王振華，薛永東

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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提高空壓機輸出氣壓，增加可用氣體容積量

王振華，薛永東

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：文章針對目前市場上的重型卡車無法滿足多次連續(xù)制動的問題進行了詳細的分析與計算，對于現(xiàn)有車型的制動或多軸車輛的制動設(shè)計提供了理論計算方法及解決方案。

關(guān)鍵詞：儲氣筒；制動壓力；空氣管理系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.020

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-62-02

引言

目前，有市場反饋部分重型卡車車型無法滿足連續(xù)多次制動的需求，該問題的發(fā)生主要是因為制動氣的供給不足造成的。其中，儲氣筒的儲氣容量是關(guān)鍵。

如今汽車技術(shù)日新月異，客戶對汽車制動的安全性要求亦日益提高，面對市場對汽車性能的高要求及多軸化得需求，使整車的用氣量大幅增加。而且空氣懸架、空氣懸浮駕駛室和空氣座椅等舒適性裝置的廣泛應(yīng)用，亦需要大量的壓縮空氣。因此，傳統(tǒng)空氣管理系統(tǒng)的供氣量已遠遠不能滿足車輛需求。針對該問題，本文提出一種解決方案。

圖1是目前市場上現(xiàn)有車輛所采用的空氣管理系統(tǒng)。為了增加車輛的儲氣量，必須增加儲氣筒的儲氣容量。增加儲氣筒的儲氣容量，有兩種方案，一種是在現(xiàn)有壓力下增加儲氣筒體積VC，另一種是合理提高儲氣筒的抗壓能力，使儲氣筒儲存更多氣體，并在儲氣筒出氣端口安裝減壓閥，本文將對這兩種方案進行分析論述。

圖1　空壓機外卸荷空氣管理系統(tǒng)

1、不同方案的計算比較

分析壓力提高后的系統(tǒng)，減壓閥后的機構(gòu)不受壓力提高的影響，每次全制動所消耗的氣量與原狀態(tài)相等；只是減壓閥前端機構(gòu)，即儲氣筒儲氣壓力提高了。因此，本文通過理想氣體定律PV=nRT，將壓力提高后的系統(tǒng)等效為原狀態(tài)壓力下僅體積增大的系統(tǒng)，按照現(xiàn)有模型求得每次全制動后儲氣筒的壓力變化，再根據(jù)理想氣體定律將儲氣筒內(nèi)的計算壓力轉(zhuǎn)化為實際體積下的儲氣筒壓力。

以市場現(xiàn)有6×4車型為例進行計算比較：

后橋氣室為4個；

后橋氣室為30平方英寸，由膜片式氣室的行程-推力特性曲線，取氣室推力桿行程L=43mm，則后橋單個氣室容積：

則各氣室壓力腔最大容積之和為：

通常，制動管路容積之和∑Vg約為∑Vs的25%～50%，結(jié)合實際情況，取∑Vs的30%為∑Vg，則∑Vg=3.3292×30%=0.9988L。

設(shè)計時，一般取儲氣筒的總?cè)莘eVC≈(20～40)∑VS，則

考慮到可能出現(xiàn)短時間內(nèi)空壓機排氣量不足或耗氣量過大而導(dǎo)致儲氣筒壓力下降等因素，因此在設(shè)計計算時，出于制動安全考慮，初始壓力應(yīng)低于調(diào)壓閥切斷壓力。在該計算過程中，初始壓力的取值均低于調(diào)壓閥切斷壓力的20%。

由汽車設(shè)計可知，全制動后的氣壓變化公式如下：

∑Vs—各制動氣室壓力腔最大容積L；

∑Vg—全部制動管路的總?cè)莘e之和L；

Vc—儲氣筒總?cè)莘eL；

Psmax—制動閥控制的最大工作壓力bar；

P0—大氣壓力bar。

按GB12676規(guī)定，空壓機停止工作，行車制動經(jīng)8次全行程制動后，第9次制動時儲氣筒中剩余的壓力仍能保證達到應(yīng)急制動的效能才可以保證制動的安全性。將以上的計算數(shù)據(jù)代入全制動后的氣壓變化公式分別計算原狀態(tài)壓力下的制動效果與四種不同方案下的制動效果并進行比較。

