Методические указания к выполнению курсового проекта, курсовой работе, расчетно-графической и контрольной работ по дисциплине «Тракторы и автомобили» и«Транспортные и базовые машины» для специальностей 171100 моп, 230100 эом и 551400 нтс тверь 2004

Вид материала

Методические указания

Содержание 1. Общие указания по изучению курса 1. 1. Содержание расчетно-пояснительной записки 2. Расчет элементов системы смазки 2. 2. Масляный насос Частота вращения шестерни (насоса) 2. 3. Центрифуга R – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора, м, R = 40 мм; a 2. 4. Масляный радиатор 3. Расчет элементов системы охлаждения 3. 2. Расчёт системы жидкостного охлаждения 3. 3. Расчётная производительность насоса 3. 4. Определение основных размеров насоса 3. 5. Жидкостный радиатор 3. 6. Расчёт системы воздушного охлаждения В – коэффициент, определяющий долю теплоты, передаваемой площадью поверхности оребрения, для дизелей В 3. 7. Расчёт вентилятора Расчёт систем двигателя

Подобный материал:

• Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине, 1414.69kb.
• Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Материаловедение и ткм», 699.8kb.
• Методические указания к выполнению курсового проекта Красноярск 2002, 2057.27kb.
• Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу Экономика предприятия, 338.42kb.
• Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Защита в чс» для, 446.12kb.
• Методические указания по выполнению курсового проекта для специальности 190631 «Техническое, 957.7kb.
• Методические указания к выполнению курсовой работы для специальностей 190601. 01 "Автомобили, 645.65kb.
• Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Технология машиностроения», 629.41kb.
• Методические указания к курсовой работе для специальностей 220100 Вычислительные машины,, 87.91kb.
• Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 290300, 119.98kb.

Министерство образования Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

Кафедра «Механизация природообустройства и ремонт машин»

РАСЧЁТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ

Методические указания к выполнению курсового проекта,

курсовой работе, расчетно-графической и контрольной работ

по дисциплине «Тракторы и автомобили» и «Транспортные и базовые машины»

для специальностей 171100 - МОП, 230100 - ЭОМ и 551400 - НТС

Тверь 2004

Методические указания являются руководством к выполнению курсового проекта, курсовой работе, расчетно-графической и контрольной работ для студентов высших учебных заведений специальностей 171100 «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды», 551400 «Наземные транспортные системы» и 230100 «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (водное хозяйство)».

Составлены в соответствии с программой дисциплин «Тракторы и автомобили» и «Транспортные и базовые машины» Тверского государственного технического университета.

Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры «Механизация природообустройства и ремонт машин» (протокол № 5 от 20 января 2004 года).


Составители: В.Е. Харламов,

И.К. Морозихина,

К.С. Крылов


© Тверской государственный

технический университет, 2004

Содержание: 1. Общие указания по изучению курса ………………………. 1. 1. Содержание расчетно-пояснительной записки …………………... 2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ………………………. 2. 1. Общие сведения ……………………………………………………. 2. 2. Масляный насос …………………………………………………… 2. 3. Центрифуга ………………………………………………………… 2. 4. Масляный радиатор ……………………………………………….. 3. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ………………. 3. 1. Общие сведения ……………………………………………………. 3. 2. Расчёт системы жидкостного охлаждения ……………………….. 3. 3. Расчётная производительность насоса и мощность на его привод 3. 4. Определение основных размеров насоса …………………………. 3. 5. Жидкостный радиатор …………………………………………….. 3. 6. Расчёт системы воздушного охлаждения ………………………… 3. 7. Расчёт вентилятора ………………………………………………… 4. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ Список ..………………………………… 5. Приложения …………………………………………………………

4 4 5 5 5 7 8 9 9 10 11 12 14 15 16 18 19

1. Общие указания по изучению курса


При выполнении мелиоративных работ в сельском хозяй­стве, а также гидротехническом строительстве применяется большое количество различных моделей тракторов, автомоби­лей, тягачей и др. мелиоративных и строительных машин, сконструированных с использованием главных агрегатов ба­зовых моделей тракторов и автомобилей.

Учитывая быстрое усовершенствование и смену моделей машин в процессе их выпуска, для инженера-механика по ме­ханизации гидромелиоративных работ весьма важно знать не частные конструктивные агрегаты и узлы отдельных марок, а общие характерные, конструктивные особенности тракторов, автомобилей и тягачей.

