CN114922751A - 一种防堵塞农机用发动机进气系统 - Google Patents

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乔梦华
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Abstract

本发明属于发动机进气系统技术领域，具体涉及一种防堵塞农机用发动机进气系统，所述进气系统包括进气道、空气滤清器总成、发动机进气连接管；所述空气滤清器总成包括：旋流管式预滤器、抽尘风机、排尘管、二级滤清器、空气滤芯、阻力报警器；该空气滤清器总成结构紧凑、进气阻力低，特别针对过滤介质尺寸特点创新开发的大尺寸旋风式预滤器能够有效分离进气中的大尺寸杂质，防止空气滤清器的堵塞，有效提高了空气滤清器对农田等环境的适应性。

Description

一种防堵塞农机用发动机进气系统
技术领域
本发明属于发动机进气系统技术领域，具体涉及一种防堵塞农机用发动机进气系统。
背景技术
农机工作在农田中，特别是各种收割机在收割作业时，会扰动地面粉尘及作物枝叶等，使得农机附近的空气粉尘杂质含量非常大，在这种情况下，发动机吸入的空气就含有大量的粉尘和农作物枝叶等大尺寸、轻质杂质，这种杂质被发动机进气吸进进气道以后会被空气滤清器拦截。实际使用中这种大量的杂质是空气过滤中最大的难题之一，经常会导致预滤器堵塞、滤芯堵塞，空气滤频繁保养。实际使用中，例如棉花收割机，出现2小时就需要清理空气滤芯的情况。因此，急迫需要研发一种专用于农用机械使用环境的进气系统，以解决农机研发中遇到的空气滤清器选用难题，
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决农用机械空气滤清器被大尺寸轻质杂质频繁堵塞的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种防堵塞农机用发动机进气系统，所述进气系统包括进气道1、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4；
所述进气道1、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4依次连接，发动机进气连接管4的出口通往发动机；
其中，所述空气滤清器总成3包括：旋流管式预滤器7、抽尘风机8、排尘管9、二级滤清器10、阻力报警器12；
所述抽尘风机8通过排尘管9与旋流管式预滤器7连接，所述旋流管式预滤器7分别连接进气道1和二级滤清器10，旋流管式预滤器7通过离心力将含尘空气中的粉尘及固体颗粒物分离出来并通过抽尘风机8排出；
所述二级滤清器10采用二级滤壳体14内加空气滤芯15的紧凑结构；所述二级滤壳体14中，设有中心杆20，空气滤芯15安装在中心杆20上；所述空气滤芯15通过中心杆20固定在二级滤壳体14内部，空气滤芯15与二级滤壳体14的接触端面密封；
在所述二级滤壳体14的滤后气腔中设有测压点19，所述阻力报警器12通过测压管13连接到二级滤壳体的测压点19，利用压力传感器与电信号的转换显示空气滤清器总成3内部的阻力大小，提示更换或保养空气滤芯15。
其中，所述进气道1通过连接胶管2连接旋流管式预滤器7；所述旋流管式预滤器7的入口处还设置有预滤器进气罩6。
其中，所述旋流管式预滤器7采用内经70mm，总长度200mm的直通式大旋流管。
其中，所述直通式大旋流管包括进气管和出气管，二者上下匹配形成直通式旋流管，进气管的顶端翻边通过焊接或者铆接方式与旋流管式预滤器7的进风面板密封连接、出气管的底端翻边通过铆接或者焊接方式与旋流管式预滤器7的出风面板密封连接，出气管插入进气管的深度由旋流管式预滤器7进风面板与空气预滤器出风面板的间距控制。
其中，所述旋流管式预滤器7的进气管包括旋流叶片和直筒管；其中，所述旋流叶片包括中心轴与叶片本体，其中，中心轴为两端为半球体的圆柱，中心轴轴线与进气管轴线重合；中心轴与直筒管内壁之间为叶片本体，叶片本体螺旋曲面的内外螺旋线均为标准螺旋线，其外螺旋线的螺旋角在32°～40°范围之间，叶片的包角在100°～120°范围之间。
其中，所述叶片本体的叶片沿径向增大方向厚度减小，叶片的横截面为等腰梯形，叶片本体靠近中心轴的底为下底，长度2mm，靠近直筒管内壁的底为上底，长度1mm。
其中，所述旋流管式预滤器7设有多个旋流管，单个旋流管的空气流量在150m3/h－220m3/h之间，构建的预滤器阻力在1.0-1.5kPa之间，效率在90％左右。
