唐國(guó)義

（重慶凱裝自動(dòng)化設(shè)備有限公司，重慶 402760）

汽車空氣干燥器干燥能力測(cè)試臺(tái)架設(shè)計(jì)與開發(fā)

唐國(guó)義

（重慶凱裝自動(dòng)化設(shè)備有限公司，重慶 402760）

文章針對(duì)汽車空氣干燥器的干燥能力測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行研究，提出了一種對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加濕加熱處理的方法，對(duì)干燥器處理體積測(cè)量方法加以創(chuàng)新，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在空氣干燥器測(cè)試領(lǐng)域的空白。

干燥效率；可變氣容；空氣干燥器；加熱加濕

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-178-03

引言

大型客運(yùn)車輛以及商用車一般都是使用壓縮空氣制動(dòng)的，加上高級(jí)客車的懸掛裝置基本上都是使用的氣囊，因此需要大量的壓縮空氣。但壓縮空氣中含有水分，水分進(jìn)入車輛管路后會(huì)引起管路金屬元件的銹蝕、橡膠密封件的老化龜裂、潤(rùn)滑油脂分解失效，甚至造成管路堵塞（特別是在寒冷的冬季）等故障，嚴(yán)重影響我們的行車安全。

因此，在氣制動(dòng)系統(tǒng)中需要采用除水裝置--汽車空氣干燥器。汽車空氣干燥器[1]是利用分子篩的物理吸附效應(yīng)，去除來自空壓機(jī)壓縮氣體中的水分、油、灰塵等雜質(zhì)，一般采用與卸荷調(diào)壓閥（氣壓調(diào)整閥）一體的整體式結(jié)構(gòu)，巧妙利用調(diào)壓閥卸荷排氣的動(dòng)作過程，使再生貯氣筒中的干燥空氣反向通過干燥劑筒，將干燥劑表面吸附的水分帶走，排入大氣，從而實(shí)現(xiàn)了干燥劑再活化，能長(zhǎng)期有效地吸收壓縮空氣中的水分，使汽車制動(dòng)系統(tǒng)保持良好的工作狀態(tài)，保證制動(dòng)可靠、行車安全。

由此可見，汽車空氣干燥器干燥能力及干燥效率對(duì)氣制動(dòng)系統(tǒng)影響非常重要。本文主要針對(duì)汽車空氣干燥器干燥能力及干燥效率測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。

1、測(cè)試原理及方法[2]

1.1 干燥能力及干燥效率

進(jìn)氣口試驗(yàn)條件如下：

a) 空氣溫度：Tmax±2℃；

b) 空氣濕度：97%RH～100%RH；

c) 空氣流量：340L/min±10L/min。

調(diào)節(jié)氣源輸入流量、壓力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，開啟空氣加熱加濕裝置，通過濕度、溫度反饋閉環(huán)控制氣源輸出的濕度溫度。

通過控制卸壓電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)加壓與卸壓，以140kPa ±10kPa的壓差，使出氣口壓力在680kPa～840kPa 范圍內(nèi)進(jìn)行周期性的循環(huán)，直至與出氣口相連的貯氣筒中空氣的露點(diǎn)溫度達(dá)到穩(wěn)定為止。記錄此時(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)的貯氣筒體積及貯氣筒中空氣的露點(diǎn)降(DPD22)。試驗(yàn)時(shí)，卸壓時(shí)間應(yīng)大于加壓時(shí)間2 倍，即負(fù)載率小于33%。通過調(diào)整卸壓調(diào)壓閥調(diào)整負(fù)載率。

加大貯氣筒體積，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至貯氣筒空氣的露點(diǎn)降(DPD22)低于17℃。計(jì)算貯氣筒空氣的露點(diǎn)降（DPD22）為17℃時(shí)，一個(gè)循環(huán)所處理的空氣體積，該體積即為空氣干燥器的干燥體積，及干燥能力。對(duì)系統(tǒng)沖洗式干燥器，應(yīng)減去沖洗體積。計(jì)算出干燥效率。

