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概述
挖掘机的燃油系统主要由燃油箱、滤清系统、进油管路、回油管路和发动机内部的燃油系统等组成,燃油系统是一个非常重要的系统,系统设计的好坏直接影响到发动机功率的发挥和挖掘机作业效率的高低。发动机内部的燃油系统是非常精密的,它需要较好的润滑和冷却,才能保证这些部件定时、定量地喷射出雾状高压燃油,才有可能充分发挥发动机的功率,并有效降低发动机排放。因发动机内部的燃油系统在发动机的文献中已作了详细介绍,故本文对发动机内部燃油系统不作介绍。
一、燃油箱基本组成与设计注意点
1、燃油箱基本组成
燃油箱的作用是储存燃油并使其得到有效冷却。挖掘机燃油箱最小容量以满足挖掘机正常作业油量计算。燃油箱的材料一般用薄壁钢板冲压或焊接而成。如果油箱采用焊接而成,钢板的厚度不得小于5mm,否则易产生变形,油箱加工好后,必须将焊渣清理干净,并进行酸洗、磷化处理。燃油箱的基本组成如图1所示。
图1:1、液压空气滤清器;2、螺栓;3、垫圈;4、法兰;5、橡胶垫;6、箱体;7、竹节式环形接头;8、垫圈14;9、螺栓;10、四角塞头;11、内接头;12、一片式内螺纹连接球阀;13、水管接头
2、挖掘机燃油箱应设计有排污阀和油位计
燃油中的水分和脏物,如果不及时排除,累积到一定程度会对发动机产生意想不到的危害。水分对燃油泵、喷油器产生极大的磨损,工作一段时间后会出现雾化不良,功率下降,冒黑烟,水分过多有时出现无法启动发动机。脏物过多有时会突然出现堵塞进油管,出现功率严重不足、突然熄火等故障。因此在油箱底部安装排污阀可以定期将燃油箱底部的水及沉积物从油箱里排出,油位计可以及时提醒司机及时加油。
3、通气孔设计
由于发动机在回油过程中有空气进入燃油箱,燃油温度变化也会使燃油箱中的压力增大,因此,油箱必须设计有通气孔,保证油箱内压力不得超过50kPa。为了减少空气中的灰尘进入油箱内,通气孔应安装有空气滤清器。燃油箱必须有一个1.5mm的通气孔和一个回油连接,以方便空气和其他气体在燃油箱没有压力的情况下从燃油中分离,通气孔必须能避免污垢和水的进入。通气孔可与燃油加注口设计成一体,燃油加注口必须安装有过滤精度为60um的滤网,防止加注燃油时脏物进入燃油箱。
4、油箱高度设计
挖掘机总体设计时应考虑燃油箱的布置高度,油箱的最高液面不能超过发动机喷油器高度700mm。一般来说,燃油箱的吸油点位置离油箱底部保持在25mm以上,以保证不吸入燃油内沉淀的水及沉渣,燃油箱必须配有放油孔,方便水及沉渣能从油箱中定时放掉,箱体设计时油箱容积还应留有一个相当于油箱容积的5%的空间作为油箱的膨胀空间。
二、进出油管设计
进油出油管设计包括进油管路设计、燃油回油管路的设计、燃油滤清系统、燃油管路包括进油管路、回油管路、燃油切断阀等。进出油管设计的基本组成如图2所示
图2
图2:1、螺栓;2、垫圈;3、油水分离器:4、竹节式接头;5、空芯螺栓;6、软管卡箍;7、螺栓;8、垫圈;9、织物液压胶管;10、织物液压胶管;11、织物液压胶管;12、织物液压胶管;13、燃油滤清器;14、单偏式带胶套卡箍;15、螺栓;16、螺母;17、密封垫;18、空芯螺栓;
1、进油管路设计
由于挖掘机的特殊结构,挖掘机燃油进油接头一般布置在油箱底部较好。挖掘机燃油箱一般为高位油箱,对于使用有燃油泵的发动机,在发动机进油及回油管路中须加装单向阀或截止阀。吸油管伸入靠近油箱底部处吸取燃油。吸油口距油箱底部最小保持25mm,而且最好靠近油箱的中部,以使吸油口与油箱底部的燃油沉积物保持一定的距离,避免脏物进入吸油管。竖直的吸油管必须保证密封性,以防止脏物和水分进入燃油系统。
2、燃油回油管路的设计
在某些工况下,发动机的回油在流动过程中会将空气带进回油管路中。回油口与进油口必须保持一定的距离,中间应该有隔板隔开。对于排量小于10L的发动机(功率不大于175kW),回油口与进油口之间的距离不小于300mm,对于排量大于14L的发动机(功率大于245kw),回油口与进油口之间的距离不小于500mm。这样的设计还可以防止高温回油加热进油。为了方便燃油系统的维修保养和防止发动机停机后燃油从油箱倒流入发动机,回油口必须布置在油箱的侧面的上部。
3、燃油滤清系统
