Для увеличения срока службы масла на всех двигателях устанавливаются устройства для его очистки. В двигателях с напряженным режимом работы устанавливаются радиаторы охлаждения масла. Кроме упомянутых узлов, система смазывания включает в себя масляный насос, редукционный, перепускной и другие клапаны, устройства для контроля давления и уровня масла в системе.
В двигателе применена комбинированная система смазывания.
Подшипники коленчатого и распределительного валов, втулки промежуточной шестерни и шестерни привода топливного насоса, а также механизм привода клапанов смазывается под давлением от шестеренчатого насоса 1. Гильзы, поршни, поршневые пальцы и кулачки распределительного вала смазываются разбрызгиванием.
Очистка масла осуществляется в центрифуге 3.
Шестеренчатый насос подает масло по патрубку и каналам блока в центробежный фильтр 3. Из центрального фильтра очищенное масло поступает в радиатор 2 для охлаждения. Их радиатора охлажденное масло поступает в магистраль дизеля. При пуске дизеля холодное масло вследствие большого сопротивления радиатора через редукционный (Радиаторный) клапан 6 поступает непосредственно в магистраль двигателя, минуя радиатор. Предохранительный клапан (клапан центробежного маслоочистителя) 7 отрегулирован на давление 0, 65...0, 7 МПа (6,5...7,0 кгс/см2) и служит для поддержания указанного давления перед ротором центрифуги. При повышении давления масла на входе в ротор выше 0,7 МПа.часть неочищенного масла сливается через клапан в картер дизеля. Сливной клапан 8 отрегулирован на давление 0,2...0,3 МПа (2,0...3,0 кгс/см2) и служит для поддержания необходимого давления масла в главной магистрали дизеля. Избыточное масло сливается через клапан в картер дизеля.
Очищенное и охлажденное масло поступает их главной магистрали дизеля по каналам в блоке цилиндров ко всем внутренним подшипникам коленчатого вала и втулкам распределительного вала. От коренных подшипников масло по каналам в коленчатом валу поступает к втулкам промежуточной шестерни и шестерни привода топливного насоса, а так же к топливному насосу и регулятору. Детали клапанного механизма смазываются маслом, поступающим от задней шейки распределительного вала по каналам в блоке и головке цилиндров и специальной трубке во внутреннюю полость оси коромысел 4.
7.1. Расчет масляного насоса
Расчет масляного расчета заключается в определении его необходимой подачи и размеров шестерен этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла. Вопрос о расходе масла рассматривается на основании теплового баланса двигателя.
В современных двигателях теплоотдача в масло Qм на номинальном режиме работы составляет 1,5...3 % от Q0 – теплоты сгорания топлива в цилиндрах двигателя, если поршни не охлаждаются маслом:
где ,
где Нн – удельная низшая теплота сгорания топлива (для диз. топлива Нн = 42500 кДж/кг);
Gт – часовой расход топлива (на основании теплового расчета Gт = 10,9 кг/час).
Определяем циркуляционный расход масла:
, (6.27 [1])
где ρм – плотность масла (ρм = 0,91 т/м3)
См – удельная теплоемкость масла (См = 1,88...2,09 кДж/к ºС)
∆tм – степень подогрева масла (∆tм = 10 – 15 ºС)
Определяем действительную подачу насоса:
Повышенная подача необходима для создания требуемого давления масла в магистрали при работе двигателя на всех режимах и при любой температуре масла. Такая подача обеспечивает нормальное давление в системе при увеличении зазоров в сопряжениях по мере изнашивания деталей двигателя:
Определяем теоретическую подачу насоса:
, (6.29 [1])
где ηн – механический КПД насоса (0,6...0,8).
Принимаем допустимую окружную скорость шестерни на внешнем диаметре υ2 = 6 м/с, т.к. υ2 < 8...10 м/с. выбираем частоту вращения вала насоса nн (мин-1) с учетом того, что отношение частот вращения коленчатого вала и ведущей шестерни насоса для дизеля лежит в пределах 0,7 – 1.
Определяем наружный диаметр шестерен насоса:
, (6.30 [1])
Задаем стандартный модуль зацепления:
m = 4,5 мм, (m = 3,5...5 мм), число зубьев Z = 9, (Z = 7...12). Уточняем Dш.
