轮式拖拉机燃油系统结构设计探析

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摘要：介绍了轮式拖拉机燃油箱本体的设计要点，燃油箱安装、固定、防护的设计方法以及燃油箱衍生功能设计的思路，对其他设计人员具有一定的指导借鉴意义。

关键词：轮式拖拉机；燃油系统；燃油箱；结构设计

燃油系统是轮式拖拉机整机的重要组成部分之一，其结构设计是否合理直接影响到拖拉机整机能否适应农艺需求和可靠稳定的工作。合理的结构设计能够降低生产成本，提高装配效率，降低劳动强度。本文将结合轮式拖拉机的整机布置特点，介绍燃油箱本体的设计要点，燃油箱安装、固定、防护的设计方法以及燃油箱的衍生功能。

1燃油箱本体设计要点

燃油箱除了储油功能外，还具有散热、分离油液中气泡以及沉淀杂质等功能［1］，从整机布置的角度看，它还有平衡整机质量分布的作用。目前拖拉机生产企业主要采用金属燃油箱和滚塑燃油箱，滚塑燃油箱虽是后起之秀，但因其具有质量轻、造型设计自由度大、耐腐蚀、耐高温、抗老化性强、规模化生产效率高［2］等卓越的性能特点，大有全面超越甚至完全取代金属燃油箱之势。

1．1燃油箱本体的外形设计

为了满足农机用户在农忙季节长时间工作的作业要求，在确定燃油箱外形边界时需要充分利用其造型设计自由度大的特点，使其尽可能的“塞满”驾驶室、底盘、轮胎、车梯等部件间留存的空间，使燃油箱容积尽可能的大。图1为某种常见的轮式拖拉机用滚塑燃油箱。如图1所示，各边界面与周边边界间距保持要求如下：（1）A面边界需和前轮轮胎（该整机所能选装的最大轮胎）胎冠保持至少60mm的间隙且需要校核前桥摆起到极限状态，同时前轮左右转向到极限状态时的情况。（2）B面边界应小于或等于该整机标配出厂状态下后轮的最外沿。（3）C面边界应根据车梯外形尺寸定型设计。（4）D面边界可根据该整机驾驶室挡泥板前圆弧的延伸线而确定。（5）E面边界需和左后轮胎内侧面（最小轮距装配）保持至少40mm的间隙。（6）F面边界需和末端传动壳体保持至少30mm的间隙，以免末端壳体高温导致燃油箱变形损坏。（7）H面边界需要注意避开发动机的高温部件和定时维护的部件，使其保持在100mm以上的间隙［3］。H面的确定还要结合驾驶室左前悬架、燃油箱安装支架以及油水分离器的安装形式而定。（8）L面的边界需综合考虑传动箱体和燃油箱安装支架的结构形式而定。建议该边界与传动系壳体保持至少30mm的间隙，与该区域相关部件保持至少20mm的间隙［3］，以免传动系壳体高温导致燃油箱变形损坏。（9）燃油箱的顶面需要和周边部件保持至少30mm的间隙，以便消除因周边部件加工误差、焊接变形、振动带来的干涉问题。（10）燃油箱的底面（含安装支架）离地间隙保持至少500mm的距离（当配置最小型号轮胎时，需满足底面至少位于分动箱传动轴中心线的上方）。有生产厂家将燃油箱底面设计为部分翘起的形式，如图2所示。拖拉机犁耕作业时，当左侧车轮位于犁沟内，该结构形式可提高整车的行间通过性。滚塑燃油箱总体设计时应避免大平面，通过增加凹槽或凸起结构，可以提升其结构强度，减少变形［4］。

1．2油位传感器口和进回油法兰口设计

如图1所示，G为油位传感器口，需要布置在驾驶室底板外侧可触及处，便于维修更换。K为进回油法兰口，为了确保整车在上、下坡时都能尽可能的正常供油，进回油法兰口应尽量布置在油箱的中部。

1．3加油口和放油口的设计

燃油箱加油口距地面或者加油平台的距离应不超过1500mm。放油口需局部下沉且布置在油箱的中部，与吸回油口保留一定的距离，以免吸回油管吸入或者搅乱沉淀物。

1．4通气孔的设计

国内拖拉机厂家因考虑成本问题，大多采用价格便宜的不含呼吸功能的燃油箱盖，此种燃油箱盖拧紧后是完全密封的，为了避免油箱被吸扁或者膨胀变形，必须在燃油箱本体顶面上设计通气孔，如图1中M所示，M一端和油箱本体通气孔相连，另一端和外置的燃油呼吸器相连，呼吸器应安装在驾驶室左后部相对较高、干净的位置。在设计燃油箱本体时，为了避让驾驶室左前悬架等部件，需要局部整体凹陷，使得燃油箱整体呈现“双驼峰”的形状，为了避免“驼峰”自身形成密闭空间，需要在“驼峰”间设计通气管路（如图1中J）且与主通气管路M相连。

