随着我国联合收割机保有量的逐渐增加,以及农村经济水平的不断提高,越来越多的联合收割机驾驶员对自己的工作环境表示不满,他们不仅考虑多赚钱,而且对驾驶室的舒适性提出了更高的要求。所以,改善联合收割机驾驶员的工作环境,提高驾驶室的舒适性已成为收割机生产厂家亟待解决的问题。
一、目前国产联合收割机驾驶室结构现状
目前国产联合收割机驾驶室的顶棚和后壁都是采用铝合金薄钢板加一层薄塑料壳或加一层毛毡垫,其隔热效果很差,驾驶室的密封性更差, 门窗漏风, 密封条不起作用,工作时噪音灰尘大, 驾驶员不得不戴口罩工作。南京农业大学工学院的章倩、朱思洪于2008年5月对拖拉机驾驶室舒适性满意度情况进行了实地调查, 80%的调查对象对现有的驾驶室的密封性表示不满,“密封性太差 ”和“夏天太热”这两个问题已经成为影响驾驶室总体舒适性的首要因素。87%的调查对象表示在长期驾驶拖拉机后患上了一些职业病。因此, 通过改善驾驶室的舒适性来预防并缓解驾驶员的职业病显得尤为重要。
与拖拉机相比,联合收割机工作环境更加恶劣,联合收割机进行收割作业时,正是夏天最炎热季节,驾驶室内的温度高达40℃~50℃,驾驶员在又热又脏的驾驶室内长期工作,不但身心健康会受到影响,还容易发生中暑现象。现在很多驾驶员都给自己的收割机驾驶室加装了空调,但效果并不理想,造成这一问题的关键是驾驶室密封效果差和驾驶室没有做隔热处理。
目前国内外对驾驶室密封隔热处理办法有如下几种。
1.对驾驶室做隔热处理 国内最早对驾驶室做隔热处理的是大冶钢厂,那是在1965年,该厂对钳式吊车驾驶室采取了隔热措施:对吊车驾驶室底板、顶板及四壁加装5mm钢板+80mm矿渣棉+60mm松木板+20mm石棉板+5mm纸板,室内安装 P一4型冷冻机进行冷冻降温送风。至此吊车驾驶室内气温保持在26℃~28℃ 之 间,彻底消除了高温危害,保障了工人身体健康,促进了生产。
2.对汽车驾驶室加隔热防震涂料 通过对汽车驾驶室加隔热防震涂料的办法达到消音密封和隔热防震的效果,即在驾驶室的焊缝处、内表面及底板下涂上一种高粘度涂料。开始国内广泛采用沥青石棉浆做涂料,但由于其隔热性能差,涂刷效率低,现在已很少应用。
近几年出现了环氧基及丙稀酸酯新型隔热防震涂料,使用效果良好。隔热防震涂料一般喷涂厚度为3mm~5mm。涂料本身有一定强度,因而增强了钢板的韧性,又因涂料有一定的弹性,使汽车行驶时钢板的震动传递到涂层中去,达到减震的目的。因隔热防震涂层内部有微孔,表面又凹凸不平,当外界的热量传至涂层时,由于空气分子导热系数低,同时涂层内又有隔热涂料,所以产生了隔热效果。
3.全国首个空调收割机驾驶室在河南原阳问世 2003年底,河南省原阳县西衙寺村新阳收割机厂研制出全国首家采用塑钢结构、双层玻璃空调的收割机驾驶室,已申报国家专利。至此,在我国收割机市场上结束了收割机驾驶室不能成功安装空调的历史。该收割机驾驶室采用由塑料型材内部加钢衬制成的塑钢结构的驾驶室框架,驾驶室的前、左、右侧壁设置为双层玻璃结构,以及在驾驶室顶壁和后壁上设置由保温材料制成的保温层。驾驶室具有优良的保温效果,使用时在驾驶室内安装上制冷空调,大大地改善了驾驶人员的操作环境,提高了驾驶人员的工作效率,避免了驾驶人员因工作在高温环境下而导致中暑现象的发生。 可惜好景不长,这个与新疆收割机厂联营组建的村办股份制企业只是昙花一现,很快就停产倒闭了。
二、对驾驶室隔热处理
针对目前国产联合收割机驾驶室结构现状,在借鉴以上国内外对驾驶室密封隔热处理办法的基础上,提出以下设计改进意见。
1.对驾驶室顶棚和后壁加装隔热材料 收割机的热量主要来自太阳照射和麦地周围高温环境的辐射,对驾驶室顶棚和后壁加装隔热材料,可有效阻断来自太阳照射和麦地周围高温环境辐射带来的热量。
联合收割机驾驶室隔热材料可选用聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫两种。聚苯乙烯泡沫是以含低沸点液体发泡剂的可发性聚苯乙烯颗粒,经加热预发泡后,在模具中加热成型而得微孔型蜂窝结构的泡沫材料。隔热层厚度一般为50mm左右。
聚氨酯泡沫隔热材料是目前应用十分广泛的优良隔热材料,其主要物理机械性能为:导热系数0.03W/(m.K),抗拉强度2500MPa。与钢板粘接力2900MPa,与胶合板粘接力1400MPa,隔热层厚度一般为60mm左右。
经实验,汽车驾驶室加装聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫两种隔热材料后,可有效阻断来自太阳照射和发动机及周围环境高温辐射带来热量的80%。所以将这两种隔热材料加装到联合收割机驾驶室顶棚和后壁上,也会达到理想的隔热效果。
