对东风454拖拉机空气滤清器的堵塞预警研究

韦 肇,卢增民,王兴朝

(1.甘肃省山丹培黎学校,甘肃 张掖 734000；2.培黎职业学院，甘肃 张掖 734000)

0 引言

空气中含有大量尘埃，在不同环境条件下，空气中的含尘量区别很大。我国南北空气清洁度差距很大，南方空气湿润，植被覆盖面大，空气清洁度高；北方干旱风多，植被少，土地裸露多，空气清洁度低，有时空气的含尘量约为0.1 g·m-3，多时可达1.0～2.0 g·m-3。北方拖拉机在沙尘天气犁地或耙地等作业情况下，空气的含尘量可达20～30 g·m-3，有时更高。土地干旱，飞扬的尘土有时遮挡住了拖拉机驾驶员的视线，可致机手看不清后方的作业情况。拖拉机驾驶员回到家，满身满脸都是土，连鼻孔内都是泥土。这些尘土中有75%左右的是熔点高、硬度很大的氧化硅微粒。若这些尘土随空气一起进入汽缸内，会与机油混合在一起形成破坏性极大的“研磨剂”，使汽缸、汽缸套、活塞连杆组、气门机构等严重磨损，甚至“拉缸”，造成发动机使用寿命大大缩短。同时，空气滤芯堵塞或过脏还会导致进气不足，柴油机在进气不足时会冒黑烟，燃烧不良，经济性大幅降低，还会导致柴油机气门、燃烧室积碳严重，降低发动机的启动性能与功率。

因此，提高进入汽缸空气的洁净度，是延长拖拉机发动机工作寿命的首要之举。

从拖拉机维修实践经历进行总结，有的更换“四配套”周期仅3～4年，主要原因是因为进入汽缸的空气不洁净，导致汽缸套拉伤，发动机功率下降，由于经济性下降，农民不得不更换“四配套”，增加了拖拉机使用的额外开支。在维修拖拉机发动机的过程中，发现国内大部分拖拉机发动机都采用了油浴式空气滤清器，这种滤清器在我国空气质量较高地区，使用比较可靠，但在北方干旱地区存在一定问题。在维修过程中，农民对增加一级空气滤清器兴趣很高，因为这可以延长发动机的使用寿命，减少维修成本。一例东风454拖拉机空气供给系统见图1，这是一个加装的一级空气滤清器，该拖拉机使用过程出现了故障，发动机工作无力，冒黑烟，有时还会出现启动困难，当打开一级空气滤清器后，发现滤芯被灰尘涂满，滤芯中间破裂，向进气方向内凹撕裂，因此确定故障所在位置，由于担心脏空气可能会造成拉缸，征得机主同意，决定检查缸套。缸套拉伤严重，针对这一问题设计了一款空气滤清器堵塞报警器，以免此类故障再次发生，减少农民损失。

1 改进后的东风454拖拉机空气供给系统优势与不足

东风454拖拉机改进的空气供给系采用了最新的第五代空气滤清器，特点是增加了一级干式过滤滤芯，比其他拖拉机多了一级过滤(图1)，旋风式进气，灰尘收集装置，这种设计优化了进入发动机的空气质量，对保护发动机起到了很好的作用。但这种增加干式滤清器的方式，也存在一定问题，在维修当中发现，由于驾驶员忘记定时更换干式滤清器的滤芯而导致因为滤芯堵塞而引起干式滤芯被发动机进气负压撕裂(图2)，导致不清洁的空气进入汽缸。聚集在干式滤清器中的灰尘，大量进入二级油浴式滤芯，使二级油浴式滤芯污染严重，同时一部分进入发动机造成早期拉缸故障。这就解释了这辆拖拉机的故障原因，前期空气滤清器堵塞不严重，发动机虽然能够启动，但由于空气供给不足，发动机冒黑烟，随着滤清器进一步堵塞，拖拉机就会出现不易启动现象，最后一级纸质滤芯完全堵塞，在发动机负压作用下撕裂内凹则不可避免。

