装载机驾驶室增压系统设计

谭世颖（广西柳工机械股份有限公司,广西 柳州 545007）



装载机驾驶室增压系统设计

谭世颖
（广西柳工机械股份有限公司,广西 柳州 545007）

摘 要：对装载机驾驶室的增压目的和增压原理进行了分析和阐述，介绍了驾驶室增压系统的一般设计思路和增压系统的基本构成，以及增压系统对驾驶室密封性的要求。

关键词：增压系统；原理；设计思路；密封

1 增压目的

随着经济发展和社会进步，在各种土方机械的施工工况中，用户对操作环境要求越来越高，尤其是高粉尘、有毒有害粉尘的作业环境，对司机的身体健康有很大的威胁或伤害，因此对司机室内环境进行净化尤其是对空气进行净化是必然的选择，其中一个简单易行的办法就是对驾驶室内环境进行增压，使粉尘不能够从孔缝进入驾驶室内，同时也可以通过增压系统让驾驶室室外空气经过过滤后再进入驾驶室内，给司机提供干净新鲜的空气和保持操作环境的干净，提高操作环境的舒适性和安全性。

2 增压原理

通过主动往驾驶室内送入一定流量的新鲜空气，在驾驶室内部循环扩散，供人体需要，同时驾驶室内的空气以相同的流量从驾驶室的孔和夹缝排出来，把一部分人体生命活动产生的废气即时排除室外，完成室内新旧空气的交换，并维持室内压力的平衡。由于驾驶室的孔和夹缝的面积远小于驾驶室进风口的面积，空气流出驾驶室时，驾驶室内环境形成节流背压，从而使驾驶室内压力大于室外压力，因为室内压力大于室外压力，粉尘不会自己主动从低压区（室外）向高压区（室内）移动，因此空气中的粉尘难以从孔和夹缝进入驾驶室内，达到防尘的目的。简单说，就是利用空气流体以某种流速通过小的孔或缝隙，在孔或缝隙的两侧形成压差，即节流背压，使粉尘不能主动从低压区向高压区移动进入驾驶室。

3 增压系统的设计思路

3.1 确定最低流量需求

根据人体生命活动对新鲜空气的基本需求和对舒适性的感受，同时也要保证人体呼吸排除来的废气能够及时排到驾驶室外，ISO国际标准推荐新鲜空气的最低流量Q为43m3/h，当然，这是进入驾驶室内的风量，未包含风机损失的风量

3.2 确定驾驶室内增压压力

驾驶室室内增压压力过低，不能有效防止灰尘进入驾驶室，增压压力过高一方面会对人体的健康带来负面影响，同时对驾驶室的结构提出更高要求，要求其能够承受更大压力，如门的胶条密封、玻璃的安装固定等等，过高的压力也加大了风机的阻力，会降低风机的效率。因此，ISO国际标准推荐驾驶室室内比室外压力增压范围50～200 Pa，不宜过高也不宜过低。

3.3 计算驾驶室的节流孔大小

在输入进驾驶室的风量已经确定后，驾驶室能否建立起压力来还要看驾驶室的密封性，一般由于驾驶室自身的结构特点，会有很多孔洞和缝隙连通驾驶室内外，漏风严重，根本建立不起压力。例如，零件间通过焊接连接，即使贴合焊接也会产生细小的夹缝，并且生产制造过程很难控制其缝隙大小一致，导致这些夹缝可能一台大一台小，通流面积不可控，室内增压效果很难保证。

在设计增压系统时先假设驾驶室是密闭的，即先假设驾驶室自身结构所有的孔洞和缝隙都不存在，因此需要设计专门的节流孔来排气，驾驶室的节流孔大小计算：

已知输入驾驶室的风量和室内增压压力，可以根据根据流体的连续性方程V1A1= V2A2=Q和伯努利方程Z1+ P1/γ+α*V12/（2*g） +E鼓风机= Z2+ P2/γ+α*V22/（2 *g） + E损失

做一些合理的假设条件可求得排气节流孔的面积大小A2。

如图1，室外气压P1，流入驾驶室的新风速度V1，流入驾驶室的新风口过流面积A1， 流入和流出驾驶室的风量相等，都是Q ，室内气压P2，流出驾驶室的风速V2，流出驾驶室的排气节流孔过流面积A2。

3.4 驾驶室自身结构的孔缝代替节流孔

工程实践中，驾驶室结构自身就有孔洞和缝隙，是否要专门开节流孔，需要评估计算驾驶室的孔洞和夹缝的泄漏总面积A孔缝，与理论排气节流孔A2的面积进行比较，如A孔缝＜A2，则驾驶室无需再开排气孔，也不需要对驾驶室的孔、缝进行密封；如A孔缝＞A2，则需要把一部分孔缝密封起来。通过实验测试修正以确认密封多少孔、缝，从而用驾驶室结构自身就有的一部分孔洞和缝隙等效代替节流孔的面积，达到增压目标值。

3.5 驾驶室密封性要求

工程实践中不会用大流量的鼓风机来确保驾驶室能够增压到目标值，驾驶室密封性良好，才更容易建立背压，增压的综合成本也才能降低，因此驾驶室密封良好的重要性不言而喻。可利用烟雾发生器检查驾驶室漏风的位置和漏风程度，考虑到密封成本和密封难易程度、零件的拆装维修频度，一般情况下需要重点关注以下位置的密封：

（1）液压管进出驾驶室，遵循一管过一孔的原则，图2

（2）线束进出驾驶室，遵循一线过一孔的原则，图3

（3）驾驶室侧面围板与底板间的焊接缝隙，涂密封胶，图4

（4）推拉窗滑动玻璃的密封

（5）门的密封

（6）运动件的周边缝隙

（7）门锁

（8）驾驶室底板上的孔

（9）焊接结构形成的三角区域，图4

（10）玻璃的安装

4 增压系统的基本构成

简单的驾驶室增压系统基本构成：鼓风机、过滤器（根据需要可有几级过滤器）、外壳体、传感器、电控系统、排尘装置、风管等。如图5：

（1）根据流量和增压需求，选用合适的鼓风机1。

（2）如空气质量要求更高，可采用多级过滤，如初级过滤器4、高效过滤器2，也可以使用可除异味的过滤器，如活性炭过滤器，过滤器越多意味着进风阻力越大。

（3）排尘装置3用于收集没有被初级过滤器滤掉的灰尘，并及时排出，以延长鼓风机和下一级过滤器的使用寿命。

（4）电控系统主要是鼓风机控制和气压报警功能，可以控制风量大小和有效监控过滤器的堵塞情况，提醒用户及时保养维护，提高增压设备的使用寿命。

（5）隔风板8防止从鼓风机出口出来的风被回吸，降低过滤效率。

增压系统也可以与空调系统相结合，对经过增压系统进入驾驶室的新鲜空气进行升温或降温控制，如图6。

5 结束语

确定驾驶室的增压目标和鼓风机合理的流量，是增压系统设计的基础，加上驾驶室良好的密封条件，这样既能满足用户的基本需求，又能兼顾增压系统的经济性，同时可兼顾鼓风机的节能和降噪要求，为用户提供一个舒适安全的操作环境。

参考文献：

［1］王海庭,花正惠,王现青.工程机械空调系统浅谈［J］.工程机械与维修,2014（11）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.257

作者简介：谭世颖（1970-），男，主要从事装载机驾驶室的设计开发工作。