輪式拖拉機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

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摘要：介紹了輪式拖拉機(jī)燃油箱本體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，燃油箱安裝、固定、防護(hù)的設(shè)計(jì)方法以及燃油箱衍生功能設(shè)計(jì)的思路，對(duì)其他設(shè)計(jì)人員具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：輪式拖拉機(jī)；燃油系統(tǒng)；燃油箱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

燃油系統(tǒng)是輪式拖拉機(jī)整機(jī)的重要組成部分之一，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響到拖拉機(jī)整機(jī)能否適應(yīng)農(nóng)藝需求和可靠穩(wěn)定的工作。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠降低生產(chǎn)成本，提高裝配效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。本文將結(jié)合輪式拖拉機(jī)的整機(jī)布置特點(diǎn)，介紹燃油箱本體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，燃油箱安裝、固定、防護(hù)的設(shè)計(jì)方法以及燃油箱的衍生功能。

1燃油箱本體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

燃油箱除了儲(chǔ)油功能外，還具有散熱、分離油液中氣泡以及沉淀雜質(zhì)等功能［1］，從整機(jī)布置的角度看，它還有平衡整機(jī)質(zhì)量分布的作用。目前拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要采用金屬燃油箱和滾塑燃油箱，滾塑燃油箱雖是后起之秀，但因其具有質(zhì)量輕、造型設(shè)計(jì)自由度大、耐腐蝕、耐高溫、抗老化性強(qiáng)、規(guī)?；a(chǎn)效率高［2］等卓越的性能特點(diǎn)，大有全面超越甚至完全取代金屬燃油箱之勢(shì)。

1．1燃油箱本體的外形設(shè)計(jì)

為了滿足農(nóng)機(jī)用戶在農(nóng)忙季節(jié)長(zhǎng)時(shí)間工作的作業(yè)要求，在確定燃油箱外形邊界時(shí)需要充分利用其造型設(shè)計(jì)自由度大的特點(diǎn)，使其盡可能的“塞滿”駕駛室、底盤、輪胎、車梯等部件間留存的空間，使燃油箱容積盡可能的大。圖1為某種常見(jiàn)的輪式拖拉機(jī)用滾塑燃油箱。如圖1所示，各邊界面與周邊邊界間距保持要求如下：（1）A面邊界需和前輪輪胎（該整機(jī)所能選裝的最大輪胎）胎冠保持至少60mm的間隙且需要校核前橋擺起到極限狀態(tài)，同時(shí)前輪左右轉(zhuǎn)向到極限狀態(tài)時(shí)的情況。（2）B面邊界應(yīng)小于或等于該整機(jī)標(biāo)配出廠狀態(tài)下后輪的最外沿。（3）C面邊界應(yīng)根據(jù)車梯外形尺寸定型設(shè)計(jì)。（4）D面邊界可根據(jù)該整機(jī)駕駛室擋泥板前圓弧的延伸線而確定。（5）E面邊界需和左后輪胎內(nèi)側(cè)面（最小輪距裝配）保持至少40mm的間隙。（6）F面邊界需和末端傳動(dòng)殼體保持至少30mm的間隙，以免末端殼體高溫導(dǎo)致燃油箱變形損壞。（7）H面邊界需要注意避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件和定時(shí)維護(hù)的部件，使其保持在100mm以上的間隙［3］。H面的確定還要結(jié)合駕駛室左前懸架、燃油箱安裝支架以及油水分離器的安裝形式而定。（8）L面的邊界需綜合考慮傳動(dòng)箱體和燃油箱安裝支架的結(jié)構(gòu)形式而定。建議該邊界與傳動(dòng)系殼體保持至少30mm的間隙，與該區(qū)域相關(guān)部件保持至少20mm的間隙［3］，以免傳動(dòng)系殼體高溫導(dǎo)致燃油箱變形損壞。（9）燃油箱的頂面需要和周邊部件保持至少30mm的間隙，以便消除因周邊部件加工誤差、焊接變形、振動(dòng)帶來(lái)的干涉問(wèn)題。（10）燃油箱的底面（含安裝支架）離地間隙保持至少500mm的距離（當(dāng)配置最小型號(hào)輪胎時(shí)，需滿足底面至少位于分動(dòng)箱傳動(dòng)軸中心線的上方）。有生產(chǎn)廠家將燃油箱底面設(shè)計(jì)為部分翹起的形式，如圖2所示。拖拉機(jī)犁耕作業(yè)時(shí)，當(dāng)左側(cè)車輪位于犁溝內(nèi)，該結(jié)構(gòu)形式可提高整車的行間通過(guò)性。滾塑燃油箱總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免大平面，通過(guò)增加凹槽或凸起結(jié)構(gòu)，可以提升其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少變形［4］。

