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收割机技术

喂入联合收割机配套柴油机特点及常见故障分析
2011-08-16 09:09:54

半喂入联合收割机仅将作物的穗部喂入滚筒进行脱粒,因而滚筒的功率消耗少,生产效率高,使整机的功耗大大降低。同时它的收获工艺能保证低割茬和茎秆完整,不仅能促进茎秆的综合利用,而且也为收割后续工序处理提供了方便。收获清洁度较高,并能适应倒伏、高茎秆、高产量的作物条件。目前,我国半喂入履带联合收割机已基本实现国产化,产品成本大幅下降,主销机型与全喂入履带联合收割机高端机型的销售价格差距大幅缩小,因此半喂入联合收割机得到了市场的普遍认可和应用。
虽然国产柴油机在配套半喂入联合收割机上与进口柴油机在可靠性及性能上还存在很大差距,但由于其价格、维修及使用成本低,目前半喂入联合收割机配套的柴油机还是以国产为主,并且有向大功率发展的趋势。
1 半喂入联合收割机对配套柴油机的特殊要求
半喂入联合收割机对配套柴油机有以下特殊要求。
(1)柴油机要有高的可靠性。半喂入联合收割机在作业期内工作时间紧,柴油机处于标定工况或接近标定工况工作,负荷大、工作时间长,因此要求柴油机有特别高的可靠性,一般要求MTBF(平均无故障时间)在150 h 以上。
(2)对柴油机调速性能要求高,并具有较大的功率储备。由于受水稻生长不均匀,秆茎含水量差距大和田间凹凸不平等影响,半喂入联合收割机作业时的负荷不断发生变化,为避免因柴油机转速降低引起输送装置堵塞,并影响收割、脱粒和清选质量,因此要求柴油机具有低调速率,一般在8%以下。
(3)对柴油机冷却系统要求高。半喂入联合收割机工作环境温度高,而且满负荷作业时间长,因此要求柴油机有较好的冷却系统,并要求水箱进风口有进风滤网,水箱散热片间距较大,能让碎叶,叶芒等通过,避免水箱堵塞。
(4) 对柴油机进气系统要求高。半喂入联合收割机作业时,碎片,叶芒飞扬,这些碎片,叶芒极易被吸入空气滤清系统,造成空气滤清系统堵塞或被吸入气缸,引起柴油机早期磨损,因此要有良好的空气滤清系统。
(5)要求柴油机要体积小、质量小。半喂入联合收割机因发动机安装空间较小,并且要减少因柴油机质量增加引起的行驶阻力加大,要求配套柴油机要具有体积小、质量小的特点。
(6)柴油机转速不宜太高。由于半喂入联合收割机大多采用胶带传动减速,减速比不宜过大,再加上降噪的因素,因而要求发动机转速不宜太高,一般不宜超过2 200 r/min。
(7)柴油机噪声及排放要符合国家标准。2010 年国家先后出台相关措施对噪声、尾气排放均纳入明确的法规。要求新申报机型柴油机耳畔噪声应不大于95 dB(GB/ T16955)。要求排放必须达到国Ⅱ阶段排放要求。
2 半喂入联合收割机配套国产柴油机常见故障及原因
2.1 柴油机常见故障
目前,半喂入联合收割机配套的国产柴油机受成本、产量、零配件质量及制造技术等因素的影响,供油系统、电气系统尤其是冷却系统影响着柴油机的可靠性。半喂入联合收割机配套国产柴油机使用中的故障统计见表1。
从故障列表1 中可以看出,由于考虑柴油机成本问题,除供油系统及电器系统故障是国产柴油机的共性问题外,其他故障都与柴油机工作过程中自身温度过高有关。
2.2 柴油机过热的原因及改进