表1　不同方案下的制動氣壓參數(shù)表

通過表1比較可得，僅通過增加體積來增加制動次數(shù)或提高制動的安全性，效果是很差的。當增加60L時，效果還達不到壓力升高到12bar時的制動效果。如果按照GB12676的規(guī)定，當儲氣筒最低絕對壓力為5.5bar時，按照現(xiàn)有解決方法，只有體積為140L或以上時，才符合標準規(guī)定。

2、新方案的優(yōu)缺點論述

通過提高儲氣筒抗壓能力，由壓力提高至12和壓力提高至18的計算數(shù)據(jù)可以得出，新方案的制動次數(shù)將大幅度的增加。以原狀態(tài)和壓力提高至12bar兩種狀態(tài)相比，當儲氣筒最低絕對壓力為5.5bar時，根據(jù)制動次數(shù)計算公式可得，原狀態(tài)只有7次，而新方案制動次數(shù)為10次。

n——空壓機停止工作情況下，儲氣筒中氣壓由最大降至最小安全氣壓前的連續(xù)制動次數(shù)。

Pcmax，Pcmin—儲氣筒內(nèi)空氣的最高和最低絕對壓力bar。

通過壓力提高至12和僅增加60L可以得出，若要第九次制動后的儲氣筒壓力達到5.5bar以上或更優(yōu)，通過新方案可以節(jié)省兩個30L儲氣筒。如此，不僅將使儲氣筒的成本和儲氣筒安裝支架的成本大幅度降低，也將給整車的整體布置帶來很大的優(yōu)勢。

按GB12676規(guī)定，發(fā)動機怠速狀態(tài)下，將儲氣筒存氣排凈，關(guān)閉所有儲氣筒放氣閥，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速升至最大功率轉(zhuǎn)速，測定儲氣筒的升壓時間至廠定氣壓的65%，最長時間3min；至廠定氣壓，最長時間為6min。采用新方案后，由于儲氣筒的容積縮小，儲氣筒內(nèi)的絕對氣壓升壓至廠定氣壓的時間將大大縮短。

新方案中，提高儲氣筒的抗壓能力需要增加儲氣筒的壁厚，根據(jù)第三強度理論推導(dǎo)所得的儲氣筒的壁厚公式分析，當壓力Pc由10bar升至12bar時，壁厚將增長為原來的1.2倍。不存在技術(shù)難度，對成本的影響也很小。

Pc—儲氣筒內(nèi)氣壓 D—儲氣筒圓周部分內(nèi)徑 t—儲氣筒的壁厚

3、結(jié)論

通過以上計算和比較，針對市場現(xiàn)有常見車型，為了優(yōu)化整車布置、降低成本等優(yōu)點，可以通過將調(diào)壓閥的切斷壓力調(diào)至12bar，將儲氣筒壁厚增加0.2倍，并在儲氣筒出氣端口安裝減壓閥的方案對重型卡車的空氣管理系統(tǒng)進行優(yōu)化。

針對目前存在的部分細分市場，如三軸或多軸車型、體現(xiàn)輕量化設(shè)計的氣囊懸架車型等需要大量制動用氣和輔助用氣的情況下，為了優(yōu)化整車布置、降低成本、增加制動的可靠性，縮短啟車時的充氣時間等優(yōu)點考慮，可以通過將調(diào)壓閥的切斷壓力調(diào)至18bar,將儲氣筒壁厚增加0.8倍，并在儲氣筒出氣端口安裝減壓閥的方案對其空氣管理系統(tǒng)進行優(yōu)化。

參考文獻

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Improving the pressure of the air compressor, Increasing the available gas volume

Wang Zhenhua, XueYongdong
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

Abstract:In this paper, the current market of heavy trucks can not meet the problem of multiple continuous braking for a detailed analysis and calculation, for the existing models of brake or multi axle vehicle brake design provides a theoretical calculation method and solution

Keywords:Gas reservoir; Braking pressure; Air management systems

作者簡介：王振華，就職于陜西重型汽車有限公司。

中圖分類號：U462.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-62-02