大型農用發動機自動除塵散熱裝置的設計

杜小榮，張武軍，馬　莉，曹　鶴，孫延智

（1.新疆中收農牧機械有限公司，新疆　烏魯木齊　830013；2.昌吉學院）

大型農用發動機自動除塵散熱裝置的設計

杜小榮1，張武軍1，馬莉2，曹鶴1，孫延智1

（1.新疆中收農牧機械有限公司，新疆烏魯木齊830013；2.昌吉學院）

摘要：自動除塵散熱裝置能使發動機達到最優工作狀態，與傳統的散熱除塵結構相比，該裝置有效減少了雜物及草屑對水箱散熱的影響，延長了發動機在夏季高溫狀態下的工作時間，大幅降低了高溫對發動機造成的損害，提高了發動機的有效使用壽命。

關鍵詞：自動除塵；強吸式；離心風機；懸浮速度

目前國內大型自走式收獲機械發動機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械在田間作業時會產生大量的揚塵、碎草、細小顆粒物及雜物等，容易將進風部件堵塞造成通風不暢，導致水箱散熱不好，產生高溫；另外各類細小微粒通過進風部件的孔隙進入并滯留其中同樣會導致水箱散熱不好產生高溫，造成發動機早期磨損，嚴重影響發動機的工作效率和使用壽命。

本項自動除塵散熱裝置的設計不同于現有的大型自走式收獲機械發動機的除塵散熱結構，該裝置能有效地提高發動機的工作效率，延長發動機的使用壽命，與現有散熱除塵結構相比，該裝置的除塵率可提高60%左右。

自動除塵散熱裝置以發動機自帶的吸流風扇在工作中形成的氣體流動作為風扇的動力，從而帶動吸塵嘴轉動；同時，減壓板在密封方框內側起到擋風減壓的作用，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行清除，最終使雜物和草屑被吸塵嘴及除塵管由風機產生的風力吸走排出，保證了氣體的流通和水箱的散熱，從而最終保證了發動機的正常工作。

1　結構及工作原理

自動除塵散熱裝置是針對大型農機發動機在高溫、高灰塵環境作業時設計研發的，目的在于高效地除塵散熱，提高發動機的工作效率和使用壽命。該裝置結構簡單，實用性強，維修方便，裝置結構如圖1。該裝置由水箱、密封方框、風扇、軸、減壓板、吸塵嘴、吸塵管和風機等零部件構成。

圖1　自動除塵散熱裝置結構示意1.水箱2.防塵罩3.風扇4.軸5.減壓板6.吸塵嘴7.發動機風扇8.吸塵管9.風機

工作原理：通過大型發動機自帶的吸風式風扇7的高速旋轉形成的氣流推動風扇3旋轉，同時與風扇3聯接在一起的軸4帶動同軸上的減壓板5、吸塵嘴6同時轉動，吸塵嘴6安裝在與水箱聯接的密封方框2的外表面，密封方框2外表面由布滿直徑為1.5 cm的小孔的網板組成，既能保證進風通暢冷卻水箱，又可防止作物草屑進入堵塞水箱。減壓板5安裝在防塵罩內側與軸固定，在工作過程中起到擋風減壓的作用，使與之對應的密封方框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使雜物及草屑由風機9產生的風力經吸塵管8吸走排出，最大程度地保證了水箱的有效散熱，從而最終保證了發動機的正常工作，提高了發動機工作效率，有效地降低了發動機的磨損。

2　主要參數的確定

（1）懸浮速度是指一定形狀的粉塵、顆粒物、草屑在一定的風速下可漂浮流動的速度。根據公司多年農機生產的經驗數據及相關資料數據確定農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，確定除塵的清除風速為10 m/s。

（2）氣體流量又稱風量，是指單位時間內通過某一橫截面氣體的體積。

流量計算公式為：L =FρV

式中F—管內橫截面積，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

實驗測得含塵氣體密度ρ=1.514 kg/m3

含塵氣體流速V=10 m/s

計算得：L=0.34822 kg/s，風量為0.23 m3/s=828 m3/h

（3）風機性能與選擇。風機分為軸流風機和離心風機兩種，在選用風機時根據設計要求及噪音、安裝、風量、風壓等諸多因素的綜合考慮，本新型除塵系統中采用吸風式離心風機，各項參數如下：

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

根據風機的運行工況其機械無因此性能參數：φ=0.25；ψ=0.39；λ=0.1126。

葉輪葉片外圓線速度v2=39.25 m/s；風機葉輪直徑D2=300 mm；含塵氣體密度ρ1=1.514 kg/m3。

計算得：流量Q=2495.7 m3/h；全壓P=912.65 Pa

綜述：吸塵嘴管道設計流量828 m3/h，選用風機流量Q=2495.7 m3/h，風機的風量是吸塵嘴設計風量的3倍之多，完全能滿足設計要求。

（4）經過多次的場地試驗調整以及后續的田間試驗，最終確定了吸塵結構的相關數據（表1）。

表1　吸塵結構相關數據

3　應用情況

該裝置經過多次場地試驗后完善配置到產品樣機上，在共青團農場、米泉、烏蘇等地進行了多次田間試驗。試驗結果顯示，該裝置可使發動機實現全天候無故障工作，發動機水溫維持在80°C～95°C之間，密封方框進風口處無雜草等滯留，除塵散熱效果達到了預期的設計要求，得到了農機用戶的認可。目前這套自動除塵散熱裝置在我公司各類收獲機械中已配置使用。

參考文獻：

[1] B·埃克.《通風機》[M].沈陽鼓風機研究所.機械工業出版社，1983.

[2]中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[M].北京，中國農業科學技術出版社, 2007.

[3]彭建恩.對粉碎料采用氣力輸送方式的探討[J].糧食科技與經濟，1996，（6）：37～38.

[4]王太柱.氣流輸送機構的參數確定[J].中國農機化，2008 （4）：74～78.

收稿日期：2015-01-07

文章編號：1007-7782（2015）02-0009-03

中圖分類號：S219.031

文獻標識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.02.004