寬體自卸車用空氣濾清器調(diào)研分析

劉俊杰，湯志軍，劉健，彭博

(1.內(nèi)燃機(jī)可靠性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濰坊 261000；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261000)

0 引言

寬體自卸車主要應(yīng)用于露天礦山土方剝離層的運(yùn)輸，往返于采掘點(diǎn)及卸料點(diǎn)，雖路程較短，但作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，負(fù)載重[1]。礦區(qū)氣候干燥，作業(yè)區(qū)域車輛成隊(duì)作業(yè)，灰塵濃度高、顆粒細(xì)，屬于重度灰塵工況。空氣濾清器作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，主要作用是過濾空氣中的沙塵、保證潔凈空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此空氣濾清器的性能直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性，對(duì)于寬體自卸車，空氣濾清器更顯得至關(guān)重要。

1 典型空氣濾清器結(jié)構(gòu)

通過對(duì)內(nèi)蒙古烏海地區(qū)礦山中用于石料運(yùn)輸?shù)膶掦w自卸車用空氣濾清器的調(diào)研分析，其空氣濾清器的結(jié)構(gòu)形式主要包括沙漠濾、油浴式空濾、免維護(hù)空濾等幾種類型。

1.1 沙漠濾

沙漠濾目前是寬體自卸車最主流的配置，大多數(shù)情況由整車廠標(biāo)配，如圖1所示。整個(gè)沙漠濾總成主要采用旋風(fēng)濾作為第一級(jí)粗濾器，軸向折返式旋流管作為第二級(jí)粗濾器，紙質(zhì)濾芯作為第三級(jí)主濾，如圖2所示。沙漠濾具有很高的粗濾效率，減輕了主濾芯的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)空氣濾清器的保養(yǎng)周期[2]。

圖1沙漠濾的應(yīng)用

圖2沙漠濾結(jié)構(gòu)原理

1.2 復(fù)合型油浴式空濾

復(fù)合型油浴式空濾是指將油濾作為預(yù)過濾使用，主濾采用紙質(zhì)濾芯過濾(圖3)。油濾作為預(yù)過濾，通過機(jī)油的吸附、撞擊等作用過濾灰塵，特別對(duì)細(xì)灰過濾效果好(圖4)，但主要的缺點(diǎn)是保養(yǎng)麻煩且臟、易失油污染主濾芯、鋼絲濾芯難清理[3]，用戶往往圖方便省事，在保養(yǎng)時(shí)多以焚燒等方式進(jìn)行清理，不利于環(huán)保，目前該類空濾的應(yīng)用正逐漸減少。

圖3復(fù)合型油浴式空濾的應(yīng)用

圖4油浴式空濾結(jié)構(gòu)原理

1.3 免維護(hù)空濾

免維護(hù)空濾是近幾年在礦山工程機(jī)械設(shè)備上日漸流行的一種空氣濾清器結(jié)構(gòu)，如圖5所示。它利用車輛空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣作為氣源，用電磁閥控制壓縮空氣的通斷，通過一定的控制邏輯控制壓縮空氣的釋放，當(dāng)車輛每次熄火后，實(shí)現(xiàn)對(duì)主濾芯的自動(dòng)吹掃排灰，免去了人工保養(yǎng)濾芯過程，如圖6所示[4]。

圖5免維護(hù)空濾的應(yīng)用

1.4 改裝

除上述的空氣濾清器結(jié)構(gòu)外，在調(diào)研過程中還發(fā)現(xiàn)，由于工作現(xiàn)場(chǎng)灰塵濃度大，車輛運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，空氣濾清器的負(fù)擔(dān)較重，對(duì)車輛的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行一些適應(yīng)性的改裝是普遍現(xiàn)象，常見的改裝方式是在車輛現(xiàn)有的空氣濾清器進(jìn)氣口再增加一級(jí)使用過的舊濾芯，如圖7所示。通過增加過濾級(jí)數(shù)的方法，保證過濾效果同時(shí)延長(zhǎng)主濾芯保養(yǎng)周期。

圖7用戶對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的改裝

2 空氣濾清器的市場(chǎng)表現(xiàn)分析

寬體自卸車運(yùn)行特點(diǎn)是人停車不停，最大限度的保證車輛出勤率給用戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。對(duì)于空氣濾清器而言，用戶主要關(guān)心的是其灰塵過濾效果及濾芯保養(yǎng)周期，良好的灰塵過濾效果可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣干凈，盡可能減少灰塵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)四配套磨損等故障，保證車輛出勤率；較長(zhǎng)的保養(yǎng)周期可以減少濾芯的保養(yǎng)頻次，減少礦車停機(jī)時(shí)間和維護(hù)保養(yǎng)成本。

礦山灰塵大，車輛工作時(shí)間長(zhǎng)，用戶擔(dān)心空氣濾清器保養(yǎng)不及時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，保養(yǎng)習(xí)慣上一般不會(huì)按照整車或者發(fā)動(dòng)機(jī)廠家宣稱的到其阻力報(bào)警器報(bào)警后再保養(yǎng)濾芯，大多數(shù)情況下是通過作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)灰塵大小及使用時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)綜合判斷取出保養(yǎng)濾芯的周期，這也是空氣濾清器在寬體自卸車應(yīng)用中濾芯保養(yǎng)的特點(diǎn)。表1總結(jié)了調(diào)研后不同空氣濾清器結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)表現(xiàn)及用戶的主觀評(píng)價(jià)。

