宽体自卸车用空气滤清器调研分析

刘俊杰，汤志军，刘健，彭博

(1.内燃机可靠性国家重点实验室，山东 潍坊 261000；2.潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261000)

0 引言

宽体自卸车主要应用于露天矿山土方剥离层的运输，往返于采掘点及卸料点，虽路程较短，但作业时间长，负载重[1]。矿区气候干燥，作业区域车辆成队作业，灰尘浓度高、颗粒细，属于重度灰尘工况。空气滤清器作为发动机的重要部件，主要作用是过滤空气中的沙尘、保证洁净空气进入发动机，使发动机具有更长的使用寿命，因此空气滤清器的性能直接关系到发动机的动力性、经济性及可靠性，对于宽体自卸车，空气滤清器更显得至关重要。

1 典型空气滤清器结构

通过对内蒙古乌海地区矿山中用于石料运输的宽体自卸车用空气滤清器的调研分析，其空气滤清器的结构形式主要包括沙漠滤、油浴式空滤、免维护空滤等几种类型。

1.1 沙漠滤

沙漠滤目前是宽体自卸车最主流的配置，大多数情况由整车厂标配，如图1所示。整个沙漠滤总成主要采用旋风滤作为第一级粗滤器，轴向折返式旋流管作为第二级粗滤器，纸质滤芯作为第三级主滤，如图2所示。沙漠滤具有很高的粗滤效率，减轻了主滤芯的负担，延长空气滤清器的保养周期[2]。

图1沙漠滤的应用

图2沙漠滤结构原理

1.2 复合型油浴式空滤

复合型油浴式空滤是指将油滤作为预过滤使用，主滤采用纸质滤芯过滤(图3)。油滤作为预过滤，通过机油的吸附、撞击等作用过滤灰尘，特别对细灰过滤效果好(图4)，但主要的缺点是保养麻烦且脏、易失油污染主滤芯、钢丝滤芯难清理[3]，用户往往图方便省事，在保养时多以焚烧等方式进行清理，不利于环保，目前该类空滤的应用正逐渐减少。

图3复合型油浴式空滤的应用

图4油浴式空滤结构原理

1.3 免维护空滤

免维护空滤是近几年在矿山工程机械设备上日渐流行的一种空气滤清器结构，如图5所示。它利用车辆空压机产生的压缩空气作为气源，用电磁阀控制压缩空气的通断，通过一定的控制逻辑控制压缩空气的释放，当车辆每次熄火后，实现对主滤芯的自动吹扫排灰，免去了人工保养滤芯过程，如图6所示[4]。

图5免维护空滤的应用

1.4 改装

除上述的空气滤清器结构外，在调研过程中还发现，由于工作现场灰尘浓度大，车辆运行时间长，空气滤清器的负担较重，对车辆的进气系统进行一些适应性的改装是普遍现象，常见的改装方式是在车辆现有的空气滤清器进气口再增加一级使用过的旧滤芯，如图7所示。通过增加过滤级数的方法，保证过滤效果同时延长主滤芯保养周期。

图7用户对进气系统的改装

2 空气滤清器的市场表现分析

宽体自卸车运行特点是人停车不停，最大限度的保证车辆出勤率给用户创造更多的价值。对于空气滤清器而言，用户主要关心的是其灰尘过滤效果及滤芯保养周期，良好的灰尘过滤效果可以保证发动机进气干净，尽可能减少灰尘进入发动机，避免发动机四配套磨损等故障，保证车辆出勤率；较长的保养周期可以减少滤芯的保养频次，减少矿车停机时间和维护保养成本。

矿山灰尘大，车辆工作时间长，用户担心空气滤清器保养不及时造成发动机损坏，保养习惯上一般不会按照整车或者发动机厂家宣称的到其阻力报警器报警后再保养滤芯，大多数情况下是通过作业现场灰尘大小及使用时间根据经验综合判断取出保养滤芯的周期，这也是空气滤清器在宽体自卸车应用中滤芯保养的特点。表1总结了调研后不同空气滤清器结构的市场表现及用户的主观评价。

