Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт систем и механизмов автотракторной техники поршневой двигатель. В 2 частях. Ч.1. Лабораторный практикум
.pdf
Цель
Лабораторная работа 6
РАСЧЁТ ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
работы:
закрепить знания по особенностям устройства, принципу
работы и методике расчёта жидкостной системы охлаждения автотракторных
двигателей
Оборудование:
системы охлаждения автотракторной техники
.
плакаты, схемы, отдельные детали и узлы жидкостной
.
1.
Изучить
Порядок выполнения работы
детали и узлы систем охлаждения автотракторных двигате
лей, место их расположения в двигателе внутреннего сгорания, приёмы прове
дения эксплуатационных регулировок
2.
Составить
отчёт о проделанной работе
.
.
Краткие теоретические сведения
В современных автотракторных двигателях в основном применяется при
нудительное жидкостное охлаждение, при котором тепло от стенок цилиндров
-
-
-
передаётся жидкости (вода, тосол, антифриз
его с окружающей средой (воздухом
).
Отводимое тепло состоит из части выде
),
которая в свою очередь сообщает
ляющегося в цилиндрах двигателя тепла, не превращающейся в индикаторную
работу и не уносимой с выхлопными газами, и из тепла, эквивалентного работе
трения, возникающего при движении деталей двигателя. Количество отводимо
го за
1 ч
тепла от стенок цилиндра и стенок камеры сгорания может быть опре
делено исходя из уравнений теплового баланса двигателя. Бóльшая часть тепла
отводится в окружающую среду системой охлаждения, меньшая часть
–
систе
мой смазки и непосредственно окружающей среде от наружных поверхностей
двигателя
.
Принудительный отвод тепла необходим потому, что при высоких темпе
ратурах газов в цилиндрах двигателя (во время вспышки
няя температура газов за рабочий цикл при полной нагрузке
1800…2400 °С,
600…1000 °С) ес-
сред
тественная отдача тепла в окружающую среду оказывается недостаточной. На
-
-
-
-
-
-
-
рушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся по
-
61
верхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приво
-
дит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (на
пример, выпускных клапанов
).
При сильном перегреве двигателя нормальные
зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному
износу, заеданию и даже поломке. Перегрев двигателя вреден и потому, что вы
зывает уменьшение коэффициента его наполнения, а в карбюраторных двигате
лях, кроме того
, –
детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей сме
си. Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечёт
за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров (в карбюраторных
двигателях
),
ухудшение смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси
уменьшение скорости её сгорания и, как следствие, уменьшение мощности и
экономичности двигателя. Температура охлаждающей воды работающего дви
гателя должна находиться в пределах
80…95 °С.
Разность температур нагретой
и охлажденной воды для системы с принудительной циркуляцией воды не пре
вышает
10 °С.
-
-
-
-
,
-
-
Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется при помощи цен
тробежного насоса. Если система охлаждения с принудительной циркуляцией
воды постоянно сообщается с атмосферой через пароотводную трубку, её назы
вают
открытой
ным клапаном
, а
если она отделена от атмосферы специальным паровоздуш
,
её
называют
закрытой
.
В
закрытой системе охлаждения испа
рение охлаждающей жидкости (воды) меньше, поэтому её применяют в боль
шинстве двигателей
.
В жидкостной системе охлаждения происходят два явления: перенос теп
ла от двигателя к радиатору и рассеивание тепла радиатором. В соответствии с
этим систему охлаждения можно разделить на
сеивающую
Все
части
элементы теплорассеивающей части
.
теплопереносную и теплорас-
системы (вентилятор, радиа
тор, воздухопритоки и воздухоотводы, а также органы регулирования охлажде
ния) устанавливают в канале, по которому проходит охлаждающий воздух
-
-
-
-
-
-
-
.
Этот канал принято называть
ют
замкнутыми
ды
),
разомкнутыми
ми
. По
воздуха
62
схеме организации потока различают
(до
(
воздушный поток на всем протяжении заключён в воздухово
(
ограждение потока отсутствует) и
вентилятора и после него воздух течёт единым потоком
воздушным трактом
последовательную циркуляцию
.
Воздушные тракты быва
частично замкнуты-
),
парал-
-
-
лельную
E
т
W
=
(до
вентилятора и после него
–
несколько потоков) и
параллельно-
последовательную
куляции воздуха
Элементы
.
Для автомобилей и тракторов типична первая схема цир
.
теплопереносной части
(
водяной насос, трубопроводы, ру
башка цилиндров, радиатор, дренажно-компенсационный контур, а иногда и
устройства для изменения циркуляционного расхода жидкости через радиатор
образуют гидравлический тракт
Обе части системы связаны между собой радиатором
.
