Модернизация системы охлаждения трактора «БЕЛАРУС-3022» с двигателем Detroit S40E (конструкторская часть дипломного проекта)

Система охлаждения двигателя является важнейшим элементом кон-струкции трактора. Ее назначение – обеспечить требуемый температурный режим двигателя не зависимо от нагрузочных режимов и условий внешней среды до температуры +35°С.
Радиатор составляет неотъемлемую часть системы охлаждения тракторов. Радиатор служит для интенсивного охлаждения циркулирующей в системе охлаждения жидкости путем передачи части ее теплоты потоку воздуха.
Широкий диапазон скоростных и нагрузочных режимов работы тракторов в сочетании с климатическими условиями существенно сказывается на тепловой напряжённости их агрегатов и узлов.
Одним из значимых факторов, определяющих эффективность работы СО, является состояние окружающего воздуха, которое характеризуется температурой, относительной влажностью, барометрическим давлением, а также количеством содержащихся в воздухе механических, химических, биологических элементов и др. Перечисленные характеристики окружающего воздуха связаны с географической зоной, климатом, временем года и погодой.
Интенсивность нагрева деталей двигателя зависит от режима работы, поэтому при малых нагрузках и частотах вращения коленчатого вала температурный режим деталей может быть недостаточным для нормальной работы двигателя и, наоборот, при максимальной мощности или при максимальном крутящем моменте без эффективного отвода теплоты в окружающую среду возможен перегрев деталей, выход их из строя, нарушение процесса сгорания, снижение мощности и экономичности двигателя. Для снижения температуры в верхней части и выравнивая ее по высоте цилиндра подвод жидкости в рубашку охлаждения осуществляется в верхнюю зону блока.
Чрезмерный нагрев деталей двигателя приводит к уменьшению зазоров в подвижных соединениях, что может привести к заклиниванию движущихся деталей, ухудшению смазывания деталей и смазочных свойств масел из-за их пригорания, а также к нарушению процессов смесеобразования и сгорания. Увеличиваются потери на трение, уменьшается прочность металла.
Интенсивное охлаждение деталей также отрицательно сказывается на экономичности работы двигателя и износе его деталей. В этом случае водяные пары могут конденсироваться. Пониженный тепловой режим двигателя вызывает неполное сгорание тяжелых фракций топлива и масла и повышенное нагарообразование на деталях.
Таким образом, как излишний нагрев, так и чрезмерное понижение температуры деталей нежелательны. Наиболее выгодный тепловой режим работы двигателя достигается при температуре охлаждающей жидкости 85-90 0С.
Применительно к трактору «Беларус-3022» отметим, что при непродолжительной работе в условиях повышенной температуры окружающей среды на мощности, близкой к номинальной, температурный режим двигателя приобретает характер, граничащий с предельно допустимым по температуре жидкостного теплоносителя. Ситуация усугубляется большой вероятностью загрязнения заборных сеток маски капота, сердцевин теплообменных аппаратов в процессе выполнения сельскохозяйственных операций, необходимостью включения кондиционера.
Патрубки подачи и увода жидкостного теплоносителя расположены на радиаторе на одной его стороне, что приводит к различным скоростям, а следовательно, объемам протекания жидкости по трубкам сердцевины. Отмечено снижение возможности радиатора по теплопередаче на 9 – 11% в сравнении с радиатором, имеющем патрубки подвода и увода жидкости с различных сторон. Низкая скорость жидкостного теплоносителя (0,27 м/с при рекомендуемой 0,6-0,9 м/с) является следствием 6-ти рядности одноходового радиатора, существенно снижает эффективность теплоотдачи, формируемой теплопроводностью, в то время как должен присутствовать конвективный теплообмен. К тому же эффективность теплосъема 6-го ряда низкая (примерно 5% от суммарной).
Исходя из этого, в данном дипломном проекте ставятся следующие задачи:
-обеспечение эффективной работы трактора при воздействии внешних факторов: высокой температурой окружающей среды и нагрузочных режимов;
- увеличение теплоотдачи от поверхности охлаждения жидкостного радиатора;
- создание боле конкурентоспособной отечественной продукции;
- устранение вынужденных простоев сельскохозяйственного агрегата по причине перегрева двигателя.
Одним из направлений решения данных задач я вижу в необходимости модернизации и доработки радиатора системы охлаждения.
Заменив расположение патрубков подачи и отвода жидкости теплоносителя на разные стороны, я поставил две перегородки в баках, что дало многозаходный теплообменник и тем самым увеличило эффективность охлаждения радиатора. После, заменив коридорное расположение трубок на шахматное, мы получили увеличение теплоотдачи от поверхности радиатора.
Это всё, позволит нам обеспечить многократность циркуляции охлаждающей через сердцевину, повысит скорость и давление.
Основной результат такого технического решения, является повышение интенсивности теплоотдачи.