При изучении различных конструкций машин, их отдель­ных агрегатов, систем, механизмов, узлов и деталей рекомен­дуется придерживаться примерно такой последовательности: назначение, устройство, материал, принцип работы, уход и ре­гулировки, возможные неисправности и способы их устране­ния.

В качестве основных объектов изучения рекомендуется принять следующие типы тракторов и автомобилей:

1. Колёсные тракторы Т-150К (класса – 3 т) и К-700 (5 т).
   
2. Гусеничный трактор ДТ-75
   
3. Грузовые автомобили и тягачи последних выпусков про­изводства ЗИЛ, МАЗ, КрАЗ, КамАЗ.
   

1. 1. Содержание расчетно-пояснительной записки

Расчётно-пояснительная записка должна в себя включать:

• задание на расчетно-графическую работу;
  
• характеристику двигателя прототипа;
  
• описание систем двигателя прототипа;
  
• расчёт системы смазки;
  
• расчёт системы охлаждения;
  
• список использованной литературы;
  
• оглавление.
  

Пояснительная записка должна иметь объём 18 - 25 страниц.

Техническая характеристика двигателя прототипа берётся из литературного источника, ссылки на который обязательны в тексте. Необходимые сведения: мощность двигателя (максимальная и номинальная), обороты при данной мощности, объёмы системы смазки и охлаждения. Желательны сведения по производительности насосов (водяного и масляного), что позволяет контролировать правильность расчётов проектируемых насосов.

При описании систем смазки и охлаждения двигателя прототипа следует обратить на особенности, характерные для данного двигателя.

Графическая часть расчетно-графической работы выполняется на листе миллиметровой или чертежной бумаги формата А1.

На половине этого листа (формат А2) чертится схема системы смазки двигателя прототипа с указанием названия отдельных элементов, на второй половине листа - схема системы охлаждения. Схемы выполняются в соответствии с ГОСТом. Каждой лист сопровождается угловым штампом и спецификацией.

Конструктивная разработка системы смазки включает в себя сборочный чертеж масляного насоса (размеры шестерен берутся согласно расчету, все остальное – из конструкции прототипа), кинематическая схема привода масляного насоса с указанием передаточных чисел.

Конструктивная разработка системы охлаждения включает в себя чертеж водяного насоса (при этом используются результаты расчета и рекомендации из литературных источников), кинематическая схема привода водяного насоса с указанием передаточных чисел. Компоновка водяного насоса может быть такой же, как у двигателя-прототипа.


2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ СМАЗКИ


2. 1. Общие сведения

Масляная система обеспечивает смазку деталей двигателя с целью уменьшения трения, предотвращения коррозии, удаления продуктов износа и частичное охлаждение его отдельных узлов. В зависимости от типа и конструкции двигателей применяют систему смазки разбрыз­гиванием, под давлением и комбинированную. Большинство автомо­бильных и тракторных двигателей имеют комбинированную систему смазки. Одним из основных элементов системы смазки является масля­ный насос.

Масляный насос служит для подачи масла к трущимся поверхно­стям движущихся частей двигателя. По конструктивному исполне­нию масляные насосы бывают шестеренчатые и винтовые. Шестерен­чатые насосы отличаются простотой устройства, компактностью, на­дежностью в работе и являются наиболее распространенными в авто­мобильных и тракторных двигателях.

Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляцион­ного расхода масла в системе.


2. 2. Масляный насос

Циркуляционный расход V_Ц масла зависит от количества отводи­мого им от двигателя тепла Q_M. В соответствии с данными теплового баланса величина Q_M (кДж/с) для современных автомобильных и трак­торных двигателей составляет 1,5 … 3,0 % от общего количества тепло­ты, введенной в двигатель с топливом:

Q_M = (0,015 … 0,030)Q₀ .

Количество тепла (кДж) выделяемого топливом в течение 1 с:

,

где Q_H – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, для дизельного двигателя Q_H = 42440 кДж/кг, для карбюраторного двигателя Q_H = 43930 кДж/кг;

G_T – часовой расход топлива, кг/ч.

.

Циркуляционный расход масла (м³/с) при заданной величине Q_M:

.

где ρ_м – плотность масла, в расчетах принимают ρ_м = 900 кг/м³;

с_м – 2,094 – средняя теплоемкость масла, кДж/(кг  К);

ΔТ_М = 10 … 15 – температура нагрева масла в двигателе, К.

Для стабилизации давления масла в системе двигателя циркуля­ционный расход масла обычно увеличивается в 2 раза:

V' = (2 … 3)V_ц .

