沙漠型推土機進氣系統優(yōu)化設計

范偉巖/FAN Wei-yan

（柳工常州機械有限公司，江蘇 常州 213000）

近些年，沙漠地區(qū)的各類建筑工程、荒漠改造工程、修筑公路工程越來越多，推土機作為工程機械的開路先鋒，在沙漠地區(qū)的應用必不可少。

推土機在沙漠地區(qū)施工，由于整個進氣系統都沉浸在風沙之中，大量的沙塵必然會被吸入進氣系統，短時間內導致空濾器達到容灰量上限，進氣阻力增大，發(fā)動機動力性能驟降。所以，推土機沙漠工況施工面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是進氣系統是否能滿足沙漠工況使用要求。

1 標準型進氣系統

標準型推土機進氣系統空濾器一般布置在機艙內部，連接空濾器的預濾器或防雨帽布置在機罩的上方、駕駛室前端（圖1）。標準型的進氣系統在一般工況下應用沒有問題，滿足使用要求。但是在沙漠工況下，由于沙塵的含量相當于一般工況的數十倍甚至百倍以上，進氣系統在很短的時間內造成進氣阻力過大，整車動力下降，用戶必須要頻繁地停機清理濾芯，而且濾芯一般在清理4～5 次后，過濾效率明顯下降，必須要更換新濾芯。如果不及時清理濾芯，嚴重時可能導致濾芯被沙塵擠壓變形，濾芯與空濾殼體結合面處的密封失效，沙塵會從密封處進入發(fā)動機氣道，造成發(fā)動機氣缸套、活塞環(huán)等重要部件過早的磨損失效，此時必須要對發(fā)動機進行大修更換四配套，花費費用較高。標準型進氣系統的另一個弊端是進氣口處于機罩與駕駛室形成的直角處，該位置正處于沙塵的渦流中心，非常容易堆積沙塵，因為風沙吹打到駕駛室玻璃上，由于進氣口正好位于駕駛室前端，被擋的沙塵正好落在進氣口處，這種情況加劇了空濾堵塞的幾率。

圖1 標準型進氣系統

2 沙漠工況使用問題

針對沙漠地區(qū)推土機的使用情況，分別走訪了內蒙古阿拉善沙漠地區(qū)和寧夏石嘴山沙漠地區(qū)，用戶反饋標準的進氣系統無法滿足使用需求，使用2～3h 就出現進氣阻力大報警，需要立即停機清理濾芯，個別用戶對進氣系統進行了簡單的改造，具體的改造方案主要有2 種。

改造方案A 如圖2 所示，通過增加一個延長管，把進氣口抬高，延長管內部為旋流管進氣形式。此方案通過把進氣口抬高，避開了積灰區(qū)域，改善了進氣系統，但缺點是延長管正好在駕駛室正前方，且延長管較粗，影響司機視野。

圖2 改造方案A

改造方案B 如圖3 所示，通過增加一級空濾器，采用雙空濾方案。第二級空濾器安裝在機罩上，該方案在實際應用中的確有效，用戶反饋濾芯保養(yǎng)周期明顯延長。但該方案由于空濾器在駕駛室正前方，嚴重阻礙司機視野，且進氣口高度有限，吸入的沙塵仍較多。

圖3 改造方案B

3 進氣系統優(yōu)化設計

通過市場走訪和用戶調研收集了大量信息，總結出沙漠型推土機進氣系統要同時滿足的要求如下。

1）進氣系統保護性要強，確保沙塵不進入發(fā)動機。

2）空濾器濾芯保養(yǎng)周期要長，避免頻繁停機保養(yǎng)，濾芯維護保養(yǎng)要方便。

3）避免進氣系統遮擋司機視野。

4）進氣系統設計不能超高，要滿足運輸限高要求。

5）價格合理，成本不能增加太高。

針對以上要求，對推土機進氣系統進行優(yōu)化，推出一種沙漠型推土機進氣系統專用結構，如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后方案

優(yōu)化后的進氣系統滿足了沙漠型推土機進氣系統要求，具體優(yōu)點如下。

1）采用雙空濾器進氣結構，兩級保護，有效保證了發(fā)動機氣道不進入沙塵。

2）第二級空濾器固定在駕駛室前上方，通過人機工程設計，不遮擋司機前方視野，如圖5 所示。進氣管沿著駕駛室前立柱且緊貼前立柱布置，對司機視野影響降低到最小，如圖6 所示。同時兼顧高度要求，進氣系統最高處基本與駕駛室頂棚持平，轉場運輸時，無需拆卸空濾器和防雨帽。

圖5 前方上下視野

圖6 前方左右視野

3）進氣口在駕駛室頂棚處，保證了進氣口處于較高的位置，吸入的沙塵減少，有效延長了空濾濾芯保養(yǎng)周期。

4）二級空濾濾芯保養(yǎng)維護方便，司機站在駕駛室右側即可方便地拆下空濾器濾芯進行保養(yǎng)。

5）與標準型進氣系統相比，僅增加了1 個空濾器，1 個空濾器支架和1 個進氣管，通過較小的成本增加延長了濾芯保養(yǎng)更換周期，提高了工作效率，節(jié)省了保養(yǎng)成本。

雙空濾進氣系統需要考慮到增加了一級空濾器，系統阻力也隨之增大。需要校核系統阻力在要求阻力范圍之內。本文所涉及的推土機配置的發(fā)動機最大進氣量為900m3/h，進氣系統阻力不超過6.2kPa，從圖7 空濾器流量-阻力曲線可得單級空濾器系統阻力為2kPa，雙空濾進氣系統阻力為4kPa，小于6.2kPa，滿足要求。

圖7 流量-阻力曲線

4 結語

通過對推土機沙漠工況實際應用情況和用戶的需求調研，對標準工況的進氣系統進行了優(yōu)化改進，使得進氣系統適應沙漠地區(qū)使用要求，且優(yōu)化后的進氣系統保養(yǎng)維護方便，不遮擋司機視野，解決了因空濾器頻繁積灰導致的報警和動力不足問題，提升了工作效率，為用戶節(jié)約了維護保養(yǎng)成本。O