機(jī)械車輛空氣預(yù)濾器研究情況與發(fā)展

張　奎

（西南交通大學(xué)，四川　成都　610000）

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機(jī)械車輛空氣預(yù)濾器研究情況與發(fā)展

張奎

（西南交通大學(xué)，四川成都610000）

摘要：本次研究主要分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)械車輛用空氣預(yù)濾器的實(shí)際研究現(xiàn)狀，同時(shí)還對(duì)典型的空氣預(yù)濾器的原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行了分析，描述了各種類型的空氣預(yù)濾器，與其相關(guān)的過濾效能以及優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)等多個(gè)方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：機(jī)械車輛空氣預(yù)濾器；研究情況；發(fā)展情況

預(yù)濾與精濾是機(jī)械車輛用空氣濾清器的兩個(gè)級(jí)別，在實(shí)際工作中，使用單級(jí)精濾器，如果是在惡劣環(huán)境條件下，則在單級(jí)精濾器工作的過程中，灰塵顆粒（較大粒徑）就會(huì)在濾網(wǎng)上大量黏附，這樣一來就會(huì)直接導(dǎo)致濾清效能明顯降低，情況嚴(yán)重的還會(huì)堵塞濾芯，直接影響到機(jī)械車輛的工作效率及其工作性能。所以，一般在機(jī)械車輛單級(jí)精濾器之前完成空氣預(yù)濾器的安裝，這樣一來進(jìn)入空氣精濾器之前就會(huì)提前篩掉空氣中的大部分沙塵顆粒［1］，可以促使芯維護(hù)保養(yǎng)周期進(jìn)一步延長(zhǎng)，同時(shí)還可以進(jìn)一步延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，進(jìn)而促使機(jī)械車輛的動(dòng)力性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性得到明顯的提升。

1　國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展及相應(yīng)的應(yīng)用情況

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展，逐漸在社會(huì)上推陳出新空氣濾清器，可以在實(shí)際工作中，從根本上滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同的性能需要。一開始是油浴式空氣濾清器及油浸式空氣濾清器，逐漸發(fā)展至紙質(zhì)空氣濾清器，具有更高的清潔性及高效性。傳統(tǒng)形式的單級(jí)空氣濾清器逐漸發(fā)展成為各種形式預(yù)濾器的雙級(jí)空氣濾清器［2］。

離心式預(yù)濾器最為顯著的特征為在使用沙塵的密度大于空氣的特點(diǎn)，在通道中空氣會(huì)出現(xiàn)方向上的轉(zhuǎn)變，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的情況。在慣性力和離心力作用的影響下，將沙塵甩到外圍，這樣就可以與空氣實(shí)現(xiàn)有效的分離，其比較適合空氣中較大顆粒沙塵的清除。一般在多沙塵地區(qū)作業(yè)機(jī)械車輛中使用。就目前來說，切向進(jìn)氣式預(yù)濾器、帽式預(yù)濾器、旋流管式預(yù)濾器、葉片環(huán)式預(yù)濾器及新型旋轉(zhuǎn)自潔式預(yù)濾器等離心式空氣預(yù)濾器是國(guó)內(nèi)普遍使用的類型。以下舉例分析2種：切向進(jìn)氣式預(yù)濾器和帽式預(yù)濾器。

1.1切向進(jìn)氣式預(yù)濾器

切向進(jìn)氣式空氣預(yù)清器結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)材料上的節(jié)約，如果存在不是很強(qiáng)的進(jìn)氣阻力增加的情況，那么切向進(jìn)氣氣流速度就會(huì)明顯增高，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致灰塵離心力明顯增高，從根本上強(qiáng)化了排塵能力，同時(shí)還可以促使粗濾效率實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化?？梢詫⑵鋭澐譃橐韵?種類型：風(fēng)窗切向進(jìn)氣、圓管切向進(jìn)氣。切向進(jìn)氣式預(yù)濾器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是需要保證進(jìn)氣流速，這樣才可以促使過濾效率明顯提升。所以，在設(shè)計(jì)過程中，需要按照實(shí)際情況的需要選擇最為合適的大小。一般適用于輕型卡車及小缸徑農(nóng)用發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.2帽式預(yù)濾器

