1590

Техническое обеспечение основной обработки почвы в СПК «Краковка» Ошмянского района с модернизацией системы охлаждения двигателя трактора Беларус-3022

ID: 211420
Дата закачки: 10 Июня 2020
Продавец: Shloma (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: КОМПАС, Microsoft Word

Описание:
Дипломный проект выполнен на 9 листах графической части и 124 страницах расчетно-пояснительной записки.
Ключевые слова: колесный трактор, модернизация, двигатель, система охлаждения, тепловой баланс, радиатор, машинно-тракторный агрегат, увеличение, улучшение.
На основании анализа условий эксплуатации колесных тракторов, выполненного патентного поиска, расчетов, произведено совершенствование радиатора системы охлаждения трактора «Беларус-3022», которое позволило повысить эффективную составляющую теплового баланса двигателя рассматриваемого трактора, обеспечить его эксплуатацию при повышенной температуре окружающей среды.
Выполненные экономические расчеты подтверждают целесообразность внедрения разработанного механизма на практике.
Таблиц –15, иллюстраций –39, использовано литературных источников –33.



СОДЕРЖАНИЕ

 
Введение.
1. Анализ состояния сельскохозяйственного производства СПК «Краковка»
1.1 Характеристика и анализ хозяйственной деятельности СПК «Краковка»
1.1.1 Общие сведения о хозяйстве..
1.1.2  Природно-климатические условия..
1.1.3 Состояние отрасли растениеводства.
1.1.4 Показатели технической оснащенности хозяйства и уровня механизации работ.
1.2 Анализ использования МТА в сельскохозяйственном производстве СПК «Краковка»…
2. Анализ конструкции систем охлаждения дизелей тракторов
3. Анализ конструкции жидкостных систем охлаждения..
3.1 Общие сведения о жидкостных системах охлаждения тракторов
3.1.1 Классификация систем охлаждения двигателей
3.1.2 Основные требования предъявляемые к системам охлаждения…
3.1.3 Принцип работы и устройство системы охлаждения двигателей
3.2 Анализ конструкции жидкостных радиаторов
3.2.1 Классификация радиаторов…
3.2.2 Принцип работы и устройство радиатора системы охлаждения двигателей
4. Обоснование и выбор принятого конструктивного решения
4.1 Расчет радиатора системы охлаждения трактора «Беларус-3022» с двигателем Detroit S40E
4.1.1 Определение количества теплоты поступающей в систему охлаждения…
4.1.2 Уточнение количества теплоты системы охлаждения…
4.1.3 Определение количества охлаждающей жидкости в системе охлаждения…
4.1.4 Уточнение количества охлаждающей жидкости системы охлаждения.
4.1.5 Определение количества охлаждающего воздуха системы охлаждения…
4.1.6 Уточнение количества охлаждающего воздуха системы охлаждения
4.1.7 Определение температурного перепада по принятым теплоносителям…
4.1.8 Определение среднего температурного напора по принятым теплоносителям…
4.1.9 Определение коэффициента теплопередачи…
4.1.10 Определение суммарной требуемой площади охлаждения радиатора
4.1.11 Определение площади охлаждения трубок и пластин…
4.1.12 Определение геометрических и конструктивных размеров радиатора
5. Патентный поиск
6. Расчет операционно-технологической карты
6.1 Условия работы…
6.2 Агротехнические нормативы и показатели качества
6.3 Состав и подготовка МТА
6.4 Скорость движения агрегата
6.5 Выбор способа движения
6.6 Показатели организации процесса…
7. Экономическое обоснование и расчет эффективности инженерных решений
7.1 Расчет эксплуатационных показателей
7.2 Расчет трудозатрат и роста производительности труда…
7.3 Материалоемкость процесса..
7.4 Энергоемкость процесса
7.5 Расход топлива
7.6 Капиталоемкость процесса…
7.7 Расчет эксплуатационных затрат и их экономия…
7.8 Расчет эффективности капитальных вложений
8. Безопасность жизнедеятельности
8.1 Анализ состояния охраны труда и мероприятия по ее улучшению в СПК «Краковка»…
8.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации трактора тягового класса 5
8.3 Требования безопасности при эксплуатации трактора тягового класса 5…
8.3.1 Разработка мер безопасности при эксплуатации трактора «Беларус 3022»…
8.4 Пожарная безопасность в СПК «Краковка»
Заключение..
Список использованных источников.





4. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПРИНЯТОГО КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ

В настоящее время износ машинотракторного парка сельскохозяйственных предприятий РБ составляет около 47%. Поэтому в ближайшие годы необходимо провести техническое и технологическое переоснащение сельскохозяйственного производства, что предусматривает внедрение в сельскохозяйственное производство индустриальных технологий, пополнение машинотракторного парка хозяйств новой качественной техникой.
При приобретении новой техники прежде всего отдается предпочте-ние колесным тракторам «Минского тракторного завода». Этому способствуют следующие причины:
- тракторы «Беларус» хозяйствам приобрести легче из-за помощи государства;
- доступность запасных частей;
- простота в обслуживании.
Расширение производства тракторов «Беларус» повышенной мощности с применением форсированных тракторных дизелей ставит перед конструкторами ряд задач, среди которых одной из основных является проблема эффективного и рационального охлаждения.
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.

4.1 РАСЧЁТ РАДИАТОРА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАКТОРА «БЕЛАРУС-3022» С ДВИГАТЕЛЕМ Detroit S40E

При сгорании топлива, введенного в цилиндры двигателя, образуется теплота. Она расходуется на полезную работу и на отдельные виды потерь. Распределение количества теплоты по этим видам оценивается внешним тепловым балансом.
Уравнение теплового баланса при работе двигателя можно предста-вить в следующем виде:
Qт = Qе + Qохл + Qм + Qо.г. + Qост ,
где: Qт- количество теплоты, которое выделилось при сгорании топ-лива в цилиндрах двигателя;
Qе- количество теплоты, необходимое на совершение полезной работы;
Qохл- количество теплоты, передаваемое в окружающую среду через систему охлаждения
Qо.г.- количество теплоты, теряемое с обработавшими газами;
Qм.- количество теплоты, уносимая смазочным маслом;
Qост- остаточный член теплового баланса (неучтенные потери).
На значение отдельных членов теплового баланса влияют скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя, условия окружающей среды. В зависимости от степени влияния перечисленных факторов на работу двигателя может происходить перераспределение значений членов теплового баланса относительно друг друга.
Результаты снятия теплового баланса дизеля с усовершенствованным радиатором системы охлаждения свидетельствует о повышении эффективной составляющей теплового баланса. Это достигнуто за счет перераспределения составляющих вынужденных потерь.
При рассмотрении работ исследователей, занимавшихся изучением систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, наблюдаются раз-личные подходы при определении количества теплоты, поступающей в систему охлаждения. Однако наиболее достоверно количество теплоты в системе охлаждения можно определить по данным теплового баланса.

4.1.1 Определение количества теплоты, поступающей в систему
охлаждения

Проведём расчёт системы охлаждения трактора «Беларус-3022» с дизелем Detroit S40E. Распределение теплоты по составляющим теплового баланса дизеля трактора «Беларус-3022», полученное по результатам экспериментальных исследований, приведено в таблице 1.
Таблица 1
Модель дизе-ля Количество тепла, кДж/с
           
Detroit S40E 517,8 185,2 114,3 10 165,7 42,6

4.1.2 Уточнение количества теплоты системы охлаждения

Для обеспечения необходимого запаса тепловой эффективности сис-темы охлаждения количество теплоты при расчёте радиатора должно быть увеличено. Расчётное количество теплоты охлаждающей системы определяем по уравнению:
,

где  - коэффициент запаса тепловой эффективности (1,05…1,15).
Определяем расчётное количество теплоты охлаждающих систем рассматриваемых моделей дизелей:
кДж/с.

4.1.3 Определение количества охлаждающей жидкости в системе охлаждения

Количество охлаждающей жидкости, циркулирующей через радиатор, определяем из уравнения:
.

