一種自清潔式空氣濾清器設計研究

白濤 牛一群 馮建儒

摘 要：礦用汽車的運行條件是各種車輛中最為惡劣的。路面條件差，礦用汽車運行環境中含有大量粉塵。自清潔式空氣濾清器作為礦用汽車的關鍵零部件，不僅可以有效的過濾空氣中的粉塵，同時通過自清潔效果可以有效的可以對空氣濾清器濾芯重復利用，大大減少礦用車輛的維護時間與成本，提高礦用車輛工作效率。

關鍵詞：空氣濾清器 礦用汽車 自清潔式

Abstract：The operation condition of mining truck is the worst among all kinds of vehicles. The road condition is poor， and there is a lot of dust in the operating environment of mining truck. As a key component of mining truck， self-cleaning air filter can not only effectively filter the dust in the air， but also effectively reuse the air filter element through self-cleaning effect， greatly reduce the maintenance time and cost of mining vehicles and improve the working efficiency of mining vehicles.

Key words：air filter， mining truck， self-cleaning

1 引言

礦用汽車的運行條件是各種車輛中最為惡劣的。路面條件差，當車輛運行時，輪胎及發動機風扇會卷起大量的灰塵，所以礦用汽車運行的環境中含有大量塵土[1]。礦用汽車工作環境如圖1所示。

礦用汽車的運行條件是各種車輛中最為惡劣的。路面條件差，礦用汽車運行環境中含有大量粉塵。如表1所示，礦用汽車運行道路含塵量最高可達5.0g/m3，粉塵的含量直接決定了空氣濾清器的使用壽命，因此，礦用空氣濾清器的使用壽命明顯低于乘用車。目前我國乘用車平均半年換一次濾芯，而礦山機械濾芯平均半個月就要換一個濾芯。的更換會造成濾紙資源的大量浪費及環境污染，同時更換濾芯也會造成礦用工程車輛頻繁維護，造成礦用車輛資源時間的浪費。自吹式空氣濾清器產品的研發可以對空氣濾清器濾芯重復利用，大大減少礦用車輛的維護時間與成本，提高礦用車輛工作效率。

2 空氣濾清器

空氣濾清器作為汽車發動機的主要零部件，其作用主要是為防止沙塵進入發動機系統，防止發動機氣缸、活塞和活塞環磨損，使發動機燃料完全燃燒，確保發動機功率高效，延長發動機使用壽命，減少對環境污染。

空氣濾清器主要分為干式（紙質）和濕式（油浴式）兩大類，礦用汽車主要采用干式空氣濾清器。干式空氣濾清器一般是由經過樹脂處理的微孔濾紙制成的密集屏幕對空氣中的雜質進行篩查，通過阻流、碰撞和布朗運動等原理過濾灰塵。同時，空氣濾清器還可以裝配安全濾芯和各種形式的粗濾器，如帽式粗濾器、旋風葉片、旋流管和導槽類型粗過濾器組合，從而實現更高的儲灰量，延長空氣濾清器的保養周期。傳統的礦用汽車空氣濾清器主要存在以下問題：

（1）礦用汽車空氣濾清器工作環境灰塵濃度大，細粉塵多，從而影響空氣濾清器的使用壽命;

（2）礦用汽車空氣濾清器需要經常維護保養（每周甚至每天），從而影響礦用汽車的有效工作時間;

（3）礦用汽車空氣濾清器維護保養復雜，需要專用工具和人員進行清掃，清掃人員有患塵肺病的職業風險。

鑒于以上原因，本文針對自清潔式空氣濾清器進行研究，以盡可能地提高礦用汽車空氣濾清器的使用壽命，從而提高礦用車輛的工作效率。

3 主要參數

礦用汽車空氣濾清器的主要性能指標包括：原始進氣阻力、原始濾清效率、粗濾效率、總成實驗室壽命[2]。

1）原始進氣阻力：在額定空氣流量下，新的空氣濾清器的進氣阻力。發動機的進氣阻力越大，汽車發動機的功率損失越大。因此，空氣濾清器的進氣阻力超過其要求的值時，空氣濾清器就需要保養和清潔了。

