壓路機(jī)動力系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性問題解決方案的探討

張 靜/ZHANG Jing

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 道路機(jī)械分公司，江蘇 徐州 221004 ）

隨著“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃的實施和推進(jìn)，我國西部經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目在西部地區(qū)陸續(xù)開工。壓路機(jī)作為一種增加材料密實度的壓實機(jī)械，更是各項工程建設(shè)中不可或缺的關(guān)鍵施工設(shè)備之一。然而隨著西部大開發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，由各施工單位帶入的原有設(shè)備越來越多地體現(xiàn)出其不適應(yīng)性，尤其動力系統(tǒng)的故障率呈現(xiàn)高發(fā)狀態(tài)。本文擬通過對西部地區(qū)的自然環(huán)境分析，找出壓路機(jī)常見動力系統(tǒng)故障出現(xiàn)的原因，并提出解決方案，以供技術(shù)人員在解決壓路機(jī)在使用過程中出現(xiàn)的動力系統(tǒng)問題時進(jìn)行參考。

1 西部地區(qū)自然環(huán)境及對壓路機(jī)匹配的要求

我國西部地區(qū)海拔總體較高，海拔高度多在2 000m以上，河流眾多，平原較少，多為山區(qū)、盆地和高原，氣溫的日較差和年較差較大，風(fēng)沙大，冬季平均氣溫多在0℃以下，有些地區(qū)成年積雪，夏季部分地區(qū)高達(dá)40℃以上。壓路機(jī)作為一種持續(xù)作業(yè)時間較長、工作負(fù)載大的施工機(jī)械，在這種自然環(huán)境下使用，就需要對動力系統(tǒng)進(jìn)行特殊匹配，特別是在發(fā)動機(jī)選型、功率儲備、散熱系統(tǒng)能力、進(jìn)氣過濾系統(tǒng)能力以及發(fā)動機(jī)啟動系統(tǒng)功能上進(jìn)行特殊設(shè)計，而目前大多施工單位并未認(rèn)識到該地域性差異而造成的產(chǎn)品功能上的差異化需求，致使多數(shù)壓路機(jī)在使用過程中可能出現(xiàn)以下3個方面的問題：①發(fā)動機(jī)氣缸套早期磨損；②發(fā)動機(jī)水溫高；③啟動困難。

2 動力系統(tǒng)適應(yīng)性解決方案

2.1 發(fā)動機(jī)氣缸套早期磨損原因分析及解決方法

由于我國西部地區(qū)風(fēng)沙較大，且氣候干燥，多為松土地基，這就造成壓路機(jī)工作過程中揚塵較大。由發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)供入的柴油和空氣在氣缸燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒。當(dāng)進(jìn)入氣缸的空氣清潔度不夠時，就會造成氣缸元件的早期磨損。

一般情況下壓路機(jī)配置的空氣過濾系統(tǒng)大多采用一個干式空氣濾清器，由外界吸入的臟空氣經(jīng)該空氣濾清器后即進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)。為保證壓路機(jī)能夠正常工作，在灰塵較大的工況下，應(yīng)縮短空濾器的保養(yǎng)周期。由于保養(yǎng)不及時或保養(yǎng)不當(dāng)，會造成部分灰塵進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)。而空濾器在使用一段時間后，由于灰塵在濾芯上的附著量的增多，也使得空濾器過濾效果降低。部分微小粉塵顆粒也會進(jìn)入到發(fā)動機(jī)的氣缸內(nèi)，造成發(fā)動機(jī)的早期磨損。

縮短空濾保養(yǎng)周期，只能在一段時間內(nèi)避免發(fā)動機(jī)的早期磨損，同時無疑會增加保養(yǎng)工作量，還會縮短濾芯的使用壽命，增加保養(yǎng)成本。同時在施工工地上很難有專業(yè)清理工具徹底清理空濾濾芯，這使得發(fā)動機(jī)早期磨損現(xiàn)象難以避免。

為減少保養(yǎng)工作量，并消除發(fā)動機(jī)早期磨損現(xiàn)象，在干式空濾器的前端增加油浴式空氣預(yù)濾器是較為有效的方法。

油浴式預(yù)濾器其工作原理為臟空氣從預(yù)濾器頂端通過負(fù)壓吸入到預(yù)濾器中，并沿進(jìn)氣管向下行，沖向預(yù)濾器底端的油浴池中。此時一部分灰塵顆粒被油粘附停滯在油池中，另一部分灰塵隨氣流與油液撞擊產(chǎn)生油霧。油霧與改變方向的氣流向上行，通過上殼體中多層纏繞的金屬濾網(wǎng)，并濕潤粘附在濾網(wǎng)上。隨著進(jìn)氣量的增加，這部分吸附在金屬濾網(wǎng)上的油霧形成油滴，并沖刷粘附在濾網(wǎng)上的灰塵，最終滴落到油池中。從而實現(xiàn)對灰塵的過濾。其過濾效果可以達(dá)到98%以上。

