裝載機(jī)駕駛室增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

譚世穎（廣西柳工機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545007）

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裝載機(jī)駕駛室增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

譚世穎
（廣西柳工機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545007）

摘 要：對(duì)裝載機(jī)駕駛室的增壓目的和增壓原理進(jìn)行了分析和闡述，介紹了駕駛室增壓系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路和增壓系統(tǒng)的基本構(gòu)成，以及增壓系統(tǒng)對(duì)駕駛室密封性的要求。

關(guān)鍵詞：增壓系統(tǒng)；原理；設(shè)計(jì)思路；密封

1 增壓目的

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，在各種土方機(jī)械的施工工況中，用戶對(duì)操作環(huán)境要求越來(lái)越高，尤其是高粉塵、有毒有害粉塵的作業(yè)環(huán)境，對(duì)司機(jī)的身體健康有很大的威脅或傷害，因此對(duì)司機(jī)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行凈化尤其是對(duì)空氣進(jìn)行凈化是必然的選擇，其中一個(gè)簡(jiǎn)單易行的辦法就是對(duì)駕駛室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行增壓，使粉塵不能夠從孔縫進(jìn)入駕駛室內(nèi)，同時(shí)也可以通過(guò)增壓系統(tǒng)讓駕駛室室外空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾后再進(jìn)入駕駛室內(nèi)，給司機(jī)提供干凈新鮮的空氣和保持操作環(huán)境的干凈，提高操作環(huán)境的舒適性和安全性。

2 增壓原理

通過(guò)主動(dòng)往駕駛室內(nèi)送入一定流量的新鮮空氣，在駕駛室內(nèi)部循環(huán)擴(kuò)散，供人體需要，同時(shí)駕駛室內(nèi)的空氣以相同的流量從駕駛室的孔和夾縫排出來(lái)，把一部分人體生命活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣即時(shí)排除室外，完成室內(nèi)新舊空氣的交換，并維持室內(nèi)壓力的平衡。由于駕駛室的孔和夾縫的面積遠(yuǎn)小于駕駛室進(jìn)風(fēng)口的面積，空氣流出駕駛室時(shí)，駕駛室內(nèi)環(huán)境形成節(jié)流背壓，從而使駕駛室內(nèi)壓力大于室外壓力，因?yàn)槭覂?nèi)壓力大于室外壓力，粉塵不會(huì)自己主動(dòng)從低壓區(qū)（室外）向高壓區(qū)（室內(nèi)）移動(dòng)，因此空氣中的粉塵難以從孔和夾縫進(jìn)入駕駛室內(nèi)，達(dá)到防塵的目的。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是利用空氣流體以某種流速通過(guò)小的孔或縫隙，在孔或縫隙的兩側(cè)形成壓差，即節(jié)流背壓，使粉塵不能主動(dòng)從低壓區(qū)向高壓區(qū)移動(dòng)進(jìn)入駕駛室。

3 增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

3.1 確定最低流量需求

根據(jù)人體生命活動(dòng)對(duì)新鮮空氣的基本需求和對(duì)舒適性的感受，同時(shí)也要保證人體呼吸排除來(lái)的廢氣能夠及時(shí)排到駕駛室外，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦新鮮空氣的最低流量Q為43m3/h，當(dāng)然，這是進(jìn)入駕駛室內(nèi)的風(fēng)量，未包含風(fēng)機(jī)損失的風(fēng)量

3.2 確定駕駛室內(nèi)增壓壓力

駕駛室室內(nèi)增壓壓力過(guò)低，不能有效防止灰塵進(jìn)入駕駛室，增壓壓力過(guò)高一方面會(huì)對(duì)人體的健康帶來(lái)負(fù)面影響，同時(shí)對(duì)駕駛室的結(jié)構(gòu)提出更高要求，要求其能夠承受更大壓力，如門(mén)的膠條密封、玻璃的安裝固定等等，過(guò)高的壓力也加大了風(fēng)機(jī)的阻力，會(huì)降低風(fēng)機(jī)的效率。因此，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦駕駛室室內(nèi)比室外壓力增壓范圍50～200 Pa，不宜過(guò)高也不宜過(guò)低。

3.3 計(jì)算駕駛室的節(jié)流孔大小

在輸入進(jìn)駕駛室的風(fēng)量已經(jīng)確定后，駕駛室能否建立起壓力來(lái)還要看駕駛室的密封性，一般由于駕駛室自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，會(huì)有很多孔洞和縫隙連通駕駛室內(nèi)外，漏風(fēng)嚴(yán)重，根本建立不起壓力。例如，零件間通過(guò)焊接連接，即使貼合焊接也會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的夾縫，并且生產(chǎn)制造過(guò)程很難控制其縫隙大小一致，導(dǎo)致這些夾縫可能一臺(tái)大一臺(tái)小，通流面積不可控，室內(nèi)增壓效果很難保證。

在設(shè)計(jì)增壓系統(tǒng)時(shí)先假設(shè)駕駛室是密閉的，即先假設(shè)駕駛室自身結(jié)構(gòu)所有的孔洞和縫隙都不存在，因此需要設(shè)計(jì)專門(mén)的節(jié)流孔來(lái)排氣，駕駛室的節(jié)流孔大小計(jì)算：

