對(duì)東風(fēng)454拖拉機(jī)空氣濾清器的堵塞預(yù)警研究

韋 肇,盧增民,王興朝

(1.甘肅省山丹培黎學(xué)校,甘肅 張掖 734000；2.培黎職業(yè)學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

0 引言

空氣中含有大量塵埃，在不同環(huán)境條件下，空氣中的含塵量區(qū)別很大。我國(guó)南北空氣清潔度差距很大，南方空氣濕潤(rùn)，植被覆蓋面大，空氣清潔度高；北方干旱風(fēng)多，植被少，土地裸露多，空氣清潔度低，有時(shí)空氣的含塵量約為0.1 g·m-3，多時(shí)可達(dá)1.0～2.0 g·m-3。北方拖拉機(jī)在沙塵天氣犁地或耙地等作業(yè)情況下，空氣的含塵量可達(dá)20～30 g·m-3，有時(shí)更高。土地干旱，飛揚(yáng)的塵土有時(shí)遮擋住了拖拉機(jī)駕駛員的視線，可致機(jī)手看不清后方的作業(yè)情況。拖拉機(jī)駕駛員回到家，滿身滿臉都是土，連鼻孔內(nèi)都是泥土。這些塵土中有75%左右的是熔點(diǎn)高、硬度很大的氧化硅微粒。若這些塵土隨空氣一起進(jìn)入汽缸內(nèi)，會(huì)與機(jī)油混合在一起形成破壞性極大的“研磨劑”，使汽缸、汽缸套、活塞連桿組、氣門機(jī)構(gòu)等嚴(yán)重磨損，甚至“拉缸”，造成發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命大大縮短。同時(shí)，空氣濾芯堵塞或過(guò)臟還會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣不足，柴油機(jī)在進(jìn)氣不足時(shí)會(huì)冒黑煙，燃燒不良，經(jīng)濟(jì)性大幅降低，還會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)氣門、燃燒室積碳嚴(yán)重，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能與功率。

因此，提高進(jìn)入汽缸空氣的潔凈度，是延長(zhǎng)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作壽命的首要之舉。

從拖拉機(jī)維修實(shí)踐經(jīng)歷進(jìn)行總結(jié)，有的更換“四配套”周期僅3～4年，主要原因是因?yàn)檫M(jìn)入汽缸的空氣不潔凈，導(dǎo)致汽缸套拉傷，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，由于經(jīng)濟(jì)性下降，農(nóng)民不得不更換“四配套”，增加了拖拉機(jī)使用的額外開支。在維修拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)大部分拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了油浴式空氣濾清器，這種濾清器在我國(guó)空氣質(zhì)量較高地區(qū)，使用比較可靠，但在北方干旱地區(qū)存在一定問題。在維修過(guò)程中，農(nóng)民對(duì)增加一級(jí)空氣濾清器興趣很高，因?yàn)檫@可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少維修成本。一例東風(fēng)454拖拉機(jī)空氣供給系統(tǒng)見圖1，這是一個(gè)加裝的一級(jí)空氣濾清器，該拖拉機(jī)使用過(guò)程出現(xiàn)了故障，發(fā)動(dòng)機(jī)工作無(wú)力，冒黑煙，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難，當(dāng)打開一級(jí)空氣濾清器后，發(fā)現(xiàn)濾芯被灰塵涂滿，濾芯中間破裂，向進(jìn)氣方向內(nèi)凹撕裂，因此確定故障所在位置，由于擔(dān)心臟空氣可能會(huì)造成拉缸，征得機(jī)主同意，決定檢查缸套。缸套拉傷嚴(yán)重，針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)了一款空氣濾清器堵塞報(bào)警器，以免此類故障再次發(fā)生，減少農(nóng)民損失。

1 改進(jìn)后的東風(fēng)454拖拉機(jī)空氣供給系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與不足