В связи с утечками масла через торцовые и радиальные зазоры насоса расчетную производительность его (м³/с) определяют с учетом объемного коэффициента подачи η_н = 0,6 … 0,8:

.

Расчетная производительность насоса:

,

где n_н – частота вращения шестерни, об/мин;

D₀ – диаметр начальной окружности шестерни, м;

h – высота зуба, м;

b – длина зуба, м.

При высоте зуба, равной двум модулям (h = 2m), и D₀ = z·т

,

где z = 6 – 12 – число зубьев шестерни в выполненных конструк­циях;

m = 3 – 6 мм – модуль зацепления.

Частота вращения шестерни (насоса)

,

где u_н – окружная скорость вращения шестерни на внешнем диа­метре, м/с;

D = m(z + 2) – диаметр внешней окружности шестер­ни, м.

Окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре не должна превышать 8 … 10 м/с. При больших значениях скорости коэф­фициент подачи насоса значительно уменьшается.

Задавшись значениями m, z и u_н, определяют длину зуба (м):

.

Мощность (кВт), затрачиваемая на привод масляного насоса:

,

где V_р – расчетная производительность масляного насоса, м³/с;

р – рабочее давление масла в системе (в карбюраторных двигателях р = 0,3 … 0,5 МПа; в дизелях р = 0,3 … 0,7 МПа);

η_м.н = 0,85 … 0,90 – механический кпд масляного насоса.


2. 3. Центрифуга

Масляная центрифуга представляет собой центробеж­ный фильтр тонкой очистки масла от механических примесей.

В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее рас­пространение получили двухсопловые центрифуги с гидрореактив­ным приводом. Действие этого привода основано на использовании реакции струй масла, вытекающих из сопел. Отличаясь простотой устройства и обслуживания при эксплуатации, центрифуги с гидро­реактивным приводом обеспечивают высокие угловые скорости вращения ротора и, следовательно, качественную очистку масла.

Расчет центрифуги заключается в определении необходимого давления масла перед центрифугой и частоты вращения ее ротора. В современных центрифугах подача масла под давлением 0,25 … 0,6 МПа обеспечивает вращение ротора со скоростью 5000 … 8000 мин^-1.

Неполнопоточнсть центрифуги принимается равной 20%. Производительность центрифуги:

V_Р.Ц. = 0,2·V _Ц .

Коэффициент сжатия струи масла изменяется в пределах и для наиболее распространенных форм сопел равен 0,9.

Частота вращения ротора (мин ^-1):

.

где ρ_м – плотность масла, кг/м³;

ε – коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла, ε = 0,9 – 1,1;

F_с – площадь отверстия со­пла, м², (диаметр сопла d_с = 2 мм);

R – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора, м, R = 40 мм;

a – момент сопротивления в начале вращения ротора, H·м, (5…20)ּ10^-4 H·м;

b – скорость нарастания момента сопротивления (H·м)/мин^-1,

b = (0,03 … 0,10)10^-4 (H·м)/мин^-1.

Качественная очистка масла происходит при n = 4500 … 6500 мин^-1.

Давление масла перед центрифугой:

,

где r₀ – радиус оси ротора, м, r₀ = 0,008 м;

ψ – коэффициент гидравлических потерь (для полнопоточных центрифуг ψ = 0,2 … 0,5, а для неполнопоточных ψ = 0,1 … 0,2);

α = 0,78 … 0,86 – коэффициент расхода масла через сопло.

Мощность (кВт), затрачиваемая на привод центрифуги:

.


2. 4. Масляный радиатор

Масляный радиатор представляет собой теплообменный аппа­рат для охлаждения масла, циркулирующего в системе двигателя. Различают два типа радиаторов: воздушно-масляные с воздушным охлаждением и водомасляные – с водяным охлаждением. Ниже приводится расчет водомасляного радиатора.

Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая во­дой, м²:

,

где Q_М – количества тепла, отводи­мого маслом от двигателя, Дж/с;

К_M – коэффициент теплопередачи от масла к воде, Вт/(м²·К);

Т_М.СР = (Т_М.ВХ + Т_М.ВЫХ)/2 = 348 … 363 К – средняя температура ма­сла в радиаторе;

Т_ВОД.СР = (Т_ВОД.ВХ + Т_{ВОД.ВЫХ})/2 = 343 … 358 К – средняя температура воды в радиаторе.