2.前挡风玻璃设置为双层玻璃结构 原来的驾驶室前挡风玻璃为单层玻璃结构,太阳辐射通过玻璃窗时,一部分被玻璃吸收,提高了玻璃本身温度,然后通过温差传热将热量传入车内;另有大部分辐射热将通过玻璃窗直接射入车内。玻璃窗的渗入热量Q由温差传热(玻璃传导热)和辐射热(玻璃吸收热)两部分组成。由于驾驶室的前、左、右侧壁均为玻璃结构,面积较大,驾驶员收割作业时能感受到太阳辐射强度的灸烤热量。
现将驾驶室的前挡风玻璃设置为双层玻璃结构,两层玻璃中间的空气被抽空,使其形成真空,这样处理的目的有两个:一是可消除两层玻璃中间空气在白天与夜晚温差作用下形成雾气,影响驾驶员视线;二是利用两层玻璃中间的真空,可有效阻断太阳辐射通过玻璃窗的渗入热量。
三、对驾驶室的密封处理
收割机驾驶室隔热性能既差,又无降温防暑装置。当收割机从事收割作业时,驾驶室因受到太阳的强烈辐射与麦地周围的高温空气的作用,导致驾驶室内灼热难耐,严重威胁驾驶员健康。驾驶室的密封性不好,导致灰尘太大。这两个问题已成为影响驾驶室总体舒适性的主要因素。
经空气传播进入驾驶室内的高温及灰尘,其通道主要有左右侧门的缝隙、驾驶室地板的线和管孔、各种操纵杆孔、空调蒸发器进出管孔、制动踏板、油门踏板等处的连接孔。针对上述孔道和缝隙,采取如下措施:在提高侧门制造精度的基础上,采用优质密封条减小左右侧门关闭时的缝隙;驾驶室地板内侧粘上一层复合橡胶底板,孔道开口处进行密封处理,提高驾驶室的密封性。
基于上述原因,首先要对驾驶室进行密封处理,以阻断高温空气和噪音的进入。
1.对驾驶室门、窗以及车架连接处加装密封条 密封条能提高气密性,防止高温空气、灰尘和噪音侵入到驾驶室内。
密封条的选用:三元乙丙橡胶(EPDM)凭借其优良的耐天候性以及良好的加工性能和低压缩永久变形,是生产密封条的首选材料。聚氯乙烯 (PVC)是传统的通用塑料,但由于其弹性较差,在密封条上主要用作内外侧条,在卡车上PVC也常用作车身门框密封。热塑性弹性体材料 (TPE / TPV ) 是近年来发展的材料,与EPDM橡胶一样具有良好的弹性和质感,两者之间具有许多共同特征:即优良的橡胶特性;优良的耐候、耐溴氧、抗紫外线性;优良的密封防水性。但是由于TPE优良的加工和使用性能,其与 EPDM间又有许多不同,联合收割机驾驶室密封条一般选用热塑性弹性体TPE和EPDM橡胶两种。
对收割机驾驶室门、窗以及车架连接处加装密封条后,可大大提高驾驶室的密封效果,可有效阻断高温空气、灰尘和麦芒及噪音的进入,改善了驾驶员的工作环境。
2.油门踏板、离合器踏板、刹车踏板与驾驶室地板处缝隙的密封 由于联合收割机油门、离合器、刹车3个踏板是运动部件,与驾驶室地板间形成较大缝隙,收割机工作时,大量灰尘和麦芒及噪音从此缝隙钻入驾驶室,此处也是进入驾驶室灰尘最主要的通道,因此对它密封很有必要。驾驶室地板内侧粘贴一层复合橡胶底板,孔道开口处进行密封处理,能有效减少直至隔绝高温空气传播途径,提高驾驶室的密封性。
由于油门、离合器、刹车3个踏板是运动部件,密封材料的选用必须满足在保证三个踏板运动自如的前提下密封良好,同时还要满足三个踏板反复上下运动时密封材料不会损坏,所以要选用弹性好、抗疲劳强度高的橡胶材料。3个踏板密封件要做成与地板开口一样的圆(长方)筒形,分别套在3个踏板上,密封件底部固定在驾驶室地板的开口处,上部固定在3个踏板上。由于此密封件要分别随3个踏板反复做上下运动,所以要把此密封件做成像弹簧一样可拉伸的折皱状。
四、联合收割机驾驶室密封隔热处理前后对比
为了验证密封隔热处理后,联合收割机驾驶室的改善效果,我们于2013年6月2日至10日亳州市谯城区麦收时节,分别选择几台联合收割机进行对比试验,下面是试验结果。
| 密封隔热处理前 | 密封隔热处理后 | ||
未加装空调 | 已加装空调 | 已加装空调 | ||
温度 | 10点 | 38℃ | 35℃ | 32℃ |
12点 | 42℃ | 38℃ | 35℃ | |
15点 | 45℃ | 41℃ | 39℃ | |
18点 | 39℃ | 36℃ | 33℃ | |
污染程度 | 驾驶室内到处都是灰尘、麦芒等细小颗粒物。噪音很大。 | 基本见不到灰尘,噪音明显减 | ||
驾驶员 感觉 | 驾驶员头发、眉毛、眼窝、鼻孔内都是灰尘,感觉呼吸不畅,闷热难耐,大汗淋漓,全身不舒服。噪音大听不清别人的对话。 | 驾驶员头发、眉毛、眼窝、鼻孔内都是灰尘,感觉呼吸不畅,较热微汗,噪音大听不清别人的对话。 | 驾驶员感觉较凉爽、舒适,噪音小能听清别人的对话。 |
通过试验可以看出,经过密封隔热处理后,联合收割机驾驶员的工作环境有了明显改善,驾驶室内基本见不到灰尘,噪音明显减小,驾驶员感觉较凉爽、舒适。由此证明,上述设计是合理和基本成功的。