沙漠型推土机进气系统优化设计

范伟岩/FAN Wei-yan

（柳工常州机械有限公司，江苏 常州 213000）

近些年，沙漠地区的各类建筑工程、荒漠改造工程、修筑公路工程越来越多，推土机作为工程机械的开路先锋，在沙漠地区的应用必不可少。

推土机在沙漠地区施工，由于整个进气系统都沉浸在风沙之中，大量的沙尘必然会被吸入进气系统，短时间内导致空滤器达到容灰量上限，进气阻力增大，发动机动力性能骤降。所以，推土机沙漠工况施工面临的最大挑战之一就是进气系统是否能满足沙漠工况使用要求。

1 标准型进气系统

标准型推土机进气系统空滤器一般布置在机舱内部，连接空滤器的预滤器或防雨帽布置在机罩的上方、驾驶室前端（图1）。标准型的进气系统在一般工况下应用没有问题，满足使用要求。但是在沙漠工况下，由于沙尘的含量相当于一般工况的数十倍甚至百倍以上，进气系统在很短的时间内造成进气阻力过大，整车动力下降，用户必须要频繁地停机清理滤芯，而且滤芯一般在清理4～5 次后，过滤效率明显下降，必须要更换新滤芯。如果不及时清理滤芯，严重时可能导致滤芯被沙尘挤压变形，滤芯与空滤壳体结合面处的密封失效，沙尘会从密封处进入发动机气道，造成发动机气缸套、活塞环等重要部件过早的磨损失效，此时必须要对发动机进行大修更换四配套，花费费用较高。标准型进气系统的另一个弊端是进气口处于机罩与驾驶室形成的直角处，该位置正处于沙尘的涡流中心，非常容易堆积沙尘，因为风沙吹打到驾驶室玻璃上，由于进气口正好位于驾驶室前端，被挡的沙尘正好落在进气口处，这种情况加剧了空滤堵塞的几率。

图1 标准型进气系统

2 沙漠工况使用问题

针对沙漠地区推土机的使用情况，分别走访了内蒙古阿拉善沙漠地区和宁夏石嘴山沙漠地区，用户反馈标准的进气系统无法满足使用需求，使用2～3h 就出现进气阻力大报警，需要立即停机清理滤芯，个别用户对进气系统进行了简单的改造，具体的改造方案主要有2 种。

改造方案A 如图2 所示，通过增加一个延长管，把进气口抬高，延长管内部为旋流管进气形式。此方案通过把进气口抬高，避开了积灰区域，改善了进气系统，但缺点是延长管正好在驾驶室正前方，且延长管较粗，影响司机视野。

图2 改造方案A

改造方案B 如图3 所示，通过增加一级空滤器，采用双空滤方案。第二级空滤器安装在机罩上，该方案在实际应用中的确有效，用户反馈滤芯保养周期明显延长。但该方案由于空滤器在驾驶室正前方，严重阻碍司机视野，且进气口高度有限，吸入的沙尘仍较多。

图3 改造方案B

3 进气系统优化设计

通过市场走访和用户调研收集了大量信息，总结出沙漠型推土机进气系统要同时满足的要求如下。

1）进气系统保护性要强，确保沙尘不进入发动机。

2）空滤器滤芯保养周期要长，避免频繁停机保养，滤芯维护保养要方便。

3）避免进气系统遮挡司机视野。

4）进气系统设计不能超高，要满足运输限高要求。

5）价格合理，成本不能增加太高。

针对以上要求，对推土机进气系统进行优化，推出一种沙漠型推土机进气系统专用结构，如图4 所示。

图4 优化后方案

优化后的进气系统满足了沙漠型推土机进气系统要求，具体优点如下。

1）采用双空滤器进气结构，两级保护，有效保证了发动机气道不进入沙尘。

2）第二级空滤器固定在驾驶室前上方，通过人机工程设计，不遮挡司机前方视野，如图5 所示。进气管沿着驾驶室前立柱且紧贴前立柱布置，对司机视野影响降低到最小，如图6 所示。同时兼顾高度要求，进气系统最高处基本与驾驶室顶棚持平，转场运输时，无需拆卸空滤器和防雨帽。

图5 前方上下视野

图6 前方左右视野

3）进气口在驾驶室顶棚处，保证了进气口处于较高的位置，吸入的沙尘减少，有效延长了空滤滤芯保养周期。

4）二级空滤滤芯保养维护方便，司机站在驾驶室右侧即可方便地拆下空滤器滤芯进行保养。

5）与标准型进气系统相比，仅增加了1 个空滤器，1 个空滤器支架和1 个进气管，通过较小的成本增加延长了滤芯保养更换周期，提高了工作效率，节省了保养成本。

双空滤进气系统需要考虑到增加了一级空滤器，系统阻力也随之增大。需要校核系统阻力在要求阻力范围之内。本文所涉及的推土机配置的发动机最大进气量为900m3/h，进气系统阻力不超过6.2kPa，从图7 空滤器流量-阻力曲线可得单级空滤器系统阻力为2kPa，双空滤进气系统阻力为4kPa，小于6.2kPa，满足要求。

图7 流量-阻力曲线

4 结语

通过对推土机沙漠工况实际应用情况和用户的需求调研，对标准工况的进气系统进行了优化改进，使得进气系统适应沙漠地区使用要求，且优化后的进气系统保养维护方便，不遮挡司机视野，解决了因空滤器频繁积灰导致的报警和动力不足问题，提升了工作效率，为用户节约了维护保养成本。O