已知輸入駕駛室的風(fēng)量和室內(nèi)增壓壓力，可以根據(jù)根據(jù)流體的連續(xù)性方程V1A1= V2A2=Q和伯努利方程Z1+ P1/γ+α*V12/（2*g） +E鼓風(fēng)機(jī)= Z2+ P2/γ+α*V22/（2 *g） + E損失

做一些合理的假設(shè)條件可求得排氣節(jié)流孔的面積大小A2。

如圖1，室外氣壓P1，流入駕駛室的新風(fēng)速度V1，流入駕駛室的新風(fēng)口過(guò)流面積A1， 流入和流出駕駛室的風(fēng)量相等，都是Q ，室內(nèi)氣壓P2，流出駕駛室的風(fēng)速V2，流出駕駛室的排氣節(jié)流孔過(guò)流面積A2。

3.4 駕駛室自身結(jié)構(gòu)的孔縫代替節(jié)流孔

工程實(shí)踐中，駕駛室結(jié)構(gòu)自身就有孔洞和縫隙，是否要專門(mén)開(kāi)節(jié)流孔，需要評(píng)估計(jì)算駕駛室的孔洞和夾縫的泄漏總面積A孔縫，與理論排氣節(jié)流孔A2的面積進(jìn)行比較，如A孔縫＜A2，則駕駛室無(wú)需再開(kāi)排氣孔，也不需要對(duì)駕駛室的孔、縫進(jìn)行密封；如A孔縫＞A2，則需要把一部分孔縫密封起來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試修正以確認(rèn)密封多少孔、縫，從而用駕駛室結(jié)構(gòu)自身就有的一部分孔洞和縫隙等效代替節(jié)流孔的面積，達(dá)到增壓目標(biāo)值。

3.5 駕駛室密封性要求

工程實(shí)踐中不會(huì)用大流量的鼓風(fēng)機(jī)來(lái)確保駕駛室能夠增壓到目標(biāo)值，駕駛室密封性良好，才更容易建立背壓，增壓的綜合成本也才能降低，因此駕駛室密封良好的重要性不言而喻。可利用煙霧發(fā)生器檢查駕駛室漏風(fēng)的位置和漏風(fēng)程度，考慮到密封成本和密封難易程度、零件的拆裝維修頻度，一般情況下需要重點(diǎn)關(guān)注以下位置的密封：

（1）液壓管進(jìn)出駕駛室，遵循一管過(guò)一孔的原則，圖2

（2）線束進(jìn)出駕駛室，遵循一線過(guò)一孔的原則，圖3

（3）駕駛室側(cè)面圍板與底板間的焊接縫隙，涂密封膠，圖4

（4）推拉窗滑動(dòng)玻璃的密封

（5）門(mén)的密封

（6）運(yùn)動(dòng)件的周邊縫隙

（7）門(mén)鎖

（8）駕駛室底板上的孔

（9）焊接結(jié)構(gòu)形成的三角區(qū)域，圖4

（10）玻璃的安裝

4 增壓系統(tǒng)的基本構(gòu)成

簡(jiǎn)單的駕駛室增壓系統(tǒng)基本構(gòu)成：鼓風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器（根據(jù)需要可有幾級(jí)過(guò)濾器）、外殼體、傳感器、電控系統(tǒng)、排塵裝置、風(fēng)管等。如圖5：

（1）根據(jù)流量和增壓需求，選用合適的鼓風(fēng)機(jī)1。

（2）如空氣質(zhì)量要求更高，可采用多級(jí)過(guò)濾，如初級(jí)過(guò)濾器4、高效過(guò)濾器2，也可以使用可除異味的過(guò)濾器，如活性炭過(guò)濾器，過(guò)濾器越多意味著進(jìn)風(fēng)阻力越大。

（3）排塵裝置3用于收集沒(méi)有被初級(jí)過(guò)濾器濾掉的灰塵，并及時(shí)排出，以延長(zhǎng)鼓風(fēng)機(jī)和下一級(jí)過(guò)濾器的使用壽命。

（4）電控系統(tǒng)主要是鼓風(fēng)機(jī)控制和氣壓報(bào)警功能，可以控制風(fēng)量大小和有效監(jiān)控過(guò)濾器的堵塞情況，提醒用戶及時(shí)保養(yǎng)維護(hù)，提高增壓設(shè)備的使用壽命。

（5）隔風(fēng)板8防止從鼓風(fēng)機(jī)出口出來(lái)的風(fēng)被回吸，降低過(guò)濾效率。

增壓系統(tǒng)也可以與空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)經(jīng)過(guò)增壓系統(tǒng)進(jìn)入駕駛室的新鮮空氣進(jìn)行升溫或降溫控制，如圖6。

5 結(jié)束語(yǔ)

確定駕駛室的增壓目標(biāo)和鼓風(fēng)機(jī)合理的流量，是增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，加上駕駛室良好的密封條件，這樣既能滿足用戶的基本需求，又能兼顧增壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可兼顧鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能和降噪要求，為用戶提供一個(gè)舒適安全的操作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

［1］王海庭,花正惠,王現(xiàn)青.工程機(jī)械空調(diào)系統(tǒng)淺談［J］.工程機(jī)械與維修,2014（11）.

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

作者簡(jiǎn)介：譚世穎（1970-），男，主要從事裝載機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。