.
Для предохранения закрытой системы охлаждения от разрушения вслед
ствие изменения внутреннего давления в ней устанавливают дренажный клапан
(
обычно в заливной горловине
рового и воздушного клапанов и их называют
).
Дренажные клапаны чаще всего состоят из па
паровоздушными.
Паровой кла
пан предохраняет систему от разрушения при повышении температуры жидко
сти; в автотракторных двигателях его регулируют на давление открытия
0,2…0,3 кг/
2
см
.
Воздушный клапан предохраняет систему от разрушения при
-
-
)
-
-
-
-
падении давления в системе (например, при остывании жидкости) и его регули
руют на разрежение открытия
0,01…0,04 кг/
см
2
.
Содержание отчёта
На формате бумаги вычерчивается принципиальная схема принудитель
ной системы охлаждения автотракторного двигателя (модель двигателя выдаёт
ся преподавателем
), на
которой должны быть показаны общие её элементы
центробежный насос, водяная рубашка цилиндров, радиатор, вентилятор, тер
мостат, трубопроводы, расширительный бачок, контрольно-измерительные
приборы (термометр
).
Для расчёта системы охлаждения автотракторного двигателя исходной
величиной является количество отводимого от него в единицу времени тепла
(
Q
),
которое может быть определено ориентировочно на основании экспери
т
ментальных данных или из уравнения теплового баланса
, (6.1)
NqQ
где
q
–
количество отводимого от двигателя в единицу времени тепла
W
, [
ккал/ч
]:
(
для
-
-
:
-
-
карбюраторных двигателей можно принимать
зельных
(
табл
–
. 6.1).
q
= 700…720
W
ккал/л.с.·ч
;
N
–
эффективная мощность двигателя, л.с
E
q
= 800…860
W
ккал/л.с.·ч; для ди
.
63
6.1. Исходные данные
W
′
W
′
′
W
′
W
′
′
Модель
двигателя
ЗМЗ-4025.10 90 15 6
ЗМЗ-53.11 120 17 6
ЗИЛ-508.10 150 17 6
КамАЗ-740.10 210 25 5
Д-245 105 25 6
Д-260 120 25 6
СМД-62 165 28 6
ЯМЗ-238НБ 215 30 6
Эффективная мощность
двигателя, л.с
Диаметр валика
насоса, мм
Число лопастей
вентилятора, шт.
Определив тем или иным способом величину
(
Q
),
находят количество
т
жидкости, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени, кг/ч
Q
Q
где
сW –
≈ 1
ккал/кГ°С; этиленгликолевых незамерзающих смесей
≈ 0,5
теплоёмкость циркулирующей жидкости (для воды принимают
ккал/кГ°С
;
t
,
t
–
температуры входящей в радиатор и выходящей из
жид
=
т
′
( )
−
него жидкости. Для автотракторных двигателей
Величину рассеивающей поверхности охлаждения радиатора
делим по выражению, м
2
Q
F
рад
=
т
( )
W
, (6.2)
′′
ttс
WWW
–
принимают
(
t
–
t
) = 5…10 °С.
(
F
, (6.3)
tt
−κ
врад
рад
)
:
Q
Q
опре
≈
т
≈
т
-
где
t
–
средняя температура охлаждающей жидкости в радиаторе (для авто
W
тракторных двигателей
через радиатор воздуха, для автотракторных двигателей
t
= 80…92 °C);
W
t
–
средняя температура проходящего
в
,
t
= 50…55 °С; κ
в
коэффициент теплопередачи через стенки радиатора, ккал/м2·ч·°С
64
.
рад
-
–
Величина коэффициента теплопередачи зависит от многих причин: мате
321
λ
в
3
-
риала охлаждающей решетки, формы и состояния её внутренней и наружной
поверхностей, характера движения воздушного потока и др. Теплопередача ра
диатора значительно ухудшается при образовании в нём накипи, ржавчины или
при покрытии грязью. Величина
по формуле, ккал/м2·ч·°С
(κ
)
ориентировочно может быть определена
рад
1
=κ
рад
+
α
где
α1 –
(
для расчётов можно принять
коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенкам радиатора (трубок
+
α
α1 = 2000…3500
прохождения тепла через стенку радиатора, ккал/м2·ч·°С
т
, (6.5)
=α
2
δ
т
, (6.4)
111
α
ккал/м2·ч·°С
; α2 –
коэффициент
,
-
)
здесь
(
сплавов
толщина стенки трубки радиатора
= 0,00015…0,0002 м); α3 –
бок) к воздуху, ккал/м2·ч·°С
λт –
коэффициент теплопроводности металла стенок (трубок) радиатора
для листовой латуни коэффициент
– λт = 90…170 и
нержавеющей стали
коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора (тру
.