在選配油浴式過濾器時應(yīng)注意以下兩點：一個是發(fā)動機(jī)的功率，在選配油浴式預(yù)濾器的規(guī)格時，其適配的功率要比發(fā)動機(jī)的功率略大；第二個是油浴式預(yù)濾器的流量要與原車紙質(zhì)空濾的額定流量盡可能的相近。

通過采用油浴式預(yù)濾器+干式二級過濾空氣濾清器的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)，可保證進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣的清潔度，完全避免發(fā)動機(jī)的早期磨損；同時減少空濾器的保養(yǎng)周期和費用，實現(xiàn)使用的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 發(fā)動機(jī)水溫高原因分析及解決方案

西部地區(qū)山地較多，坡度較陡，壓路機(jī)在坡道施工時功率消耗大，發(fā)動機(jī)發(fā)熱量高，這就要求發(fā)動機(jī)要配備散熱能力強的散熱系統(tǒng)；同時由于風(fēng)沙較大，當(dāng)散熱器散熱翅片之間的縫隙被風(fēng)沙的顆粒堵塞時，也會影響進(jìn)風(fēng)量，降低原有系統(tǒng)的散熱能力。當(dāng)散熱系統(tǒng)能力不足時，就會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)水溫高，水溫報警的問題。

發(fā)動機(jī)的散熱系統(tǒng)由散熱器、風(fēng)扇、發(fā)動機(jī)水泵、發(fā)動機(jī)殼體內(nèi)的水道以及冷卻水組成閉式系統(tǒng)。其影響因素有散熱器的散熱面積、散熱器的結(jié)構(gòu)形式、散熱翅片材料、風(fēng)扇直徑、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇葉片形狀以及風(fēng)扇到散熱器之間的距離、風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間的間隙、風(fēng)扇進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)罩的尺寸等。由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是影響壓路機(jī)各項性能參數(shù)的主要指標(biāo)，因此當(dāng)壓路機(jī)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時，一般不能采用提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來實現(xiàn)降溫的目的。通常采用的方法有以下幾種。

1）清洗散熱器散熱片，確保翅片間無堵塞物。由于壓路機(jī)多采用吸風(fēng)式風(fēng)扇，因此外部灰塵極易進(jìn)入散熱器翅片之間，使得冷卻風(fēng)無法進(jìn)入，造成散熱器散熱能力下降，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)高溫。在清洗散熱翅片時，應(yīng)用壓縮空氣從內(nèi)（發(fā)動機(jī)側(cè)）向外吹走灰塵和附著物。

2）拉大散熱器與風(fēng)扇之間的距離。由于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，空氣在風(fēng)扇和散熱器之間會形成流場。根據(jù)流場分析，隨著二者距離的增大，流經(jīng)冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量得以加強，可以提高散熱器的散熱能力；同時隨著二者之間距離的增大，流場的均勻度也隨之提高，這可以進(jìn)一步提高散熱器的散熱能力。因此當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)高溫現(xiàn)象時，通過拉大散熱器與風(fēng)扇間的距離可以提高散熱器散熱能力。通常情況下，將散熱器向外移動，使之遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)風(fēng)扇。但此時應(yīng)注意風(fēng)扇至少有1/2的寬度位于散熱器導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)，以形成穩(wěn)定的流場。

3）更換大直徑風(fēng)扇。其目的是增大通過散熱器的風(fēng)量，從而提高散熱能力。風(fēng)量即單位時間內(nèi)通過風(fēng)扇出風(fēng)口（或進(jìn)風(fēng)口）截面的空氣體積。其計算公式為：風(fēng)量=風(fēng)速×過風(fēng)面積。而增大風(fēng)扇直徑即可增大過風(fēng)面積，從而達(dá)到增大風(fēng)量的目的。在更換風(fēng)扇時，應(yīng)注意風(fēng)扇葉片與導(dǎo)風(fēng)罩之間應(yīng)留有8～10mm間隙，以避免由于發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生的振動而造成的風(fēng)扇葉片與導(dǎo)風(fēng)罩之間的磕碰，從而損壞風(fēng)扇葉片。

2.3 啟動困難原因分析及解決方案

通常情況下，壓路機(jī)配備的冷啟動裝置為進(jìn)氣預(yù)熱系統(tǒng)，即在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣回路上安裝預(yù)熱塞，以便在啟動時對燃燒室內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱。當(dāng)預(yù)熱塞工作時，可使汽缸內(nèi)空氣溫度快速升高，從而提高了壓縮終了時的空氣溫度，使噴入氣缸的柴油易于燃燒。