Определяем требуемую длину (мм) зубьев:
, (6.32 [1])
Мощность (кВт), затрачиваемая на привод насоса:
, (6.33 [1])
где ηнм – механический КПД насоса (0,85...0,9)
Рн – давление, развиваемое насосом (Рн = 0,7 Мпа – см. описание системы смазывания).
Вместимость системы смазывания:
7.2. Расчет центрифуги
Центрифуга представляет собой центробежный фильтр тонкой очистки масла от механических примесей. Качественная очистка масла возможна лишь в случае, если привод центрифуги будет обеспечивать:
а) высокие угловые скорости ротора (5000...7000 мин-1)
б) частоту вращения ротора, не зависящую от скоростного режима двигателя.
в) простоту конструкции, длительный срок службы.
Центрифуга – полнопоточная, привод гидрореактивный двухсопловый.
Частота вращения ротора центрифуги:
, (6.36 [1])
где Vцр – расход масла ч/з сопла центрифуги;
Vцр = 0,2Vц = 0,2·0,214 = 0,0428 м/с
R – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора (R = 20 мм);
ε = 1 – коэффициент сжатия струи в отверстии сопла.
Вместимость ротора 0,8 л соответствует а = 0,8 Нмм,
b = 0,52·10-2 Нмм/мин-1
Диаметр сопла dс = 1,5 мм
Площадь сечения отверстия сопла:
Для расчета давления масла на входе в центрифугу выбираем коэффициент расхода μ = 0,84 и коэффициент гидравлических потерь Ψ =0,3.
7.3. Расчет радиатора
Расчет масляного радиатора заключается в определении площади его охлаждающей поверхности.
Q'м – количество теплоты, отдаваемой радиатором должно составлять 50...75 % теплоты Qм, отводимой маслом от двигателя. Циркуляционный расход масла через радиатор: Vрад = Vц = 0,214 л/с.
Температура масла на выходе из радиатора, tрад.вых = 80 ºС.
Средняя температура масла:
Средняя температура охладителя:
,
где ∆tохл – температура охладителя на входе в радиатор, для вохдушно-масляных радиаторов (3...5 ºС);
tохл.вх – температура охладителя на входе в радиатор, для воздуха (40 ºС).
Площадь (м2) поверхности радиатора, омываемой охлаждающим телом:
где kж – полный коэффициент теплопередачи от масла к охладительному телу. В результате экспериментальных исследований найдено, что для радиаторов тракторов kж 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: dшш = 68 мм;
Длина подшипника: lш = 38 мм;
Диаметральные зазоры: ∆min = 0,057 мм;
∆max = 0,131 мм;
Радиальные зазоры: δmin = 0,0285 мм;
Рис. 20. Положение вала в подшипнике.
Относительные зазоры:
Минимальная толщина масляного слоя:
где kшш = Rшср/lшdм = 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 Qж (кДж/с), отводимой через систему охлаждения двигателя при его работе на режиме номинальной мощности:
, (6.1 [1])
где qж = Qж/Q0 – относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость, обычно qж для дизелей лежит в пределах 0,16...0,36 от теплоты сгорания топлива, принимаем qж = 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 (Qжр), принимается равным количеству теплоты, передаваемой охлаждающему воздуху (Qвозд):
Расход воздуха (м3/с), проходящего через радиатор:
(6.2. [1])
где Свозд – средняя удельная теплоемкость воздуха, Свозд = 1,005 кДж/кг ºС
Р – плотность воздуха при температуре 40 ºС (Рвозд = 1,13 кг/м3);
∆tвозд – температурный перепад в решетке радиатора (25 ºС):
Циркуляционный расход (л/с) охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор:
, (6.3 [1])
где Сж – удельная теплоемкость охлаждающей жидкости (для воды 4,187 кДж/кг ºС)
ρж – плотность жидкости (для воды при tж = 20 ºС ρж = 1 т/м3
∆tж – температурный перепад охлаждающей жидкости в радиаторе (∆tж= tжвх – tжвых = 6...12 ºС).