其中，所述抽尘风机8的具体参数要求为：24V直流电，抽尘静压不小于前端进气道1和旋流管式预滤器7的阻力的1.2倍，抽尘流量不低于空气滤流量的10％，以确保抽尘风机8能够将旋流管式预滤器分离的粉尘排出。
其中，所述空气滤芯15为圆筒形结构，共两个，竖直安装在二级滤壳体14内。
其中，所述二级滤壳体14的主体下部开口，二级滤壳体14另设有底盖16，底盖16通过拉链18连接到空气滤壳体14上，并采用扳扣17固定连接，便于维护空气滤芯15时底盖16的拆装。
(三)有益效果
为了解决农用机械空气滤清器被大尺寸轻质杂质频繁堵塞的问题，本发明改进了某种小旋流管与蜂窝式轴流滤芯匹配的复合式进气系统结构。采用新设计的大尺寸轴流式旋流管预滤器配合抽尘泵或者废气引射抽尘，二级滤采用大箱体配合两个常规圆筒型滤芯，空气滤清器总成经过流场分析进行结构优化，对二级滤壳体、两个圆筒形滤芯及旋流管式预滤器的流场优化匹配，实现了防堵塞低阻力长寿命农机用空气滤清器，解决了农机空气滤清器易堵塞、选用困难的问题。
与现有农用车辆所采用进气系统相比，本发明的有益效果是通过改进预滤结构和通过能力，通过优化空气滤清器总成的结构，降低了空气滤清器总成的初始阻力、避免了空气滤芯在使用中的异常堵塞，降低了维护滤芯保养次数和维护成本，提升了农机的作业效率和使用率。
与大部分市面直接选用的进气系统相比较，本发明的农机专用进气系统的维护保养周期提升5倍以上，维护保养费用降低40％以上，车辆的利用率能提升25％以上。
附图说明
图1为进气系统俯视图。
图2为进气系统主视图。
图3为进气系统后视图。
图4为空气滤清器主视图。
图5为进气系统左视图。
图6为进气系统右视图。
图7为空气滤清器总成轴测图。
图8为二级滤壳体示意图。
图9为二级滤壳体示意图。
图10为旋流管式预滤器、进气罩和抽尘泵前视图。
图11为旋流管式预滤器、进气罩和抽尘泵轴测图。
图12为旋流管式预滤器示意图。
图13为直通式大旋流管的原理图。
图14为直通式大旋流管的外观图。
图15为直通式大旋流管的安装使用示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种防堵塞农机用发动机进气系统，所述进气系统包括进气道1、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4；
所述进气道1、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4依次连接，发动机进气连接管4的出口通往发动机；
其中，所述空气滤清器总成3包括：旋流管式预滤器7、抽尘风机8、排尘管9、二级滤清器10、空气滤芯15、阻力报警器12；
所述抽尘风机8通过排尘管9与旋流管式预滤器7连接，所述旋流管式预滤器7分别连接进气道1和二级滤清器10，旋流管式预滤器7通过离心力将含尘空气中的粉尘及固体颗粒物分离出来并通过抽尘风机8排出；
所述二级滤清器10采用二级滤壳体14内加空气滤芯15的紧凑结构；所述二级滤壳体14中，设有中心杆20，空气滤芯15安装在中心杆20上；所述空气滤芯15通过中心杆20固定在二级滤壳体14内部，空气滤芯15与二级滤壳体14的接触端面密封，便于安装与保养；
在所述二级滤壳体14的滤后气腔中设有测压点19，所述阻力报警器12通过测压管13连接到二级滤壳体的测压点19，利用压力传感器与电信号的转换显示空气滤清器总成3内部的阻力大小，提示更换或保养空气滤芯15。
其中，所述进气道1通过连接胶管2连接旋流管式预滤器7；所述旋流管式预滤器7的入口处还设置有预滤器进气罩6。
其中，为了适应采棉机等农用车辆的进气净化需求，防止因尺寸较大的杂质进入进气道堵塞旋流管的进口、进一步导致空气滤清器阻力激增，需频繁保养空气滤清器的问题，专门实地分析研究了采棉作业中进气系统预滤器堵塞的临界通道尺寸，得到了离心式预滤器的通道尺寸大于30mm就不会造成堵塞的结论；据此创新设计了一种内经70mm，总长度200mm左右的大型旋流管(目前市场上发动机进气净化用的旋流管尺寸一般小于40mm，大多数在20-10mm之间)，实现单管流量150m3/h－220m3/h，效率90％，阻力1.2kPa左右的指标；
所述旋流管式预滤器7采用内经70mm，总长度200mm的直通式大旋流管。
其中，所述直通式大旋流管包括进气管和出气管，二者上下匹配形成直通式旋流管，进气管的顶端翻边通过焊接或者铆接方式与旋流管式预滤器7的进风面板密封连接、出气管的底端翻边通过铆接或者焊接方式与旋流管式预滤器7的出风面板密封连接，出气管插入进气管的深度由旋流管式预滤器7进风面板与空气预滤器出风面板的间距控制。