Коэффициент теплопередачи от масла к воде, Вт/(м²·К):

,

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора, Вт/(м²·К);

δ = 0,002 м – толщина стенки радиатора;

λ_ТЕП - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К);

α₂ – коэффициент теплоотда­чи от стенок радиатора к воде, Вт/(м²·К).

С увеличением α₁, λ_ТЕП, α₂ и уменьшением δ величина К_М возраста­ет. Вследствие трудности аналитического определения величин α₁, λ_ТЕП, α₂ их значения принимаются по опытным данным.

Величина α₁ зависит в основном от скорости движения масла. Для прямых гладких трубок при w_м = 0,1 … 0,5 м/с коэффициент α₁ = 100 … 500 Вт/(м²·К); при наличии завихрителей в трубках и w_м = 0,5 … 1,0 м/с коэффициент α₁ = 800 … 1400 Вт/(м²·К).

Вели­чина λ_ТЕП зависит от материала радиатора:

для латуни и алюминиевых сплавов λ_ТЕП = 80 … 125 Вт/(м·К),

для нержавеющей стали λ_ТЕП = 10 … 20 Вт/(м·К).

Величина α₂ изменяется в пределах 2300 … 4100 Вт/(м²·К).

Полный коэффициент теплопередачи К_М:

для прямых гладких трубок К_М = 115 … 350,

для трубок с заверителями К_М = 815 … 1160.

Учитывая оребрение, площадь внутренней поверхности трубок радиатора принимается, м²:

.


3. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ


3. 1. Общие сведения

При сгорании топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания выделяется большое количество теплоты, вследствие чего детали двигателя, соприкасающиеся с горячими газами, сильно нагреваются.

Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода теплоты от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимой теплоты воспринимается системой охлаждения, меньшая — системой смазки и непосредственно окружающей сре­дой.

В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомо­бильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего вещества используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения – воздух.

Тепловое состояние двигателя в первом случае оценивают по температуре охлаждающей жидкости (в закрытых системах равна 100С, максимальная кратковременно допустимая – 105С; в открытых системах допустимая температура охлаждающей жидкости – 90 … 95С).

Каждая из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки. К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:

а) более эффективный отвод теплоты от нагретых деталей дви­гателя при любой тепловой нагрузке;

б) быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске;

в) допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя;

г) меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;

д) более стабильное тепловое состояние двигателя при измене­нии режима его работы;

е) меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.

Недостатки системы жидкостного охлаждения:

а) большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;

б) пониженная надежность работы двигателя при отрицатель­ных температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее изменению.

Двигатели с жидкостным охлаждением по объёму на 13 … 17 % меньше и на 10 % легче двигателей с воздушным охлаждением. Затраты мощности на охлаждение в двигателях с воздушным охлаждением составляют 3,5 … 13 %, в двигателях с жидкостным охлаждением – 2 … 9 %.

Систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно ис­пользовать в форсированных двигателях и в двигателях с относите­льно большим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлаждения – в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л не­зависимо от степени форсировки и в двигателях с небольшой лит­ровой мощностью.

Расчет основных конструктивных элементов системы охлажде­ния производится исходя из количества теплоты, отводимой от двигателя в единицу времени.


3. 2. Расчёт системы жидкостного охлаждения

При жидкостном охлаждении количество отводимой теплоты (Дж/с)

,

где с = 0,45 … 0,53 – коэффициент пропорциональности;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

m = 0,5 … 0,7 – показатель степени;

n – частота вращения вала двигателя;

Q_H – количество теплоты, потерянное из-за химической неполноты сгорания:

Q_H = 119950(1 – )L₀,

где  - коэффициент избытка воздуха, для карбюраторных двигателей  = 0,96, для дизельных двигателей  = 1,0;

L₀ – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль возд./кг топл.

,

где С, Н, О – массовые доли соответственно углерода, во­дорода и кислорода в элементарном составе топлива;

0,21 – объемное содержание кислорода в 1 кг воз­духа.

Таблица 1.

Элементарный состав и теплота сгорания топлива

Топливо	Содержание в массовых долях			Низшая теплота сгорания, QH, кДж/кг
	С	Н	О
Автомобильный бензин	0,855	0,145	-	44000
Дизельное топливо	0,87	0,125	0,005	42500

На теплоту, отводимую охлаждающей жидкостью, оказывают влияние многие эксплуатационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры охла­ждающей жидкости, а также коэффициента избытка воздуха вели­чина Q_В уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношения хода поршня к диаметру цилиндра воз­растает.

Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определе­нию основных размеров жидкостного насоса, поверхности ради­атора и подбору вентилятора.

