王小飛

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

重卡制動(dòng)空氣處理系統(tǒng)研究

王小飛

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

目前，重卡普遍采用氣制動(dòng)，若制動(dòng)管路空氣質(zhì)量差，將影響閥體的正常工作或者失效，降低制動(dòng)效能。本文結(jié)合實(shí)際分析了影響制動(dòng)管路空氣質(zhì)量的原因，提出了提高制動(dòng)管路空氣質(zhì)量的幾項(xiàng)對(duì)應(yīng)措施，進(jìn)一步提出了制動(dòng)系統(tǒng)某些零部件匹配推薦值，對(duì)提升制動(dòng)管路空氣質(zhì)量具有一定的參考意義。

重卡；空氣處理單元；冷凝器

CLC NO.:U463.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)02-61-04

引言

不管車(chē)輛在何種工況下運(yùn)行，干燥且潔凈的壓縮空氣是保證車(chē)輛正常運(yùn)行的根本。制動(dòng)系統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)能力不強(qiáng)，將導(dǎo)致如下問(wèn)題：水、油污、固體顆粒、惡劣的化學(xué)污染成分，導(dǎo)致管路結(jié)冰凍住，或者管路腐蝕，影響閥體的正常工作或者失效，行車(chē)存在著極大的安全隱患。本文對(duì)如何提升重卡管路中壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)行研究。

1、影響重卡制動(dòng)管路空氣質(zhì)量的原因

目前，影響重卡制動(dòng)管路空氣質(zhì)量的原因主要有以下幾點(diǎn)：1）尤其工程車(chē)或市政車(chē)等行駛車(chē)速過(guò)低，相應(yīng)地發(fā)動(dòng)機(jī)和空壓機(jī)轉(zhuǎn)速也低，發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其空壓機(jī)排氣量也小。同時(shí)，重卡由于頻繁制動(dòng)，用氣量大，這樣導(dǎo)致空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間供氣，氣壓卻達(dá)不到干燥器切斷壓力，干燥器長(zhǎng)時(shí)間不能排氣排水。干燥器的工作性能下降，這樣便造成管路存水，一旦制動(dòng)管路溫度低于冰點(diǎn)溫度，將造成管路結(jié)冰；2）由于重卡行駛路況的復(fù)雜性及環(huán)境氣候的多樣性，空壓機(jī)和空氣干燥器等制動(dòng)系統(tǒng)零件的高溫工況和低溫工況的工作比例偏大，零部件壽命和性能?chē)?yán)重下降。在某些工況時(shí)，由于車(chē)輛匹配不合理，負(fù)荷率和再生反沖比不合理或維修保養(yǎng)不及時(shí)等客觀存在的原因，空氣處理單元干燥筒的性

能下降，甚至不起任何干燥的作用。3）如果管路布置不合理，在管路最低處會(huì)存水結(jié)冰（冬季）；空壓機(jī)到干燥器間的散熱管路過(guò)長(zhǎng)，溫度下降過(guò)多，露點(diǎn)降縮小，相對(duì)濕度增大，空氣干燥器的性能下降；散熱管過(guò)短，溫度沒(méi)降到空氣處理單元進(jìn)氣口允許范圍，影響其工作效能。4）由于空壓機(jī)竄油量大，油污不能及時(shí)排出，油污積存量大，直接影響空氣處理單元的性能，污染制動(dòng)管路，影響制動(dòng)性能。5)儲(chǔ)氣筒管路連接不合理，比如“一根管子”連接方式?jīng)]有有效發(fā)揮儲(chǔ)氣筒的作用。

2、提高制動(dòng)管路空氣質(zhì)量的措施

針對(duì)制動(dòng)管路存在的原因，解決措施如下：1）通過(guò)提高空壓機(jī)質(zhì)量、加大空壓機(jī)排量等方法來(lái)減少空壓機(jī)的使用效率，防止空壓機(jī)頻繁工作，降低空壓機(jī)溫度，可減少空壓機(jī)竄油對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)空氣質(zhì)量的影響；2）選擇與重卡相匹配的空氣處理單元并正確使用與安裝，以確?？諝馓幚韱卧辛己玫某?、干燥能力；3）在空壓機(jī)至干燥器這段管路走向上需考慮水的走向，防止管路最低處存水結(jié)冰，合理選擇管路長(zhǎng)度和內(nèi)徑。4）增加一級(jí)空氣處理裝置，提高制動(dòng)系統(tǒng)散熱、排水以及除油能力；5）對(duì)儲(chǔ)氣筒管路進(jìn)行優(yōu)化布置，充分發(fā)揮儲(chǔ)氣筒蓄能、穩(wěn)壓、降溫及過(guò)濾等四大功能。

