压路机动力系统环境适应性问题解决方案的探讨

2018-02-14ZHANGJing

建筑机械化 2018年9期

张静/ZHANG Jing

（徐工集团工程机械股份有限公司道路机械分公司，江苏徐州 221004 ）

随着“一带一路”战略规划的实施和推进，我国西部经济得到了快速发展，大量的基础设施建设项目在西部地区陆续开工。压路机作为一种增加材料密实度的压实机械，更是各项工程建设中不可或缺的关键施工设备之一。然而随着西部大开发进程的推进，由各施工单位带入的原有设备越来越多地体现出其不适应性，尤其动力系统的故障率呈现高发状态。本文拟通过对西部地区的自然环境分析，找出压路机常见动力系统故障出现的原因，并提出解决方案，以供技术人员在解决压路机在使用过程中出现的动力系统问题时进行参考。

1 西部地区自然环境及对压路机匹配的要求

我国西部地区海拔总体较高，海拔高度多在2 000m以上，河流众多，平原较少，多为山区、盆地和高原，气温的日较差和年较差较大，风沙大，冬季平均气温多在0℃以下，有些地区成年积雪，夏季部分地区高达40℃以上。压路机作为一种持续作业时间较长、工作负载大的施工机械，在这种自然环境下使用，就需要对动力系统进行特殊匹配，特别是在发动机选型、功率储备、散热系统能力、进气过滤系统能力以及发动机启动系统功能上进行特殊设计，而目前大多施工单位并未认识到该地域性差异而造成的产品功能上的差异化需求，致使多数压路机在使用过程中可能出现以下3个方面的问题：①发动机气缸套早期磨损；②发动机水温高；③启动困难。

2 动力系统适应性解决方案

2.1 发动机气缸套早期磨损原因分析及解决方法

由于我国西部地区风沙较大，且气候干燥，多为松土地基，这就造成压路机工作过程中扬尘较大。由发动机燃料供给系统供入的柴油和空气在气缸燃烧室内形成混合气并燃烧。当进入气缸的空气清洁度不够时，就会造成气缸元件的早期磨损。

一般情况下压路机配置的空气过滤系统大多采用一个干式空气滤清器，由外界吸入的脏空气经该空气滤清器后即进入发动机气缸内。为保证压路机能够正常工作，在灰尘较大的工况下，应缩短空滤器的保养周期。由于保养不及时或保养不当，会造成部分灰尘进入发动机内。而空滤器在使用一段时间后，由于灰尘在滤芯上的附着量的增多，也使得空滤器过滤效果降低。部分微小粉尘颗粒也会进入到发动机的气缸内，造成发动机的早期磨损。

缩短空滤保养周期，只能在一段时间内避免发动机的早期磨损，同时无疑会增加保养工作量，还会缩短滤芯的使用寿命，增加保养成本。同时在施工工地上很难有专业清理工具彻底清理空滤滤芯，这使得发动机早期磨损现象难以避免。

为减少保养工作量，并消除发动机早期磨损现象，在干式空滤器的前端增加油浴式空气预滤器是较为有效的方法。

油浴式预滤器其工作原理为脏空气从预滤器顶端通过负压吸入到预滤器中，并沿进气管向下行，冲向预滤器底端的油浴池中。此时一部分灰尘颗粒被油粘附停滞在油池中，另一部分灰尘随气流与油液撞击产生油雾。油雾与改变方向的气流向上行，通过上壳体中多层缠绕的金属滤网，并湿润粘附在滤网上。随着进气量的增加，这部分吸附在金属滤网上的油雾形成油滴，并冲刷粘附在滤网上的灰尘，最终滴落到油池中。从而实现对灰尘的过滤。其过滤效果可以达到98%以上。

在选配油浴式过滤器时应注意以下两点：一个是发动机的功率，在选配油浴式预滤器的规格时，其适配的功率要比发动机的功率略大；第二个是油浴式预滤器的流量要与原车纸质空滤的额定流量尽可能的相近。

通过采用油浴式预滤器+干式二级过滤空气滤清器的发动机进气过滤系统，可保证进入发动机的空气的清洁度，完全避免发动机的早期磨损；同时减少空滤器的保养周期和费用，实现使用的经济性。

2.2 发动机水温高原因分析及解决方案

西部地区山地较多，坡度较陡，压路机在坡道施工时功率消耗大，发动机发热量高，这就要求发动机要配备散热能力强的散热系统；同时由于风沙较大，当散热器散热翅片之间的缝隙被风沙的颗粒堵塞时，也会影响进风量，降低原有系统的散热能力。当散热系统能力不足时，就会出现发动机水温高，水温报警的问题。

发动机的散热系统由散热器、风扇、发动机水泵、发动机壳体内的水道以及冷却水组成闭式系统。其影响因素有散热器的散热面积、散热器的结构形式、散热翅片材料、风扇直径、风扇转速、风扇叶片形状以及风扇到散热器之间的距离、风扇与导风罩之间的间隙、风扇进入导风罩的尺寸等。由于发动机转速是影响压路机各项性能参数的主要指标，因此当压路机出现过热现象时，一般不能采用提高发动机转速的方法来实现降温的目的。通常采用的方法有以下几种。