При воздушном охлаждении теплота от стенок цилиндров и го­ловок двигателя отводится обдувающим их воздухом. Интенсив­ность воздушного охлаждения зависит от количества и температу­ры охлаждающего воздуха, его скорости, размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока воздуха.

Циркуляционный расход охлаждающей жидкости, м³/с:

,

где ρ_В – плотность жидкости, кг/м³, ρ_В = 1000 кг/м³ – плотность воды,

ρ_В = 900 кг/м³ – плотность этиленгликолевой смеси;

с_В – удельная теплоёмкость циркулирующей жидкости, кДж/(кг·С),

с_В = 4,187 кДж/(кг·С) – для воды, с_В = 2,093 кДж/(кг·С) – для этиленгликолевые смеси,

ΔТ_Ж – перепад температуры охлаждающей жидкости в радиаторе. Для принудительной циркуляции воды в системе ΔТ_Ж = 6 … 12С.

Количество отводимой теплоты Q_В зависит от ряда конструктивных факторов, таких как степень сжатия ε, отношение S/D, а также частоты вращения n и от условий эксплуатации (состав смеси, угла опережения зажигания и угла опережения впрыска топлива).

3. 3. Расчётная производительность насоса

Жидкостный насос служит для обеспечения непрерывной цир­куляции жидкости в системе охлаждения. В автомобильных и трак­торных двигателях наибольшее применение получили центробеж­ные насосы с односторонним подводом жидкости.

Расчетная производительность насоса (м³/с) определяется с учетом утечек жидкости из нагнетательной полости во всасыва­ющую:

,

где η_Н = 0,8 … 0,9 – коэффициент подачи.


3. 4. Определение основных размеров насоса

Входное отверстие насоса должно обеспечить подвод расчетного количества жидкости. Это достигается при выполнении условия

,

где с₁ = 1 … 2 – скорость жидкости на входе, м/с;

r₁ и r₀ – радиус входного отверстия и ступицы крыльчатки, м.

Из равенства определяют радиус входного отверстия кры­льчатки:

.

Окружная скорость схода жидкости

,

где α₂ и β₂ – углы между направлениями скоростей с₂, u₂ и w₂ (рис.);

р_Ж = (5 … 15)·10⁴ – напор, создаваемый насосом, Па;

η_h = 0,6 … 0,7 – гидравлический кпд.

При построении профиля лопатки крыльчатки принимают угол α₂ = 8 … 12°, а угол β₂ =12 … 50°. С увеличением β₂ растет напор, создаваемый насосом, поэтому иногда этот угол берут равным 90° (радиальные лопатки). Однако увеличение β₂ приводит к уменьше­нию кпд насоса.

Радиус крыльчатки на выходе, м:

,

где n_В.Н – частота вращения крыльчатки в минуту;

ω_В.Н – угловая скорость крыльчатки жидкостного насоса.

Окружная скорость (м/с) определяется из равенства

.

Е
сли угол α₁ между скоростями с₁ и u₁ равен 90°, то угол β₁ находится из соотношения:

tgβ₁ = c₁/u₁ .

Ширина лопатки на входе b₁ и на выходе b₂ (рис. а) определяется из выражений

,

,

где z = 3 … 8 – число лопаток на крыльчатке;

δ₁ и δ₂ – толщина ло­патки у входа и выхода, м, δ₁ = δ₂ = 0,003 м;

с_r – начальная скорость схода, м/с:

Ширина лопаток на входе для крыльчаток жидкостного насоса изменяется в пределах b₁ = 0,010 … 0,035 м, а на выходе - b₂ = 0,004 … 0,025м.

Построение профиля лопатки насоса (рис. б) заключается в следующем. Из центра О радиусом r₂ проводят внешнюю окруж­ность и радиусом r₁ – внутреннюю. На внешней окружности в про­извольной точке В строят угол β₂. От диаметра, проходящего через точку В, откладывают угол β = β₁ + β₂. Одна из сторон этого угла пересекает внутреннюю окружность в точке К. Через точки В и К проводят линию ВК до вторичного пересечения с внутренней окружностью (точка А). Из точки L, которая является серединой отрезка АВ, восставляют перпендикуляр до пересечения его с лини­ей BE в точке Е. Из точки Е через точки А и В проводят дугу, представляющую собой искомое очертание лопатки.