Для эффективного использования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, рекомендуется поддерживать температуру охлаждающей жидкости на выходе из двигателя не менее 95ºС. Это создает запас по тепловой эффективности системы охлаждения и предотвращает перегрев двигателя на режиме максимального крутящего момента.
Перепад температур на входе и выходе радиатора должен составлять 5ºС.
Определяем количество охлаждающей жидкости, циркулирующей через радиатор для рассматриваемого дизеля. При этом принимаем, что для воды плотность равна 980 кг/м3 (1,120 кг/м3–для воздуха), теплоёмкость равна 4,195 кДж/кг∙К (1,005 кДж/кг∙К–для воздуха):
м3/с.
4.1.4 Уточнение количества охлаждающей жидкости системы охлаждения
Так как расход охлаждающей жидкости через радиатор должен определяться с учётом изменения расхода охлаждающей жидкости вследствие сопротивлений жидкостного тракта, то воспользуемся следующей зависимостью:
,
где  - коэффициент запаса, =0,15…0,20.
м3/с.
 
4.1.5 Определение количества охлаждающего воздуха системы охлаждения

Расход количества охлаждающего воздуха через радиатор определяем по следующей зависимости:
.
 На основании условного равенства количества теплоты, подведённого к поверхности охлаждения радиатора и количества теплоты, переданного потоку воздуха, будем считать значение равным
 Тогда получим следующий результат:
м3/с.
 
4.1.6 Уточнение количества охлаждающего воздуха системы ох-лаждения

Расчётное количество расхода охлаждающего воздуха определим по формуле:
,
где  - коэффициент снижения потока воздуха при установке в воздуш-ном тракте различных узлов. Суммарный коэффициент снижения потока воздуха равен 0,1…0,15.
 Приняв значение коэффициента снижения потока воздуха равным =0,125, проведём уточнённый расчёт количества воздуха системы охлаждения.

Тогда получим следующий результат:
м3/с.

4.1.7 Определение температурного перепада по принятым теплоносителям

По принятым расчётным количествам теплоносителей определяем перепад по охлаждающей жидкости и воздуху соответственно:
;
      .
Подставляя полученные ранее значения, получаем:
;

.

4.1.8 Определение среднего температурного напора по принятым теплоносителям

Определяем средний температурный напор теплоносителей:
.
.

С.
С.
Средний температурный напор между теплоносителями зависит от схемы движения теплоносителей:
для прямотока   ;
;
для противотока   ;
.

4.1.9 Определение коэффициента теплопередачи

Для определения коэффициента теплопередачи используем формулу,
в которой термическое сопротивление накипи на стенках не учитывается:
,
где   - коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к стенке трубки;
  - коэффициент теплопередачи от охлаждающих пластин и стенок трубок потоку воздуха;
  - коэффициент оребрения равный 3…6.

Коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к стенкам трубок трубчато-пластинчатых и ребристых радиаторов определяем по формуле Крауссольда:
,
где   - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м∙К);
  - число Рейнольдса, подсчитанное для потока жидкости в трубках радиатора;
- число Прандтля, подсчитанное для потока жидкости в трубках радиатора.
Эквивалентный диаметр для плоскоовальной трубки, используемой в радиаторах охлаждения сельскохозяйственного трактора, определяем по формуле:
     .
    мм3.
Число Рейнольдса для потока охлаждающей жидкости в трубках радиатора подсчитываем по известной формуле:

     ,
где   - кинематический коэффициент вязкости теплоносителя;
  - скорость движения теплоносителя. В радиаторах, используемых на тракторах МТЗ, скорость охлаждающей жидкости составляет 0,18…0,30 м/с.
 Учитывая, что температура жидкости в радиаторе находится в пределах 90…100С, принимаем кинематическую вязкость жидкости 0,31×10-6 м2/с.
 Тогда получаем:
      .
В среднем при <2300 (нижнее критическое число) имеет место устойчивый ламинарный режим движения, а при >4000 (верхнее
критическое число) устойчивый турбулентный режим. При больших числах возрастают пульсации скоростей и связанные с ними инерционные силы настолько, что вязкость больше не может служить препятствием хаотичному движению частиц жидкости, то есть в потоке будет иметь место турбулентный режим.
Число Прандтля является безразмерной величиной, определяющей процессы теплопередачи в движущихся жидкостях и газах; является критерием подобия двух неизотермических потоков жидкости (газа). Названо по имени Л. Прандтля. Величина критерия Прандтля для условий теплообмена может быть определена по формуле:
.
Так как нас интересует диапазон температуры 90…100&#61616;С, то для расчётов условимся принимать =2.
Тогда  получаем: 
Вт/м2&#8729;К.
Коэффициент теплопередачи от охлаждающих пластин и стенок трубок потоку воздуха трубчато-пластинчатых радиаторов охлаждения дизеля определяем по формуле Н.Б. Марьянова:
,
где  - эквивалентный диаметр ячейки, образуемый трубками и охлаждающими пластинами,
       ,
где   - площадь ячейки;
  - периметр поверхности ячейки.
 Площадь ячейки и периметр поверхности определяется геометриче-скими параметрами трубок, пластин и заданным шагом пластин в сердце-вине радиатора, которые в предварительном расчёте принимаем по аналогии с существующими радиаторами тракторов «Беларус».
При подстановке принятых геометрических параметров сердцевины радиатора в формулу для расчёта эквивалентного диаметра ячейки получим:
      ,
где   - шаг охлаждающих пластин;
  - толщина пластины;
  - шаг трубок в сердцевине по фронту;
  - наружный диаметр (толщина) трубки.
мм.
Для дальнейших расчётов условимся принимать =0,0275 Вт/(м&#8729;К).
Определяем число Рейнольдса для потока воздуха в сердцевине ра-диатора:
,
где   - скорость воздуха в ячейках сердцевины радиатора.
.
Получаем:
Вт/м2&#8729;К.
Определяем коэффициент теплопередачи:
Вт/м2&#8729;К.