2.1 空壓機(jī)的匹配

表1 空氣消耗參數(shù)表

空壓機(jī)負(fù)載循環(huán)：車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中空壓機(jī)為儲(chǔ)氣筒提供空氣時(shí)間的總量。選擇空壓機(jī)最終的指標(biāo)是最惡劣工況下負(fù)荷率不大于35%。針對(duì)重卡用氣量大且兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)狀，增大發(fā)動(dòng)機(jī)到空壓機(jī)的傳動(dòng)比，以提高空壓機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，有利于提高空壓機(jī)的供氣量，降低負(fù)荷率。如果車(chē)輛裝有多個(gè)消耗空氣裝置，應(yīng)該選擇更大一型號(hào)的空壓機(jī)，可使用離合器型空壓機(jī)。如表1所示，使用下表作參考，根據(jù)空氣消耗表進(jìn)行計(jì)算。如果總值小于5，一般單缸空壓機(jī)就可以了。如果總值大于5，推薦使用雙缸空壓機(jī)。

2.2 空氣處理單元選擇

空氣處理單元的型式和性能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)中的壓縮空氣質(zhì)量至關(guān)重要?？諝馓幚韱卧筛稍锲骱退幕芈繁Ｗo(hù)閥以及其他附件集成在一起。在重卡輕量化設(shè)計(jì)的主流下，集成、緊湊式的空氣處理單元減少整車(chē)自重?？諝馓幚韱卧ヅ鋾r(shí)不僅需要考慮負(fù)荷率，還需考慮空氣的再生比例。對(duì)于重型卡車(chē)，空氣處理單元的負(fù)荷率應(yīng)小于50%；常規(guī)800 KPa制動(dòng)系統(tǒng)的空氣再生比應(yīng)不小于16%?？諝馓幚韱卧膲毫υO(shè)定對(duì)負(fù)荷率和再生比有影響。為避免空壓機(jī)至空氣處理單元間的管路結(jié)冰，空氣處理單元進(jìn)氣口的溫度至少要高于環(huán)境溫度15 ℃，且小于65℃。為防止液化，空壓機(jī)至空氣處理單元進(jìn)氣口的溫度差應(yīng)小于100 ℃。

最新的空氣處理單元上不僅集成了油水分離裝置，而且還有專門(mén)強(qiáng)化去油的干燥筒。帶有五重過(guò)濾的功能，有效的吸附了水及油污和固體即懸浮顆粒 ，提供了更高的干燥能力。如果管路中的壓力太高時(shí)，干燥器中的安全閥將被打開(kāi)，起到保護(hù)作用；為了保證制動(dòng)管路在冬季低溫時(shí)期的制動(dòng)效能，干燥器還裝有一個(gè)電子加熱裝置用來(lái)加熱進(jìn)入干燥筒之前的壓縮空氣，以達(dá)到理想的干燥效果。壓縮空氣中的油分主要有2 種：1）無(wú)極性的油；2）氧化油。氧化油是空壓機(jī)在高壓、高溫和高負(fù)荷率時(shí)產(chǎn)生的，無(wú)極性的油對(duì)橡膠密封零件幾乎沒(méi)有影響。而氧化油破裂的油分子對(duì)橡膠件的破壞力極大。具有濾油功能的OSC，集成在干燥筒內(nèi)，用特殊的過(guò)濾介質(zhì)分離液態(tài)油污及懸浮顆粒，能濾掉98%以上的氧化油懸浮顆粒。

2.3 空壓機(jī)進(jìn)氣管和散熱管的設(shè)計(jì)

（1）空壓機(jī)進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行森林撫育操作過(guò)程中，對(duì)樹(shù)木進(jìn)行修剪枝條非常重要，不僅能夠有效的改善目標(biāo)樹(shù)木的生長(zhǎng)情況，還能夠提升其發(fā)育的狀態(tài)，更好的讓其得到生長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，在修去樹(shù)冠下部的1～2輪活枝時(shí)，為了不對(duì)整個(gè)樹(shù)木的枝干產(chǎn)生一定的傷害，需要對(duì)樹(shù)干的枝樁盡量進(jìn)行平整的修剪。并且，在對(duì)不同生長(zhǎng)階段的林木進(jìn)行修剪過(guò)程中，科學(xué)的保留對(duì)應(yīng)的冠長(zhǎng)非常重要。

如果空壓機(jī)的負(fù)載循環(huán)超過(guò)車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的25%，空壓機(jī)工作溫度會(huì)升高，并可能過(guò)熱，這將降低活塞環(huán)的密封，使更多的油進(jìn)入到壓縮空氣排氣腔中，導(dǎo)致空壓機(jī)壽命降低。充氣時(shí)間小于等于

汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的25%時(shí)將得到最佳耐用性。在空氣系統(tǒng)布置中，空壓機(jī)進(jìn)氣口處的進(jìn)氣阻力小于400mmH2O，如表2所示，為進(jìn)氣接頭和進(jìn)氣管的內(nèi)徑的推薦值。進(jìn)氣管線連接在空濾器輸出口是最佳選擇。

表2 推薦的進(jìn)氣接頭和進(jìn)氣管線的最小內(nèi)徑

（2）空壓機(jī)散熱管的設(shè)計(jì)

散熱管應(yīng)從空壓機(jī)排氣口逐漸向下傾斜，無(wú)滲漏。在無(wú)法從空壓機(jī)按照逐漸傾斜的路線安裝排氣管的情況下，大致還有2種安裝方式，如圖1所示，○1可以在散熱管安裝時(shí)，距離空壓機(jī)300～600mm處急劇向上，然后再下降到干燥器?！?允許散熱管從空壓機(jī)開(kāi)始下降到較低位置，但保持散熱管一定的平直段（平直段散熱管長(zhǎng)度應(yīng)大于下降段散熱管和上升段散熱管長(zhǎng)度之和），然后散熱管上升布置到冷凝器進(jìn)氣口位置。不應(yīng)該出現(xiàn)局部較低拐點(diǎn)，這樣容易導(dǎo)致存水積冰。散熱管管線尺寸指導(dǎo)適用于一般安裝，首要目的是保證在最差運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，空氣干燥器入口處釋放空氣的溫度不能超過(guò)65℃，溫度過(guò)高會(huì)降低干燥器中除濕效果。

如表3所示，散熱管的長(zhǎng)度的建議只是初步推薦值，其基本目標(biāo)是為了保證干燥器的進(jìn)氣溫度不超過(guò)65℃。具體的輸出管路長(zhǎng)度和直徑可以由試驗(yàn)決定。干燥器進(jìn)氣溫度的測(cè)量：

（1）在輸出管路上安裝溫度傳感器（盡可能的靠近干燥器）；

（3）將溫度傳感器連接到數(shù)據(jù)收集裝置；

（4）啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并讓空壓機(jī)開(kāi)始供氣；

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1600RPM(發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速)，在達(dá)到系統(tǒng)壓力后保持運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘；

（6）觀察并記錄每次供氣的溫度；

（7）踩剎車(chē)，以便空壓機(jī)繼續(xù)供氣；

（8）重復(fù)步驟（7），三次以檢查試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。每次循環(huán)中間允許間隔2分鐘；

（9）保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速5分鐘，然后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.4 增加一級(jí)空氣處理裝置

冷凝器是安裝在散熱管和空氣處理單元之間，起降溫、濾油以及排水的作用，同時(shí)對(duì)空氣處理單元起保護(hù)作用，減少維護(hù)成本。冷凝器的種類可分為大致兩種，電控冷凝器、氣控冷凝器，下面對(duì)比介紹這兩種不同之處。

電控式冷凝器的工作原理為，分離壓縮空氣中的水及油污，同時(shí)能夠冷卻壓縮空氣，達(dá)到90%的污染物能夠被隔離和排掉，安裝有電控放水閥，通過(guò)制動(dòng)開(kāi)關(guān)或者制動(dòng)燈以及時(shí)間繼電器，在空壓機(jī)負(fù)荷率非常高的情況下或者用氣量非常大的情況下，增加了干燥器的使用壽命，含有水及油污的壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣口流動(dòng)到出氣口，分離的水及油污被收集在冷凝器的底部，并且通過(guò)電控放水閥排掉。

如圖2所示，氣控冷凝器是通過(guò)干燥器的卸荷控制排污，具有良好的油水分離效果 ，增加了分離腔的空間 ，不需要電控回路的安裝 ，維修更方便(需要保養(yǎng)的部件比較少) ，氣壓式冷凝器的工作原理，在空壓機(jī)打氣過(guò)程中，冷凝器分離流動(dòng)壓縮空氣中的油污及水滴 ，冷凝的物體通過(guò)過(guò)濾網(wǎng) ，過(guò)濾網(wǎng)將收集相應(yīng)的油污并與壓縮空氣分離 。氣控冷