但該種方法在較為寒冷的地區(qū)，特別是甘肅、西藏等地預(yù)熱效果并不明顯，仍常出現(xiàn)啟動困難的問題。

分析壓路機(jī)的啟動過程，當(dāng)接通鑰匙開關(guān)后，蓄電池的電流通過啟動繼電器到達(dá)發(fā)動機(jī)的啟動電機(jī)，啟動電機(jī)開始工作。啟動電機(jī)帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，從而使氣缸活塞進(jìn)行上下運動，完成發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣的4個過程，形成一個工作循環(huán)，發(fā)動機(jī)啟動。因此影響發(fā)動機(jī)啟動性能的因素有蓄電池容量、啟動轉(zhuǎn)矩、燃油霧化效果、氣缸內(nèi)空氣溫度、進(jìn)氣量等原因。

低溫會造成發(fā)動機(jī)內(nèi)部機(jī)油粘度增高，起動阻力矩增大，需要外部提供更大的啟動功率。而對于普通蓄電池來說，在低溫情況下其容量也會降低，這是因為在低溫情況下，蓄電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的速度就會變得緩慢，蓄電池對外供放電的能力就會大大下降。當(dāng)溫度每下降1℃時，電瓶容量大約會下降0.8%；這極易造成電瓶虧電而影響啟動性能。同時低溫還使得發(fā)動機(jī)殼體溫度降低，燃油霧化效果變差，出現(xiàn)發(fā)動機(jī)點火困難，或發(fā)動機(jī)冒黑煙的現(xiàn)象。因此為進(jìn)一步改善其啟動性能，通常采用的方法如下。

1）增加液體燃油加熱器，給發(fā)動機(jī)冷卻液升溫。將主機(jī)柴油箱中的柴油通過電磁通斷閥引入到加熱器的燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量通過加熱器內(nèi)部的散熱器傳遞到加熱器的水套上。發(fā)動機(jī)的冷卻液通過加熱器上的進(jìn)水口進(jìn)入水套中，在水泵的作用下沿加熱器水套循環(huán)，再從加熱器的出水口輸出，在此循環(huán)過程中冷卻液被加熱，之后進(jìn)入到發(fā)動機(jī)殼體的水套中。經(jīng)過加熱后的冷卻液在發(fā)動機(jī)殼體中循環(huán)，提高了整個發(fā)動機(jī)殼體溫度，使得機(jī)油粘度降低，降低啟動阻力；殼體溫度升高，使得燃油霧化效果提高，同時可提高氣缸內(nèi)空氣溫度，使得燃油能夠較快達(dá)到燃點，燃燒更加充分。

2）采用對低溫不敏感的蓄電池，或增大蓄電池容量。采用對低溫不敏感蓄電池，可以減少蓄電池的低溫?fù)p失，保證蓄電池的容量。增大蓄電池的容量是使得蓄電池的容量儲備加大，以滿足啟動電機(jī)多次啟動對電量的需求。

3）增大發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量。隨著海拔高度的升高，空氣密度會越來越小，單位時間內(nèi)吸入發(fā)動機(jī)內(nèi)的空氣會逐漸減少，造成發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量不足，從而使得燃燒不充分，輸出的動能不足以克服負(fù)載阻力，發(fā)動機(jī)啟動不起來。選用增壓發(fā)動機(jī)，可有效解決該問題。當(dāng)無法更換為增壓發(fā)動機(jī)時，還可通過加裝風(fēng)扇或增氧裝置得到改善。在發(fā)動機(jī)的進(jìn)風(fēng)口加裝風(fēng)扇，其目的通過風(fēng)扇攪動空氣，增加進(jìn)風(fēng)口處空氣流量，從而達(dá)到增大進(jìn)氣量的目的。而加裝增氧裝置的目的是增加吸入空氣中的氧氣含量，使得燃燒更加充分。

3 結(jié) 語

1）壓路機(jī)使用環(huán)境的地域性差異會造成對動力系統(tǒng)配置的不同需求，當(dāng)忽視此差異的存在時往往會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的產(chǎn)品故障。

2）風(fēng)沙大是造成發(fā)動機(jī)氣缸的早期磨損的原因之一，通過增加油浴式預(yù)濾器，可有效避免該故障的出現(xiàn)。

3）散熱器堵塞及長期的大負(fù)載作業(yè)是發(fā)動機(jī)水溫高的主要原因，清理散熱器翅片、拉大風(fēng)扇和散熱器之間的距離，尤其是更換大直徑風(fēng)扇可使該問題得到有效解決。

4）高原地區(qū)尤其在寒冷季節(jié)里，發(fā)動機(jī)冷啟動問題更是高發(fā)故障。通過增加燃油預(yù)熱器、增加蓄電池容量、加裝風(fēng)扇和增氧裝置，均可有效解決該問題。

5）以上觀點基于在現(xiàn)有機(jī)型上的進(jìn)行局部改進(jìn)以解決出現(xiàn)的問題。應(yīng)用上述方法已解決多臺壓路機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)的問題，試驗驗證是切實可行的，且投入小，具有較高的性價比。