東風(fēng)454拖拉機(jī)改進(jìn)的空氣供給系采用了最新的第五代空氣濾清器，特點(diǎn)是增加了一級(jí)干式過(guò)濾濾芯，比其他拖拉機(jī)多了一級(jí)過(guò)濾(圖1)，旋風(fēng)式進(jìn)氣，灰塵收集裝置，這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量，對(duì)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)起到了很好的作用。但這種增加干式濾清器的方式，也存在一定問題，在維修當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，由于駕駛員忘記定時(shí)更換干式濾清器的濾芯而導(dǎo)致因?yàn)闉V芯堵塞而引起干式濾芯被發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣負(fù)壓撕裂(圖2)，導(dǎo)致不清潔的空氣進(jìn)入汽缸。聚集在干式濾清器中的灰塵，大量進(jìn)入二級(jí)油浴式濾芯，使二級(jí)油浴式濾芯污染嚴(yán)重，同時(shí)一部分進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)造成早期拉缸故障。這就解釋了這輛拖拉機(jī)的故障原因，前期空氣濾清器堵塞不嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)雖然能夠啟動(dòng)，但由于空氣供給不足，發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙，隨著濾清器進(jìn)一步堵塞，拖拉機(jī)就會(huì)出現(xiàn)不易啟動(dòng)現(xiàn)象，最后一級(jí)紙質(zhì)濾芯完全堵塞，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)壓作用下撕裂內(nèi)凹則不可避免。

圖1 東風(fēng)454改進(jìn)后的空氣濾清器

圖2 因堵塞嚴(yán)重被發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)壓撕裂的空濾

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)以上問題考慮增加一個(gè)空氣濾清器堵塞報(bào)警器，方便駕駛員獲得空氣濾清器堵塞報(bào)警信號(hào)，以便提前更換空氣濾清器。

2.1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)思路是制做一個(gè)濾清器堵塞報(bào)警電路。當(dāng)濾清器變形到一定程度時(shí)就能夠接通控制元件，控制元件控制報(bào)警燈點(diǎn)亮并控制報(bào)警蜂鳴器發(fā)聲，使駕駛員獲知濾清器堵塞信號(hào)，及時(shí)更換空氣濾清器，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。該電路的設(shè)計(jì)思路并不復(fù)雜，可以用多種形式的電路去實(shí)現(xiàn)，考慮到經(jīng)濟(jì)性和可靠性，設(shè)計(jì)了用晶閘管、接觸開關(guān)、電磁開關(guān)、蜂鳴器等元件構(gòu)成簡(jiǎn)單的報(bào)警電路，其成本不高，功能容易實(shí)現(xiàn)，可靠性好，推廣價(jià)值較高。

2.2 使用細(xì)軟導(dǎo)線的電路及控制原理

電路圖見圖3，右側(cè)長(zhǎng)箭頭位置表示該電路連接拖拉機(jī)電源12 V電壓，左側(cè)短箭頭處連接細(xì)軟導(dǎo)線(本電路控制元件之一)，該導(dǎo)線與第一級(jí)空氣濾清器中的濾芯聯(lián)接在一起，當(dāng)空氣濾清器中的濾芯因灰塵過(guò)多而堵塞，引起空氣濾清器濾芯在發(fā)動(dòng)機(jī)真空作用下發(fā)生變形，導(dǎo)致粘附在濾清器濾芯中的細(xì)軟導(dǎo)線斷裂，即從電路中短箭頭處斷路，晶閘管控制極獲得開啟電壓，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，接通位于駕駛室內(nèi)的報(bào)警燈電路，報(bào)警燈點(diǎn)亮，提醒駕駛員及時(shí)更換空氣濾清器濾芯，防止不干凈的空氣進(jìn)入汽缸，造成發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損，起到保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。預(yù)警電路成本很低，但每一次預(yù)警后需要更換新的裝有細(xì)導(dǎo)線的專用改裝濾芯，總體而言，改裝成本不高。