Мощность, потребляемая жидкостным насосом:

,

где η_M = 0,7 … 0,9 – механический кпд жидкостного насоса.

p_ж – напор, создаваемый насосом, принимают для дизельного двигателя p_ж = 80000 Па, для карбюраторного двигателя p_ж = 120000 Па.

Величина N_В.Н составляет 0,5 … 1,0 % от номинальной мощности двигателя.


3. 5. Жидкостный радиатор

Радиатор представляет собой теплообменный аппарат для воз­душного охлаждения жидкости, поступающей от нагретых деталей двигателя.

Расчет радиатора состоит в определении поверхности охлажде­ния, необходимой для передачи теплоты от жидкости к окружающе­му воздуху. Размеры радиатора подбирают в соответствии с компоновкой машины и целесообразными затратами мощности на привод вентилятора таким образом, чтобы обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя. Коэффициент теплоотдачи радиатора зависит от типа охлаждающей решетки, технологии изготовления, скоростей жидкости и воздуха и степени загрязнения радиатора.

В радиаторе тепло Q_В передается от жидкости к охлаждающему воздуху, т.е. Q_В = Q_ВОЗД .

Поверхность охлаждения радиатора (м²)

,

где Q_ВОЗД – количество теплоты, отводимой жидкостью, Дж/с;

К – коэффициент теплопередачи радиатора, Вт/(м²·К), для легковых автомобилей 140 … 180 Вт/(м²·К), для грузовых автомобилей и тракторов 80 … 100 Вт/(м²·К);

Т_Ж.СР – средняя температура жидкости в радиаторе, К:

;

Т_{ВОЗД.СР} – средняя температу­ра воздуха, проходящего через радиатор, К:

.

При принудительной циркуляции жидкости в системе темпера­турный перепад ΔТ_Ж = 6 … 12 К. Оптимальное значе­ние температуры Т_Ж.ВХ , которая характеризует температурный ре­жим системы жидкостного охлаждения, принимается в интервале 353 … 368 К. Для автомобильных и тракторных двигателей Т_Ж.СР = 358 … 365 К.

Температурный перепад воздуха ΔТ_ВОЗД в решет­ке радиатора составляет 20 … 30 К. Температура перед радиатором Т_{ВОЗД.ВХ} принимается равной 313 К. Средняя температура охлажда­ющего воздуха, проходящего через радиатор Т_{ВОЗД.СР} = 323 … 328 К.


3. 6. Расчёт системы воздушного охлаждения

При воздушном охлаждении двигателя, площадь наружных поверхностей цилиндров и их головок недостаточна для поддержания нормального теплового состояния этих деталей. Поэтому поверхности охлаждения искусственно увеличивают путём оребрения.

Для повышения интенсивности теплопередачи охлаждающий воздух должен протекать с достаточной скоростью и равномерно омывать поверхности цилиндров. Для этого поток воздуха направляют по каналам, образуемым направляющими устройствами – дефлекторами.

В первую очередь охлаждающий воздух попадает в зону перемычки между гнёздами клапанов, к свечам зажигания (в карбюраторном двигателе) или к форсункам (в дизелях).

Расчёт системы воздушного охлаждения сводится к определению параметров оребрения и параметров вентилятора. За расчётный режим работы двигателя принимают режим максимальной мощности, при котором теплоотдача о стенки достигает максимума.

Общее количество теплоты, (Дж/с), которое необходимо отвести от двигателя через оребрение цилиндра и головки:

,

где В – коэффициент, определяющий долю теплоты, передаваемой площадью поверхности оребрения, для дизелей В = 0,25 – 0,30, для карбюраторных двигателей В = 0,28 – 0,33;

N_e – эффективная мощность, кВт;

g_e – эффективный удельный расход топлива, кг/кВт·ч;

Q_H – удельная низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Количество охлаждающего воздуха, подаваемого вентилятором:

,

где Т_{ВОЗД.ВХ} и Т_{ВОЗД.ВЫХ} – температура воздуха, входящего в межрёберное пространство и выходящего из него. Т_{ВОЗД.ВХ} = 293 К, Т_{ВОЗД.ВХ} = 353 … 373 К;

ρ_ВОЗД – плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе, кг/м³, можно принять для дизелей ρ_ВОЗД = 1,065 кг/м³, для карбюраторных двигателей ρ_ВОЗД = 1,07 кг/м³;

с_ВОЗД.. - сред­няя теплоемкость воздуха, с_ВОЗД.. = 1000 Дж/(кг·К).

