число цилиндров тепловозного двигателя не должно, видимо, превышать 16, то максимально необходимая цилиндровая мощность составит 375 л. с. для Nе = 6000 л. с. и 333 л. с. — для Nе= 4000 л. с. при z = 12.

Определим размеры цилиндра двигателя, при которых можно обеспечить получение таких значений мощности. Из формулы (3.2) видно, что если при заданной Nе, выбрать значение параметров форсировки (р_е и n), то можно подсчитать необходимые размеры (объем) цилиндра. Если выбрано отношение S/D, то этим определяется и величина диаметра цилиндра.

Обычно считают [5] показателем напряженности  (форсировки) двигателя, так называемую,   «поршневую» мощность

Из формулы (3.2) видно, что

                                                            (3.3)

Если принять во внимание, что величина  S_n/30 равна, так называемой, средней скорости поршня с_m то

.                                                              (3.4)

Таким образом, с одинаковым    основанием    показателем форсировки двигателя можно считать или величину поршне вой мощности или величину произведения р_е с_m ,  так как эти величины прямо пропорциональны и отличаются лишь на величину постоянного множителя.

Таблица 87

Необходимая цилиндровая мощность тепловозных дизелей ври различном числе цилиндров

Число цилиндров	Neц. , л. с. при Ne , л. с.			Число цилиндров	Neц , л. с. при Ne , л. с.
	4000	5000	6000		4000	5000	6000
6	667	833	1000	16	250	312,5	375
8	500	625	750	18	222	277	333
12	333	417	500	20	200	250	300

Уровень форсировки, принятый для дизеля 2А—5Д49 при N_eц = 250 л. с., характеризуется следующими примерными значениями показателей: N_п = 48 л. с./дм² и p_ec_m»140 кгс×м/(см²×с). Для нового дизеля Д56 приняты ( при N_eц = 500 л. с.) соответственно значения 62 и 186,7. Иными словами, уровень форсировки двигателя Д56 принят примерно на 25 — 30% выше, чем у дизеля тепловоза 21Э121.

Построим для этих двух уровней форсировки зависимости N_eц =f(D) (рис. 8.4). На рисунке видно, что при уровне фор­сировки дизеля тепловоза 2ТЭ121 необходимая мощность N_eц = 375 л. с. может быть получена именно на дизеле Д56, то есть при D= 32 см. Однако при уровне форсировки послед­него получить необходимую цилиндровую мощность можно уже при D » 28 см. Сред­няя форсировка приводит примерно к D = 30 см.

Таким образом, для обеспечения возможности создания тепловозов мощ­ностью 6000 и 4000 л. с. с четырехтактными дизеля­ми, имеющими соответст­венно 16 и 12 цилиндров, необходим дизель с про­межуточным значением диаметра цилиндра (ме­жду 26 и 32 см). Масса такого двигателя также будет иметь среднее зна­чение между массами 5Д49 и Д56, то есть при­мерно 25 000—28 000 кг.

Влияние основных размеров и форсировки тепловозного дизеля на его долговечность. Взаимосвязь между геометри­ческими размерами, па­раметрами форсировки и долговечностью двигателя устанавливается эмпирически. Для приближенной оценки величины моторесурса К тепловозных дизелей А. А. Куриц рекомендует [1] следующую формулу

                                                              (3.5)

где k — коэффициент, зависящий от типа дизеля.