147311 (Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания), страница 8

где k_ж – полный коэффициент теплопередачи от масла к охладительному телу. В результате экспериментальных исследований найдено, что для радиаторов тракторов k_ж находится в пределах 25...70 Вт/м² ºС

Толщина стенки радиаторных трубок:

Скорость масла в них – 0,1...0,5 м/с.

7.4. Расчет шатунного подшипника скольжения

Диаметр шатунной шейки: d_шш = 68 мм;

Длина подшипника: l_ш = 38 мм;

Диаметральные зазоры: ∆_min = 0,057 мм;

∆_max = 0,131 мм;

Радиальные зазоры: δ_min = 0,0285 мм;

δ_max = 0,0655 мм.

Рис. 20. Положение вала в подшипнике.

Относительные зазоры:

Минимальная толщина масляного слоя:

где k_шш = R_шср/l_шd_м = 11745/68·38 = 4,55 МПа.

μ – вязкость масла М – 10Г₂ при 110 ºС

μ = 0,00657 Нс/м²

Величина критического слоя масла:

Коэффициент запаса надежности подшипников:

Во втором случае подшипник обладает недостаточным запасом надежности и возможен переход на сухое трение.

8. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Система охлаждения представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих принудительный отвод теплоты от нагретых деталей двигателя и передающих ее окружающей среде с целью поддержания оптимального теплового состояния двигателя.

К системе охлаждения предъявляют следующие требования:

• предупреждение перегрева или переохлаждения двигателя на всех режимах его работы в различных рельефных и климатических условиях работы мобильных машин;

• сравнительно небольшие затраты мощности на охлаждение;

• компактность и малая масса;

• эксплуатационная надежность;

• малая материалоемкость и себестоимость.

Ориентируясь на прототип Д – 244 принимаем: охлаждение дизеля жидкостное с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости от центробежного насоса, объединенного в один агрегат с вентилятором. Валик насоса и вентилятор приводятся во вращение от шкива коленчатого вала дизеля с помощью клинкового ремня. Для регулирования температуры в системе охлаждения установлен термостат ТС – 109 с твердым наполнителем.

8.1. Расчет радиатора

Определяем количество теплоты Q_ж (кДж/с), отводимой через систему охлаждения двигателя при его работе на режиме номинальной мощности:

, (6.1 [1])

где q_ж = Q_ж/Q₀ – относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость, обычно q_ж для дизелей лежит в пределах 0,16...0,36 от теплоты сгорания топлива, принимаем q_ж = 0,26:

Расчетное количество теплоты (с учетом изменения коэффициента теплоотдачи из-за засорения наружной поверхности решетки радиатора и отложения накипи внутри).

Количество теплоты, отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью (Q_жр), принимается равным количеству теплоты, передаваемой охлаждающему воздуху (Q_возд):

Расход воздуха (м³/с), проходящего через радиатор:

(6.2. [1])

где С_возд – средняя удельная теплоемкость воздуха, С_возд = 1,005 кДж/кг ºС

Р – плотность воздуха при температуре 40 ºС (Р_возд = 1,13 кг/м³);

_∆t_возд – температурный перепад в решетке радиатора (25 ºС):

Циркуляционный расход (л/с) охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор:

, (6.3 [1])

где С_ж – удельная теплоемкость охлаждающей жидкости (для воды 4,187 кДж/кг ºС)

ρ_ж – плотность жидкости (для воды при t_ж = 20 ºС ρ_ж = 1 т/м³

_∆t_ж – температурный перепад охлаждающей жидкости в радиаторе (_∆t_ж= t_жвх – t_жвых = 6...12 ºС).

Оптимальное значение температуры t_жвх, характеризующей температурный режим жидкостного охлаждения, принимается в интервале 80...95 ºС. Принимаем t_жвх = 92 ºС, _∆t_ж = 10 ºС

.

Средняя температура жидкости в радиаторе:

, (6.4 [1])

Средняя температура воздуха, проходящего через радиатор:

, (6.5 [1])

Температура воздуха на входе в радиатор принимается t_{возд.вх} = 40 ºС

Необходимая площадь (м²) поверхности охлаждения радиатора:

, (6.6 [1])

где k_ж – коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к охлаждающему телу (Вт/м² ºС), в результате экспериментальных исследований установлено, что для радиаторов тракторов k_ж находится в пределах 80...100 Вт/м² ºС.

Принимаем k_ж = 90 Вт/м² ºС

Площадь фронтовой поверхности радиатора (м²):

, (6.8 [1])

где υ_возд – скорость воздуха перед фронтом радиатора (6...18 м/с) без учета скорости движения машины, принимаем υ_возд = 13 м/с.

