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沙漠推土機發(fā)動機的進氣系統(tǒng)改進

2018-01-03

李艷琴　黃亞軍　路青青　唐衛(wèi)衛(wèi)
（山推工程機械股份有限公司研究總院）

　　沙漠推土機可在沙漠腹地的石油勘探、開采中承擔清理線路、挖掘土方、整修場地等工作，為了保證沙漠推土機在惡劣環(huán)境下作業(yè)，其發(fā)動機設置進氣阻力小、過濾效率高的進氣系統(tǒng)至關重要。

　　1.普通工況進氣系統(tǒng)

　　我國西北沙漠地區(qū)干旱、少雨、風沙大，空氣中沙塵含量相當于普通工況的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。發(fā)動機采用普通空氣濾清器，容易造成過濾阻力過大并發(fā)生堵塞。大量沙塵堵塞后如不及時清理，可導致濾芯吸癟、變形，濾芯與殼體結(jié)合面的密封圈失效。使大量高密度的沙塵經(jīng)過濾芯側(cè)面的縫隙進入發(fā)動機進氣道，造成發(fā)動機汽缸、活塞環(huán)早期磨損。若沙塵進入油底殼，還會造成發(fā)動機潤滑失效，發(fā)生軸瓦燒毀事故，嚴重影響發(fā)動機的使用壽命。

　　筆者實地跟蹤某普通推土機在沙漠地區(qū)作業(yè)情況，發(fā)現(xiàn)該推土機每天需要清理1次空氣濾清器內(nèi)的沙塵，且每天空氣濾清器壓差報警器都會報警，說明該推土機進氣阻力達到設計要求Z上限，需要及時清理。每天清理空氣濾清器造成推土機利用率下降，駕駛員勞動強度增大。進氣系統(tǒng)阻力增大后，會造成發(fā)動機功率降低，影響作業(yè)效率。為此，需對普通推土機的進氣系統(tǒng)進行改進，設計出適合沙漠工況的進氣系統(tǒng)。

　　2.沙漠工況進氣系統(tǒng)

　　為解決發(fā)動機普通工況進氣系統(tǒng)存在的問題，適應沙漠地區(qū)作業(yè)需要，我們對我公司生產(chǎn)的某液力傳動推土機發(fā)動機的進氣系統(tǒng)進行了改進，改進內(nèi)容如下所述。

　?。?）選用空氣濾清器
　　推土機發(fā)動機罩內(nèi)空間狹小，應選擇流量大、進氣阻力小、密封圈位于進氣管軸徑的徑向密封型空氣濾清器。該種空氣濾清器濾芯的密封圈設置在進氣口軸頸上，具有較好的耐壓性能，可加強空氣濾清器與進氣管路連接處密封效果，必要時還可適當增加密封圈。

　　（2）提高進氣口高度
　　發(fā)動機位于推土機前面，推土時揚起的沙塵與正在前進的推土機駕駛室前部形成渦流區(qū)，空氣濾清器進口位置正處于沙塵渦流中心，此處沙塵密度比旋渦邊緣高數(shù)十倍甚至上百倍。雖然我公司推土機采用六面體駕駛室，迎風面積遠遠小于老式的方形駕駛室，可減少迎風阻力、減弱旋渦效應、降低進氣口處沙塵密度，但Z有效的辦法是將進氣口加長，延伸到駕駛室頂部以上的位置，即將進氣口設置到旋渦區(qū)域以外，以降低進氣中的沙塵密度。
　　為了防止排氣中的碳粒進入進氣口堵塞紙質(zhì)濾芯，排氣口至少應高于進氣口300mm，且排氣方向應遠離進氣口，這樣排氣中的碳粒就會迅速散逸。
　　進、排氣口過高，運輸推土機時可能將進氣口碰壞。經(jīng)過試驗，我們將進氣口向上移動500mm，在避開旋流區(qū)的前提下，保證推土機運輸安全。