表1 不同空氣濾清器結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)表現(xiàn)及用戶評(píng)價(jià)

3 存在的問題

如上所述，應(yīng)用于寬體自卸車的空氣濾清器類型各有所長(zhǎng)，也存在一些明顯的問題：

1)對(duì)于沙漠濾，雖然目前可以滿足礦區(qū)的使用要求，但是保養(yǎng)周期沒有優(yōu)勢(shì)，濾芯需要定期取出保養(yǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2)對(duì)于復(fù)合型油浴式空濾，需要經(jīng)常換油、存在失油風(fēng)險(xiǎn)，油污難處理，一些地區(qū)及用戶采用焚燒的方式進(jìn)行處理，不利于環(huán)保，目前已被逐步淘汰。

3)對(duì)于免維護(hù)空濾，優(yōu)點(diǎn)突出，但是缺點(diǎn)也同樣明顯：一是該空濾相關(guān)的電磁閥、控制器及線路等電子元器件的故障率較高，往往造成反吹功能失效；二是對(duì)于非原廠濾芯的使用，反吹功能是否會(huì)吹破濾芯造成過濾失效損壞發(fā)動(dòng)機(jī)尚存在不確定性，需要更長(zhǎng)期的市場(chǎng)關(guān)注。

4)用戶在進(jìn)氣口加裝舊濾芯，雖然可以提高過濾級(jí)數(shù)，保證過濾效果，但是可能會(huì)造成進(jìn)氣阻力過高、增壓器竄油等連鎖問題產(chǎn)生。

4 針對(duì)該市場(chǎng)空氣濾清器的設(shè)計(jì)及匹配建議

對(duì)于寬體自卸車，車輛工作環(huán)境干燥、灰塵濃度大，用戶對(duì)于空氣濾清器要求較高：一是濾芯要具備較高的過濾效率保證過濾效果，二是空濾總成能具備較高的保養(yǎng)周期，減少車輛停機(jī)保養(yǎng)時(shí)間和維護(hù)保養(yǎng)成本。因此，空氣濾清器在設(shè)計(jì)及匹配應(yīng)用時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)滿足這方面訴求：

1)濾芯的過濾效率好壞是影響空氣濾清器總成過濾效果的決定性因素，針對(duì)寬體自卸車這種灰塵濃度大、灰塵顆粒細(xì)的環(huán)境，濾芯應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)濾材制作，整個(gè)空氣濾清器總成的過濾效率推薦采用A4灰塵[5]測(cè)試，并滿足初始過濾效率≥99.8%、全壽命過濾效率≥99.95%以上的要求，以保證空氣濾清器在該作業(yè)環(huán)境下的過濾效果。

2)沙漠濾提高保養(yǎng)周期，可通過增大濾芯過濾面積(如增加濾芯的折數(shù)、濾芯的直徑等)、優(yōu)化濾材提高濾紙的容塵量、適當(dāng)增加旋流管數(shù)量、優(yōu)化旋流管的結(jié)構(gòu)參數(shù)降低預(yù)過濾的流阻，同時(shí)，空濾器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使旋流管豎直布置，利于旋流管的排塵。以上措施都可以增大空濾器的適配流量，減少流阻，進(jìn)一步延長(zhǎng)濾芯保養(yǎng)周期，使用戶減少平常保養(yǎng)維護(hù)濾芯的時(shí)間。

3)免維護(hù)空濾作為一種新興的空氣濾清器類型，其優(yōu)點(diǎn)很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)空濾的不足，滿足了用戶個(gè)性化需求并且降低了濾芯維護(hù)成本。針對(duì)其可靠性上存在的風(fēng)險(xiǎn)，可通過以下措施來降低或消除：一是濾芯采用納米濾芯，納米濾芯的優(yōu)點(diǎn)是表面過濾，灰塵聚集于納米層之上，更易被清理，提高反吹清理效果；二是盡可能降低反吹氣壓，避免氣壓過大對(duì)濾紙?jiān)斐蓳p傷，最佳的壓力可根據(jù)濾紙的特性，通過不斷調(diào)整壓力多次進(jìn)行反吹性能測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室獲得；三是采用優(yōu)質(zhì)的電器件，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮防水防塵，降低電器件的故障率。四是壓縮空氣的取氣位置應(yīng)不影響整車的用氣及制動(dòng)安全，建議從整車四回路保護(hù)閥后的管路取氣。

4)復(fù)合型油浴式空濾雖然過濾效果較好，但是由于油濾的突出缺點(diǎn)，對(duì)環(huán)境不友好，應(yīng)逐漸減少該結(jié)構(gòu)的使用。

5 結(jié)論

通過上述調(diào)研分析，我們掌握了寬體自卸車這一市場(chǎng)用戶對(duì)于空氣濾清器的主要訴求及該市場(chǎng)空氣濾清器不同類型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用情況及市場(chǎng)表現(xiàn)。對(duì)于整車廠及發(fā)動(dòng)機(jī)廠家而言，對(duì)于其車輛空氣過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與匹配，都應(yīng)該精準(zhǔn)的匹配用戶使用場(chǎng)景，分析用戶實(shí)際使用需求，從而開發(fā)出適應(yīng)性更強(qiáng)的空氣濾清器產(chǎn)品。