2. Расчет основных геометрических размеров дизеля

Выбор основных базовых размеров дизеля является сложной и ответственной задачей. Дело в том, что эффективная мощность дизеля N_е зависит от совокупности параметров: тактности, среднего эффективного давления, частоты вращения коленчатого вала дизеля, числа цилиндров и их рабочего объема, определяемого диаметром цилиндра и ходом поршня.

В результате расчётов нужно определить оптимальные размеры, которые не противоречат тенденциям мирового инновационного дизелестроения.

Расчёты рекомендуется выполнять по следующей методике.

2.1.Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давле­ния Ре, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндра Vs и числа цилиндров Z.

Следовательно, мощность двигателя определяется соотношением:

где Р_е - среднее эффективное давление, МПа;

 - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

Z - число цилиндров;

Vs - рабочий объем цилиндров, м³;

 - коэффициент тактности.

2.2.Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:

, м³

где D – диаметр поршня, м;

S – ход поршня, м.

2.3. Скорость поршня и его угловая скорость взаимосвязаны соотношением:

, м/с

Угловая скорость () определяется, как

, рад/с

2.4. Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х и четырем – для 4-тактных ЛЭУ.

2.5. Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.

В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рис.1.

Р_{е, ,МПа}

N_{е, МВт}

2.6.Средняя скорость поршня C_m является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:

- для 4-тактных дизелей C_m=7,4 - 10,5 м/с;

- для 2-тактных дизелей C_m=7,2 -  8,3 м/с.

Двигатели с высокими значениями C_m характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне.

Поэтому, по возможности, выбирают меньшую скорость поршня.

2.7. Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-тактных и 10 -16 для 2-тактных.

У 4-тактных двигателей, исходя из условий уравновешива­ния и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно используют рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к их V - образному расположению.

2.8. Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей из­меняются в пределах:

- D = 0,170 - 0,300, м для 4-тактных дизелей с нераз­делённой камерой сгорания;

- D = 0,150 - 0,250, м для 2-тактных дизелей.

При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая теплонапряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие больших нагрузок.

Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен удовлетворять нормальному ряду диаметров:

0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340, м.

Отношение хода поршня S к диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:

• S/D = 1,0 - 1,3 для 4-тактных дизелей;

• S/D = 1,2 - 1,7 для 2-тактных дизелей с клапанно-щелевой продувкой;

• S/D = 1,2 - 1,4 для 2-тактных дизелей с противопо­ложно движущимися поршнями (прямоточной продувкой).

В двигателях средней быстроходности рекомендуется увели­ченные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр

цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота ка­меры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.

Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двига­теля. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протека­ния процессов смесеобразования.

2.9. Определение основных размеров и числа цилиндров ЛЭУ рекомендуется производить в следующем поряд­ке:

- В соответствии с рекомендациями, изложенными ранее, вы­бирают ориентировочную величину среднего эффективного давле­ния Р_е.

- Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости порш­ня C_mi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с ин­тервалом 0,5 м/с.

Для нескольких значений отношения (S/D)_j определяют ди­аметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:

, м (4)

Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (3) определяют число цилиндров проектируемого двига­теля. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.

По табл.1 выбирают число цилиндров, соответствующее ре­комендациям п.1.1. Диаметр цилиндра, соответствующий выбран­ному числу цилиндров, округляют до ближайшего значения из ря­да нормальных диаметров и уточняют среднюю скорость поршня по соотношению (2).

Таблица 1.

Диаметры и числа цилиндров ЛЭУ.

Значения (Сmi)	Значения (S/D)j
	(S/D)1	(S/D)2	(S/D)3	(S/D)4
Cm1	D11
	Z11
Cm2
Cm3				D34
				Z34

Отношение S/D не должно выходить за рекомендуемые пределы.

1.6. По полученным геометрическим параметрам проектиру­емого дизеля D, S, Z определяют его га­баритные размеры.