劉俊杰，湯志軍，劉健，彭博

(1.內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室，山東 濰坊 261000；2.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261000)

0 引言

寬體自卸車主要應用于露天礦山土方剝離層的運輸，往返于采掘點及卸料點，雖路程較短，但作業(yè)時間長，負載重[1]。礦區(qū)氣候干燥，作業(yè)區(qū)域車輛成隊作業(yè)，灰塵濃度高、顆粒細，屬于重度灰塵工況?？諝鉃V清器作為發(fā)動機的重要部件，主要作用是過濾空氣中的沙塵、保證潔凈空氣進入發(fā)動機，使發(fā)動機具有更長的使用壽命，因此空氣濾清器的性能直接關(guān)系到發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及可靠性，對于寬體自卸車，空氣濾清器更顯得至關(guān)重要。

1 典型空氣濾清器結(jié)構(gòu)

通過對內(nèi)蒙古烏海地區(qū)礦山中用于石料運輸?shù)膶掦w自卸車用空氣濾清器的調(diào)研分析，其空氣濾清器的結(jié)構(gòu)形式主要包括沙漠濾、油浴式空濾、免維護空濾等幾種類型。

1.1 沙漠濾

沙漠濾目前是寬體自卸車最主流的配置，大多數(shù)情況由整車廠標配，如圖1所示。整個沙漠濾總成主要采用旋風濾作為第一級粗濾器，軸向折返式旋流管作為第二級粗濾器，紙質(zhì)濾芯作為第三級主濾，如圖2所示。沙漠濾具有很高的粗濾效率，減輕了主濾芯的負擔，延長空氣濾清器的保養(yǎng)周期[2]。

圖1沙漠濾的應用

圖2沙漠濾結(jié)構(gòu)原理

1.2 復合型油浴式空濾

復合型油浴式空濾是指將油濾作為預過濾使用，主濾采用紙質(zhì)濾芯過濾(圖3)。油濾作為預過濾，通過機油的吸附、撞擊等作用過濾灰塵，特別對細灰過濾效果好(圖4)，但主要的缺點是保養(yǎng)麻煩且臟、易失油污染主濾芯、鋼絲濾芯難清理[3]，用戶往往圖方便省事，在保養(yǎng)時多以焚燒等方式進行清理，不利于環(huán)保，目前該類空濾的應用正逐漸減少。

圖3復合型油浴式空濾的應用

圖4油浴式空濾結(jié)構(gòu)原理

1.3 免維護空濾

免維護空濾是近幾年在礦山工程機械設備上日漸流行的一種空氣濾清器結(jié)構(gòu)，如圖5所示。它利用車輛空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣作為氣源，用電磁閥控制壓縮空氣的通斷，通過一定的控制邏輯控制壓縮空氣的釋放，當車輛每次熄火后，實現(xiàn)對主濾芯的自動吹掃排灰，免去了人工保養(yǎng)濾芯過程，如圖6所示[4]。

圖5免維護空濾的應用

1.4 改裝

除上述的空氣濾清器結(jié)構(gòu)外，在調(diào)研過程中還發(fā)現(xiàn)，由于工作現(xiàn)場灰塵濃度大，車輛運行時間長，空氣濾清器的負擔較重，對車輛的進氣系統(tǒng)進行一些適應性的改裝是普遍現(xiàn)象，常見的改裝方式是在車輛現(xiàn)有的空氣濾清器進氣口再增加一級使用過的舊濾芯，如圖7所示。通過增加過濾級數(shù)的方法，保證過濾效果同時延長主濾芯保養(yǎng)周期。

圖7用戶對進氣系統(tǒng)的改裝

2 空氣濾清器的市場表現(xiàn)分析

寬體自卸車運行特點是人停車不停，最大限度的保證車輛出勤率給用戶創(chuàng)造更多的價值。對于空氣濾清器而言，用戶主要關(guān)心的是其灰塵過濾效果及濾芯保養(yǎng)周期，良好的灰塵過濾效果可以保證發(fā)動機進氣干凈，盡可能減少灰塵進入發(fā)動機，避免發(fā)動機四配套磨損等故障，保證車輛出勤率；較長的保養(yǎng)周期可以減少濾芯的保養(yǎng)頻次，減少礦車停機時間和維護保養(yǎng)成本。

礦山灰塵大，車輛工作時間長，用戶擔心空氣濾清器保養(yǎng)不及時造成發(fā)動機損壞，保養(yǎng)習慣上一般不會按照整車或者發(fā)動機廠家宣稱的到其阻力報警器報警后再保養(yǎng)濾芯，大多數(shù)情況下是通過作業(yè)現(xiàn)場灰塵大小及使用時間根據(jù)經(jīng)驗綜合判斷取出保養(yǎng)濾芯的周期，這也是空氣濾清器在寬體自卸車應用中濾芯保養(yǎng)的特點。表1總結(jié)了調(diào)研后不同空氣濾清器結(jié)構(gòu)的市場表現(xiàn)及用戶的主觀評價。

