大型農(nóng)用發(fā)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(nóng)牧機械有限公司，新疆　烏魯木齊　830013；2.昌吉學院）

大型農(nóng)用發(fā)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(nóng)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(fā)動機達到最優(yōu)工作狀態(tài)，與傳統(tǒng)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(fā)動機在夏季高溫狀態(tài)下的工作時間，大幅降低了高溫對發(fā)動機造成的損害，提高了發(fā)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(nèi)大型自走式收獲機械發(fā)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(yè)時會產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生高溫，造成發(fā)動機早期磨損，嚴重影響發(fā)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(xiàn)有的大型自走式收獲機械發(fā)動機的除塵散熱結構，該裝置能有效地提高發(fā)動機的工作效率，延長發(fā)動機的使用壽命，與現(xiàn)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(fā)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(nèi)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(chǎn)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(fā)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(nóng)機發(fā)動機在高溫、高灰塵環(huán)境作業(yè)時設計研發(fā)的，目的在于高效地除塵散熱，提高發(fā)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(fā)動機風扇8.吸塵管9.風機

工作原理：通過大型發(fā)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(lián)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(lián)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(wǎng)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(nèi)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(chǎn)生的風力經(jīng)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(fā)動機的正常工作，提高了發(fā)動機工作效率，有效地降低了發(fā)動機的磨損。

2　主要參數(shù)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(jù)公司多年農(nóng)機生產(chǎn)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及相關資料數(shù)據(jù)確定農(nóng)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(xiàn)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(shù)，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(nèi)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(nèi)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(jù)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(tǒng)中采用吸風式離心風機，各項參數(shù)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(shù)；Nm—所需功率，kW；D2—葉輪葉片外圓直徑，m。

根據(jù)風機的運行工況其機械無因此性能參數(shù)：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(jīng)過多次的場地試驗調(diào)整以及后續(xù)的田間試驗，最終確定了吸塵結構的相關數(shù)據(jù)（表1）。

表1　吸塵結構相關數(shù)據(jù)

3　應用情況

該裝置經(jīng)過多次場地試驗后完善配置到產(chǎn)品樣機上，在共青團農(nóng)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(fā)動機實現(xiàn)全天候無故障工作，發(fā)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(nóng)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。

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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