表1 不同空气滤清器结构的市场表现及用户评价

3 存在的问题

如上所述，应用于宽体自卸车的空气滤清器类型各有所长，也存在一些明显的问题：

1)对于沙漠滤，虽然目前可以满足矿区的使用要求，但是保养周期没有优势，滤芯需要定期取出保养，费时费力。

2)对于复合型油浴式空滤，需要经常换油、存在失油风险，油污难处理，一些地区及用户采用焚烧的方式进行处理，不利于环保，目前已被逐步淘汰。

3)对于免维护空滤，优点突出，但是缺点也同样明显：一是该空滤相关的电磁阀、控制器及线路等电子元器件的故障率较高，往往造成反吹功能失效；二是对于非原厂滤芯的使用，反吹功能是否会吹破滤芯造成过滤失效损坏发动机尚存在不确定性，需要更长期的市场关注。

4)用户在进气口加装旧滤芯，虽然可以提高过滤级数，保证过滤效果，但是可能会造成进气阻力过高、增压器窜油等连锁问题产生。

4 针对该市场空气滤清器的设计及匹配建议

对于宽体自卸车，车辆工作环境干燥、灰尘浓度大，用户对于空气滤清器要求较高：一是滤芯要具备较高的过滤效率保证过滤效果，二是空滤总成能具备较高的保养周期，减少车辆停机保养时间和维护保养成本。因此，空气滤清器在设计及匹配应用时，应重点满足这方面诉求：

1)滤芯的过滤效率好坏是影响空气滤清器总成过滤效果的决定性因素，针对宽体自卸车这种灰尘浓度大、灰尘颗粒细的环境，滤芯应采用优质滤材制作，整个空气滤清器总成的过滤效率推荐采用A4灰尘[5]测试，并满足初始过滤效率≥99.8%、全寿命过滤效率≥99.95%以上的要求，以保证空气滤清器在该作业环境下的过滤效果。

2)沙漠滤提高保养周期，可通过增大滤芯过滤面积(如增加滤芯的折数、滤芯的直径等)、优化滤材提高滤纸的容尘量、适当增加旋流管数量、优化旋流管的结构参数降低预过滤的流阻，同时，空滤器在设计时应尽量使旋流管竖直布置，利于旋流管的排尘。以上措施都可以增大空滤器的适配流量，减少流阻，进一步延长滤芯保养周期，使用户减少平常保养维护滤芯的时间。

3)免维护空滤作为一种新兴的空气滤清器类型，其优点很好的弥补了传统空滤的不足，满足了用户个性化需求并且降低了滤芯维护成本。针对其可靠性上存在的风险，可通过以下措施来降低或消除：一是滤芯采用纳米滤芯，纳米滤芯的优点是表面过滤，灰尘聚集于纳米层之上，更易被清理，提高反吹清理效果；二是尽可能降低反吹气压，避免气压过大对滤纸造成损伤，最佳的压力可根据滤纸的特性，通过不断调整压力多次进行反吹性能测试在实验室获得；三是采用优质的电器件，设计时充分考虑防水防尘，降低电器件的故障率。四是压缩空气的取气位置应不影响整车的用气及制动安全，建议从整车四回路保护阀后的管路取气。

4)复合型油浴式空滤虽然过滤效果较好，但是由于油滤的突出缺点，对环境不友好，应逐渐减少该结构的使用。

5 结论

通过上述调研分析，我们掌握了宽体自卸车这一市场用户对于空气滤清器的主要诉求及该市场空气滤清器不同类型的结构特点、应用情况及市场表现。对于整车厂及发动机厂家而言，对于其车辆空气过滤系统的设计与匹配，都应该精准的匹配用户使用场景，分析用户实际使用需求，从而开发出适应性更强的空气滤清器产品。