图1 东风454改进后的空气滤清器

图2 因堵塞严重被发动机负压撕裂的空滤

2 改进设计

针对以上问题考虑增加一个空气滤清器堵塞报警器，方便驾驶员获得空气滤清器堵塞报警信号，以便提前更换空气滤清器。

2.1 设计思路

设计思路是制做一个滤清器堵塞报警电路。当滤清器变形到一定程度时就能够接通控制元件，控制元件控制报警灯点亮并控制报警蜂鸣器发声，使驾驶员获知滤清器堵塞信号，及时更换空气滤清器，避免故障的进一步扩大而导致不必要的经济损失。该电路的设计思路并不复杂，可以用多种形式的电路去实现，考虑到经济性和可靠性，设计了用晶闸管、接触开关、电磁开关、蜂鸣器等元件构成简单的报警电路，其成本不高，功能容易实现，可靠性好，推广价值较高。

2.2 使用细软导线的电路及控制原理

电路图见图3，右侧长箭头位置表示该电路连接拖拉机电源12 V电压，左侧短箭头处连接细软导线(本电路控制元件之一)，该导线与第一级空气滤清器中的滤芯联接在一起，当空气滤清器中的滤芯因灰尘过多而堵塞，引起空气滤清器滤芯在发动机真空作用下发生变形，导致粘附在滤清器滤芯中的细软导线断裂，即从电路中短箭头处断路，晶闸管控制极获得开启电压，触发晶闸管导通，接通位于驾驶室内的报警灯电路，报警灯点亮，提醒驾驶员及时更换空气滤清器滤芯，防止不干净的空气进入汽缸，造成发动机早期磨损，起到保护发动机的作用。预警电路成本很低，但每一次预警后需要更换新的装有细导线的专用改装滤芯，总体而言，改装成本不高。

图3 控制电路原理图

2.3 用接近开关的电路及工作原理

2.3.1 电路图

为了取消上述细导线于干式滤芯中的工序粘附，又对此电路又进行了二次改进，将电路控制关键元件改用了一个SW1接近开关来取代细导线，如图4所示，拖拉机一级空气滤清器一旦堵塞，在发动机真空作用下发生变形，此变形位移达到预设的位移量，电路即刻接通工作，使位于驾驶室的报警灯与报警器同时工作，提醒驾驶员对空气滤清器滤芯进行保养或清理除尘。

图4 增加接近开关后的改进电路

2.3.2 工作原理

(1)正常状况。拖拉机启动后，点火锁点火开关置于ON状态，控制器通电，因SW1未接通，则晶闸管U1截断，电磁开关RL1不工作，处于断开状态，指示灯L1及报警器LS1不工作。

(2)异常状况。当空气滤清器堵塞，发生变形达到一定程度时，接近开关SW1导通，晶闸管U1控制极得电，U1导通，电磁开关RL1线圈通电，常开触点闭合，电路接通，指示灯L1发光，报警器发出报警。

(3)解除异常。排除报警后，将点火开关ST断开一次，使系统复位。

2.3 对使用接近开关电路的改进

应用过程中，也可以省去晶闸管，利用接近开关、报警蜂鸣器、报警灯等组成滤清器堵塞报警电路，如图5所示。

工作原理如下。

(1)正常状况。拖拉机启动后，滤清器正常时，接近开关SW1断开，电磁开关RL1不工作，处于断开状态，指示灯L1及报警器LS1不工作。

(2)异常状况。当空气滤清器堵塞，发生变形达到一定程度时，接近开关SW1导通，电磁开关RL1线圈通电，常开触点闭合，电路接通，指示灯L1发光，报警器发出报警。

图5 省去晶闸管后的改进电路

(3)解除异常。排除故障滤清器后，接近开关复位，电磁开关RL1不工作，处于断开状态，指示灯L1及报警器LS1不工作。

经过模拟空气滤清器内的滤芯变形，实验取得了成功，预警电路灵敏性较好，能够达到预期。

3 结语

在北方干旱地区工作的农业机械，特别是拖拉机，其柴油机要加大空气滤清器滤芯的滤清度，通过增加一级滤清器可以使进入汽缸的空气更加洁净，但纸质干式滤芯很容易堵塞，而驾驶员对干式滤芯的维修保养常识又不足，农忙时期经常在高污染条件下长时间连续作业，导致干式滤芯堵塞的概率大幅增加。因此，增加堵塞预警装置可以有效且及时发现滤清器堵塞问题，有效保护发动机，降低维护成本避免耽误农时，极大提高农机使用效率。

(03)