杜小榮，張武軍，馬　莉，曹　鶴，孫延智

（1.新疆中收農(nóng)牧機(jī)械有限公司，新疆　烏魯木齊　830013；2.昌吉學(xué)院）

大型農(nóng)用發(fā)動機(jī)自動除塵散熱裝置的設(shè)計(jì)

杜小榮1，張武軍1，馬莉2，曹鶴1，孫延智1

（1.新疆中收農(nóng)牧機(jī)械有限公司，新疆烏魯木齊830013；2.昌吉學(xué)院）

摘要：自動除塵散熱裝置能使發(fā)動機(jī)達(dá)到最優(yōu)工作狀態(tài)，與傳統(tǒng)的散熱除塵結(jié)構(gòu)相比，該裝置有效減少了雜物及草屑對水箱散熱的影響，延長了發(fā)動機(jī)在夏季高溫狀態(tài)下的工作時間，大幅降低了高溫對發(fā)動機(jī)造成的損害，提高了發(fā)動機(jī)的有效使用壽命。

關(guān)鍵詞：自動除塵；強(qiáng)吸式；離心風(fēng)機(jī)；懸浮速度

目前國內(nèi)大型自走式收獲機(jī)械發(fā)動機(jī)的除塵散熱方式主要是將水箱密封起來，但是大型自走式收獲機(jī)械在田間作業(yè)時會產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵、碎草、細(xì)小顆粒物及雜物等，容易將進(jìn)風(fēng)部件堵塞造成通風(fēng)不暢，導(dǎo)致水箱散熱不好，產(chǎn)生高溫；另外各類細(xì)小微粒通過進(jìn)風(fēng)部件的孔隙進(jìn)入并滯留其中同樣會導(dǎo)致水箱散熱不好產(chǎn)生高溫，造成發(fā)動機(jī)早期磨損，嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的工作效率和使用壽命。

本項(xiàng)自動除塵散熱裝置的設(shè)計(jì)不同于現(xiàn)有的大型自走式收獲機(jī)械發(fā)動機(jī)的除塵散熱結(jié)構(gòu)，該裝置能有效地提高發(fā)動機(jī)的工作效率，延長發(fā)動機(jī)的使用壽命，與現(xiàn)有散熱除塵結(jié)構(gòu)相比，該裝置的除塵率可提高60%左右。

自動除塵散熱裝置以發(fā)動機(jī)自帶的吸流風(fēng)扇在工作中形成的氣體流動作為風(fēng)扇的動力，從而帶動吸塵嘴轉(zhuǎn)動；同時，減壓板在密封方框內(nèi)側(cè)起到擋風(fēng)減壓的作用，減小了密封方框外表面上雜物及草屑的吸附力，便于吸塵嘴對雜物及草屑進(jìn)行清除，最終使雜物和草屑被吸塵嘴及除塵管由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)力吸走排出，保證了氣體的流通和水箱的散熱，從而最終保證了發(fā)動機(jī)的正常工作。

1　結(jié)構(gòu)及工作原理

自動除塵散熱裝置是針對大型農(nóng)機(jī)發(fā)動機(jī)在高溫、高灰塵環(huán)境作業(yè)時設(shè)計(jì)研發(fā)的，目的在于高效地除塵散熱，提高發(fā)動機(jī)的工作效率和使用壽命。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，維修方便，裝置結(jié)構(gòu)如圖1。該裝置由水箱、密封方框、風(fēng)扇、軸、減壓板、吸塵嘴、吸塵管和風(fēng)機(jī)等零部件構(gòu)成。

圖1　自動除塵散熱裝置結(jié)構(gòu)示意1.水箱2.防塵罩3.風(fēng)扇4.軸5.減壓板6.吸塵嘴7.發(fā)動機(jī)風(fēng)扇8.吸塵管9.風(fēng)機(jī)

