大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)設(shè)計

朱洪睿，宋宗華，何明虎，閆鵬舉

（徐州徐工筑路機械有限公司，江蘇 徐州 221006）

燃油系統(tǒng)是大馬力礦用平地機動力系統(tǒng)的核心組成部分，為其提供燃料供給。常規(guī)的礦用平地機燃油系統(tǒng)主要包括燃油箱、油水分離器、燃油濾清器、進回油管路、閥和一些接頭等。當?shù)V用平地機應(yīng)用于不同的使用工況時，需要對燃油系統(tǒng)增加附屬裝置。如應(yīng)用于大負荷高溫礦區(qū)時，需要在燃油系統(tǒng)中增加燃油冷卻裝置；應(yīng)用于高原、極寒礦區(qū)時，需要在燃油系統(tǒng)中增加燃油加熱裝置。大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)為發(fā)動機提供動力源，其能否可靠、持續(xù)的為發(fā)動機提供燃料，直接影響著礦用平地機的有效工作和使用效率。

本文以某型號大馬力礦用平地機為研究對象，分析其燃油系統(tǒng)的設(shè)計過程。大馬力礦用平地機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 大馬力礦用平地機主要技術(shù)參數(shù)

1 燃油系統(tǒng)的組成和工作原理

礦用大馬力平地機的燃油系統(tǒng)主要包括：燃油箱、進回油路鋼絲外編織燃油管、油水分離器、燃油濾清器、燃油精濾器、空心螺栓、接頭等（見圖1）。

發(fā)動機工作時，燃油通過燃油箱吸油管進入油水分離器，經(jīng)過油水分離器分離油中的水，然后進入燃油粗濾器，最后進入燃油精濾器，去除燃油中的雜質(zhì)。干凈的油液被高壓油泵加壓后進入噴油器，隨后噴入氣缸內(nèi)燃燒。輸油泵、高壓泵及噴油器中多余的燃油沿回油鋼絲外編織管進入燃油箱。

2 燃油箱設(shè)計

圖1 燃油系統(tǒng)組成圖

燃油箱是大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)中的重要組成部分，通常位于駕駛室后方發(fā)動機動力艙內(nèi)。平地機工程機械燃油箱多為開式燃油箱，除了存儲燃料外，還有散熱、過濾等作用。燃油箱要有放油口、清洗蓋、放氣口等裝置，放油口一般位于燃油箱液位最低點，清洗蓋位于燃油箱側(cè)面便于操作的地方，放氣口位于燃油箱上部。

2.1 燃油箱容積的計算

如果把動力系統(tǒng)比作整機系統(tǒng)的核心，燃油系統(tǒng)則是動力系統(tǒng)的源頭。燃油系統(tǒng)是發(fā)動機性能能否充分利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為此需要為發(fā)動機系統(tǒng)提供清潔的燃油?？紤]到國內(nèi)油品質(zhì)量問題，建議在不影響進回油系統(tǒng)阻力的情況下，對燃油系統(tǒng)中增加油水分離器，采用三級燃油過濾。同時保證燃油系統(tǒng)的封閉性，以免進入空氣，造成動力損失，甚至是熄火。本文需要對燃油箱的容積進行計算，保證動力系統(tǒng)供給充足。

燃油箱容積計算公式為

式中

V—燃油箱容積，L；

P—發(fā)動額定功率，kW，取值261kW；

g—發(fā)動機額定功率下比油耗，g/kWh，取值231g/kWh；

η — 效率，取值0.6 0.8；

n—工作時間，h，取值8h；

γ—柴油密度，g/cm3，取值0.85g/cm3。

帶入計算即得：

故需要為該燃油系統(tǒng)設(shè)計至少497L的燃油容量，該型號礦用大馬力平地機的燃油箱容積為600L，滿足要求。

2.2 燃油箱吸油口和回油口設(shè)計

為保證平地機在坡道行駛時不出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，吸油口要盡可能布置在燃油箱中心位置，或者布置在上部時，將吸油口處的吸油管插到油箱底部，且與底部的距離保持15mm，以防吸到油箱底部的雜質(zhì)，吸油管底部做成喇叭狀，便于燃油吸入?；赜涂谝挥谌加拖涞南路角乙叱鋈加拖渥畹鸵好?5mm，回油口要與進油口保持最低300mm的水平距離，以防止回油口處的高溫油液被發(fā)動機吸入，影響發(fā)動機的效率。如空間允許，盡量拉大進油口和回油口之間的距離。