　　（3）匹配預濾清器
　　在空氣濾清器前設置預濾清器可以起到較好過濾效果，在空氣流動過程中可對空氣進行4級預過濾，其結(jié)構(gòu)如圖1a所示。其空氣流動原理如圖1b所示。空氣通過過濾網(wǎng)1被吸入預濾器時，去除顆粒大于過濾網(wǎng)孔徑的顆粒物，構(gòu)成第1次過濾。空氣流進入預濾器殼體5內(nèi)，在旋流葉片2的作用下高速旋轉(zhuǎn)，形成高速旋轉(zhuǎn)空氣流，在離心力的作用下，質(zhì)量較大的顆粒物與空氣分離，甩向殼體5內(nèi)壁上，構(gòu)成第2次過濾。

　　高速旋轉(zhuǎn)的空氣流帶動轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)，氣流中的顆粒粉塵落在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時使粉塵通過預濾器殼體上的狹縫窗口被甩出殼體，構(gòu)成第3次過濾。

　　空氣進入通道6后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下移，空氣中的顆粒物在離心力的作用下，與通道6內(nèi)壁碰撞而掉落在法蘭盤8上。掉落的粉塵顆粒通過廢氣引射裝置的出口被廢氣引射系統(tǒng)吸出，構(gòu)成第4次過濾。
　　經(jīng)過4級預過濾相對清潔的空氣進入發(fā)動機紙質(zhì)空氣濾清器進行再次過濾，Z后進入發(fā)動機內(nèi)。根據(jù)預濾清器原理及性能，我們選用SY-KLONE9003型預濾器。

　?。?）設置廢氣引射器
　　資料顯示，在同樣的環(huán)境下，帶廢氣引射器的空氣濾清器可避免紙質(zhì)空氣濾清器堵塞，安裝廢氣引射器后，其紙質(zhì)空氣濾清器保養(yǎng)周期可延長15～20倍。
　　廢氣引射器由吸塵口1、引射管2、單向閥3及文丘里管4等組成，如圖3所示。裝有廢氣引射器發(fā)動機的排氣管內(nèi)部設有文丘里管4，其結(jié)構(gòu)由粗逐漸變細，再由細逐漸變粗，在Z細的喉管部位裝有吸管，預濾器的引射管2與吸管相通。發(fā)動機排出的廢氣經(jīng)過喉管時氣流速度加快，根據(jù)文丘里管原理，氣流速度加快后氣壓會降低，會在吸管處產(chǎn)生負壓，該負壓經(jīng)過單向閥3、引射管2、吸塵口1引入空氣預濾清器第4次預過濾處，將該處塵土抽走，隨發(fā)動機排氣管排出。

　　設置廢氣引射器，首先要對結(jié)構(gòu)及除塵能力進行計算分析。我們按照文丘里管中的吸管相對真空度公式計算出其相對真空度該達到400～500Pa，即能起到廢氣抽塵作用。該推土機發(fā)動機中等運轉(zhuǎn)時排出廢氣流量為240L/s，按照以上公式計算出該推土機廢氣引射裝置結(jié)構(gòu)如下：文丘里管喉管大徑d1為112mm；文丘里管中吸管直徑d2為60mm。

　　3.使用效果

　　采用以上4項改進措施后，該推土機進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。經(jīng)過筆者跟蹤調(diào)查，改進后進氣系統(tǒng)清潔周期由原來的1天1次延長為18天1次，推土機工作效率大大提高，發(fā)動機早期磨損及故障率大大降低，保證發(fā)動機的正常大修周期。從而減少推土機的使用維護成本。
　　應當指出，即使對推土機進氣系統(tǒng)進行了改進，每天對進氣系統(tǒng)的檢查依然必不可少。應檢查進氣管路是否有破損開裂現(xiàn)象，管路連接處是否松動等。每天查看空氣濾清器壓差報警器，確保及時清理空氣濾清器濾芯。保養(yǎng)濾芯時，用少量的壓縮空氣吹掃，吹掃時壓縮空氣由內(nèi)向外吹，吹管氣流沿濾紙折疊方向上、下移動，不允許由外向內(nèi)吹濾芯，否則會使沙塵堵塞濾紙，影響進氣量。不能采用在硬物上磕碰的方法清除濾芯上的塵土。備用的濾芯一定要裝入塑料袋并將塑料袋口扎緊，防止沙塵進入。

本文來自《工程機械與維修》2017第7期