工作原理：通過大型發(fā)動機(jī)自帶的吸風(fēng)式風(fēng)扇7的高速旋轉(zhuǎn)形成的氣流推動風(fēng)扇3旋轉(zhuǎn)，同時與風(fēng)扇3聯(lián)接在一起的軸4帶動同軸上的減壓板5、吸塵嘴6同時轉(zhuǎn)動，吸塵嘴6安裝在與水箱聯(lián)接的密封方框2的外表面，密封方框2外表面由布滿直徑為1.5 cm的小孔的網(wǎng)板組成，既能保證進(jìn)風(fēng)通暢冷卻水箱，又可防止作物草屑進(jìn)入堵塞水箱。減壓板5安裝在防塵罩內(nèi)側(cè)與軸固定，在工作過程中起到擋風(fēng)減壓的作用，使與之對應(yīng)的密封方框2外表面被吸附的雜物、草屑的吸附力大大降低，通過吸塵嘴6使雜物及草屑由風(fēng)機(jī)9產(chǎn)生的風(fēng)力經(jīng)吸塵管8吸走排出，最大程度地保證了水箱的有效散熱，從而最終保證了發(fā)動機(jī)的正常工作，提高了發(fā)動機(jī)工作效率，有效地降低了發(fā)動機(jī)的磨損。

2　主要參數(shù)的確定

（1）懸浮速度是指一定形狀的粉塵、顆粒物、草屑在一定的風(fēng)速下可漂浮流動的速度。根據(jù)公司多年農(nóng)機(jī)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)資料數(shù)據(jù)確定農(nóng)作物秸稈草屑懸浮速度為3.7～5 m/s；短棉絨懸浮速度為為3.5～4 m/s；碎莖葉懸浮速度為3.2～3.5 m/s；短碎秸稈懸浮速度為6.2～7 m/s。通過現(xiàn)場檢測，并綜合粉塵濃度、氣體溫度、氣體濕度、氣體密度以及氣體的粘度等參數(shù)，確定除塵的清除風(fēng)速為10 m/s。

（2）氣體流量又稱風(fēng)量，是指單位時間內(nèi)通過某一橫截面氣體的體積。

流量計(jì)算公式為：L =FρV

式中F—管內(nèi)橫截面積，m2；ρ—含塵氣體密度，kg/ m3；V—含塵氣體流速m/s。

除塵管道橫截面積L=πr2=3.14×0..0852=0.023 m2

實(shí)驗(yàn)測得含塵氣體密度ρ=1.514 kg/m3

含塵氣體流速V=10 m/s

計(jì)算得：L=0.34822 kg/s，風(fēng)量為0.23 m3/s=828 m3/h

（3）風(fēng)機(jī)性能與選擇。風(fēng)機(jī)分為軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)兩種，在選用風(fēng)機(jī)時根據(jù)設(shè)計(jì)要求及噪音、安裝、風(fēng)量、風(fēng)壓等諸多因素的綜合考慮，本新型除塵系統(tǒng)中采用吸風(fēng)式離心風(fēng)機(jī)，各項(xiàng)參數(shù)如下：

式中Q—流量，m3/h；P—全壓，Pa；v2—葉輪葉片外圓線速度，m/s；ρ1—進(jìn)氣密度，kg/m3；Kp—全壓壓縮系數(shù)；Nm—所需功率，kW；D2—葉輪葉片外圓直徑，m。

根據(jù)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況其機(jī)械無因此性能參數(shù)：φ=0.25；ψ=0.39；λ=0.1126。

葉輪葉片外圓線速度v2=39.25 m/s；風(fēng)機(jī)葉輪直徑D2=300 mm；含塵氣體密度ρ1=1.514 kg/m3。

計(jì)算得：流量Q=2495.7 m3/h；全壓P=912.65 Pa

綜述：吸塵嘴管道設(shè)計(jì)流量828 m3/h，選用風(fēng)機(jī)流量Q=2495.7 m3/h，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是吸塵嘴設(shè)計(jì)風(fēng)量的3倍之多，完全能滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）經(jīng)過多次的場地試驗(yàn)調(diào)整以及后續(xù)的田間試驗(yàn)，最終確定了吸塵結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)（表1）。

表1　吸塵結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)

3　應(yīng)用情況

該裝置經(jīng)過多次場地試驗(yàn)后完善配置到產(chǎn)品樣機(jī)上，在共青團(tuán)農(nóng)場、米泉、烏蘇等地進(jìn)行了多次田間試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該裝置可使發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)全天候無故障工作，發(fā)動機(jī)水溫維持在80°C～95°C之間，密封方框進(jìn)風(fēng)口處無雜草等滯留，除塵散熱效果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，得到了農(nóng)機(jī)用戶的認(rèn)可。目前這套自動除塵散熱裝置在我公司各類收獲機(jī)械中已配置使用。

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收稿日期：2015-01-07

文章編號：1007-7782（2015）02-0009-03

中圖分類號：S219.031

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.02.004