由于半喂入联合收割机配套的柴油机安装在联合收割机的中心部位,受周围其他工作部件的遮挡,使外界的冷空气很难补充进来,并且作业时,散热器几乎无迎风面可言,发动机周围的空气实际上是热气涡流。冷却系统的水温急剧上升至“开锅”后,水蒸气逸出,又使冷却系统周围的空气环境更加恶化。收割作业时的草屑、麦芒和灰尘等经常沾附在散热器的表面上,影响其散热,因此,在选配柴油机时应考虑以下几方面因素。
(1)进气风道的布局。柴油机的进气口不应过分接近散热器后的风道及收割机上的其他零部件,以免进入燃烧室的新鲜空气因流动阻力太大或温度太高而增加整机热负荷,尽量保证进气畅通,减少进气压力及进气温度。
(2)尽量增大散热器总面积。增加柴油机的散热量,但必须考虑散热器的散热片对空气流量的影响。因此,在选配散热器时,要考虑散热器散热片的间隙,过多地增加散热片数量或散热片的长度会增加冷却空气的流动阻力,减小冷却效果。因此,在设计或选择散热器时,在尽量不影响进气的情况下,尽量增大散热器的散热总面积。
(3)增加冷却水的流量。冷却水流量的大小取决于水泵特性及系统阻力,为减少冷却水的流动阻力,在设计柴油机机体及缸盖上冷却水道,柴油机进、出水软管的布局等,应优先考虑其对冷却水流量的影响,并尽可能选配高转速大流量水泵。
(4)选择合理的风扇尺寸和转速。由于半喂入联合收割机配套柴油机的安装位置及行走速度低等因素,柴油机自然进风量少,散热器及柴油机主要靠风扇冷却,考虑进风阻力、进风量及功率消耗的关系,合理选择柴油机风扇的尺寸和转速。
(5) 合理使用与保养。冷却水质的好坏直接影响冷却水的导热性能和水垢的形成。由于水垢的导热系数仅为水的1/ 3 000 左右,因此形成水垢后将影响散热性能,并增加冷却水的流动阻力及流量。因此,柴油机要选择水质好的冷却水,并定期对柴油机水道及散热器水垢进行清理,定期对散热器散热片及风道进行清理。
3 目前市场上联合收割机配套柴油机的主要机型目前,国产半喂入联合收割机部分生产企业及配套柴油机见表2。
3.1 常柴4L88 型柴油机
常柴4L88 型柴油机是常柴股份幸运28在配皮卡、SUV,排放达欧Ⅱ的车用柴油机基础上,根据联合收割机使用特点和配套要求设计的半喂入收割机专用柴油机。改进了专用空滤,防止增压器损坏、机油进入进气管和柴油机早磨;改进了机油冷却系统,降低机油温度,防止机油温度高造成机油压力低引起咬瓦;改进了水冷却系统,要求用户水箱散热面积达到要求,防止柴油机“开锅”。对电气系统等关键部件进行了改进升级。4L88 型柴油机具有体积小、功率大、质量小、油耗低和降噪减排等特点。合理解决了功率、质量与油耗的矛盾,推动了半喂入联合收割机配套国产柴油机的发展。
3.2 全柴4C 系列柴油机
全柴在QC495 型非道路用柴油机的基础上,全新开发了适用于联合收割机配套的4C 系列柴油机,其关键零部件都进行了优化设计。优化机体水道布置,便于整机散热均匀;改进缸盖及机体水腔的水流动设计,改善气门座的冷却状况;为适应收割机连续全负荷工况,保证气门工作的可靠性,气门杆直径加大到9.5 mm;加大了机油泵、水泵的流量,加装机油冷却器,提高了整机的可靠性;另外在曲轴、连杆、活塞及喷油器等部件上也不同程度地作了优化设计。目前,该系列柴油机在联合收割机的配套中得到了用户的普遍好评。
4 结束语
国产柴油机经过不断改进和完善,在体积、功率、质量、油耗、降噪和减排等性能指标方面都有了很大提升。发展具有高可靠性、高热负荷承受能力的柴油机,是半喂入联合收割机配套动力的发展方向。
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