表1 不同空氣濾清器結(jié)構(gòu)的市場表現(xiàn)及用戶評價

3 存在的問題

如上所述，應用于寬體自卸車的空氣濾清器類型各有所長，也存在一些明顯的問題：

1)對于沙漠濾，雖然目前可以滿足礦區(qū)的使用要求，但是保養(yǎng)周期沒有優(yōu)勢，濾芯需要定期取出保養(yǎng)，費時費力。

2)對于復合型油浴式空濾，需要經(jīng)常換油、存在失油風險，油污難處理，一些地區(qū)及用戶采用焚燒的方式進行處理，不利于環(huán)保，目前已被逐步淘汰。

3)對于免維護空濾，優(yōu)點突出，但是缺點也同樣明顯：一是該空濾相關(guān)的電磁閥、控制器及線路等電子元器件的故障率較高，往往造成反吹功能失效；二是對于非原廠濾芯的使用，反吹功能是否會吹破濾芯造成過濾失效損壞發(fā)動機尚存在不確定性，需要更長期的市場關(guān)注。

4)用戶在進氣口加裝舊濾芯，雖然可以提高過濾級數(shù)，保證過濾效果，但是可能會造成進氣阻力過高、增壓器竄油等連鎖問題產(chǎn)生。

4 針對該市場空氣濾清器的設計及匹配建議

對于寬體自卸車，車輛工作環(huán)境干燥、灰塵濃度大，用戶對于空氣濾清器要求較高：一是濾芯要具備較高的過濾效率保證過濾效果，二是空濾總成能具備較高的保養(yǎng)周期，減少車輛停機保養(yǎng)時間和維護保養(yǎng)成本。因此，空氣濾清器在設計及匹配應用時，應重點滿足這方面訴求：

1)濾芯的過濾效率好壞是影響空氣濾清器總成過濾效果的決定性因素，針對寬體自卸車這種灰塵濃度大、灰塵顆粒細的環(huán)境，濾芯應采用優(yōu)質(zhì)濾材制作，整個空氣濾清器總成的過濾效率推薦采用A4灰塵[5]測試，并滿足初始過濾效率≥99.8%、全壽命過濾效率≥99.95%以上的要求，以保證空氣濾清器在該作業(yè)環(huán)境下的過濾效果。

2)沙漠濾提高保養(yǎng)周期，可通過增大濾芯過濾面積(如增加濾芯的折數(shù)、濾芯的直徑等)、優(yōu)化濾材提高濾紙的容塵量、適當增加旋流管數(shù)量、優(yōu)化旋流管的結(jié)構(gòu)參數(shù)降低預過濾的流阻，同時，空濾器在設計時應盡量使旋流管豎直布置，利于旋流管的排塵。以上措施都可以增大空濾器的適配流量，減少流阻，進一步延長濾芯保養(yǎng)周期，使用戶減少平常保養(yǎng)維護濾芯的時間。

3)免維護空濾作為一種新興的空氣濾清器類型，其優(yōu)點很好的彌補了傳統(tǒng)空濾的不足，滿足了用戶個性化需求并且降低了濾芯維護成本。針對其可靠性上存在的風險，可通過以下措施來降低或消除：一是濾芯采用納米濾芯，納米濾芯的優(yōu)點是表面過濾，灰塵聚集于納米層之上，更易被清理，提高反吹清理效果；二是盡可能降低反吹氣壓，避免氣壓過大對濾紙造成損傷，最佳的壓力可根據(jù)濾紙的特性，通過不斷調(diào)整壓力多次進行反吹性能測試在實驗室獲得；三是采用優(yōu)質(zhì)的電器件，設計時充分考慮防水防塵，降低電器件的故障率。四是壓縮空氣的取氣位置應不影響整車的用氣及制動安全，建議從整車四回路保護閥后的管路取氣。

4)復合型油浴式空濾雖然過濾效果較好，但是由于油濾的突出缺點，對環(huán)境不友好，應逐漸減少該結(jié)構(gòu)的使用。

5 結(jié)論

通過上述調(diào)研分析，我們掌握了寬體自卸車這一市場用戶對于空氣濾清器的主要訴求及該市場空氣濾清器不同類型的結(jié)構(gòu)特點、應用情況及市場表現(xiàn)。對于整車廠及發(fā)動機廠家而言，對于其車輛空氣過濾系統(tǒng)的設計與匹配，都應該精準的匹配用戶使用場景，分析用戶實際使用需求，從而開發(fā)出適應性更強的空氣濾清器產(chǎn)品。