Площадь поверхности оребрения для головки и цилиндра рассчитывают отдельно. Принимают, что от головки цилиндра отводится 45 … 75 %, а от цилиндра 25 … 55 % общего количества отводимой от двигателя теплоты.

Для дизелей Q_Г = (0,45 … 0,75) Q_ОБЩ ,

Q_Ц = (0,25 … 0,55) Q_ОБЩ .

Для карбюраторных двигателей Q_Г = (0,45 … 0,60) Q_ОБЩ ,

Q_Ц = (0,40 … 0,55) Q_ОБЩ .

Площадь поверхности охлаждения рёбер цилиндра и головки цилиндров, м²:

,

,

где К_В – коэффициент теплоотдачи поверхности оребрения, Вт/м²К,

,

Т_Ц – средняя температура у оснований рёбер цилиндра, К;

Т_Г – средняя температура у оснований рёбер головки цилиндра, К;

Т_{ВОЗД.ВХ} – средняя температура воздуха в межрёберном пространстве, К;

Т_СР – среднее арифметическое значение температур ребра и обдуваемого воздуха, К;

По опытным данным средняя температура у основания ребер цилиндров, К:

для рёбер из алюминиевых сплавов - Т_Ц = 403 … 423 К, Т_Г = 423 … 473 К,

для рёбер из чугуна - Т_Ц = 403 … 453 К, Т_Г = 433 … 503 К,

υ – скорость воздуха в межрёберном пространстве, м/с.

Средняя скорость воздуха в межрёберном пространстве цилиндра и его головки принимают равной υ = 20 … 50 м/с при диаметре D = 75 … 125 мм и υ = 50 … 60 м/с при D = 125 … 150 мм.

В автотракторных двигателях высоту рёбер цилиндра по окружности выполняют неодинаковой: меньшая в направлении продольной и большая в направлении поперечной оси двигателя, что позволяет уменьшить его длину и массу.


3. 7. Расчёт вентилятора

Вентилятор служит для создания направленного воздушного потока, обеспечивающего отвод теплоты от радиатора.

Производительность вентилятора (м³/с):

,

где Q_ОБЩ – количество теплоты, отводимое от радиатора охлаж­дающим воздухом, Дж/с;

ΔТ_ВОЗД – температурный перепад воздуха в ради­аторе, К.

Для подбора вентилятора кроме его производительности необходимо знать аэродинамическое сопротивление воздушной среды. В рассматриваемой системе оно складывается из сопротивлений, вызываемых потерями на трение и местными потерями. Для авто­мобильных и тракторных двигателей сопротивление воздушного тракта принимается Δр_ТР = 600 … 1000 Па.

По заданной производительности вентилятора и величине Δр_ТР находят потребляемую вентилятором мощность и его основные размеры.

Мощность (кВт), затрачиваемая на привод вентилятора:

,

где η_В – кпд вентилятора (для осевых клепаных вентиляторов η_В = 0,32 … 0,40, а для литых η_В = 0,55 … 0,65).

Фронтовая площадь решетки радиатора, м², оформляемая в виде квадрата:

,

где ω_ВОЗД - скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения автомобиля или трактора, м/с, ω_ВОЗД = 6 … 24 м/с.

Диаметр вентилятора, м:

.

Частоту вращения вентилятора n_ВЕНТ принимают, исходя из пре­дельного значения окружной скорости u = 70 … 100 м/с.

Окружная скорость зависит от напора вентилятора и его конст­рукции:

,

где ψ_Л – коэффициент, зависящий от формы лопастей (для плоских лопастей ψ_Л = 2,8 … 3,5, для криволинейных ψ_Л = 2,2 … 2,9);

ρ_ВОЗД. = 1,29 – плотность воздуха, определяемая по средним параметрам, кг/м3.

Частота вращения вентилятора (мин^-1) при известной окружной скорости:

.

Библиографический список:

1. Гуревич А.М. Тракторы и автомобили. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1983. – 336с.
   
2. Конструкция тракторов и автомобилей /А.М. Гуревич, А.К. Болотов, В.И. Судницин. – М.: Агропромиздат, 1989. – 368с.
   
3. Сергеев В.П. Автотракторный транспорт: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 1984. – 304с.
   
4. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. /А.И. Колчин, В.П. Демидов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 496с.
   
5. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчёт автотракторных двигателей. – М.: Колос, 1984. – 335с.
   
6. Тракторы ДТ-75, ДТ-75Б, ДТ-75К /М.А. Шаров, А.А. Дивинский, Н.П. Харченко и др. – М.: Колос, 1978. – 375с.
   