1.2 干燥器后備能力

在完成1.1 試驗(yàn)后，繼續(xù)加大貯氣筒體積進(jìn)行試驗(yàn)，直至貯氣筒中空氣的露點(diǎn)降(DPD22)低于5℃。

計(jì)算貯氣筒中空氣的露點(diǎn)降(DPD22)為5℃時(shí)，一個(gè)循環(huán)所處理的空氣體積，該體積減去1.1所測(cè)的干燥體積即為空氣干燥器的后備能力(單位為L(zhǎng))。對(duì)系統(tǒng)沖洗式干燥器，還應(yīng)減去沖洗體積。

1.3 干燥器恢復(fù)性

在完成1.2試驗(yàn)后，將貯氣筒體積調(diào)整到理論干燥體積(設(shè)計(jì)計(jì)算的干燥體積)，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，直至貯氣筒中空氣的露點(diǎn)降（DPD22）達(dá)到14℃。記錄貯氣筒中空氣的露點(diǎn)降(DPD22)從5℃變?yōu)?4℃的循環(huán)次數(shù)。

圖1 測(cè)試原理圖

露點(diǎn)溫度是指當(dāng)蒸汽分壓保持不變時(shí)，濕空氣達(dá)到飽和時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。

露點(diǎn)本是個(gè)溫度值，當(dāng)空氣中水汽已達(dá)到飽和時(shí)，氣溫與露點(diǎn)相同；當(dāng)水汽未達(dá)到飽和時(shí)，氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。在100%的相對(duì)濕度時(shí)，周圍環(huán)境的溫度就是露點(diǎn)。露點(diǎn)越小于周圍環(huán)境的溫度，結(jié)露的可能性就越小，也就意味著空氣越干燥，露點(diǎn)不受溫度影響，但受壓力影響。

透過露點(diǎn)就可以知道出空氣中的水汽含量，因而露點(diǎn)是一項(xiàng)絕對(duì)濕度的指標(biāo)。

2、系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由臺(tái)架、壓縮空氣處理單元、測(cè)量回路、可變?nèi)莘e調(diào)整系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)等組成。

2.1 臺(tái)架

臺(tái)架是由鋁型材構(gòu)建，外框配噴塑面板，美觀大方，堅(jiān)固耐用。氣動(dòng)回路及安裝夾具、電氣元件均安裝在上面。

2.2 壓縮空氣處理單元

要準(zhǔn)確測(cè)量空氣干燥器的能力，首先必須要盡量模擬出實(shí)際工況，其輸入壓縮空氣需滿足一定的壓力下，具有較高的濕度及溫度。

因此，壓縮空氣處理單元是本測(cè)試設(shè)備的重中之重，也是難點(diǎn)之一。普通的給空氣加壓加濕，空氣壓力很小，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。但是所需壓縮空氣壓力要達(dá)到840kpa，而且流量要保持510L/MIN，在這樣的條件下保持空氣濕度及溫度穩(wěn)定就不容易。因此，專門設(shè)計(jì)開發(fā)了加熱加濕系統(tǒng)。

本裝置中系統(tǒng)加濕加熱系統(tǒng)原理圖如下：

圖2

1）加熱系統(tǒng)

采用特殊在線式壓縮空氣加熱器，在氣源流量發(fā)生變化時(shí)，加熱線圈和溫度傳感器會(huì)配合工作，通過PID控制，快速反應(yīng)以適應(yīng)變化，達(dá)到溫度可控。

氣源溫度控制選用專用伺服控制器，采用專用控制策略控制，通過溫度傳感器的反饋，對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。

2）加濕系統(tǒng)

由于整個(gè)氣源是帶有壓力的氣源，常規(guī)的霧化加濕無法完成系統(tǒng)的加濕動(dòng)作，本裝置采用高壓微霧加濕系統(tǒng)，利用高壓柱塞泵將水壓提高到約7MPa，經(jīng)高壓管道輸送到專業(yè)噴嘴進(jìn)行霧化，產(chǎn)生3~15μm的微霧顆粒，通過PID調(diào)節(jié)輸出，從而完成加濕的目的。

