挖掘機發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統由預濾器、空氣濾清器、中冷器和進(jìn)氣管路組成，其作用是為發(fā)動(dòng)機提供清潔、干燥、充足的空氣。進(jìn)氣系統的安裝、布置，直接影響發(fā)動(dòng)機工作的可靠性、定性。本文分析 1 起挖掘機發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣膠管脫落故障，并提出改進(jìn)措施。

故障現象

1 臺工作了 200h 的挖掘機出現無(wú)法啟動(dòng)故障。經(jīng)檢查發(fā)現，發(fā)動(dòng)機空氣濾芯與渦輪增壓器連接處的進(jìn)氣膠管脫落，拆下進(jìn)氣膠管接頭，發(fā)現進(jìn)氣管路內部有大量灰塵，其他部位均正常。由此判斷，發(fā)動(dòng)機無(wú)法啟動(dòng)的原因是進(jìn)氣管脫落，使大量灰塵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機，造成其內部嚴重磨損，導致其無(wú)法啟動(dòng)。

該挖掘機在可靠性試驗期間，就曾出現過(guò)該進(jìn)氣膠管脫落的故障，整改時(shí)加裝了膠管固定管夾，如圖 1 所示。但是加裝管夾后，該進(jìn)氣膠管仍出現脫落故障。

排查及分析

分析認為，發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)會(huì )產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和擺動(dòng)，加裝的管夾雖然將該進(jìn)氣膠管卡住，但實(shí)際上僅限制了該進(jìn)氣膠管徑向活動(dòng)，并未限制其軸向活動(dòng)。發(fā)動(dòng)機長(cháng)時(shí)間的振動(dòng)和擺動(dòng)，仍可造成該進(jìn)氣膠管松脫現象發(fā)生。
經(jīng)檢查和測量，發(fā)現渦輪增壓器與進(jìn)氣膠管連接處長(cháng)度僅為 20mm，外徑為 76mm，沒(méi)有凸緣。而進(jìn)氣膠管接頭處的內徑也是 76mm。
分析認為，進(jìn)氣膠管與渦增壓器連接處的上述結構，在發(fā)動(dòng)機振動(dòng)和擺動(dòng)作用下，很容易造成進(jìn)氣膠管產(chǎn)生松動(dòng)和脫落。改進(jìn)前渦輪增壓器與進(jìn)氣膠管連接處結構如圖 2 所示。

繼續檢查發(fā)現時(shí)，進(jìn)氣膠管結構比較復雜，空氣濾清器布置在發(fā)動(dòng)機飛輪 端，使得進(jìn)氣膠管必須設置 2 處 90°彎頭，才能與渦輪增壓器連接，與渦輪增壓器連接的這截進(jìn)氣膠管中心線(xiàn)，恰好與發(fā)動(dòng)機振動(dòng)方向平行。
分析認為，由于進(jìn)氣膠管中心線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機振動(dòng)方向平行，在發(fā)動(dòng)機振動(dòng)作用下，進(jìn)氣膠管始終沿其軸向反復振動(dòng)。增加的管夾雖然限制了進(jìn)氣膠管徑向活動(dòng)，由于未能限制其軸向活動(dòng)，無(wú)法將膠管充分固定。改進(jìn)前發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統布置如圖 3 所示。
 

改進(jìn)措施

（1）針對已出廠(chǎng)挖掘機
根據以上排查及分析結果，經(jīng)研究，我們決定對已出廠(chǎng)挖掘機采取以下3 項改進(jìn)措施：

一是增加進(jìn)氣膠管的剛度。即在進(jìn)氣膠管管夾位置的內層及外層各增加1 個(gè)尼龍管，如圖 4 所示。

二是重新設計進(jìn)氣膠管與渦輪增壓器連接的管夾，使該管夾將膠管外層的尼龍硬管夾緊，以使進(jìn)氣膠管軸向和徑向可靠固定。
三是與發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)廠(chǎng)家協(xié)商，在渦輪增壓器與進(jìn)氣膠管連接處增設凸緣，使膠管接頭配合緊密，如圖 5 所示。