7. Семёнов В.М. Трактор. М.: Колос, 1978. – 256с.
   
8. Тракторы и автомобили /Под ред. В.А Скотникова. – М.: Агропомиздат, 1985. – 440с.
   
9. Трактор Т-150. Техническое описание и инструкция по эксплуатации /Под ред. С.Л. Абдулы, И.А. Коваля. – Харьков: Прапор, 1986. – 347с.
   
10. Тракторы Т-150К, Т-157, Т-158. Техническое описание и инструкция по эксплуатации /Под ред. С.Л. Абдулы, И.А. Коваля. – 3-е перераб. и доп. – Харьков: Прапор, 1986. – 347с.
    
11. Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82 /И.П. Ксеневич, С.Л. Степанюк и др.; Под общ. ред. И.П. Ксеневича. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1983. – 254с.
    
12. Автомобиль КамАЗ. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту /Под ред. В.Н. Баруна. – М.: ГОСНИТИ, 1985. – 640с.
    

Приложение

Технические характеристики карбюраторных и дизельных

двигателей

Модель двигателя	Тип двигателя	Номи-нальная мощно-сть, Ne, кВт	Частота вра-щения колен. вала, n, мин-1	Число и расположение цилиндров	Степень сжатия	Минимальный удель-ный расход топлива, ge, г/кВт·ч
1	2	3	4	5	6	7
ВАЗ-2101	карбюраторный	47,1	5600	4-Р	8,5	313
ВАЗ-2102		58,7	5600	4-Р	8,5	313
ВАЗ-21021		63,7	5600	4-Р	8,5	313
ВАЗ-21023		71,1	5600	4-Р	8,5	313
ВАЗ-2107		55,6	5600	4-Р	8,5	313
УМЗ-451		52,8	4000	4-Р	6,7	341
ГАЗ-52-04		55,1	2600	6-Р	6,7	341
Иж-21251		58,7	5800	4-Р	8,8	307
ГАЗ-24-01		62,3	4500	4-Р	6,7	307
ЗМЗ-53		84,4	3200	8-V	6.7	313
ЗИЛ-375		132.0	3200	8-V	6.5	320
ЗИЛ-130		170	3600	8-V	6.5	240
ЗМЗ-4022		77,2	4750	4-Р	8,0	306
МеМЗ-968А		33,1	4200	4-V	7,2	333
МЗМА-412		55,2	5800	4-Р	8,8	306
Д-240	дизельный	56	2200	4-Р	16,0	240
Д-240Т		73,6	2600	4-Р	16,0	240
А-41Т		93,4	1750	4-Р	16,5	238
СМД-14		55,1	1700	4-Р	17	238
А-41		66,2	1750	4-Р	16,5	251,3
1	2	3	4	5	6	7
СМД-66	дизельный	129	1900	6-V	15	238
А-01		80,9	1600	6-Р	16,5	251
Д-120		23.5	2000	2-P	16.5	238
Д-145Т		62.5	2200	4-P	16.5	231
Д-144		46	2200	4-Р	16,5	235
Д-241Л		51,5	2100	4-Р	16,5	240
Д-108		79,4	1070	4-Р	14	250
Д-245.12		80	2400	4-Р	15,1	245
Д-160		117,6	1250	4-Р	14	256
СМД-60		116,2	2000	6-V	15	238
СМД-62		121,3	2100	6-V	15	238
СМД-63М		159	2100	6-V	15	238
ЯМЗ-238 НБ		161,8	1700	8-V	16.5	238
ЯМЗ-240		264.8	2100	12-V	16.5	238
Д-245.12		80	2400	4-Р	15,1	245
ЯМЗ-236		132,4	2100	6-V	16.5	238
ЯМЗ-238		176.5	2100	8-V	16.5	238
КамАЗ-740		154,4	2600	8-V	17	224

РАСЧЁТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ

Методические указания к выполнению курсового проекта,

курсовой работе, расчетно-графической и контрольной работ

по дисциплине «Тракторы и автомобили» и «Транспортные и базовые машины»

для специальностей 171100 - МОП, 230100 - ЭОМ и 551400 - НТС

Составители: В.Е. Харламов, И.К. Морозихина, К.С. Крылов

Редактор Т.С. Синицына

Технический редактор Г.В. Комарова

Подписано в печать Формат 64х84/16 Физ. печ. л. Тираж 100 экз.

Усл. печ. л. Заказ №

Бумага писчая Уч.-изд. л. Цена

Тверь. Издательство ТГТУ