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;

δmax = 0,0655 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):

,    (6.6    [1])

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8