Величина коэффициента
(α3)
λт = 72…108
– λт = 8…16
(
для автотракторных двигателей
ккал/м·ч·°С; алюминиевых
ккал/м·ч·°С
); δт –
δт =
зависит от скорости воздуха и характера
движения проходящего через радиатор воздуха. Результаты экспериментальных
исследований показывают, что при определении величины поверхности охлаж
дения радиатора можно считать
чатых радиаторов по выражению
κ
рад
≈ α3,
вычисляя коэффициент
0,8
8,9 S≈α
, (6.6)
(α3)
для труб
-
-
-
где
S
–
скорость проходящего через радиатор воздуха (для расчётов принимаем
в
S
= 5…60 м/с.
в
Расчётная производительность водяного насоса
формуле, кг/ч
(
G
)
определяется по
в.н
65
где
(
)
2
η
пр.жид
Q
жид
=
G
в.н
η
пр.жид
–
коэффициент, учитывающий возможность прорыва жидкости меж
=
( )
Q
т
′′
′
η
−
ttс
пр.жид
WWW
, (6.7)
-
ду крыльчаткой и корпусом насоса
Мощность, необходимую для привода водяного насоса
но найдём по формуле, л.с
.
N
где Н
–
напор, создаваемый водяным насосом, Н
гидравлический КПД водяного насоса
КПД водяного насоса
, η
= 0,7…0,9.
мех
Расчёт водяного насоса
, η
=
в.н
выполняют по общему порядку, установленному
= 0,8…0,9.
пр.жид
Q
жид
360075
, η
гидр
H
, (6.8)
ηη⋅
мехгидр
= 3,5…15,0 мм
= 0,6…0,7; η
мех
(
N
),
приближён
вн
вод. ст
–
механический
.; η
гидр
–
теорией центробежных насосов. В расчёте насоса определяют: радиус входного
отверстия крыльчатки, окружную скорость схода воды, радиусы крыльчатки на
выходе, окружную скорость входа воды, ширину лопастей насоса на входе и
выходе
.
-
Радиус входного отверстия крыльчатки определяется из уравнения для
входного отверстия насоса, м
d
где
r =
соса
(d) и
да жидкости на лопатки
c
= 2…5 м/с); γ
1
вода
γ
0
–
0
радиус ступицы крыльчатки, м (он зависит от диаметра валика на
обычно принимается
= 1000,
жид
Из уравнения
–
жид
тосол
(из
средний удельный вес жидкости (для расчётов принимаем
– γ
жид
(6.9)
определяем, м
r +
=
1
Величину радиуса крыльчатки на выходе
2
:
G
3600 γ
. 6.1);
с
вн
c
, (6.9)
жид1
–
абсолютная скорость вхо
1
r
0
2
11
= d, (
2
rrf
0
табл
=−π=
условия неразрывности струи воды принимают
= 1070,
антифриз
– γ
= 1034…1065 кГ/
жид
м
3
.
3600
G
в.н
с
γπ
жид1
2
. (6.10)
r
0
(
r
)
определяем из формулы для
2
-
-
:
определения окружной скорости схода жидкости
66
:
где
30
π
α2, β2 –
H
g
ctgtg1
u
βα+=
222
η
углы между направлениями скоростей
, (6.11)
гидр
(
u
,
c
2
, ω2) (
2
рис
. 6.1).
Углы
(α2) и (β2)
тяжести
где
ω
принимают равными
(
2
с
.
r
) с
учётом формулы
2
,
g =
9,81 м/
Радиус схода
–
угловая скорость крыльчатки водяного насоса, где
в.н
: α2 = 8…12° и β2 = 10…15°; g –
(6.11)
r
2
2
ω
=
в.н
=
находим из выражения, м
30
uu
2
, (6.12)
n
π
в.н
ускорение силы
в.н
число оборотов крыльчатки водяного насоса в минуту, в среднем
3000 об/
мин
.
Окружные скорости
(и1) и (и2)
связаны между собой зависимостью, м/с
r
1
. (6.13)
uu =
21
r
2
n
в.н
=ω
п
= 1500…
в.н
:
; п
в.н
–
Рис. 6.1. Расчётная схема водяного насоса
67
Угол
(
)
вент
(
)
(α1)
между направлениями абсолютной
(с1) и
окружной
(и1)
скоро
-
стей обычно принимают равным
В этом случае угол
(β1)
Ширина лопастей на входе
90°.