4.1.10 Определение суммарной требуемой площади охлаждения радиатора

Определяем суммарную требуемую площадь охлаждения радиатора:
.
Определяем расчётную суммарную площадь охлаждения радиатора рассматриваемого трактора:
м2.

4.1.11 Определение площади охлаждения трубок и пластин

Суммарная площадь охлаждения радиатора состоит из поверхности охлаждающих трубок и поверхности охлаждающих пластин:
.
Распределение площади рассчитываем по эмпирическим зависимо-стям:

 - охлаждающая поверхность пластин
       ;
 - охлаждающая поверхность трубок
       .

Получаем следующие результаты:
   
м2.

м2.

4.1.12 Определение геометрических и конструктивных размеров радиатора

После расчёта поверхности охлаждения радиатора необходимо определить геометрические параметры сердцевины радиатора. Основными размерами являются ширина , высота , глубина . Габаритные размеры сердцевины ограничены размером воздушного тракта и не могут быть приняты произвольно. С достаточной степенью точности фронтовую площадь радиатора можно определить по формуле:

,
где   - коэффициент живого сечения сердцевины радиатора по воздуху

При расчёте геометрических параметров сердцевины учитываются геометрические параметры воздушного тракта. Соотношения между размерами по высоте и ширине воздушного тракта и сердцевины задаются коэффициентами и . Значения этих коэффициентов находятся в следующих пределах:
=0,7…0,75;
=0,9…0,95.
Принимаем =0,725 и =0,925.
По заданным коэффициентам определяем высоту и ширину сердцевины радиатора:


 Результат расчёта сводим в таблицу 2
Таблица 2
Конструктивный параметр Рассматриваемая модель трактора
 «Беларус-3022»
высота сердцевины радиатора , мм
530
ширина сердцевины радиатора , мм
590

Тогда общее количество трубок в сердцевине радиатора равно:
      .
    
.
Определяем количество трубок по фронту:
,
где   - расстояние от края пластины до боковой поверхности трубки.
     
.
Определяем количество трубок по глубине или число рядов трубок в радиаторе рассматриваемого трактора:

.
.
Принимаемые конструктивные размеры сердцевин радиатора сводим в таблицу 3.


Таблица 3. Конструктивные размеры сердцевин радиатора
Конструктивный параметр Рассматриваемая модель трактора
 «Беларус-3022»

1520

58

26,2

Вывод: приведенные расчеты свидетельствуют о следующем рас-пределении теплоты по составляющем теплового баланса: Qт = 517,8 кДж/с, Qе =185,2 кДж/с , Qохл=114,3 кДж/с, Qм=10 кДж/с, Qо.г.= 165,7 кДж/с, Qост=42,6 кДж/с. Уточненный расчет базируется на экспериментальных данных полученных при снятии теплового баланса на Минском моторном заводе.
Проведенная модернизация радиатора системы охлаждения позволила повысить эффективную составляющую теплового баланса двигателя тем самым повышен эффективный КПД двигателя.




Размер файла: 44,2 Мбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

        Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.