一种自清洁式空气滤清器设计研究

白涛 牛一群 冯建儒

摘 要：矿用汽车的运行条件是各种车辆中最为恶劣的。路面条件差，矿用汽车运行环境中含有大量粉尘。自清洁式空气滤清器作为矿用汽车的关键零部件，不仅可以有效的过滤空气中的粉尘，同时通过自清洁效果可以有效的可以对空气滤清器滤芯重复利用，大大减少矿用车辆的维护时间与成本，提高矿用车辆工作效率。

关键词：空气滤清器 矿用汽车 自清洁式

Abstract：The operation condition of mining truck is the worst among all kinds of vehicles. The road condition is poor， and there is a lot of dust in the operating environment of mining truck. As a key component of mining truck， self-cleaning air filter can not only effectively filter the dust in the air， but also effectively reuse the air filter element through self-cleaning effect， greatly reduce the maintenance time and cost of mining vehicles and improve the working efficiency of mining vehicles.

Key words：air filter， mining truck， self-cleaning

1 引言

矿用汽车的运行条件是各种车辆中最为恶劣的。路面条件差，当车辆运行时，轮胎及发动机风扇会卷起大量的灰尘，所以矿用汽车运行的环境中含有大量尘土[1]。矿用汽车工作环境如图1所示。

矿用汽车的运行条件是各种车辆中最为恶劣的。路面条件差，矿用汽车运行环境中含有大量粉尘。如表1所示，矿用汽车运行道路含尘量最高可达5.0g/m3，粉尘的含量直接决定了空气滤清器的使用寿命，因此，矿用空气滤清器的使用寿命明显低于乘用车。目前我国乘用车平均半年换一次滤芯，而矿山机械滤芯平均半个月就要换一个滤芯。的更换会造成滤纸资源的大量浪费及环境污染，同时更换滤芯也会造成矿用工程车辆频繁维护，造成矿用车辆资源时间的浪费。自吹式空气滤清器产品的研发可以对空气滤清器滤芯重复利用，大大减少矿用车辆的维护时间与成本，提高矿用车辆工作效率。

2 空气滤清器

空气滤清器作为汽车发动机的主要零部件，其作用主要是为防止沙尘进入发动机系统，防止发动机气缸、活塞和活塞环磨损，使发动机燃料完全燃烧，确保发动机功率高效，延长发动机使用寿命，减少对环境污染。

空气滤清器主要分为干式（纸质）和湿式（油浴式）两大类，矿用汽车主要采用干式空气滤清器。干式空气滤清器一般是由经过树脂处理的微孔滤纸制成的密集屏幕对空气中的杂质进行筛查，通过阻流、碰撞和布朗运动等原理过滤灰尘。同时，空气滤清器还可以装配安全滤芯和各种形式的粗滤器，如帽式粗滤器、旋风叶片、旋流管和导槽类型粗过滤器组合，从而实现更高的储灰量，延长空气滤清器的保养周期。传统的矿用汽车空气滤清器主要存在以下问题：

（1）矿用汽車空气滤清器工作环境灰尘浓度大，细粉尘多，从而影响空气滤清器的使用寿命;

（2）矿用汽车空气滤清器需要经常维护保养（每周甚至每天），从而影响矿用汽车的有效工作时间;

（3）矿用汽车空气滤清器维护保养复杂，需要专用工具和人员进行清扫，清扫人员有患尘肺病的职业风险。

鉴于以上原因，本文针对自清洁式空气滤清器进行研究，以尽可能地提高矿用汽车空气滤清器的使用寿命，从而提高矿用车辆的工作效率。

3 主要参数

矿用汽车空气滤清器的主要性能指标包括：原始进气阻力、原始滤清效率、粗滤效率、总成实验室寿命[2]。

1）原始进气阻力：在额定空气流量下，新的空气滤清器的进气阻力。发动机的进气阻力越大，汽车发动机的功率损失越大。因此，空气滤清器的进气阻力超过其要求的值时，空气滤清器就需要保养和清洁了。

2）原始滤清器效率：空气滤清器滤除特定灰尘的能力。矿用汽车的工作环境中含有大量粉尘，这就要求矿用汽车空气滤清器具有高效的过滤效率，一般情况下标准要求过滤效率要达到98.5%。

3）粗滤效率：粗滤器分离出特定实验灰尘的能力。粗滤器作为空气滤清器的关键零部件，可以在粉尘进入滤芯前过滤大部分的粉尘，防止大量灰尘进入滤芯，从而提高空气滤清器的使用寿命。

4）总成实验室寿命：在额定空气体积流量下，向空气滤清器以一定加灰浓度加入实验灰尘，当总成达到试验终止条件时需要的时间。总成实验室寿命时间越长，空气滤清器的使用寿命越长。

4 系统组成

矿用汽车自清洁式空气滤清器主要由壳体、主滤芯、安全滤芯、气包、气体通道、电磁脉冲阀、阀门、泄压阀、进气孔、出气孔、排尘阀。矿用汽车自清洁式空气滤清器结构如图2所示。

矿用汽车自清洁式空气滤清器采用带有安全滤芯的单级总成，滤纸一般采用纳米纤维滤纸。矿用汽车自清洁式空气滤清器结构紧凑，集成气包4、电磁脉冲阀6和阀门7为一体，利用车辆上储气罐的压缩气源，通过阀门7向气包4内注入压缩空气，压缩空气通过气体通道5进入主滤芯2与安全滤芯3之间的区域，沿箭头所指方向将沉积在主滤芯2中积累的灰尘反吹出去，从而达到空气滤清器自清洁的目的，进而提高矿用汽车空气滤清器的使用寿命。矿用汽车自清洁式空气滤清器实物图如图3所示。

5 试验对比

为验证矿用汽车自清洁式空气滤清器的有效性，我们与新疆某生产车队进行合作，该车队拥有矿用车辆五十余台，主要从事矿山作业的生产运输，长期处于高粉尘的恶劣环境中。

我们针对矿用车辆的具体结构进行了相关产品的研发，矿用车辆的空气滤清器额定流量一般在1600～2000m3/h，我们在保证空气滤清器进气量及过滤效率满足要求的前提下，增加了反吹系统，该系统结构紧凑，维护保养方便。

通过一段时间的跟踪调查，我们比对了安装自清洁式空气滤清器的车辆与传统空气滤清器的车辆，安装自清洁式空气滤清器的车辆空气滤清器的更换周期有效提高，传统矿用空气滤清器一般跟换周期为2周到一个月，自清洁式空气滤清器更换周期一般在3个月以上。同时，自清洁式空气滤清器可以有效减少矿车停机时间和维护保养工时费、降低柴油消耗、保护发动机，自清洁空气滤清器，每年保养4次，对比可以节约近1万元，节约一辆专用空滤清扫车，消除两位专职空滤清扫人员有尘肺病的职业风险。

6 结语

本文针对矿用汽车工作面条件差、粉尘大，空气滤清器使用寿命短的缺陷，设计研发矿用汽车自清洁式空气滤清器。该自吹式空气滤清器产品的研发可以对空气滤清器滤芯重复利用，有效减少矿用车辆的维护时间与成本，提高矿用车辆工作效率。

参考文献：

[1]李继红. 多尘环境使用的空气滤清器的研发[J]. 拖拉机与农用运输车，2011，38（4）.

[2]JB/T 9755.1-2011，内燃机空气滤清器第1部分：干式空气滤清器总成技术条件[S].