對東風454拖拉機空氣濾清器的堵塞預警研究

韋 肇,盧增民,王興朝

(1.甘肅省山丹培黎學校,甘肅 張掖 734000；2.培黎職業學院，甘肅 張掖 734000)

0 引言

空氣中含有大量塵埃，在不同環境條件下，空氣中的含塵量區別很大。我國南北空氣清潔度差距很大，南方空氣濕潤，植被覆蓋面大，空氣清潔度高；北方干旱風多，植被少，土地裸露多，空氣清潔度低，有時空氣的含塵量約為0.1 g·m-3，多時可達1.0～2.0 g·m-3。北方拖拉機在沙塵天氣犁地或耙地等作業情況下，空氣的含塵量可達20～30 g·m-3，有時更高。土地干旱，飛揚的塵土有時遮擋住了拖拉機駕駛員的視線，可致機手看不清后方的作業情況。拖拉機駕駛員回到家，滿身滿臉都是土，連鼻孔內都是泥土。這些塵土中有75%左右的是熔點高、硬度很大的氧化硅微粒。若這些塵土隨空氣一起進入汽缸內，會與機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、氣門機構等嚴重磨損，甚至“拉缸”，造成發動機使用壽命大大縮短。同時，空氣濾芯堵塞或過臟還會導致進氣不足，柴油機在進氣不足時會冒黑煙，燃燒不良，經濟性大幅降低，還會導致柴油機氣門、燃燒室積碳嚴重，降低發動機的啟動性能與功率。

因此，提高進入汽缸空氣的潔凈度，是延長拖拉機發動機工作壽命的首要之舉。

從拖拉機維修實踐經歷進行總結，有的更換“四配套”周期僅3～4年，主要原因是因為進入汽缸的空氣不潔凈，導致汽缸套拉傷，發動機功率下降，由于經濟性下降，農民不得不更換“四配套”，增加了拖拉機使用的額外開支。在維修拖拉機發動機的過程中，發現國內大部分拖拉機發動機都采用了油浴式空氣濾清器，這種濾清器在我國空氣質量較高地區，使用比較可靠，但在北方干旱地區存在一定問題。在維修過程中，農民對增加一級空氣濾清器興趣很高，因為這可以延長發動機的使用壽命，減少維修成本。一例東風454拖拉機空氣供給系統見圖1，這是一個加裝的一級空氣濾清器，該拖拉機使用過程出現了故障，發動機工作無力，冒黑煙，有時還會出現啟動困難，當打開一級空氣濾清器后，發現濾芯被灰塵涂滿，濾芯中間破裂，向進氣方向內凹撕裂，因此確定故障所在位置，由于擔心臟空氣可能會造成拉缸，征得機主同意，決定檢查缸套。缸套拉傷嚴重，針對這一問題設計了一款空氣濾清器堵塞報警器，以免此類故障再次發生，減少農民損失。

1 改進后的東風454拖拉機空氣供給系統優勢與不足

東風454拖拉機改進的空氣供給系采用了最新的第五代空氣濾清器，特點是增加了一級干式過濾濾芯，比其他拖拉機多了一級過濾(圖1)，旋風式進氣，灰塵收集裝置，這種設計優化了進入發動機的空氣質量，對保護發動機起到了很好的作用。但這種增加干式濾清器的方式，也存在一定問題，在維修當中發現，由于駕駛員忘記定時更換干式濾清器的濾芯而導致因為濾芯堵塞而引起干式濾芯被發動機進氣負壓撕裂(圖2)，導致不清潔的空氣進入汽缸。聚集在干式濾清器中的灰塵，大量進入二級油浴式濾芯，使二級油浴式濾芯污染嚴重，同時一部分進入發動機造成早期拉缸故障。這就解釋了這輛拖拉機的故障原因，前期空氣濾清器堵塞不嚴重，發動機雖然能夠啟動，但由于空氣供給不足，發動機冒黑煙，隨著濾清器進一步堵塞，拖拉機就會出現不易啟動現象，最后一級紙質濾芯完全堵塞，在發動機負壓作用下撕裂內凹則不可避免。