在挖掘机燃油系统中,燃油必须经过有效的过滤,才能避免发动机燃油系统发生故障,延长发动机寿命。挖掘机的燃油滤清系统包括燃油粗滤器、燃油精滤器、油水分离器等。发动机的输油泵、喷油器、高压燃油泵的柱塞偶件都是靠燃油润滑;装有分配泵的发动机和发动机,整个高压燃油泵全部靠燃油润滑,燃油中的水分会使柱塞偶件的磨损加剧,因此,有必要让燃油中的水分在到达燃油泵之前利用油水分离器分离出来,故在燃油系统中应该加装滤清器(油水分离器)。柴油机的燃油过滤精度要求很高,一般采用两级过滤,粗滤器过滤精度为40~60um,精滤器的过滤精度为5~10um。此外,在设计挖掘机燃油系统时,还必须考虑使用及维护方便,因此油水分离器和滤清器都宜布置在尽量高的位置。另外在新车的质量保证期内,不应采用滤清器(滤芯)的代用品,即使过了质量保期,也要慎重地选用滤清器。柴油滤清器的性能按照ISO标准是有等级代号的。空气滤芯除按SAE标准进性能试验之外还须进行台架试验,以满足发动机额定进气量的原始进气阻力等要求。合格的机油滤清器必须符合原设计的发动机气缸压力,机油温度,流量,粘度及车辆使用条件等,并且要考虑芯品质的综合平衡。液压油滤芯在生产厂家的产品样本或铭牌上标注的是名义过滤精度,而非绝对过滤精度,只有经过试验测定的B值才能表示滤贡的过滤能力。液压油滤芯还应满足压力损失的要求(高压过滤器的总压差小于0.IPMa,回油过滤器的总压差则小于0.05MPa),以保证流量与滤芯寿命的最优化。在选用滤清器(滤芯)时可选用原装件,也可选用第二品牌。须注意的是:要对所选的滤芯进行验收,检验它是否符合其应具备的性能指标。
空气滤芯:选用的空气滤芯一定要与原装发动机的动力性、经济性及可靠性匹配。选用的空气滤芯要考虑以下的因素:(1)额定进气量;滤芯技术参数中的空气流量应大于配用发动机的额定进气量a过滤材料:对过滤材料有厚度、抗张力、原始进气阻力、过滤精度等要求。进口柴油要求空气过滤精度为5um,国产柴油机也要还应小于20um。高效滤纸的过滤精度为2um,普通进口滤纸为30um,而国产滤纸仅为80um。(2)滤芯性能试验:流量—阻力(压降)试验测定空气流动压力损失(流量—阻力或流量—压力分硐曲线);原始过滤效率试验:可计算出滤芯的集尘效率,正常滤芯的降尘率应为99%以上。储尘能力试验和累积效率试验;滤芯积尘灰过多造成堵塞、进气阻力增大。使发动机功率下降5%或油耗上升5%时的进气阻力是一极限值,达到此值时就必须清扫或更换滤芯。试验时,进气阻力或压力降达到746kPa时的积灰重量即是滤芯的储尘能力,而在此试验期间的过滤效率则为累积效率。原始进气阻力试验,进气阻力9额定时气量通过滤芯时在进、出口处的压差)不应超过3.2kPa,否则功率将下降,发动机会冒黑烟。
4、燃油管路
燃油管路包括进油管路、回油管路、燃油切断阀等。进油管路的含义是:进油管路包括燃油箱底部的吸油口至发动机喷油泵进油口之间的一段油路,一般还包括在油箱里的一个吸油装置、软管(硬管)及到发动机的适当的连接。进油管路在满足发动机供油系统功能要求的前提下,应尽量减少燃油系统阻力,使用足够大的管路通径,减少油箱到发动机喷油泵、进油口之间的管路长度。回油管路的含义是:燃油回油管路是指燃油从发动机回到燃油箱回油口的一段油路。回油管路阻力必须小于发动机厂商提供的最大回油阻力要求。最好的燃油系统设计必须是将发动机与油箱之间的管路长度尽可能设计得最短,管路内径适当,管路阻力足够小。如果回油阻力过高,将有部分回油进入气缸,这样会造成气缸内压缩压力过高,并导致温度升高、烟度增加,发动机性能变差,并将大大缩短柴油机的使用寿命。
燃油管路材料的含义是:管路材料可以使用不锈钢管、铜管及柔性软管。软管的材料一般采用高质量的带织布或尼龙加强层的橡胶软管,必须为耐油、耐磨材料,在一40℃—120℃的温度下能连续使用,且能承受大于150kPa的压力。软管还必须保证在长时间与发动机燃油、机油及水接触后不会膨胀及老化,具有足够的柔韧性。进油软管在-50kPa的压力下不应存在吸扁现象。在易遭受弯曲和振动的地方,不准使用铜管。管路中球阀的通径不得小于管路通径。
管路安装的含义是:在安装挖掘机燃油管路时,应保证在挖掘机任何工作过程中都不被损坏。柴油机与机体之间的燃油管必须装有柔性软管,以允许柴油机与机体之间产生相对位移。进回油软管在铺设时,应尽量保证从油箱以最短的距离连接到发动机,避免向上或向下的急转弯。因为向上的急转弯易使转弯处成为储存空气的地方,将造成发动机产生奇怪的故障;而向下的急转弯将使转弯处成为存水处,在低温情况下容易结冰而阻碍燃油的流动。
燃油温度控制:燃油温度对发动机输出功率影响很大,燃油温度过高,将大大降低挖掘机的作业效率。
总之,只有重视并按要求合理地设计挖掘机整机的燃油系统,才能充分发挥发动机的功率,提高挖掘机的作业效率,降低挖掘机燃油系统的故障,延长燃油系统的使用寿命。

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