1．2油位傳感器口和進(jìn)回油法蘭口設(shè)計(jì)

如圖1所示，G為油位傳感器口，需要布置在駕駛室底板外側(cè)可觸及處，便于維修更換。K為進(jìn)回油法蘭口，為了確保整車在上、下坡時(shí)都能盡可能的正常供油，進(jìn)回油法蘭口應(yīng)盡量布置在油箱的中部。

1．3加油口和放油口的設(shè)計(jì)

燃油箱加油口距地面或者加油平臺(tái)的距離應(yīng)不超過(guò)1500mm。放油口需局部下沉且布置在油箱的中部，與吸回油口保留一定的距離，以免吸回油管吸入或者攪亂沉淀物。

1．4通氣孔的設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)廠家因考慮成本問(wèn)題，大多采用價(jià)格便宜的不含呼吸功能的燃油箱蓋，此種燃油箱蓋擰緊后是完全密封的，為了避免油箱被吸扁或者膨脹變形，必須在燃油箱本體頂面上設(shè)計(jì)通氣孔，如圖1中M所示，M一端和油箱本體通氣孔相連，另一端和外置的燃油呼吸器相連，呼吸器應(yīng)安裝在駕駛室左后部相對(duì)較高、干凈的位置。在設(shè)計(jì)燃油箱本體時(shí)，為了避讓駕駛室左前懸架等部件，需要局部整體凹陷，使得燃油箱整體呈現(xiàn)“雙駝峰”的形狀，為了避免“駝峰”自身形成密閉空間，需要在“駝峰”間設(shè)計(jì)通氣管路（如圖1中J）且與主通氣管路M相連。

2燃油箱安裝、固定、防護(hù)設(shè)計(jì)

2．1燃油箱安裝

燃油箱安裝支架大多采用L形懸臂設(shè)計(jì)，安裝支架大多與傳動(dòng)系前箱、后箱的左側(cè)面或底部上預(yù)留的孔相連，也有一些機(jī)型因結(jié)構(gòu)限制，將安裝支架與傳動(dòng)系末端傳動(dòng)殼體進(jìn)行連接，如圖3所示。燃油箱與安裝支架常見(jiàn)有平推式、旋轉(zhuǎn)式、掛接式等三種安裝方式。平推式是指安裝支架預(yù)先安裝在傳動(dòng)系殼體上，燃油箱本體后放在安裝支架上，以平推的方式將其推到位，并加以固定。旋轉(zhuǎn)式是指將安裝后支架預(yù)先安裝在傳動(dòng)系殼體上，燃油箱本體以“孔對(duì)軸”的方式“穿”在上面，然后抬起油箱前部，最后連上安裝前支架，如圖4所示。該種安裝結(jié)構(gòu)，可便于后期整車檢修調(diào)整，如旋轉(zhuǎn)放下油箱可便于離合器的調(diào)整；該種結(jié)構(gòu)也可增大油箱容積，如局部加大后，旋轉(zhuǎn)裝配可使局部加大處伸入到駕駛室擋泥板內(nèi)側(cè)。掛接式是指預(yù)先在傳動(dòng)系殼體上安裝“掛鉤”，燃油箱本體以及安裝支架等可“打包”成一體，在裝配流水線上，工人師傅只需將其抬起，掛在“掛鉤”并加以固定即可，如圖5所示。該種安裝結(jié)構(gòu)，可便于燃油系統(tǒng)部分部件提前分裝，可提高總裝流水線的裝配效率；由于掛接時(shí)需要一定的向上抬起空間，該結(jié)構(gòu)要求燃油系統(tǒng)頂面距離周邊要留有足量的空間，這會(huì)犧牲一部分的燃油容積。