1）清洗散热器散热片，确保翅片间无堵塞物。由于压路机多采用吸风式风扇，因此外部灰尘极易进入散热器翅片之间，使得冷却风无法进入，造成散热器散热能力下降，进而引起发动机高温。在清洗散热翅片时，应用压缩空气从内（发动机侧）向外吹走灰尘和附着物。

2）拉大散热器与风扇之间的距离。由于风扇的转动，空气在风扇和散热器之间会形成流场。根据流场分析，随着二者距离的增大，流经冷却风扇的风量得以加强，可以提高散热器的散热能力；同时随着二者之间距离的增大，流场的均匀度也随之提高，这可以进一步提高散热器的散热能力。因此当发动机出现高温现象时，通过拉大散热器与风扇间的距离可以提高散热器散热能力。通常情况下，将散热器向外移动，使之远离发动机风扇。但此时应注意风扇至少有1/2的宽度位于散热器导风罩内，以形成稳定的流场。

3）更换大直径风扇。其目的是增大通过散热器的风量，从而提高散热能力。风量即单位时间内通过风扇出风口（或进风口）截面的空气体积。其计算公式为：风量=风速×过风面积。而增大风扇直径即可增大过风面积，从而达到增大风量的目的。在更换风扇时，应注意风扇叶片与导风罩之间应留有8～10mm间隙，以避免由于发动机工作时产生的振动而造成的风扇叶片与导风罩之间的磕碰，从而损坏风扇叶片。

2.3 启动困难原因分析及解决方案

通常情况下，压路机配备的冷启动装置为进气预热系统，即在发动机的进气回路上安装预热塞，以便在启动时对燃烧室内的空气进行加热。当预热塞工作时，可使汽缸内空气温度快速升高，从而提高了压缩终了时的空气温度，使喷入气缸的柴油易于燃烧。

但该种方法在较为寒冷的地区，特别是甘肃、西藏等地预热效果并不明显，仍常出现启动困难的问题。

分析压路机的启动过程，当接通钥匙开关后，蓄电池的电流通过启动继电器到达发动机的启动电机，启动电机开始工作。启动电机带动曲轴旋转，从而使气缸活塞进行上下运动，完成发动机的进气、压缩、做功、排气的4个过程，形成一个工作循环，发动机启动。因此影响发动机启动性能的因素有蓄电池容量、启动转矩、燃油雾化效果、气缸内空气温度、进气量等原因。

低温会造成发动机内部机油粘度增高，起动阻力矩增大，需要外部提供更大的启动功率。而对于普通蓄电池来说，在低温情况下其容量也会降低，这是因为在低温情况下，蓄电池内部化学反应的速度就会变得缓慢，蓄电池对外供放电的能力就会大大下降。当温度每下降1℃时，电瓶容量大约会下降0.8%；这极易造成电瓶亏电而影响启动性能。同时低温还使得发动机壳体温度降低，燃油雾化效果变差，出现发动机点火困难，或发动机冒黑烟的现象。因此为进一步改善其启动性能，通常采用的方法如下。

1）增加液体燃油加热器，给发动机冷却液升温。将主机柴油箱中的柴油通过电磁通断阀引入到加热器的燃烧室内进行燃烧，燃烧产生的热量通过加热器内部的散热器传递到加热器的水套上。发动机的冷却液通过加热器上的进水口进入水套中，在水泵的作用下沿加热器水套循环，再从加热器的出水口输出，在此循环过程中冷却液被加热，之后进入到发动机壳体的水套中。经过加热后的冷却液在发动机壳体中循环，提高了整个发动机壳体温度，使得机油粘度降低，降低启动阻力；壳体温度升高，使得燃油雾化效果提高，同时可提高气缸内空气温度，使得燃油能够较快达到燃点，燃烧更加充分。

2）采用对低温不敏感的蓄电池，或增大蓄电池容量。采用对低温不敏感蓄电池，可以减少蓄电池的低温损失，保证蓄电池的容量。增大蓄电池的容量是使得蓄电池的容量储备加大，以满足启动电机多次启动对电量的需求。

3）增大发动机进气量。随着海拔高度的升高，空气密度会越来越小，单位时间内吸入发动机内的空气会逐渐减少，造成发动机进气量不足，从而使得燃烧不充分，输出的动能不足以克服负载阻力，发动机启动不起来。选用增压发动机，可有效解决该问题。当无法更换为增压发动机时，还可通过加装风扇或增氧装置得到改善。在发动机的进风口加装风扇，其目的通过风扇搅动空气，增加进风口处空气流量，从而达到增大进气量的目的。而加装增氧装置的目的是增加吸入空气中的氧气含量，使得燃烧更加充分。