帽式預(yù)濾器主要構(gòu)成部分如下：出氣管、上罩、導(dǎo)流葉片。導(dǎo)流葉片通過含塵氣流產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，在預(yù)濾器上罩位置設(shè)置有排塵切口，在離心作用的基礎(chǔ)上，促使灰塵甩到預(yù)濾器的上罩壁位置，排塵切口，灰塵排出。那么部分較為干凈的氣流就會(huì)順利地進(jìn)入二級(jí)精濾過濾。帽式預(yù)濾器預(yù)濾器結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)排塵自動(dòng)化，但是其缺點(diǎn)為效率最高能達(dá)到70.00%，效率相對(duì)比較低，同時(shí)進(jìn)風(fēng)口在排塵口的下方，就存在重新吸入排出塵土的可能。一般適用于小缸徑內(nèi)燃機(jī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，如拖拉機(jī)、收割機(jī)、農(nóng)用運(yùn)輸車等。

2　存在的幾點(diǎn)問題及未來的發(fā)展趨勢(shì)

2.1空氣預(yù)濾器問題分析

有效地使用空氣預(yù)濾器，可以促使發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命得到延長(zhǎng)，同時(shí)還可以進(jìn)一步延長(zhǎng)機(jī)械車輛空氣濾清器的維護(hù)保養(yǎng)周期。如果在惡劣的工作環(huán)境下，那么也可以促使機(jī)械車輛的作業(yè)效率得到明顯的提升。但是，需要按照實(shí)際需要從根本上解決過濾效率及進(jìn)氣阻力兩者之間存在的矛盾。然而，目前各種各樣的空氣預(yù)濾器會(huì)因?yàn)榉N種因素的影響導(dǎo)致其問題的出現(xiàn)。

2.1.1帶廢氣抽塵引射裝置的旋流管式預(yù)濾器。其是目前在國(guó)內(nèi)機(jī)械車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的一種極具代表性的預(yù)濾器。帶廢氣抽塵引射裝置的旋流管式預(yù)濾器可以提升初濾效率，可以達(dá)到80%，并可以促使空氣濾芯的更換周期得到明顯的延長(zhǎng)。但是，其主要的缺點(diǎn)在于旋流管容易堵塞，存在較大的進(jìn)氣阻力，尤其是在保養(yǎng)周期的中期及后期，會(huì)因?yàn)榇嬖谛鞴芏氯闆r，直接降低過濾效率。所以，在實(shí)際工作中，需要對(duì)旋流管進(jìn)行定期清潔。此外，實(shí)際工作中旋流管會(huì)存在一些載荷下過濾效率低的問題。

2.1.2選取使用新型旋轉(zhuǎn)自潔式空氣預(yù)濾器。該類型的空氣預(yù)濾器可以在設(shè)置的基礎(chǔ)上完成自行驅(qū)動(dòng)，無需維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排塵。但是，該類型的空氣預(yù)濾器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)直接影響到過濾效率。如果是在非額定工作環(huán)境下使用，其過濾效率是比較差的。出現(xiàn)上述問題主要選取以下方法來有效低地解決：選取使用導(dǎo)向葉片進(jìn)氣截面可調(diào)技術(shù)，對(duì)進(jìn)氣截面大小進(jìn)行有效的控制，之后對(duì)氣流的速度進(jìn)行有效的控制，在上述基礎(chǔ)上可以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

2.1.3目前較為理想的過濾裝置是離心靜電式預(yù)過濾器。離心靜電式預(yù)過濾器進(jìn)氣阻力較低，還具有較高的過濾效率，同時(shí)還有非常小的能耗。如果是在車載情況下，想要取得較高的靜電場(chǎng)電壓，那么就需要通過復(fù)雜的變壓器。所以，在實(shí)際工作中，在機(jī)械車輛上離心靜電式預(yù)濾器的有效使用受到了限制。未來的研究重點(diǎn)需要放在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高壓供電設(shè)備的研制方面。

