工程车辆空气滤清器防泄漏的研究

　　摘要：空气滤清器安装在油箱上，加油时过滤油液，正常工作时通过空气滤清器进排气保持油箱内内外压力平衡，同时过滤空气保证油液清洁度。为了防止工程车辆在不平整路面或斜坡上行驶时油液从空气滤清器里泄漏，从结构上对原型号进行改型并进行实验分析，通过多组实验结果对比发现：浮子结构的空气滤清器在大小和密封效果上均达不到要求，双向阀结构的空气滤清器可以满足爬坡路面的需求;密封垫老化后影响产品的密封效果，所以定期更换双向阀结构的空气滤清器可以满足工程车辆在爬坡路面上的防泄漏要求。

　　关键词：空气滤清器;浮子结构;双向阀结构;密封垫

　　液压系统工作时油箱内油面时而上升时而下降，上升时由里向外排出空气，下降时由外向里吸入空气，能维持油箱内的压力和大气压力平衡。为净化油箱内油液，在油箱盖板上垂直安装空气滤清器，就可以过滤吸入的空气，同时空气滤清器又是注油口，可以防止脏物颗粒从外部进入油箱，又能延长油液及元件的工作周期和使用寿命，从而保证了液压系统的正常工作。因路况问题，工程车辆行驶过程中不可避免地会产生震动现象，造成油液飞溅，油箱内油液会从注油口飞溅出来或者污染空滤过滤装置，造成堵塞现象;在坡度较大的爬坡路面上，油箱内油液会直接从注油口泄漏，对油液造成极大的浪费和污染。

　　本次研究针对工程车辆空气滤清器泄漏问题进行研究，对锥形导流器结构、浮子结构和双向阀结构进行分析，确定三种结构的可行性和试用环境。

　　1 空气滤清器改型结构的分析

　　空气滤清器用于油箱加油口，是一种常见的结构，示意图如图1(a)所示;锥形导流器结构如图1(b)所示;浮子结构如图1(c)所示;双向阀结构如图1(d)所示。三种结构均对空气滤清器的上盖进行改型，锥形导流器结构通过拦截的方式拦截飞溅的油液，使油液在重力作用下自然垂落;浮子结构则在浮力的作用下控制上盖的开口，当油液倾斜时，浮球在浮力的作用下堵住开口，防止泄漏;双向阀结构采用两个单向阀，平时单向阀在自身作用下闭合，内外压差不平衡的情况下单向阀打开平衡压差。其中锥形倒流结构的空气滤清器在比较颠簸的路面进行使用时效果较好，但是在坡度较大的路面使用时依然无法保证泄漏量，因此此次研究主要针对图1(c)和图1(d)两种结构进行研究。

　　2 实验设计

　　本次研究针对坡度较大的路面进行分析，模拟30°斜坡，水箱尺寸为600×300×300mm，水箱两端开孔安装空气滤清器，模拟安装位置的极限值。

　　3 浮子结构实验分析

　　利用浮球的浮力作用推动连接杆与密封圈密封，防止油液的泄漏。

　　浮球结构的空气滤清器在30°的斜坡上泄漏严重。此结构不建议使用，具体原因如下：

　　①由于浮球的连接杆和底盖有间隙，直径差为0.5mm，油箱倾斜时，由于浮球的浮力垂直向上，导致连接杆和底盖局部点接触而导致与O型圈密封的端面倾斜使密封不严，最终引起泄漏。

　　②另外，由于浮球结构在油箱有不满的情况下，设计图所示的时候，油箱里的油和空气相通，导致油挥发;并且根据美国EPA环保标准，不允许油箱里的油和空气长期相通;且这种结构如果油箱倾倒，会导致漏油，存在安全隐患。

　　③对浮球结构进行受力分析，如果密封严密，O型圈压缩量一般在15%～30%。实验使用的O型圈为φ28(外径)×3.5，取压缩量在20%，经实验，需要的力约在3520g，即35.2N。

　　根据浮力公式：

　　注：P为浮力，N;g为重力加速度，9.8N/Kg≈0.01N/g;V为浮球体积，m3;

　　计算所得v=3520 cm3;即浮球半径约为94.4mm。相对于空气滤清器来说，浮球体积偏大。

　　4 双向阀结构实验分析

　　利用双向单向阀控制开口的启闭，在坡度较大的路面上防止油液泄漏。可知双向阀结构的空气滤清器在30°的斜坡上泄漏量为0，单向阀的开启压力可以通过设计进行调节，建议使用此种结构。

　　5 双向阀结构空气滤清器密封结构老化模拟实验

　　双向阀结构的空气滤清器内部的密封垫长期使用后会出现老化现象，密封垫磨损老化后密封效果降低，会增加空气滤清器的泄漏量。通过人为磨损的方式模拟密封垫老化的现象。漏水前水箱重量为63.85kg，半个小时后停止实验测量水箱重量为：63.20kg。按以上方式模拟做实验，漏水量1.3kg/h。

　　6 结果分析

　　通过本次实验研究，双向阀结构的空气滤清器能够满足工程车辆爬坡路况防泄漏的需求。双向阀结构的空气滤清器由空气过滤器、进气单向阀、出气单向阀和加油过滤器四部分组成。当液压系统工作时油箱内的液面不时上升或下降，下降时吸入空气，保持油箱内预定压力，排气阀处于常闭状态，只有当工作温度升高造成油箱内压力大于预定压力时，排气阀才会打开，到箱内压力等于预定压力时，排气阀就会自动关闭，因此能够很好地保证产品的泄漏量满足实际使用需求。

　　空气滤清器的密封垫在密封过程中起着重要作用，当密封垫老化时，产品的泄漏量也会增加。因此建议在坡度较大的路况时采用双向阀结构的空气滤清器且滤清器需要定期更换，防止因密封结构老化造成的泄漏量增加。

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　　推荐阅读：《农业装备与车辆工程》月刊是中国农业机械工业协会会刊，是由中国农业机械工业协会、山东省农业机械科学研究所主办，中国农业机械学会、山东省汽车工程学会、山东理工大学、山东农业机械学会、山东省工程机械总公司、山东农业机械工业协会共同协办并支持的全国性科技期刊。