（2）針對未出廠(chǎng)挖掘機
改進(jìn)前空氣濾清器布置在發(fā)動(dòng)機左后端靠近消聲器處，在吸風(fēng)式散熱風(fēng)扇作用下，空氣濾清器吸入的是熱風(fēng)；進(jìn)氣管路彎頭多、進(jìn)氣阻力大，使發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量受到影響。經(jīng)研究，我們決定對未出廠(chǎng)挖掘機發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統采取以下 2 項改進(jìn)措施：
一是改進(jìn)進(jìn)氣系統布置位置。對挖掘機整機研究后發(fā)現，可通過(guò)調整油箱位置，將空氣濾清器布置在發(fā)動(dòng)機右側。這樣空氣濾清器就可布置在發(fā)動(dòng)機水散熱器前部，處于冷風(fēng)側，使進(jìn)氣溫度與環(huán)境溫度基本一致。
二是簡(jiǎn)化進(jìn)氣管路結構。將空氣濾清器布置在發(fā)動(dòng)機水散熱器前部，重新設計進(jìn)氣管路。新進(jìn)氣管路取消了 2 處 90°彎頭，縮短了進(jìn)氣管路，取消了其與發(fā)動(dòng)機振動(dòng)方向平行的那段進(jìn)氣管路，使發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣阻力減小、進(jìn)氣量增加。改進(jìn)后進(jìn)氣系統布置情況如圖 6 所示。
 
進(jìn)氣系統設計注意事項

從以上故障現象可知，進(jìn)氣系統設計時(shí)考慮不周，往往會(huì )留下問(wèn)題和隱患。筆者認為在進(jìn)氣系統設計中要考慮以下 5 點(diǎn)：
一是合理布置空氣濾清器。應將其布置在易于維護的位置，進(jìn)氣口應遠離粉塵，可通過(guò)增添防護帽的方法避免吸入雨雪；進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機排氣口不能太近，以避免吸入廢氣。
二是發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣阻力不應超過(guò)發(fā)動(dòng)機要求限值。進(jìn)氣阻力每增加6kPa，功率就會(huì )降低 3kW，因此要盡可能減小進(jìn)氣阻力。設計時(shí)應計算進(jìn)氣系統阻力值，該阻力值可采取經(jīng)驗公式法、查表法、CFD 法進(jìn)行計算。
三是空氣濾清器的進(jìn)氣溫度不能過(guò)高。一般不應比環(huán)境溫度高出15℃，要盡可能將空氣濾清器布置在發(fā)動(dòng)機冷風(fēng)側。進(jìn)氣管路與高溫件的距離應大于 60mm。
四是進(jìn)氣管路走向應與發(fā)動(dòng)機振動(dòng)方向垂直。若無(wú)法做到與振動(dòng)方向垂直，應在與發(fā)動(dòng)機振動(dòng)方向平行段增加硬管，并用管夾固定。
五是管路設計應盡可能避免拐彎處過(guò)多或拐急彎。硬管接頭應有凸緣，并使用 T 型卡箍緊固。
對已出廠(chǎng)挖掘機，采取加強膠管固定處剛度、使用管夾對進(jìn)氣膠管充分夾緊的改進(jìn)措施，可有效防止進(jìn)氣膠管脫落；對未出廠(chǎng)挖掘機，采取調整空氣濾清器布置位置、簡(jiǎn)化進(jìn)氣管路結構的措施，可徹底根除進(jìn)氣膠管容易脫落的隱患。我們對實(shí)施上述改進(jìn)措施的挖掘機進(jìn)行了半年時(shí)間跟蹤檢驗，跟蹤檢驗結果表明，上述措施非常有效，再未發(fā)生進(jìn)氣膠管脫落故障。