2.2未來研究工作方面

在分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)國(guó)內(nèi)外空氣預(yù)濾器產(chǎn)的主要特點(diǎn)，同時(shí)分析其使用情況，對(duì)其產(chǎn)品的性能及工作原理進(jìn)行分析。由此發(fā)現(xiàn)：研究空氣預(yù)濾器逐漸趨向高效能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、輕量化及模塊化。所以，需要按照實(shí)際情況的需要做好以下幾方面的工作。

2.2.1促使預(yù)濾器的性能得到明顯的提升。離心式空氣預(yù)濾器是目前使用最為廣泛的一種。在非額定工作的情況下，過濾效率低是其主要的缺陷。離心靜電式預(yù)濾器還存在一定的高壓供電困難。所以，需要在實(shí)際工作中研發(fā)空氣預(yù)濾器產(chǎn)品，需要保證其具備較低進(jìn)氣阻力，并具備較高的過濾效能，這樣就可以促使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、安全性、可靠性、壽命得到明顯的改善。

2.2.2從根本上解決預(yù)濾器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配矛盾。在實(shí)際工作中，需要嚴(yán)格按照發(fā)動(dòng)機(jī)額定進(jìn)氣量的實(shí)際情況，完成預(yù)濾器的選擇。一般會(huì)在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)最大允許進(jìn)氣阻力的基礎(chǔ)上選取過濾效率高的預(yù)濾器。如果每一個(gè)預(yù)濾器均存在一致的過濾效率時(shí)，最好是選擇阻力小的預(yù)濾器，這樣就可以促使維護(hù)保養(yǎng)周期得到有效的延長(zhǎng)，同時(shí)促使發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命得到有效的延長(zhǎng)。

2.2.3在預(yù)濾器產(chǎn)品的研發(fā)過程中，需要使用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值分析技術(shù)。計(jì)算流體力學(xué)的使用可以促使空氣預(yù)濾器內(nèi)部復(fù)雜的三維流動(dòng)現(xiàn)象得到科學(xué)有效的描述，這樣就可以在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段完成評(píng)價(jià)計(jì)算，同時(shí)針對(duì)其問題進(jìn)行修改，不需要再一次進(jìn)行測(cè)試，有利于促使產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率及產(chǎn)品設(shè)計(jì)品質(zhì)得到明顯的提升。

3　結(jié)語(yǔ)

高效空氣過濾裝置中空氣預(yù)濾器是非常重要的一個(gè)組成部分，可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和濾芯的維護(hù)保養(yǎng)周期。這樣在多沙塵惡劣環(huán)境下工作時(shí)，其機(jī)械車輛作業(yè)效率就會(huì)得到明顯的提升。由此看來，空氣預(yù)濾器具有非常顯著的使用優(yōu)勢(shì)，憑借著其優(yōu)勢(shì)將會(huì)在未來得到廣泛有效的使用，可以取得極大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］王濤，崔崗，劉陽(yáng)江，等.空氣濾清器與空氣預(yù)濾器的匹配［J］.工程機(jī)械，2011（6）：45-47.

［2］譚業(yè)發(fā)，董貴楊.機(jī)械車輛空氣預(yù)濾器的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012（4）：1-6，9.

中圖分類號(hào)：U464.134.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）02-0108-02

收稿日期：2016-01-16

作者簡(jiǎn)介：張奎（1994-），男，本科，研究方向：車輛工程。

The Research Situation and Development of Air Pre Filter for Mechanical Vehicle

Zhang Kui
（Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610000）

Abstract:This study mainly analyzed the actual research status of the domestic and foreign machinery vehi?cle air pre filter,and the principle and structure characteristics of the typical air pre filter were analyzed, and described the various types of air pre filter,and its associated filtration efficiency and advantages,dis?advantages,and other aspects of the content.

Keywords:mechanical vehicle air filter；research situation；development situation