圖3 控制電路原理圖

2.3 用接近開關(guān)的電路及工作原理

2.3.1 電路圖

為了取消上述細(xì)導(dǎo)線于干式濾芯中的工序粘附，又對(duì)此電路又進(jìn)行了二次改進(jìn)，將電路控制關(guān)鍵元件改用了一個(gè)SW1接近開關(guān)來(lái)取代細(xì)導(dǎo)線，如圖4所示，拖拉機(jī)一級(jí)空氣濾清器一旦堵塞，在發(fā)動(dòng)機(jī)真空作用下發(fā)生變形，此變形位移達(dá)到預(yù)設(shè)的位移量，電路即刻接通工作，使位于駕駛室的報(bào)警燈與報(bào)警器同時(shí)工作，提醒駕駛員對(duì)空氣濾清器濾芯進(jìn)行保養(yǎng)或清理除塵。

圖4 增加接近開關(guān)后的改進(jìn)電路

2.3.2 工作原理

(1)正常狀況。拖拉機(jī)啟動(dòng)后，點(diǎn)火鎖點(diǎn)火開關(guān)置于ON狀態(tài)，控制器通電，因SW1未接通，則晶閘管U1截?cái)啵姶砰_關(guān)RL1不工作，處于斷開狀態(tài)，指示燈L1及報(bào)警器LS1不工作。

(2)異常狀況。當(dāng)空氣濾清器堵塞，發(fā)生變形達(dá)到一定程度時(shí)，接近開關(guān)SW1導(dǎo)通，晶閘管U1控制極得電，U1導(dǎo)通，電磁開關(guān)RL1線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，電路接通，指示燈L1發(fā)光，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。

(3)解除異常。排除報(bào)警后，將點(diǎn)火開關(guān)ST斷開一次，使系統(tǒng)復(fù)位。

2.3 對(duì)使用接近開關(guān)電路的改進(jìn)

應(yīng)用過(guò)程中，也可以省去晶閘管，利用接近開關(guān)、報(bào)警蜂鳴器、報(bào)警燈等組成濾清器堵塞報(bào)警電路，如圖5所示。

工作原理如下。

(1)正常狀況。拖拉機(jī)啟動(dòng)后，濾清器正常時(shí)，接近開關(guān)SW1斷開，電磁開關(guān)RL1不工作，處于斷開狀態(tài)，指示燈L1及報(bào)警器LS1不工作。

(2)異常狀況。當(dāng)空氣濾清器堵塞，發(fā)生變形達(dá)到一定程度時(shí)，接近開關(guān)SW1導(dǎo)通，電磁開關(guān)RL1線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，電路接通，指示燈L1發(fā)光，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。

圖5 省去晶閘管后的改進(jìn)電路

(3)解除異常。排除故障濾清器后，接近開關(guān)復(fù)位，電磁開關(guān)RL1不工作，處于斷開狀態(tài)，指示燈L1及報(bào)警器LS1不工作。

經(jīng)過(guò)模擬空氣濾清器內(nèi)的濾芯變形，實(shí)驗(yàn)取得了成功，預(yù)警電路靈敏性較好，能夠達(dá)到預(yù)期。

3 結(jié)語(yǔ)

在北方干旱地區(qū)工作的農(nóng)業(yè)機(jī)械，特別是拖拉機(jī)，其柴油機(jī)要加大空氣濾清器濾芯的濾清度，通過(guò)增加一級(jí)濾清器可以使進(jìn)入汽缸的空氣更加潔凈，但紙質(zhì)干式濾芯很容易堵塞，而駕駛員對(duì)干式濾芯的維修保養(yǎng)常識(shí)又不足，農(nóng)忙時(shí)期經(jīng)常在高污染條件下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致干式濾芯堵塞的概率大幅增加。因此，增加堵塞預(yù)警裝置可以有效且及時(shí)發(fā)現(xiàn)濾清器堵塞問題，有效保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，降低維護(hù)成本避免耽誤農(nóng)時(shí)，極大提高農(nóng)機(jī)使用效率。

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