其中，所述旋流管式预滤器7的进气管包括旋流叶片和直筒管；其中，所述旋流叶片包括中心轴与叶片本体，其中，中心轴为两端为半球体的圆柱，中心轴轴线与进气管轴线重合；中心轴与直筒管内壁之间为叶片本体，叶片本体螺旋曲面的内外螺旋线均为标准螺旋线，其外螺旋线的螺旋角在32°～40°范围之间，叶片的包角在100°～120°范围之间。
其中，所述叶片本体的叶片沿径向增大方向厚度减小，叶片的横截面为等腰梯形，叶片本体靠近中心轴的底为下底，长度2mm，靠近直筒管内壁的底为上底，长度1mm。
其中，为了适应采棉机等专用车辆的进气量范围内组合，形成不同流量范围的大旋流管式预滤器，可根据空间限制和进气阻力需求，所述旋流管式预滤器7设有多个旋流管，单个旋流管的空气流量在150m3/h－220m3/h之间，构建的预滤器阻力在1.0-1.5kPa之间，效率在90％左右。
其中，所述抽尘风机8的位置可随发动机或空气滤清器的位置进行调整，所述抽尘风机8的具体参数要求为：24V直流电，抽尘静压不小于前端进气道1和旋流管式预滤器7的阻力的1.2倍，抽尘流量不低于空气滤流量的10％，以确保抽尘风机8能够将旋流管式预滤器分离的粉尘排出。
所述抽尘风机8可根据使用条件，采用其它方式实现抽尘的额流量和压头，比如采用发动机的废弃引射排尘，只需将满足预滤器10％抽尘量和1.2倍预滤器前端阻力的废弃引射排尘结构替代抽尘风机即可；
其中，所述二级滤壳体14的外形为矩形。
其中，所述空气滤芯15为圆筒形结构，共两个，竖直安装在二级滤壳体14内。
其中，所述二级滤壳体14的主体下部开口，二级滤壳体14另设有底盖16，底盖16通过拉链18连接到空气滤壳体14上，并采用扳扣17固定连接，便于维护空气滤芯15时底盖16的拆装。
其中，所述旋流管式预滤器7壁面上还设有旋流管式预滤器检修口21。
所述空气滤清器，通过流场分析将预滤器的结构和阻力、滤芯的尺寸形状、壳体的形状和出口等进型优化设计，实现了总成3.5kPa的低阻力特性。
实施例1
本实施例提供一种防堵塞农机用发动机进气系统，所述进气系统包括：进气道1、连接胶管2、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4；其中，空气滤清器总成3包括：预滤器进气罩6、旋流管式预滤器7、抽尘风机8、排尘管9、二级滤清器10、空气滤芯15、阻力报警器12等，所述主要部件见图1-图4；
旋流管式预滤器7可根据空间特点灵活布置在进气口与二级滤清器壳体之间，原则是尽量减小空气流动阻力。将预滤器进气罩6与旋流管式预滤器7通过扳扣安装后，利用卡箍将预滤器进气罩6与进气道1通过连接胶管2连接；利用卡箍将预滤器的排尘口与抽尘风机8的进气口通过排尘管9连接，实现预滤器分离粉尘杂质的有效排除；将2个空气滤芯15用螺母安装在二级滤壳体14的中心杆上，保证密封垫与壳体的有效接触；安装完空气滤芯15后，将底盖16通过扳扣与二级滤壳体14连接，在底盖16与二级滤壳体14之间设有拉链18便于维护空气滤芯15；将阻力报警器12通过测压管13连接到二级滤清器的测压点19上。
整个空气滤清器的工作过程如下：外界的含尘空气通过进气口的拦截网进入到进气道，气流在进气道中流动到旋流管式预滤器，旋流管式预滤器将大部分杂质和尘土分离出来，通过抽尘风机排出去；经过预滤器初级净化后的空气进入二级滤清器内部，经过空气滤芯精滤后进入到二级滤清器的滤后集气腔内，然后通过空气滤出气管通往发动机进气口为其提供洁净的燃烧空气。
综上，本发明属于发动机进气系统技术领域，具体涉及一种防堵塞农机用发动机进气系统，适用于农田等含有灰尘和农作物枝叶等轻质杂质的恶劣使用环境，避免因进气中的大尺寸轻质杂质堵塞空气滤清器，进而造成发动机功率输出不足，频繁维护保养空气滤清器影响作业效率。典型使用环境如棉花田、玉米田等各种农用收割机的作业环境。
该进气系统的空气滤清器结构紧凑，可应用于进气量较大但对于空间尺寸要求严格的进气系统方案。使用该空气滤清器的发动机进气系统包括进气道1、连接胶管2、空气滤清器总成3、发动机进气连接管4。进气道1采用矩形变为圆形的结构，从进气口吸入含尘空气，进气口一个层铁丝网，初步拦截大尺寸杂质；从进气道进入的空气经过预滤器进气罩6进入旋流管式预滤器7，旋流管式预滤器7采用大尺寸防堵塞结构的直通式旋流管配合抽尘风机8对含尘空气中的大颗粒粉尘进行预分离，分离出的粉尘经过排尘管9由抽尘风机8排出；二级滤清器10采用圆筒形结构空气滤芯15，共两个，竖直安装在二级滤壳体14内；滤芯过滤后的洁净空气进入二级滤壳体14的集气腔内，通过出气口通往发动机。该空气滤清器总成结构紧凑、进气阻力低，特别针对过滤介质尺寸特点创新开发的大尺寸旋风式预滤器能够有效分离进气中的大尺寸杂质，防止空气滤清器的堵塞，有效提高了空气滤清器对农田等环境的适应性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述进气系统包括进气道(1)、空气滤清器总成(3)、发动机进气连接管(4)；