Глубина сердцевины радиатора (мм):

, (6.6 [1])

где φ_р – коэффициент объемной компактности: для современных радиаторов (0,6...1,8 мм^-1). Принимаем φ_р = 1,2 мм^-1

8.2. Расчет вентилятора

В системах охлаждения вентиляторы устанавливаются для создания искусственного потока воздуха, проходящего через радиатор, что позволяет уменьшить площадь охлаждающей поверхности, вместимость и массу охлаждающей системы в целом.

Вентилятор выбираем со штампованными из листовой стали лопастями, приклепанными к стальной ступице, четырехлопастной. Для уменьшения вибраций и шума лопасти располагаем Х-образно – попарно под углом 70 º и 110 º. Вентилятор установлен на валу насоса охлаждающей жидкости.

Окружная скорость лопасти вентилятора (м/с) на ее наружном диаметре:

, (6.10 [1])

где ψ – коэффициент, зависящий от формы лопастей, ψ = 2,2...2,9 – для криволинейных лопастей;

Р_в – давление воздуха, создаваемое вентилятором (Р_в = 600...1000 Па)

ρ_в = 1,04 кг/м³

Диаметр вентилятора (м):

, (6.11 [1])

где υ'_возд – расчетная скорость воздуха в рабочем колесе (13...40 м/с), принимаем υ'_возд = 20 м/с.

Значение D_в округляем до ближайшего по ГОСТ 10616-73 и принимаем D_в = 0,400 м.

Частота вращения вентилятора (мин^-1):

, (6.12 [1])

Мощность (кВт), потребная для привода вентилятора:

, (6.13 [1])

где η_в – КПД вентилятора, для клепаных вентиляторов η_в = 0,3...0,4. Принимаем 0,35.

8.3. Расчет насоса охлаждающей жидкости

Расчетная подача водяного насоса (л/с):

, (6.14 [1])

где η_н – коэффициент подачи, учитывающий возможность утечки жидкости из напорной полости во всасывающие, (0,8...0,9). Принимаем 0,85.

Радиус r₁ (м) входного отверстия крыльчатки насоса:

, (6.15 [1])

где r₀ – радиус ступицы крыльчатки (12...30 мм). принимаем 20 мм;

С₁ – скорость жидкости на входе в насос (1...2,5 м/с). принимаем 1,75 м/с.

Окружная скорость схода жидкости (м/с):

, (6.16 [1])

Где α₂ и β₂ – угол между направлениями С₂ и U₂, W₂ и U₂ (рис 20).

Р_ж – давление жидкости, создаваемое насосом, Па: (5...10)·10⁴,

η_г – гидравлический КПД насоса (0,6...0,7).

Для обеспечения η_г = 0,6...0,7 принимаем α₂ = 8...12 º, β₂ = 32...50 º.

Принимаем: α₂ = 9 º, β₂ = 42 º, η_г = 0,67, Р_ж = 8,5·10⁴ Па.

Радиус крыльчатки на выходе:

Окружная скорость потока жидкости на входе (м/с):

, (6.18 [1])

Угол определяется исходя из того, что угол α₁ между векторами скоростей С₁ и U₁ = 90 º.

, (6.19 [1])

На основании полученных данных производится профилирование лопасти. Как правило, лопасти профилируются по дуге окружности. Для этого проводя внешнюю окружность крыльчатки радиусом r₂, а внутреннюю – радиусом r₁, в произвольной точке В на внешней окружности строим угол β₂. От радиуса ОВ строится угол β₁ + β₂. Через точки В и К проводится линия ВК, которая продолжается до пересечения с окружностью входа (точка А). Из середины отрезка АВ (точка L) проводится перпендикуляр к линии ВЕ (точка Е), а из точки Е – дуга, являющаяся искомым очертанием лопасти.

Радиальная скорость схода охлаждающей жидкости (м/с):

, (6.20 [1])

Ширина лопастей на входе b₁ и на выходе b₂ определяется:

, (6.21 [1]);

, (6.22 [1]);

где z – число лопастей на крыльчатке,

δ – толщина лопастей, мм

В существующих конструкциях: z = 4...8; δ = 3...5 мм.

Принимаем: z = 6, δ = 3 мм

Мощность (кВт), потребляемая водяным насосом:

, (6.23 [1])

где η_м – механический КПД насоса (0,7...0,9)

Вместимость систем жидкостного охлаждения тракторных дизелей:

9. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

Для пуска двигателя необходимо, чтобы частота вращения его вала обеспечивала условия возникновения и нормальное протекание начальных рабочих циклов в двигателе. Пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя зависит от вида двигателя и условий пуска. Момент сопротивления проворачиванию вала двигателя при его пуске зависит от температуры окружающей среды, степени сжатия, частоты вращения, вязкости масла, числа и расположения цилиндров. Мощность пускового устройства определяется моментом сопротивления проворачиванию и пусковой частотой вращения.

Пусковое устройство дизелей состоит из электрического стартера СТ – 212А мощностью 4,8 л.с. Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения. Включение стартера дистанционное, с помощью электромагнитного реле и включателя стартера.

9.1. Расчет пускового устройства