凝器的工作原理大致分兩個(gè)階段：工作過(guò)程和卸荷階段。工作過(guò)程：冷凝器隨著進(jìn)氣口(P1) 壓力的增加，打開(kāi)進(jìn)氣膜片；壓縮空氣和冷凝物將通過(guò)進(jìn)氣閥門(mén)，直到膜片恢復(fù)到壓力平衡 ；壓縮空氣和冷凝物儲(chǔ)存在冷凝物收集腔(P2) ；供氣過(guò)程結(jié)束后，進(jìn)氣閥門(mén)膜片將關(guān)閉 。在卸荷階段：當(dāng)空氣干燥器處于卸荷狀態(tài)后，將使空壓機(jī)和干燥器斷開(kāi) ；排氣閥門(mén)打開(kāi)，冷凝物通過(guò)排氣閥門(mén)排入大氣或流入外置收集筒中 當(dāng)冷凝物收集器（P2)中的壓力降到一定值后，膜片關(guān)閉 。

2.5 優(yōu)化儲(chǔ)氣筒管路連接方式

儲(chǔ)氣筒有蓄能、穩(wěn)壓、降溫及過(guò)濾四大作用，是制動(dòng)系統(tǒng)最后一級(jí)的空氣處理裝置，重卡上用氣地方有很多，這就需要先將壓縮空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣筒中，等到制動(dòng)或其他系統(tǒng)用氣時(shí)使用。同時(shí)由于空壓機(jī)活塞的上下運(yùn)動(dòng)，使得流入車(chē)輛氣路中的壓縮空氣極不穩(wěn)定。儲(chǔ)氣筒的作用就如同水庫(kù)一樣起到穩(wěn)壓的作用?？諝饨?jīng)過(guò)壓縮之后，如果散熱管不能有效降溫，經(jīng)過(guò)空氣處理單元之后壓縮空氣中還是有一定水分，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣筒之后會(huì)再有一個(gè)降溫的過(guò)程，空氣中的水分經(jīng)過(guò)冷凝會(huì)沉淀在儲(chǔ)氣筒底部，駕駛員通過(guò)下面的放水閥定期排水，從而儲(chǔ)氣筒對(duì)氣路中的水起到最后的屏蔽過(guò)濾作用。

如上圖2所示，（a）、（b）分別為儲(chǔ)氣筒“兩根管”和“一根管”接法示意圖，當(dāng)在空壓機(jī)不打氣的情況下，系統(tǒng)用氣均來(lái)自儲(chǔ)氣筒、兩種接法無(wú)法區(qū)別。當(dāng)在空壓機(jī)打氣的情況下，有“兩根管”時(shí)，壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口到儲(chǔ)氣筒進(jìn)行處理再?gòu)某鰵饪诔鰜?lái)，到達(dá)用氣單元。有“一根管”時(shí)，在儲(chǔ)氣筒失壓等復(fù)雜情況下，四回路保護(hù)閥過(guò)來(lái)的壓縮空氣直接到用氣單元，儲(chǔ)氣筒的作用不能充分發(fā)揮。通常干燥器在進(jìn)氣溫度超過(guò)66℃后，過(guò)濾性能將衰弱。壓縮空氣中仍有一些水分，這就需要經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣筒冷凝、沉淀及過(guò)濾，干燥器一旦失效，制動(dòng)系統(tǒng)將失去最后一道保險(xiǎn)屏障，致使影響制動(dòng)效能的更好發(fā)揮。如圖2（c）所示，當(dāng)儲(chǔ)氣筒的接口上下分布式，下方接口作為進(jìn)氣口，上方接口作為出氣口，以防儲(chǔ)氣筒水分過(guò)多時(shí)，通過(guò)壓縮空氣進(jìn)入各控制管路。

3、結(jié)論

隨著空氣懸架及輔助用氣等用氣量的增多，重卡用氣量越來(lái)越大，提高制動(dòng)管路空氣處理能力，對(duì)制動(dòng)性能穩(wěn)定性具有很大的作用。合理匹配空壓機(jī)，提高空壓機(jī)的排氣量，減少空壓機(jī)的負(fù)荷率。同時(shí)采用多級(jí)空氣處理系統(tǒng)，提高制動(dòng)管路壓縮空氣質(zhì)量，最大程度去除制動(dòng)管路中水、油污、固體顆粒、惡劣的化學(xué)污染成分，減少或避免對(duì)管路、閥件的腐蝕，提高制動(dòng)效能。

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[4] 孫文濤. 重型卡車(chē)干燥器間斷排氣問(wèn)題分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2011，2.

Research on Air Handing System of the Heavy Truck Braking

Wang Xiao fei

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200)

At present ,the Heavy Truck is widely used in pneumatic braking .The quality of the air in brake pipe will affect the normal work of the valves or become invalid, sequentially, reduce the braking efficiency . In this paper ,it analyzed the reason which influecing air quality of the brake lines, and give some suggestion to further enhance the air quality in the braking pipe.

heavy trucks；Air Processing Unit；condenser

U463.5

A

1671-7988(2014)02-61-04

王小飛，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。