Дослідження впливу механічних втрат на економічність дизеля тепловоза

Abstract

Бакалаврська робота присвячена дослідженню впливу механічних втрат на економічність тепловозних дизельних двигунів. Актуальність теми зумовлена зростаючими вимогами до паливної ефективності та екологічності залізничного транспорту, де дизельні двигуни є основними силовими установками. Мінімізація втрат енергії в рухомих частинах дизеля має вирішальне значення для оптимізації його експлуатаційних показників та зниження операційних витрат. У роботі проведено аналіз сутності механічних втрат у дизельних двигунах, їхніх видів (втрати на тертя у кривошипно-шатунному та газорозподільному механізмах, привід допоміжних механізмів, насосні втрати) та природи. Визначено прямий вплив механічних втрат на механічний та ефективний коефіцієнти корисної дії (ККД), питому ефективну витрату палива, а також загальну ефективність тепловоза. Об’єктом дослідження виступає робочий процес дизельного двигуна тепловоза. Предметом дослідження є вплив механічних втрат на економічні та енергетичні показники дизеля тепловоза 14Д40. Виконано детальний розрахунок робочого процесу дизеля 14Д40 для трьох величин механічного ККД: 0,77 (базовий), 0,75 (середній), 0,73 (знижений). За результатами розрахунків встановлено: При однаковій індикаторній потужності (Nі=2324 кВт), зниження ?m призводить до прямого зменшення ефективної потужності. Зменшення ?m суттєво погіршує економічність дизеля, що проявляється у зростанні питомої ефективної витрати палива. Це призводить до збільшення споживання палива на одиницю корисної роботи. Аналіз індикаторних діаграм (Р-V, Р-?), діаграм сил та крутного моменту показав, що зміна механічного ККД не впливає на термодинамічні процеси згоряння палива та динаміку сил всередині циліндра. Всі графіки індикаторних показників залишаються візуально ідентичними. Запропоновано основні заходи із забезпечення охорони праці та безпеки життєдіяльності при експлуатації та обслуговуванні дизелів тепловозів, з урахуванням специфічних небезпечних та шкідливих виробничих факторів. Наведено посилання на відповідну нормативно-правову базу. Також розглянуто заходи з охорони навколишнього середовища, зокрема щодо контролю викидів шкідливих речовин та раціонального використання ресурсів. Результати роботи підтверджують критичну важливість мінімізації механічних втрат для підвищення енергетичної та економічної ефективності дизелів тепловозів. Отримані дані можуть бути використані для розробки рекомендацій з оптимізації експлуатації та обслуговування, спрямованих на зменшення питомої витрати палива та підвищення екологічності залізничного транспорту.his bachelor’s thesis is dedicated to investigating the impact of mechanical losses on the efficiency of locomotive diesel engines. The relevance of the topic is driven by increasing demands for fuel efficiency and environmental friendliness in railway transport, where diesel engines serve as primary power units. Minimizing energy losses in the moving parts of a diesel engine is crucial for optimizing its operational performance and reducing operating costs. The study analyzes the essence of mechanical losses in diesel engines, their types (friction losses in the crank-connecting rod mechanism and valve train, auxiliary drive losses, pumping losses), and their nature. The direct influence of mechanical losses on the mechanical and effective efficiencies (КПД - Coefficient of Performance), specific effective fuel consumption, and the overall efficiency of the locomotive has been determined. The object of the study is the working process of a locomotive diesel engine. The subject of the study is the influence of mechanical losses on the economic and energy performance indicators of the 14D40 locomotive diesel engine. A detailed calculation of the 14D40 diesel engine’s working process was performed for three mechanical efficiency (?m) values: 0,77 (base), 0,75 (medium), and 0,73 (reduced). The calculation results established that: At a constant indicated power (Nі=2324 kW), a decrease in ?m leads to a direct reduction in effective power. A decrease in ?m significantly worsens the engine’s fuel efficiency, manifested by an increase in specific effective fuel consumption. This results in increased fuel consumption per unit of useful work. Analysis of indicator diagrams (P-V, P-?), force diagrams, and torque diagrams showed that changes in mechanical efficiency do not affect the thermodynamic combustion processes or the dynamics of forces within the cylinder. All graphical representations of indicator parameters remain visually identical. Key measures for ensuring occupational safety and health during the operation and maintenance of locomotive diesel engines have been proposed, considering specific hazardous and harmful production factors.