本裝置的目的是為了產(chǎn)生帶有壓力和濕度的氣源，傳感器的布置對(duì)系統(tǒng)氣源影響較大，本系統(tǒng)溫度傳感器、濕度傳感器、露點(diǎn)計(jì)均安裝于氣源出口，通過溫度閉環(huán)、濕度閉環(huán)達(dá)到氣源壓力要求。

2.3 測(cè)量回路

處理空氣體積有兩種測(cè)試方式，直接式與間接式。SAE標(biāo)準(zhǔn)要求是間接式，通過測(cè)量系統(tǒng)流量，根據(jù)時(shí)間計(jì)算當(dāng)排氣口露點(diǎn)降為17℃時(shí)其處理氣體的體積為干燥體積，間接式是將處理后的空氣排入到空氣中。直接式是主動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載體積直到露點(diǎn)降為17℃，該體積即為其干燥體積。由于間接式測(cè)量精度受流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等精度的影響，一般精度不高，在本系統(tǒng)中采用直接測(cè)量式。

測(cè)量回路由33L儲(chǔ)氣罐、可變氣容、負(fù)載率調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、濕度傳感器、露點(diǎn)計(jì)等組成?？勺儦馊萦蓺飧?、位移傳感器、導(dǎo)向裝置、直線驅(qū)動(dòng)裝置組成，根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整輸出端容積大小，可調(diào)整范圍為0-160L，調(diào)節(jié)精度0.2L。

圖3 測(cè)量回路

2.4 測(cè)控系統(tǒng)

該部分由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、專用計(jì)算機(jī)接口板，傳感器放大器、信號(hào)濾波處理器和電源凈化器等硬件組成。

控制軟件基于美國(guó) NI 公司先進(jìn)的計(jì)算機(jī)虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW 設(shè)計(jì)的電機(jī)及控制器測(cè)試程序，運(yùn)行在Windows7操作系統(tǒng)下。作為測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)重要部件。計(jì)算機(jī)采集和分析計(jì)算的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存、顯示或以數(shù)據(jù)表和曲線的格式打印測(cè)試報(bào)告，并可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為 Excel或 PDF等電子文檔格式。

3、創(chuàng)新點(diǎn)

該測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在汽車空氣干燥器干燥效率測(cè)量方面的空白，為汽車空氣干燥器的應(yīng)用提供強(qiáng)有力試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

主要?jiǎng)?chuàng)新在以下兩個(gè)方面。一是壓縮空氣加熱加濕系統(tǒng)的開發(fā)，能夠更好的在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際工況；二是體積測(cè)量方式改為直接測(cè)量式，測(cè)量精度提高，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

4、結(jié)束語

完善的測(cè)試體系和良好的測(cè)試設(shè)備是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。汽車空氣干燥器直接關(guān)系到汽車氣制動(dòng)系統(tǒng)的好壞，關(guān)系到行車安全，本文中的干燥器測(cè)試臺(tái)架可提供一種有效的測(cè)試方法，為產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品出廠提供理論依據(jù)。

[1] 生發(fā),趙樹朋等.汽車構(gòu)造.北京:中國(guó)林業(yè)出版社.2006.8.

[2] AE J2384 -2006 Air Dryer Test Procedure.

Research on the Drying Capacity of Air Dryer for Vehicle Test Bench

Tang Guoyi
( Chongqing kay automation equipment Co. Ltd., Chongqing 402760 )

This paper focuses on the research of the drying capacity of air dryer for vehicle test bench, and proposes a method of humidification and heating treatment of compressed air. The method of processing volume is innovated, which fills up the blank in the air dryer test field.

the drying efficiency; variable air volume; air dryer; humidification and heating

U467.3

A

1671-7988(2016)07-178-03

唐國(guó)義，就職于重慶凱裝自動(dòng)化設(shè)備有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.055