находят по его тангенсу
c
1
. (6.14)
=β
u
1
выходе
(
b
(
tg
b
1
) и
1
из величины абсолютных скоростей воды на входе
G
≈
b
1
≈
b
2
в.н
−πγ
23600 zrс
G
в.н
лоп11жид
sin
−πγ
23600 zrс
лоп22жид
:
)
может быть найдена исходя
2
(
c
) и
1
выходе
(
c
), м:
2
; (6.15)
δ
1
β
1
, (6.16)
δ
2
β
sin
2
где
δ1, δ2 –
толщину лопастей у входа и выхода примем равными
пастей на крыльчатке, шт
Вентилятор должен
толщина лопастей соответственно у входа и выхода, м (для расчётов
3…6 мм);
.,
z
= 4…6.
лоп
обеспечивать подачу воздуха в количестве, необхо
z
лоп
–
число ло
димом для охлаждения жидкости в радиаторе. В тракторных и комбайновых
двигателях влияние дополнительного обдува радиатора встречным потоком
воздуха не учитывают
Фактическую производительность вентилятора
формуле, кГ/ч
где
γ
–
возд
R
–
вент
наружный радиус вентилятора, м
факт
вент
удельная вес воздуха (для расчётов принимаем
.
факт
H
2
вентвозд
2
−πγ= cossin60H
вент
zbnrR
;
r
–
вент
′
вентвентвентвент
внутренний радиус вентилятора, м
γ
возд
определим по
, (6.17)
αα⋅η
= 1,2 кГ/
ккал
-
-
);
(
для расчётов принимаем
R
ротов вентилятора в минуту
b
–
вент
вентилятора, шт
68
ширина лопасти вентилятора, м
. (
табл
. 6.1); α –
= 0,3…0,7;
вент
(
для расчётов примем
r
вент
,
b
= 60…70 мм;
вент
угол наклона лопасти к направлению воздуш
=0,12…0,46 м); п
п
= 500…3000 об/
вент
z
–
вент
–
вент
число обо
мин
число лопастей
-
);
-
ного потока (угол наклона плоской лопасти к плоскости радиатора составляет
вент
η
′
вент
η
′
(
)
40…45°, а
выпуклой
–
около
35°);
–
коэффициент, учитывающий сопро
тивление потоку воздуха при выходе его из-под капота двигателя (для расчётов
примем
деляется по формуле, л.с
= 0,35…0,75).
Расходуемая на привод вентилятора мощность
.
4
вентвент
вент
0000902
N
3
вентвент
вент
(
sin
N
)
приближенно опре
вент
24
α−=rRbnz
. (6.18)
-
-
69
Лабораторная работа 7
РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА
АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Цель
работы:
закрепить знания по особенностям устройства, принципу
работы и методике расчёта системы пуска автотракторных двигателей
Оборудование:
тростартерного пуска автотракторных двигателей
плакаты, схемы, отдельные детали и узлы системы элек
.
.
Порядок выполнения работы
1.
Изучить
детали и узлы систем пуска автотракторных двигателей, ме
сто их расположения, приёмы проведения эксплуатационных регулировок
2.
Составить
отчёт о проделанной работе
.
.
Краткие теоретические сведения
Пуск является одним из этапов подготовки двигателя внутреннего сгора
ния к принятию нагрузки: двигатель при помощи пускового устройства перехо
дит из состояния покоя на устойчивый режим самостоятельной работы. Двига
тели внутреннего сгорания работают устойчиво только при относительно высо
-
-
-
-
-
-
кой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство раскручивает ко
ленчатый вал до частоты, при которой происходят процессы образования, вос
пламенения и сгорания рабочей смеси
.
Успешный пуск двигателя внутреннего сгорания зависит от взаимной
увязки характеристик системы пуска и двигателя, а также от конструктивных и
эксплуатационных факторов. Внешним фактором, определяющим условия пус
ка двигателя, является температура окружающей среды. Изменение температу
ры оказывает влияние на физико-химические свойства материалов, исполь
зуемых в двигателе (топливо, масло, охлаждающую жидкость) и выходные ха
рактеристики основных и вспомогательных пусковых устройств. Это в свою
очередь оказывает большее влияние на процесс пуска
.
Наибольшие трудности вызывает пуск двигателя при низких температу
рах. Основными причинами, затрудняющими пуск при низких температурах
являются
:
-
-
-
-
-
-
,
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]