Оптимальное значение температуры tжвх, характеризующей температурный режим жидкостного охлаждения, принимается в интервале 80...95 ºС. Принимаем tжвх = 92 ºС, ∆tж = 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 tвозд.вх = 40 ºС
Необходимая площадь (м2) поверхности охлаждения радиатора:
, (6.6 [1])
где kж – коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к охлаждающему телу (Вт/м2 ºС), в результате экспериментальных исследований установлено, что для радиаторов тракторов kж находится в пределах 80...100 Вт/м2 ºС.
Принимаем kж = 90 Вт/м2 ºС
Площадь фронтовой поверхности радиатора (м2):
, (6.8 [1])
где υвозд – скорость воздуха перед фронтом радиатора (6...18 м/с) без учета скорости движения машины, принимаем υвозд = 13 м/с.
Глубина сердцевины радиатора (мм):
где φр – коэффициент объемной компактности: для современных радиаторов (0,6...1,8 мм-1). Принимаем φр = 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;
Рв – давление воздуха, создаваемое вентилятором (Рв = 600...1000 Па)
ρв = 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 Dв округляем до ближайшего по ГОСТ 10616-73 и принимаем Dв = 0,400 м.
Частота вращения вентилятора (мин-1):
, (6.12 [1])
Мощность (кВт), потребная для привода вентилятора:
, (6.13 [1])
где ηв – КПД вентилятора, для клепаных вентиляторов ηв = 0,3...0,4. Принимаем 0,35.
8.3. Расчет насоса охлаждающей жидкости
Расчетная подача водяного насоса (л/с):
, (6.14 [1])
где ηн – 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).
Рж – давление жидкости, создаваемое насосом, Па: (5...10)·104,
ηг – гидравлический КПД насоса (0,6...0,7).
Для обеспечения ηг = 0,6...0,7 принимаем α2 = 8...12 º, β2 = 32...50 º.
Принимаем: α2 = 9 º, β2 = 42 º, ηг = 0,67, Рж = 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 ηм – 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
Выбираем марку масла и задаем его расчетную кинематическую вязкость.
В соответствии с требованиями ГОСТ – 20000-82 предельной температурой холодного запуска автотракторных дизелей со штатной пусковой системой считают – 10 ºС при обычных зимних маслах и – 20 ºС при применении загущенных масел.
Масло моторное (см. расчет системы смазывания):
Летнее – М 10 Г2 по ГОСТ 8581-78;
или – М 10 В2 по ГОСТ 8581-78;
Зимнее – М 8 Г2 по ГОСТ 8581-78;
или – М 8 В2 по ГОСТ 8581-78.
Т.к. выбраны масла не загущенные, то предельную температуру холодного запуска систем равной – 10 º С.
По графику (6.1.[1]) для зимнего масла М-8Г2 для t C = -10 ºС находим расчетную его вязкость.
Выбираем пусковую частоту вращения коленчатого вала двигателя (для дизелей пусковая частота должна быть не ниже чем 150...200 мин-1). Принимаем: nп = 200 мин-1.
Определяем коэффициент А – учитывающий влияние размеров поверхностей трения на момент сопротивления Мср. для дизелей А = 2550V (стр. 214, [1]).
А = 2550·4,75 = 10687,5
Для рядных тракторов дизелей расчетный момент сопротивления определяем следующим образом:
Определяем момент сопротивления при вязкости масла равной 1000 мм2/с:
(6.51 [1])
где D – диаметр цилиндра.
По найденному значению М1000 определяем расчетное значение:
, (6.52 [1])
где ν – расчетная вязкость масла (3600 мм2/с при t = -10 ºС для М – 8 Г2),
у – показатель степени, зависящий от пусковой частоты (для nп = 200 мин-1) у = 0,35.
Требуется мощность пускового устройства:
, (6.53 [1])
где k – коэффициент, учитывающий возможное снижение мощности пускового устройства (1,1...1,5), k = 1,1;
η – КПД зубчатой передачи в приводе стартера (0,85)
По этому значению подбираем электростартер – СТ-212.
Также в качестве пускового устройства можно рекомендовать пусковой двигатель ПД – 10у с редуктором (одноцилиндровый, двухтактный, карбюраторный, двигатель с кривошипно-камерной продувкой мощностью 8,48 кВт при 3500 мин-1).
Пусковой двигатель позволяет произвести довольно длительную холодную прокрутку (без подачи топлива) дизеля до появления устойчивого давления в системе смазывания, что положительно сказывается на ресурсе двигателя.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