所述进气道(1)、空气滤清器总成(3)、发动机进气连接管(4)依次连接，发动机进气连接管(4)的出口通往发动机；
其中，所述空气滤清器总成(3)包括：旋流管式预滤器(7)、抽尘风机(8)、排尘管(9)、二级滤清器(10)、阻力报警器(12)；
所述抽尘风机(8)通过排尘管(9)与旋流管式预滤器(7)连接，所述旋流管式预滤器(7)分别连接进气道(1)和二级滤清器(10)，旋流管式预滤器(7)通过离心力将含尘空气中的粉尘及固体颗粒物分离出来并通过抽尘风机(8)排出；
所述二级滤清器(10)采用二级滤壳体(14)内加空气滤芯(15)的紧凑结构；所述二级滤壳体(14)中，设有中心杆(20)，空气滤芯(15)安装在中心杆(20)上；所述空气滤芯(15)通过中心杆(20)固定在二级滤壳体(14)内部，空气滤芯(15)与二级滤壳体(14)的接触端面密封；
在所述二级滤壳体(14)的滤后气腔中设有测压点(19)，所述阻力报警器(12)通过测压管(13)连接到二级滤壳体的测压点(19)，利用压力传感器与电信号的转换显示空气滤清器总成(3)内部的阻力大小，提示更换或保养空气滤芯(15)。
2.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述旋流管式预滤器(7)壁面上还设有旋流管式预滤器检修口(21)。
3.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述进气道(1)通过连接胶管(2)连接旋流管式预滤器(7)；所述旋流管式预滤器(7)的入口处还设置有预滤器进气罩(6)。
所述旋流管式预滤器(7)采用内经70mm，总长度200mm的直通式大旋流管。
4.如权利要求3所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述直通式大旋流管包括进气管和出气管，二者上下匹配形成直通式旋流管，进气管的顶端翻边通过焊接或者铆接方式与旋流管式预滤器(7)的进风面板密封连接、出气管的底端翻边通过铆接或者焊接方式与旋流管式预滤器(7)的出风面板密封连接，出气管插入进气管的深度由旋流管式预滤器(7)进风面板与空气预滤器出风面板的间距控制。
5.如权利要求4所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述旋流管式预滤器(7)的进气管包括旋流叶片和直筒管；其中，所述旋流叶片包括中心轴与叶片本体，其中，中心轴为两端为半球体的圆柱，中心轴轴线与进气管轴线重合；中心轴与直筒管内壁之间为叶片本体，叶片本体螺旋曲面的内外螺旋线均为标准螺旋线，其外螺旋线的螺旋角在32°～40°范围之间，叶片的包角在100°～120°范围之间。
6.如权利要求5所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述叶片本体的叶片沿径向增大方向厚度减小，叶片的横截面为等腰梯形，叶片本体靠近中心轴的底为下底，长度2mm，靠近直筒管内壁的底为上底，长度1mm。
7.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述旋流管式预滤器(7)设有多个旋流管，单个旋流管的空气流量在150m3/h－220m3/h之间，构建的预滤器阻力在1.0-1.5kPa之间，效率在90％左右。
8.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述抽尘风机(8)的具体参数要求为：24V直流电，抽尘静压不小于前端进气道(1)和旋流管式预滤器(7)的阻力的1.2倍，抽尘流量不低于空气滤流量的10％，以确保抽尘风机(8)能够将旋流管式预滤器分离的粉尘排出。
9.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述空气滤芯(15)为圆筒形结构，共两个，竖直安装在二级滤壳体(14)内。
10.如权利要求1所述的防堵塞农机用发动机进气系统，其特征在于，所述二级滤壳体(14)的主体下部开口，二级滤壳体(14)另设有底盖(16)，底盖(16)通过拉链(18)连接到空气滤壳体(14)上，并采用扳扣(17)固定连接，便于维护空气滤芯(15)时底盖(16)的拆装。
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