挖掘機發(fā)動機進氣系統由預濾器、空氣濾清器、中冷器和進氣管路組成，其作用是為發(fā)動機提供清潔、干燥、充足的空氣。進氣系統的安裝、布置，直接影響發(fā)動機工作的可靠性、定性。本文分析 1 起挖掘機發(fā)動機進氣膠管脫落故障，并提出改進措施。
故障現象
1 臺工作了 200h 的挖掘機出現無法啟動故障。經檢查發(fā)現，發(fā)動機空氣濾芯與渦輪增壓器連接處的進氣膠管脫落，拆下進氣膠管接頭，發(fā)現進氣管路內部有大量灰塵，其他部位均正常。由此判斷，發(fā)動機無法啟動的原因是進氣管脫落，使大量灰塵進入發(fā)動機，造成其內部嚴重磨損，導致其無法啟動。
該挖掘機在可靠性試驗期間，就曾出現過該進氣膠管脫落的故障，整改時加裝了膠管固定管夾，如圖 1 所示。但是加裝管夾后，該進氣膠管仍出現脫落故障。
排查及分析
分析認為，發(fā)動機運轉時會產生劇烈振動和擺動，加裝的管夾雖然將該進氣膠管卡住，但實際上僅限制了該進氣膠管徑向活動，并未限制其軸向活動。發(fā)動機長時間的振動和擺動，仍可造成該進氣膠管松脫現象發(fā)生。
經檢查和測量，發(fā)現渦輪增壓器與進氣膠管連接處長度僅為 20mm，外徑為 76mm，沒有凸緣。而進氣膠管接頭處的內徑也是 76mm。
分析認為，進氣膠管與渦增壓器連接處的上述結構，在發(fā)動機振動和擺動作用下，很容易造成進氣膠管產生松動和脫落。改進前渦輪增壓器與進氣膠管連接處結構如圖 2 所示。
繼續(xù)檢查發(fā)現時，進氣膠管結構比較復雜，空氣濾清器布置在發(fā)動機飛輪 端，使得進氣膠管必須設置 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氣膠管中心線，恰好與發(fā)動機振動方向平行。
分析認為，由于進氣膠管中心線與發(fā)動機振動方向平行，在發(fā)動機振動作用下，進氣膠管始終沿其軸向反復振動。增加的管夾雖然限制了進氣膠管徑向活動，由于未能限制其軸向活動，無法將膠管充分固定。改進前發(fā)動機進氣系統布置如圖 3 所示。
改進措施
（1）針對已出廠挖掘機
根據以上排查及分析結果，經研究，我們決定對已出廠挖掘機采取以下3 項改進措施：
一是增加進氣膠管的剛度。即在進氣膠管管夾位置的內層及外層各增加1 個尼龍管，如圖 4 所示。
二是重新設計進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，以使進氣膠管軸向和徑向可靠固定。
三是與發(fā)動機生產廠家協商，在渦輪增壓器與進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）針對未出廠挖掘機
改進前空氣濾清器布置在發(fā)動機左后端靠近消聲器處，在吸風式散熱風扇作用下，空氣濾清器吸入的是熱風；進氣管路彎頭多、進氣阻力大，使發(fā)動機進氣量受到影響。經研究，我們決定對未出廠挖掘機發(fā)動機進氣系統采取以下 2 項改進措施：
一是改進進氣系統布置位置。對挖掘機整機研究后發(fā)現，可通過調整油箱位置，將空氣濾清器布置在發(fā)動機右側。這樣空氣濾清器就可布置在發(fā)動機水散熱器前部，處于冷風側，使進氣溫度與環(huán)境溫度基本一致。
二是簡化進氣管路結構。將空氣濾清器布置在發(fā)動機水散熱器前部，重新設計進氣管路。新進氣管路取消了 2 處 90°彎頭，縮短了進氣管路，取消了其與發(fā)動機振動方向平行的那段進氣管路，使發(fā)動機進氣阻力減小、進氣量增加。改進后進氣系統布置情況如圖 6 所示。
進氣系統設計注意事項
從以上故障現象可知，進氣系統設計時考慮不周，往往會留下問題和隱患。筆者認為在進氣系統設計中要考慮以下 5 點：
一是合理布置空氣濾清器。應將其布置在易于維護的位置，進氣口應遠離粉塵，可通過增添防護帽的方法避免吸入雨雪；進氣口與發(fā)動機排氣口不能太近，以避免吸入廢氣。
二是發(fā)動機進氣阻力不應超過發(fā)動機要求限值。進氣阻力每增加6kPa，功率就會降低 3kW，因此要盡可能減小進氣阻力。設計時應計算進氣系統阻力值，該阻力值可采取經驗公式法、查表法、CFD 法進行計算。
三是空氣濾清器的進氣溫度不能過高。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)動機冷風側。進氣管路與高溫件的距離應大于 60mm。
四是進氣管路走向應與發(fā)動機振動方向垂直。若無法做到與振動方向垂直，應在與發(fā)動機振動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。
對已出廠挖掘機，采取加強膠管固定處剛度、使用管夾對進氣膠管充分夾緊的改進措施，可有效防止進氣膠管脫落；對未出廠挖掘機，采取調整空氣濾清器布置位置、簡化進氣管路結構的措施，可徹底根除進氣膠管容易脫落的隱患。我們對實施上述改進措施的挖掘機進行了半年時間跟蹤檢驗，跟蹤檢驗結果表明，上述措施非常有效，再未發(fā)生進氣膠管脫落故障。