2燃油箱安装、固定、防护设计

2．1燃油箱安装

燃油箱安装支架大多采用L形悬臂设计，安装支架大多与传动系前箱、后箱的左侧面或底部上预留的孔相连，也有一些机型因结构限制，将安装支架与传动系末端传动壳体进行连接，如图3所示。燃油箱与安装支架常见有平推式、旋转式、挂接式等三种安装方式。平推式是指安装支架预先安装在传动系壳体上，燃油箱本体后放在安装支架上，以平推的方式将其推到位，并加以固定。旋转式是指将安装后支架预先安装在传动系壳体上，燃油箱本体以“孔对轴”的方式“穿”在上面，然后抬起油箱前部，最后连上安装前支架，如图4所示。该种安装结构，可便于后期整车检修调整，如旋转放下油箱可便于离合器的调整；该种结构也可增大油箱容积，如局部加大后，旋转装配可使局部加大处伸入到驾驶室挡泥板内侧。挂接式是指预先在传动系壳体上安装“挂钩”，燃油箱本体以及安装支架等可“打包”成一体，在装配流水线上，工人师傅只需将其抬起，挂在“挂钩”并加以固定即可，如图5所示。该种安装结构，可便于燃油系统部分部件提前分装，可提高总装流水线的装配效率；由于挂接时需要一定的向上抬起空间，该结构要求燃油系统顶面距离周边要留有足量的空间，这会牺牲一部分的燃油容积。

2．2燃油箱固定

燃油箱常见的固定方式有箍带箍紧、压板压紧以及拉杆拉紧等三种方式。箍带箍紧的固定方式又分为双螺柱式、螺柱销轴式、螺柱挂扣式以及螺柱拉杆式，四种固定方式如6所示。双螺柱式结构简单，但内螺柱固定点多位于燃油箱内侧，装配固定不便；螺柱销轴式可在燃油箱装配前，提前将箍带和支架上的销轴装配好，另一端打紧即可，但该结构形式固定端需要销轴、平垫、弹垫以及开口销，零件种类较多；螺柱挂扣式装配方便，一端像“纽扣”般扣上，另一端打紧，该结构“纽扣”处的设计需要特别注意，否则有“脱扣”的风险；螺柱拉杆式装配方便，拉杆端穿孔后旋转90°即可实现固定且“脱扣”风险小。压板压紧的固定方式如图7所示，图7（a）、图7（b）为在燃油箱本体侧面或拐角处预留压紧平面，用压板压紧即可；图7（c）为在燃油箱顶面将槽钢作压板，两侧用长螺栓固定；图7（d）为在燃油箱中部开洞，用横梁支撑，侧面采用压板（盘）压紧。拉杆拉紧的固定方式如图8所示，燃油箱本体上预留凹槽，采用T型拉杆上下拉紧。

2．3燃油箱防护

为了防止滚塑燃油箱的前部、后部以及底部受到外部硬质物的撞击、剐蹭而造成开裂或者损坏，有必要在燃油箱靠近前轮（如图1中A面）、后轮（如·45·图1中D面）以及燃油箱底部增加防护设计。底部防护一般采用在燃油箱安装支架上装配大平板；前部、后部防护板可仿形设计安装在燃油箱安装支架上，如图9（a）所示，也可安装在燃油箱本体上，如图9（b）所示。图9（a）所示的结构形式护板需要单独装配，且护板需要和燃油箱本体保留一定的距离，需上下通透，便于装配也便于杂草、泥土等能够从夹缝中及时脱落。图9（b）所示的结构形式，护板由燃油箱厂家自带，无需单独装配，无杂草、泥土积聚的问题。

3燃油箱衍生功能介绍

随着拖拉机用户需求的不断变化以及“国四”整机布置的要求，燃油箱已不单单是“燃油”箱。为了充分利用车梯下方的空间以增大燃油箱容积，可将车梯踏板安装在燃油箱本体侧面，如图10（a）所示；为了便于工具的拿取，可将工具盒布置在燃油箱体顶面，如图10（b）所示；“国四”整机布置需要增加尿素箱，为了尽可能不改变其它部件，可将尿素箱和燃油箱集成串联设计，如图10（c）所示；对于空滤外置的方案，为了增加燃油箱容积，便于空滤的固定安装，可在燃油箱顶面预留安装孔，空滤固定安装于燃油箱顶面的结构如图10（d）所示。图10燃油箱衍生功能Fig．10DerivativeFunctionofFuelTank

4总结

本文结合轮式拖拉机的整机布置特点，介绍了燃油箱本体的设计要点、安装方式、固定方式和燃油箱防护的设计要点，又介绍了燃油箱的衍生功能设计。本文阐述的设计方法对其他设计人员具有一定的指导借鉴意义。

参考文献：

［1］智润芳．液压系统开式油箱的设计及结构改进［J］．机械工程与自动化，2005（6）：106－107．

［2］冯海余，唐卫平．拖拉机燃油箱的发展趋势［J］．拖拉机与农用运输车，2013，40（4）：7－8．

［3］王炜，张学谦，王琳．重型轮式拖拉机燃油箱设计要点［J］．拖拉机与农用运输车，2020，47（2）：41－44；47．

［4］罗静静，常向阳，郭广伟．大功率轮式拖拉机燃油箱的设计［J］．农业机械，2016（6）：101－102．

作者:范振喜 谭俊杰 董文华 邢首辰 吴蒙 单位:拖拉机动力系统国家重点实验室 洛阳拖拉机研究所有限公司