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          沙漠推土机发动机的进气系统改进

          2018-07-03
          李艳琴 黄亚军 路青青 唐卫卫
          (山推工程机械股份有限公司研究总院)
            沙漠推土机可在沙漠腹地的石油勘探、开采中承担清理线路、挖掘土方、整修场地等工作,为了保证沙漠推土机在恶劣环境下作业,其发动机设置进气阻力小、过滤效率高的进气系统至关重要。
            1.普通工况进气系统
            我国西北沙漠地区干旱、少雨、风沙大,空气中沙尘含量相当于普通工况的数十倍甚至数百倍。发动机采用普通空气滤清器,容易造成过滤阻力过大并发生堵塞。大量沙尘堵塞后如不及时清理,可导致滤芯吸瘪、变形,滤芯与壳体结合面的密封圈失效。使大量高密度的沙尘经过滤芯侧面的缝隙进入发动机进气道,造成发动机汽缸、活塞环早期磨损。若沙尘进入油底壳,还会造成发动机润滑失效,发生轴瓦烧毁事故,严重影响发动机的使用寿命。
            笔者实地跟踪某普通推土机在沙漠地区作业情况,发现该推土机每天需要清理1次空气滤清器内的沙尘,且每天空气滤清器压差报警器都会报警,说明该推土机进气阻力达到设计要求最上限,需要及时清理。每天清理空气滤清器造成推土机利用率下降,驾驶员劳动强度增大。进气系统阻力增大后,会造成发动机功率降低,影响作业效率。为此,需对普通推土机的进气系统进行改进,设计出适合沙漠工况的进气系统。
            2.沙漠工况进气系统
            为解决发动机普通工况进气系统存在的问题,适应沙漠地区作业需要,我们对我公司生产的某液力传动推土机发动机的进气系统进行了改进,改进内容如下所述。
           ?。?)选用空气滤清器
            推土机发动机罩内空间狭小,应选择流量大、进气阻力小、密封圈位于进气管轴径的径向密封型空气滤清器。该种空气滤清器滤芯的密封圈设置在进气口轴颈上,具有较好的耐压性能,可加强空气滤清器与进气管路连接处密封效果,必要时还可适当增加密封圈。
           ?。?)提高进气口高度
            发动机位于推土机前面,推土时扬起的沙尘与正在前进的推土机驾驶室前部形成涡流区,空气滤清器进口位置正处于沙尘涡流中心,此处沙尘密度比旋涡边缘高数十倍甚至上百倍。虽然我公司推土机采用六面体驾驶室,迎风面积远远小于老式的方形驾驶室,可减少迎风阻力、减弱旋涡效应、降低进气口处沙尘密度,但最有效的办法是将进气口加长,延伸到驾驶室顶部以上的位置,即将进气口设置到旋涡区域以外,以降低进气中的沙尘密度。
            为了防止排气中的碳粒进入进气口堵塞纸质滤芯,排气口至少应高于进气口300mm,且排气方向应远离进气口,这样排气中的碳粒就会迅速散逸。
            进、排气口过高,运输推土机时可能将进气口碰坏。经过试验,我们将进气口向上移动500mm,在避开旋流区的前提下,保证推土机运输安全。
           ?。?)匹配预滤清器
            在空气滤清器前设置预滤清器可以起到较好过滤效果,在空气流动过程中可对空气进行4级预过滤,其结构如图1a所示。其空气流动原理如图1b所示??掌ü送?被吸入预滤器时,去除颗粒大于过滤网孔径的颗粒物,构成第1次过滤??掌鹘朐ぢ似骺翘?内,在旋流叶片2的作用下高速旋转,形成高速旋转空气流,在离心力的作用下,质量较大的颗粒物与空气分离,甩向壳体5内壁上,构成第2次过滤。
            高速旋转的空气流带动转子3旋转,气流中的颗粒粉尘落在转子上,转子旋转时使粉尘通过预滤器壳体上的狭缝窗口被甩出壳体,构成第3次过滤。
            空气进入通道6后继续旋转下移,空气中的颗粒物在离心力的作用下,与通道6内壁碰撞而掉落在法兰盘8上。掉落的粉尘颗粒通过废气引射装置的出口被废气引射系统吸出,构成第4次过滤。
            经过4级预过滤相对清洁的空气进入发动机纸质空气滤清器进行再次过滤,最后进入发动机内。根据预滤清器原理及性能,我们选用SY-KLONE9003型预滤器。
           ?。?)设置废气引射器
            资料显示,在同样的环境下,带废气引射器的空气滤清器可避免纸质空气滤清器堵塞,安装废气引射器后,其纸质空气滤清器保养周期可延长15~20倍。
            废气引射器由吸尘口1、引射管2、单向阀3及文丘里管4等组成,如图3所示。装有废气引射器发动机的排气管内部设有文丘里管4,其结构由粗逐渐变细,再由细逐渐变粗,在最细的喉管部位装有吸管,预滤器的引射管2与吸管相通。发动机排出的废气经过喉管时气流速度加快,根据文丘里管原理,气流速度加快后气压会降低,会在吸管处产生负压,该负压经过单向阀3、引射管2、吸尘口1引入空气预滤清器第4次预过滤处,将该处尘土抽走,随发动机排气管排出。

            设置废气引射器,首先要对结构及除尘能力进行计算分析。我们按照文丘里管中的吸管相对真空度公式计算出其相对真空度该达到400~500Pa,即能起到废气抽尘作用。该推土机发动机中等运转时排出废气流量为240L/s,按照以上公式计算出该推土机废气引射装置结构如下:文丘里管喉管大径d1为112mm;文丘里管中吸管直径d2为60mm。
            3.使用效果
            采用以上4项改进措施后,该推土机进气系统结构如图3所示。经过笔者跟踪调查,改进后进气系统清洁周期由原来的1天1次延长为18天1次,推土机工作效率大大提高,发动机早期磨损及故障率大大降低,保证发动机的正常大修周期。从而减少推土机的使用维护成本。
            应当指出,即使对推土机进气系统进行了改进,每天对进气系统的检查依然必不可少。应检查进气管路是否有破损开裂现象,管路连接处是否松动等。每天查看空气滤清器压差报警器,确保及时清理空气滤清器滤芯。保养滤芯时,用少量的压缩空气吹扫,吹扫时压缩空气由内向外吹,吹管气流沿滤纸折叠方向上、下移动,不允许由外向内吹滤芯,否则会使沙尘堵塞滤纸,影响进气量。不能采用在硬物上磕碰的方法清除滤芯上的尘土。备用的滤芯一定要装入塑料袋并将塑料袋口扎紧,防止沙尘进入。
          本文来自《工程机械与维修》2017第7期
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