2．2燃油箱固定

燃油箱常見(jiàn)的固定方式有箍帶箍緊、壓板壓緊以及拉桿拉緊等三種方式。箍帶箍緊的固定方式又分為雙螺柱式、螺柱銷軸式、螺柱掛扣式以及螺柱拉桿式，四種固定方式如6所示。雙螺柱式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但內(nèi)螺柱固定點(diǎn)多位于燃油箱內(nèi)側(cè)，裝配固定不便；螺柱銷軸式可在燃油箱裝配前，提前將箍帶和支架上的銷軸裝配好，另一端打緊即可，但該結(jié)構(gòu)形式固定端需要銷軸、平墊、彈墊以及開(kāi)口銷，零件種類較多；螺柱掛扣式裝配方便，一端像“紐扣”般扣上，另一端打緊，該結(jié)構(gòu)“紐扣”處的設(shè)計(jì)需要特別注意，否則有“脫扣”的風(fēng)險(xiǎn)；螺柱拉桿式裝配方便，拉桿端穿孔后旋轉(zhuǎn)90°即可實(shí)現(xiàn)固定且“脫扣”風(fēng)險(xiǎn)小。壓板壓緊的固定方式如圖7所示，圖7（a）、圖7（b）為在燃油箱本體側(cè)面或拐角處預(yù)留壓緊平面，用壓板壓緊即可；圖7（c）為在燃油箱頂面將槽鋼作壓板，兩側(cè)用長(zhǎng)螺栓固定；圖7（d）為在燃油箱中部開(kāi)洞，用橫梁支撐，側(cè)面采用壓板（盤）壓緊。拉桿拉緊的固定方式如圖8所示，燃油箱本體上預(yù)留凹槽，采用T型拉桿上下拉緊。

2．3燃油箱防護(hù)

為了防止?jié)L塑燃油箱的前部、后部以及底部受到外部硬質(zhì)物的撞擊、剮蹭而造成開(kāi)裂或者損壞，有必要在燃油箱靠近前輪（如圖1中A面）、后輪（如·45·圖1中D面）以及燃油箱底部增加防護(hù)設(shè)計(jì)。底部防護(hù)一般采用在燃油箱安裝支架上裝配大平板；前部、后部防護(hù)板可仿形設(shè)計(jì)安裝在燃油箱安裝支架上，如圖9（a）所示，也可安裝在燃油箱本體上，如圖9（b）所示。圖9（a）所示的結(jié)構(gòu)形式護(hù)板需要單獨(dú)裝配，且護(hù)板需要和燃油箱本體保留一定的距離，需上下通透，便于裝配也便于雜草、泥土等能夠從夾縫中及時(shí)脫落。圖9（b）所示的結(jié)構(gòu)形式，護(hù)板由燃油箱廠家自帶，無(wú)需單獨(dú)裝配，無(wú)雜草、泥土積聚的問(wèn)題。

3燃油箱衍生功能介紹

隨著拖拉機(jī)用戶需求的不斷變化以及“國(guó)四”整機(jī)布置的要求，燃油箱已不單單是“燃油”箱。為了充分利用車梯下方的空間以增大燃油箱容積，可將車梯踏板安裝在燃油箱本體側(cè)面，如圖10（a）所示；為了便于工具的拿取，可將工具盒布置在燃油箱體頂面，如圖10（b）所示；“國(guó)四”整機(jī)布置需要增加尿素箱，為了盡可能不改變其它部件，可將尿素箱和燃油箱集成串聯(lián)設(shè)計(jì)，如圖10（c）所示；對(duì)于空濾外置的方案，為了增加燃油箱容積，便于空濾的固定安裝，可在燃油箱頂面預(yù)留安裝孔，空濾固定安裝于燃油箱頂面的結(jié)構(gòu)如圖10（d）所示。圖10燃油箱衍生功能Fig．10DerivativeFunctionofFuelTank

4總結(jié)

本文結(jié)合輪式拖拉機(jī)的整機(jī)布置特點(diǎn)，介紹了燃油箱本體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、安裝方式、固定方式和燃油箱防護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，又介紹了燃油箱的衍生功能設(shè)計(jì)。本文闡述的設(shè)計(jì)方法對(duì)其他設(shè)計(jì)人員具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］智潤(rùn)芳．液壓系統(tǒng)開(kāi)式油箱的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］．機(jī)械工程與自動(dòng)化，2005（6）：106－107．

［2］馮海余，唐衛(wèi)平．拖拉機(jī)燃油箱的發(fā)展趨勢(shì)［J］．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2013，40（4）：7－8．

［3］王煒，張學(xué)謙，王琳．重型輪式拖拉機(jī)燃油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2020，47（2）：41－44；47．

［4］羅靜靜，常向陽(yáng)，郭廣偉．大功率輪式拖拉機(jī)燃油箱的設(shè)計(jì)［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械，2016（6）：101－102．

作者:范振喜 譚俊杰 董文華 邢首辰 吳蒙 單位:拖拉機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究所有限公司