Курсовая работа (т): Проектирование гидравлики и гидропривода системы жидкостного охлаждения автомобильного двигателя

Проектирование гидравлики и гидропривода системы жидкостного охлаждения автомобильного двигателя

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Московский государственный индустриальный университет» в г. Кинешме Ивановской области (КФ ГОУ МГИУ)

Кафедра «Автомобилей»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Автомобили»

на тему «Проектирование гидравлики и гидропривода системы жидкостного охлаждения автомобильного двигателя»

КИНЕШМА 2014

Исходные данные к курсовой работе

1. Мощность двигателя N_дв                                                 100 кВт

Доля мощности двигателя, отбираемая на охлаждение 0,2

1. Температуры охлаждающей жидкости (теплоносителя):  - на выходе из двигателя t₁                                                                            90 °С

2. - на выходе из радиатора t₂                                             65°С

3. Частота вращения рабочего колеса в насосе n,              500 об/мин

4. Расчетный напор насоса Н^р_н                                           1.5 м

Расчетная потеря напора в устройстве охлаждения двигателя  0.45 м

Расчетная потеря напора в радиаторе                                0.4 м

1. Диаметр (внутренний) нижнего коллектора устройства охлаждения двигателя d₁                                                                                               35 мм

9.       Диаметры (внутренние) коллекторов радиатора d₂                        45 мм      

. Внутренние диаметры у всех трубопроводов гидролинийd₃ 14 мм

11. Полная длина трубопроводов участка гидролиний, первого по ходу движения отдвигателя к радиатору L₁                              0.65 м

. Полная длина трубопроводов второго участка гидролинийL₂ 1.3 м

Описание системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя приведена на рисунке 1 и состоит из центробежного насоса 1, устройства охлаждения двигателя 2, радиатора для охлаждения теплоносителя потоком набегающего воздуха 3, термоклапана 4 и соединительных трубопроводов - гидролиний 5 и 6. Все указанные элементы системы входят в так называемый «большой» круг охлаждения. Имеется и «малый» круг охлаждения, когда теплоноситель «закольцован» непосредственно через термоклапан на устройство охлаждения двигателя (в обход радиатора). Причины наличия, как «большого», так и «малого» кругов охлаждения представлены в специальных дисциплинах. Расчету в данном проекте подлежит только «большой» круг, как расчетный тракт движения охлаждающей жидкости (теплоносителя).

Устройство охлаждения двигателя состоит из «рубашки» охлаждения головки цилиндров двигателя (2а), «рубашки» охлаждения боковых стенок цилиндров двигателя (в виде вертикальных ходов цилиндрических формы, расположенных по двум сторонам двигателя) (26) и цилиндрических коллекторов для сбора охлаждающей жидкости (2в). Представление «рубашки» охлаждения боковых стенок цилиндров в виде вертикальных ходов является условным, но достаточно близким к действительности и именно такое представление рассматриваемого элемента устройства охлаждения двигателя можно было бы использовать при проведении гидравлического расчета системы охлаждения двигателя.

Рисунок 1. Принципиальная гидравлическая схема системы охлаждения двигателя

жидкостный охлаждение автомобильный насос

Радиатор 3 состоит из верхнего (За) и нижнего (3б) коллекторов, вертикальных трубок (Зв), по которым теплоноситель движется от верхнего коллектора внижний. Термоклапан (термостат) 4 является автоматическим дроссельным устройством, предназначенным для изменения направления движения теплоносителя илипо «большому», или по «малому» кругам.

Теплоноситель движетсяпо пути (по большому кругу): центробежный насос - рубашка охлаждения крышки цилиндров -2 ряда вертикальных ходов в стенках двигателя -2 приемных (нижних) коллектора устройства охлаждения двигателя - узел соединения двух потоков - термоклапан - верхний коллектор радиатора - трубки радиатора - нижний коллектор радиатора - вход в насос. По пути преодолевается ряд «местных» сопротивлений в виде внезапных расширений или сужений потока, поворотов на 90°, а также в виде дроссельного устройства (термоклапана).

Все гидролинии системы охлаждения двигателя изготовлены из технически гладких труб, причем внутренние диаметры труб на всем протяжении гидролиний одинаковы и равны d₃. В задании приводятся также значения диаметров нижнего коллектора устройства охлаждения двигателяd₁ и обоих коллекторов радиатора d₂, а также длина коллекторов радиатора l_р=0,5 м.

