大型农用发动机自动除尘散热装置的设计

杜小荣，张武军，马　莉，曹　鹤，孙延智

（1.新疆中收农牧机械有限公司，新疆　乌鲁木齐　830013；2.昌吉学院）

大型农用发动机自动除尘散热装置的设计

杜小荣1，张武军1，马莉2，曹鹤1，孙延智1

（1.新疆中收农牧机械有限公司，新疆乌鲁木齐830013；2.昌吉学院）

摘要：自动除尘散热装置能使发动机达到最优工作状态，与传统的散热除尘结构相比，该装置有效减少了杂物及草屑对水箱散热的影响，延长了发动机在夏季高温状态下的工作时间，大幅降低了高温对发动机造成的损害，提高了发动机的有效使用寿命。

关键词：自动除尘；强吸式；离心风机；悬浮速度

目前国内大型自走式收获机械发动机的除尘散热方式主要是将水箱密封起来，但是大型自走式收获机械在田间作业时会产生大量的扬尘、碎草、细小颗粒物及杂物等，容易将进风部件堵塞造成通风不畅，导致水箱散热不好，产生高温；另外各类细小微粒通过进风部件的孔隙进入并滞留其中同样会导致水箱散热不好产生高温，造成发动机早期磨损，严重影响发动机的工作效率和使用寿命。

本项自动除尘散热装置的设计不同于现有的大型自走式收获机械发动机的除尘散热结构，该装置能有效地提高发动机的工作效率，延长发动机的使用寿命，与现有散热除尘结构相比，该装置的除尘率可提高60%左右。

自动除尘散热装置以发动机自带的吸流风扇在工作中形成的气体流动作为风扇的动力，从而带动吸尘嘴转动；同时，减压板在密封方框内侧起到挡风减压的作用，减小了密封方框外表面上杂物及草屑的吸附力，便于吸尘嘴对杂物及草屑进行清除，最终使杂物和草屑被吸尘嘴及除尘管由风机产生的风力吸走排出，保证了气体的流通和水箱的散热，从而最终保证了发动机的正常工作。

1　结构及工作原理

自动除尘散热装置是针对大型农机发动机在高温、高灰尘环境作业时设计研发的，目的在于高效地除尘散热，提高发动机的工作效率和使用寿命。该装置结构简单，实用性强，维修方便，装置结构如图1。该装置由水箱、密封方框、风扇、轴、减压板、吸尘嘴、吸尘管和风机等零部件构成。

图1　自动除尘散热装置结构示意1.水箱2.防尘罩3.风扇4.轴5.减压板6.吸尘嘴7.发动机风扇8.吸尘管9.风机

工作原理：通过大型发动机自带的吸风式风扇7的高速旋转形成的气流推动风扇3旋转，同时与风扇3联接在一起的轴4带动同轴上的减压板5、吸尘嘴6同时转动，吸尘嘴6安装在与水箱联接的密封方框2的外表面，密封方框2外表面由布满直径为1.5 cm的小孔的网板组成，既能保证进风通畅冷却水箱，又可防止作物草屑进入堵塞水箱。减压板5安装在防尘罩内侧与轴固定，在工作过程中起到挡风减压的作用，使与之对应的密封方框2外表面被吸附的杂物、草屑的吸附力大大降低，通过吸尘嘴6使杂物及草屑由风机9产生的风力经吸尘管8吸走排出，最大程度地保证了水箱的有效散热，从而最终保证了发动机的正常工作，提高了发动机工作效率，有效地降低了发动机的磨损。

2　主要参数的确定

（1）悬浮速度是指一定形状的粉尘、颗粒物、草屑在一定的风速下可漂浮流动的速度。根据公司多年农机生产的经验数据及相关资料数据确定农作物秸秆草屑悬浮速度为3.7～5 m/s；短棉绒悬浮速度为为3.5～4 m/s；碎茎叶悬浮速度为3.2～3.5 m/s；短碎秸秆悬浮速度为6.2～7 m/s。通过现场检测，并综合粉尘浓度、气体温度、气体湿度、气体密度以及气体的粘度等参数，确定除尘的清除风速为10 m/s。

（2）气体流量又称风量，是指单位时间内通过某一横截面气体的体积。

流量计算公式为：L =FρV

式中F—管内横截面积，m2；ρ—含尘气体密度，kg/ m3；V—含尘气体流速m/s。

除尘管道横截面积L=πr2=3.14×0..0852=0.023 m2

实验测得含尘气体密度ρ=1.514 kg/m3

含尘气体流速V=10 m/s

计算得：L=0.34822 kg/s，风量为0.23 m3/s=828 m3/h

（3）风机性能与选择。风机分为轴流风机和离心风机两种，在选用风机时根据设计要求及噪音、安装、风量、风压等诸多因素的综合考虑，本新型除尘系统中采用吸风式离心风机，各项参数如下：

式中Q—流量，m3/h；P—全压，Pa；v2—叶轮叶片外圆线速度，m/s；ρ1—进气密度，kg/m3；Kp—全压压缩系数；Nm—所需功率，kW；D2—叶轮叶片外圆直径，m。

根据风机的运行工况其机械无因此性能参数：φ=0.25；ψ=0.39；λ=0.1126。

叶轮叶片外圆线速度v2=39.25 m/s；风机叶轮直径D2=300 mm；含尘气体密度ρ1=1.514 kg/m3。

计算得：流量Q=2495.7 m3/h；全压P=912.65 Pa

综述：吸尘嘴管道设计流量828 m3/h，选用风机流量Q=2495.7 m3/h，风机的风量是吸尘嘴设计风量的3倍之多，完全能满足设计要求。

（4）经过多次的场地试验调整以及后续的田间试验，最终确定了吸尘结构的相关数据（表1）。

表1　吸尘结构相关数据

3　应用情况

该装置经过多次场地试验后完善配置到产品样机上，在共青团农场、米泉、乌苏等地进行了多次田间试验。试验结果显示，该装置可使发动机实现全天候无故障工作，发动机水温维持在80°C～95°C之间，密封方框进风口处无杂草等滞留，除尘散热效果达到了预期的设计要求，得到了农机用户的认可。目前这套自动除尘散热装置在我公司各类收获机械中已配置使用。

参考文献：

[1] B·埃克.《通风机》[M].沈阳鼓风机研究所.机械工业出版社，1983.

[2]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京，中国农业科学技术出版社, 2007.

[3]彭建恩.对粉碎料采用气力输送方式的探讨[J].粮食科技与经济，1996，（6）：37～38.

[4]王太柱.气流输送机构的参数确定[J].中国农机化，2008 （4）：74～78.

收稿日期：2015-01-07

文章编号：1007-7782（2015）02-0009-03

中图分类号：S219.031

文献标识码：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.02.004