李志強(qiáng)
(東風(fēng)新疆汽車(chē)有限公司沙漠車(chē)研究所,新疆 烏魯木齊 830000)
新疆沙漠地形復(fù)雜,有沙丘,隔壁,沼澤、浮土地帶等,浮土地帶是沙漠車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的重災(zāi)區(qū),因此,進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否顯得尤為重要。
在浮土區(qū)域?qū)τ诘孛婧涂罩袎m土、發(fā)動(dòng)機(jī)空濾器后積土、油底殼中潤(rùn)滑油沉積物等進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣和分析。
不同高度處空中灰塵濃度和粒度分布均不同,距地面越高,含塵濃度越低,但含細(xì)塵百分比越大,用提高空濾器進(jìn)氣口的方法不能根本改善濾清效果,行車(chē)過(guò)程中在距地面2.5米高度處(相當(dāng)于沙漠車(chē)進(jìn)氣口)采樣的粒度分別為:5μm以下占25%,10以下占50%,30以下占90%,而10至30μm的灰粒將造成嚴(yán)重的磨粒磨損。
浮土地帶車(chē)輛行駛中周?chē)暮瑝m濃度極大,在最?lèi)毫拥那闆r下,有時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)空濾器進(jìn)口處的含塵濃度高達(dá)0.26~0.37g/m3。據(jù)一臺(tái)裝有6.0升排量的沙漠車(chē)使用8天行駛1000公里的統(tǒng)計(jì),吸入空濾器的灰塵約為760g,約合每天吸入100g。如按空濾濾清效率99%計(jì)算,相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)每天吸入灰塵1g。
浮土的主要化學(xué)成份是SiO2和Al2O3。物相中主要是硬度高的石英。浮土為中性土,不至于引起零件腐蝕,只是硬顆粒引起磨粒磨損。
用280目標(biāo)準(zhǔn)篩將地面浮土過(guò)篩,篩下的浮土(以下簡(jiǎn)稱280目浮土),具有多棱角不規(guī)則形狀,其粒度分布接近于2.5米高度處空中灰塵粒度,而其粘性指數(shù)1P=7.4,屬于重粉質(zhì)壤土,容易堵塞濾芯和粘附在管壁上,因此必須提高空濾器的第一級(jí)粗濾效率和自動(dòng)排塵能力。
對(duì)多種使用普通空濾器的沙漠車(chē)進(jìn)行研究后,得到的主要結(jié)論是在用空濾器都不能滿足浮土地帶車(chē)輛的使用要求:(1)普通采用葉片環(huán)式粗濾器,經(jīng)分析認(rèn)定,它對(duì)30μm以下塵粒的過(guò)濾能力<70%,這就增加了細(xì)濾器的負(fù)擔(dān),使其保養(yǎng)期壽命短,而頻繁地清掃常會(huì)使空濾器破損失效;(2)細(xì)濾芯濾紙的孔徑為130μm,對(duì)30μm以下的細(xì)灰過(guò)濾能力差;(3)國(guó)產(chǎn)車(chē)空濾系各部分的連接處密封不可靠。
一般沙漠車(chē)空氣濾清器的結(jié)構(gòu)由外殼、旋風(fēng)除塵導(dǎo)向罩、粗濾、細(xì)濾芯、積塵室蓋、積塵器等組成。當(dāng)空氣流經(jīng)旋風(fēng)除塵室在導(dǎo)向葉片的作用下將形成有一定升程的螺旋氣流,根據(jù)離心力:
(ω為氣流旋轉(zhuǎn)的角速度,r為旋風(fēng)除塵室半徑,最大為濾清器外殼,兩者在特定的車(chē)上都為常數(shù))。
質(zhì)量M較大的沙粒將受到較大的離心力的作用,迫使其緊貼其濾清器外殼作螺旋運(yùn)動(dòng),積塵器安裝在濾清器殼的端口上,用積塵蓋與濾清室分開(kāi),積塵室蓋上開(kāi)有積塵孔,積塵孔方向正對(duì)空氣旋轉(zhuǎn)的方向,較大質(zhì)量的塵粒通過(guò)積塵孔后,由于速度下降被導(dǎo)入積塵器下部,經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵的較清潔空氣再經(jīng)過(guò)粗細(xì)濾芯上的預(yù)定孔眼,進(jìn)入進(jìn)氣道,達(dá)到濾清的目的。
根據(jù)以上分析,我們提出沙漠車(chē)空濾器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則方案為:(1)采用旋流管式粗濾器提高粗濾效率,減輕紙濾芯負(fù)擔(dān),以延長(zhǎng)紙濾芯保養(yǎng)期;(2)采用孔徑小的細(xì)密濾紙,減少濾后灰塵粒度,提高總成的濾清效率,能自動(dòng)排塵或有較大的儲(chǔ)灰能力;(3)針對(duì)不同車(chē)型,空濾器可以是粗濾和紙濾在結(jié)構(gòu)上連成一體的總成,也可以是把粗濾和紙濾在結(jié)構(gòu)上分開(kāi)各成一件。因此,沙漠車(chē)空濾器除要求將進(jìn)氣口安裝在較高的位置以避免高含塵的氣體進(jìn)入外,空氣濾清器的設(shè)計(jì)也有特殊要求。因沙漠空氣含塵高,為防止含油塵土堵塞濾清器,沙漠車(chē)都采用干式紙濾芯。
濾清器的安裝時(shí),濾芯與濾清器殼的密封,除塵室蓋與濾清器等密封面必須正確可靠,保證氣流按設(shè)計(jì)的路線流動(dòng),濾清器粗濾器必須在每日出車(chē)前用高壓空氣從內(nèi)向外清除上面的積塵,同時(shí)每日清除塵器中的積塵,粗濾器每月更換一次,每換兩次粗濾器,更換一次細(xì)濾器,細(xì)濾器不能用清洗粗濾器的辦法清洗。
以下是國(guó)外沙漠車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)的幾種配置形式:
(1)多管旋流管十紙濾芯:多管旋流管一級(jí)初濾濾清效率高達(dá)90% ~95%,但阻力大。
(2)葉片環(huán)十紙濾芯:如德國(guó)UNIMOG、美國(guó)HUMNER,葉片環(huán)一級(jí)初濾,過(guò)濾效率在80~85%。
(3)葉片環(huán)十紙濾芯、安全濾芯,如比利時(shí)MOL系列車(chē),安全濾芯過(guò)濾效率不如紙濾芯好,當(dāng)紙濾芯破裂時(shí),只對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起保護(hù)作用。
(4)單筒旋風(fēng)管+紙濾芯:如Benz1222沙漠車(chē)。
(5)單筒旋風(fēng)管+紙濾芯+安全濾芯,如日本ISUZU。
通過(guò)對(duì)沙漠車(chē)輛進(jìn)氣系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和正確的安裝使用方法,對(duì)車(chē)輛性能的提高起到了積極的作用,同時(shí)也保證了野外車(chē)輛使用的可靠性。
[1]陳家瑞.《汽車(chē)構(gòu)造》,人民交通出版社,2003