Теплоносителем в системе охлаждения двигателя принимается охлаждающая жидкость, у которой при температуре +4 °С плотность составляет =1080 кг/м³, а кинематическая вязкость  м²/с. Это могут быть жидкости «Антифриз», «Тосол», «Лена», «Прайд» или другие.

1. Гидравлический расчет системы охлаждения двигателя

.1 Определение расчетного расхода теплоносителя в системе охлаждения двигателя Q_Р

Вначале определяется количество теплоты, отводимое от двигателя с охлаждающим теплоносителем qв расчетном режиме работы:

=  = 100 * 0.2 = 20 [кВт] (1)

где q - количество теплоты, отводимое от двигателя с охлаждающим теплоносителем, кВт; _дв и принимаются из задания на работу.

Далее определяется Q_Р, по формуле:

 = 20/(4.2*991.9*(90-59)) = 1.549* [], (2)

где  - удельная теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении;

 =  -

средняя плотность теплоносителя;

 - средняя температура теплоносителя;

1.2 Определение скоростей движения теплоносителя

Чисел Рейнольдса и режимов движения теплоносителякорость движения теплоносителя V_уч определяется по формуле:

,

,

где , - скорость движения, расход теплоносителя и диаметр канала на i-том участке гидролиний.

Число Рейнольдса на любом из участков определяется по формуле:

,                                                (3)

- кинематическая вязкость теплоносителя на i-том участке

 = 1.5* = 0.705*,

 = 1.5* = 0.924*.

Учитывая полученные данные, вычисляем соответственно числа Рейнольдса для течения в:

верхнем коллекторе двигателя

= 8016,

отводящем трубопроводе

 = 19990,

нижнихколлекторах двигателя

 = 4735,

подводящем трубопроводе

 = 14824.

Таким образом, движение теплоносителя во всех элементах системы охлаждения двигателя, включая подводящий и отводящий трубопроводы, турбулентное (Re (1-1, 1-3, 2-3) > 2300).

1.3 Определение коэффициента трения на участках

Как уже было сказано, величина определяется в зависимости от режима движения жидкости. Влияние оказывают также и такие факторы, как то, гладкий (в гидравлическом понимании) или шероховатый, круглые или некруглые, протяженный или короткий (опять же в гидравлическом понимании) тот или иной трубопровод.

Выше было указано, что все гидролинии в системе охлаждения считаются изготовленными из технически гладких труб. Теперь же следует учесть, что технически гладкие трубы должны одновременно рассматриваться еще и как гидравлически гладкие, причем при любом режиме движения жидкости.

С учетом вышеизложенного, следует использовать для определения следующие формулы:

при турбулентном режиме движения в заведомо коротком трубопроводе:

0.028              (4)

при турбулентном режиме движения в заведомо протяженном трубопроводе

0.029                                    (5)

1.4 Определение или выбор коэффициентов местных потерь напора

Влияние местных сопротивлений на величину потери напора определяем по формулам:

- коэффициент сопротивлениядля резкого поворота на 90° равен _п=1;

коэффициент сопротивления для плавного поворота на 90° (в гидромагистрали имеется 1 и 5 отводов)

 = (0,051+0,19(d/R)) = 5*(0,051+0,19*= 0,0985;

 = 5*(0,051+0,19(d/R)) = 5*(0,051+0,19*= 0,4925;(6)

для внезапного сужения проходного сечения (сопряжения коллектора двигателя с магистральным трубопроводом)

 0.420;                               (7)

для внезапного сужения проходного сечения (сопряжение радиатора с магистраль-ным трубопроводом)

 0.496;                 (8)

коэффициент для внезапного расширения (вход в верхний коллектор радиатора)

 0.7056;                            (9)

- коэффициент для внезапного расширения (вход в нижний коллектор двигателя)

 0.8158,                                     (10)

плошадь сечения радиатора определяется выражением = 0.0175 [;

коэффициент  для узла слияния потоков от двух сторон двигателя _сл следует определить, как для, так называемого, «сложного местного сопротивления», состоящего, как бы, из двух «простых» местных сопротивлений, а именно из сопротивлений резкого поворота на 90° и резкого сужения при отношенииf₁/f₂ = 0,5 (величина _сл для узла слияния принимается равной сумме из двух  для указанных «простых» местных сопротивлений), т.е. коэффициент местных потерь напора для слияния потоков с двух сторон на участке 1