2.3 油箱的液位設(shè)計

燃油箱的油位通常采用機械式油浮子傳感器或者電阻型傳感器2種液位設(shè)計，這2種傳感器的安裝方式不同。在工程機械方面，燃油箱中的機械式油浮子傳感器，該傳感器成本低，一般垂直安裝，使用過程中容易出現(xiàn)變形和卡滯現(xiàn)象，造成假油位現(xiàn)象；電阻型傳感器一般安裝于油箱側(cè)壁，該傳感器成本高，控制精度準確。礦用大馬力平地機的燃油箱設(shè)計時應(yīng)以準確、可靠為原則，通常采用電阻型燃油液位計，作為其有效測量結(jié)果。

2.4 進回油管路設(shè)計

大馬力礦用平地機的燃油管路要根據(jù)實際情況進行布置，燃油系統(tǒng)中的燃油通過燃油管路實現(xiàn)發(fā)動機和燃油箱之間的循環(huán)使用。從燃油箱到發(fā)動機的進油管路不能過長，否則會增加發(fā)動機的進油阻力，影響發(fā)動機的工作效率。柴油發(fā)動機使用的低壓輸油膠管要符合相應(yīng)的國家標準，可參考JB/T8406—2008。油管的材料為橡膠，分內(nèi)部氯丁橡膠軟管層和外部丁腈橡膠保護層，軟管性能參數(shù)見表2。對于礦用平地機來說，進回油管路需要用鋼絲外編織管進行包裹，以防管路在遇到高溫時發(fā)生老化、彎曲。通常對管路的管徑要求不低于配套發(fā)動機參數(shù)，且管路布置要平滑、順暢，以免增大進油、回油阻力。礦用平地機一般要求燃油輸送泵進油阻力≤30kPa，回油阻力≤40kPa。各管路在條件允許的情況下盡可能固定，以增加燃油管路的可靠性。

表2 常用燃油軟管性能參數(shù)

3 燃油散熱器設(shè)計要點

大馬力礦用平地機采用Ⅲ階段電控發(fā)動機，對燃油系統(tǒng)進油溫度有特殊要求，不允許超過規(guī)定值。大多數(shù)情況下，需要在發(fā)動機散熱器前加裝燃油散熱器，但盡量避免布置于發(fā)動機散熱器正中心。中心處風(fēng)量最小，燃油散熱效果不好，同時容易加大發(fā)動機散熱器風(fēng)阻，影響散熱器散熱效果。燃油散熱器計算可參考發(fā)動機散熱器散熱量計算，只是將換熱介質(zhì)由冷卻液改為柴油，改變傳熱系數(shù)和比熱容等。

圖2 三級燃油過濾布置圖

燃油散熱器的散熱面積可按下式確定

式中

A—燃油散熱器面積，m2；

Q—燃油散熱量，kW；

K—燃油散熱器傳熱系數(shù)，W/m2k；

T—熱換介質(zhì)算術(shù)平均溫差，K。

4 燃油濾清器的選擇

大馬力礦用平地機通常采用三級燃油過濾，如圖2所示。發(fā)動機本身為兩級燃油過濾，主機廠自行加裝一級油水分離燃油過濾。油水分離器帶集水杯，便于觀察水位，且油水分離器配帶油中含水傳感器，當含水量超過一定值后發(fā)出報警信息，其過濾精度小于等于25μm；燃油粗濾器的過濾精度小于等于10μm；燃油精濾器的過濾精度小于等于5μm。各燃油濾清器在安裝時要避開排氣等高溫部位，且按照位置不宜高于燃油箱吸油口，同時留有足夠的空間以便于燃油濾清器的檢查和后期更換濾芯的要求。

5 結(jié)束語

大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)是其整機的重要組成部分，燃油系統(tǒng)的合理設(shè)計不僅可以提高整機的有效工作和使用效率，更能延長整機的使用壽命。本文結(jié)合某型號大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)各組成部件的特點，詳細介紹了礦用平地機燃油系統(tǒng)各部件的組成和設(shè)計注意事項，對大馬力礦用平地機燃油系統(tǒng)設(shè)計有一定指導(dǎo)意義。