圖1 東風454改進后的空氣濾清器

圖2 因堵塞嚴重被發動機負壓撕裂的空濾

2 改進設計

針對以上問題考慮增加一個空氣濾清器堵塞報警器，方便駕駛員獲得空氣濾清器堵塞報警信號，以便提前更換空氣濾清器。

2.1 設計思路

設計思路是制做一個濾清器堵塞報警電路。當濾清器變形到一定程度時就能夠接通控制元件，控制元件控制報警燈點亮并控制報警蜂鳴器發聲，使駕駛員獲知濾清器堵塞信號，及時更換空氣濾清器，避免故障的進一步擴大而導致不必要的經濟損失。該電路的設計思路并不復雜，可以用多種形式的電路去實現，考慮到經濟性和可靠性，設計了用晶閘管、接觸開關、電磁開關、蜂鳴器等元件構成簡單的報警電路，其成本不高，功能容易實現，可靠性好，推廣價值較高。

2.2 使用細軟導線的電路及控制原理

電路圖見圖3，右側長箭頭位置表示該電路連接拖拉機電源12 V電壓，左側短箭頭處連接細軟導線(本電路控制元件之一)，該導線與第一級空氣濾清器中的濾芯聯接在一起，當空氣濾清器中的濾芯因灰塵過多而堵塞，引起空氣濾清器濾芯在發動機真空作用下發生變形，導致粘附在濾清器濾芯中的細軟導線斷裂，即從電路中短箭頭處斷路，晶閘管控制極獲得開啟電壓，觸發晶閘管導通，接通位于駕駛室內的報警燈電路，報警燈點亮，提醒駕駛員及時更換空氣濾清器濾芯，防止不干凈的空氣進入汽缸，造成發動機早期磨損，起到保護發動機的作用。預警電路成本很低，但每一次預警后需要更換新的裝有細導線的專用改裝濾芯，總體而言，改裝成本不高。

圖3 控制電路原理圖

2.3 用接近開關的電路及工作原理

2.3.1 電路圖

為了取消上述細導線于干式濾芯中的工序粘附，又對此電路又進行了二次改進，將電路控制關鍵元件改用了一個SW1接近開關來取代細導線，如圖4所示，拖拉機一級空氣濾清器一旦堵塞，在發動機真空作用下發生變形，此變形位移達到預設的位移量，電路即刻接通工作，使位于駕駛室的報警燈與報警器同時工作，提醒駕駛員對空氣濾清器濾芯進行保養或清理除塵。

圖4 增加接近開關后的改進電路

2.3.2 工作原理

(1)正常狀況。拖拉機啟動后，點火鎖點火開關置于ON狀態，控制器通電，因SW1未接通，則晶閘管U1截斷，電磁開關RL1不工作，處于斷開狀態，指示燈L1及報警器LS1不工作。

(2)異常狀況。當空氣濾清器堵塞，發生變形達到一定程度時，接近開關SW1導通，晶閘管U1控制極得電，U1導通，電磁開關RL1線圈通電，常開觸點閉合，電路接通，指示燈L1發光，報警器發出報警。

(3)解除異常。排除報警后，將點火開關ST斷開一次，使系統復位。

2.3 對使用接近開關電路的改進

應用過程中，也可以省去晶閘管，利用接近開關、報警蜂鳴器、報警燈等組成濾清器堵塞報警電路，如圖5所示。

工作原理如下。

(1)正常狀況。拖拉機啟動后，濾清器正常時，接近開關SW1斷開，電磁開關RL1不工作，處于斷開狀態，指示燈L1及報警器LS1不工作。

(2)異常狀況。當空氣濾清器堵塞，發生變形達到一定程度時，接近開關SW1導通，電磁開關RL1線圈通電，常開觸點閉合，電路接通，指示燈L1發光，報警器發出報警。

圖5 省去晶閘管后的改進電路

(3)解除異常。排除故障濾清器后，接近開關復位，電磁開關RL1不工作，處于斷開狀態，指示燈L1及報警器LS1不工作。

經過模擬空氣濾清器內的濾芯變形，實驗取得了成功，預警電路靈敏性較好，能夠達到預期。

3 結語

在北方干旱地區工作的農業機械，特別是拖拉機，其柴油機要加大空氣濾清器濾芯的濾清度，通過增加一級濾清器可以使進入汽缸的空氣更加潔凈，但紙質干式濾芯很容易堵塞，而駕駛員對干式濾芯的維修保養常識又不足，農忙時期經常在高污染條件下長時間連續作業，導致干式濾芯堵塞的概率大幅增加。因此，增加堵塞預警裝置可以有效且及時發現濾清器堵塞問題，有效保護發動機，降低維護成本避免耽誤農時，極大提高農機使用效率。

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