2）原始濾清器效率：空氣濾清器濾除特定灰塵的能力。礦用汽車的工作環境中含有大量粉塵，這就要求礦用汽車空氣濾清器具有高效的過濾效率，一般情況下標準要求過濾效率要達到98.5%。

3）粗濾效率：粗濾器分離出特定實驗灰塵的能力。粗濾器作為空氣濾清器的關鍵零部件，可以在粉塵進入濾芯前過濾大部分的粉塵，防止大量灰塵進入濾芯，從而提高空氣濾清器的使用壽命。

4）總成實驗室壽命：在額定空氣體積流量下，向空氣濾清器以一定加灰濃度加入實驗灰塵，當總成達到試驗終止條件時需要的時間。總成實驗室壽命時間越長，空氣濾清器的使用壽命越長。

4 系統組成

礦用汽車自清潔式空氣濾清器主要由殼體、主濾芯、安全濾芯、氣包、氣體通道、電磁脈沖閥、閥門、泄壓閥、進氣孔、出氣孔、排塵閥。礦用汽車自清潔式空氣濾清器結構如圖2所示。

礦用汽車自清潔式空氣濾清器采用帶有安全濾芯的單級總成，濾紙一般采用納米纖維濾紙。礦用汽車自清潔式空氣濾清器結構緊湊，集成氣包4、電磁脈沖閥6和閥門7為一體，利用車輛上儲氣罐的壓縮氣源，通過閥門7向氣包4內注入壓縮空氣，壓縮空氣通過氣體通道5進入主濾芯2與安全濾芯3之間的區域，沿箭頭所指方向將沉積在主濾芯2中積累的灰塵反吹出去，從而達到空氣濾清器自清潔的目的，進而提高礦用汽車空氣濾清器的使用壽命。礦用汽車自清潔式空氣濾清器實物圖如圖3所示。

5 試驗對比

為驗證礦用汽車自清潔式空氣濾清器的有效性，我們與新疆某生產車隊進行合作，該車隊擁有礦用車輛五十余臺，主要從事礦山作業的生產運輸，長期處于高粉塵的惡劣環境中。

我們針對礦用車輛的具體結構進行了相關產品的研發，礦用車輛的空氣濾清器額定流量一般在1600～2000m3/h，我們在保證空氣濾清器進氣量及過濾效率滿足要求的前提下，增加了反吹系統，該系統結構緊湊，維護保養方便。

通過一段時間的跟蹤調查，我們比對了安裝自清潔式空氣濾清器的車輛與傳統空氣濾清器的車輛，安裝自清潔式空氣濾清器的車輛空氣濾清器的更換周期有效提高，傳統礦用空氣濾清器一般跟換周期為2周到一個月，自清潔式空氣濾清器更換周期一般在3個月以上。同時，自清潔式空氣濾清器可以有效減少礦車停機時間和維護保養工時費、降低柴油消耗、保護發動機，自清潔空氣濾清器，每年保養4次，對比可以節約近1萬元，節約一輛專用空濾清掃車，消除兩位專職空濾清掃人員有塵肺病的職業風險。

6 結語

本文針對礦用汽車工作面條件差、粉塵大，空氣濾清器使用壽命短的缺陷，設計研發礦用汽車自清潔式空氣濾清器。該自吹式空氣濾清器產品的研發可以對空氣濾清器濾芯重復利用，有效減少礦用車輛的維護時間與成本，提高礦用車輛工作效率。

參考文獻：

[1]李繼紅. 多塵環境使用的空氣濾清器的研發[J]. 拖拉機與農用運輸車，2011，38（4）.

[2]JB/T 9755.1-2011，內燃機空氣濾清器第1部分：干式空氣濾清器總成技術條件[S].