王洪偉，趙剛，章健國（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

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4×2載貨車儲氣筒容積優(yōu)化設(shè)計(jì)

王洪偉，趙剛，章健國
（安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，安徽 合肥 230601）

摘要：儲氣筒作為氣制動(dòng)車輛制動(dòng)能量的來源，匹配設(shè)計(jì)的合理性是影響車輛制動(dòng)性能的關(guān)鍵因素。結(jié)合GB 7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中對制動(dòng)系統(tǒng)升壓時(shí)間的要求，及連續(xù)制動(dòng)性能要求，通過理論計(jì)算確定儲氣筒容積。同時(shí)對一款4×2載貨車的儲氣筒容積驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，理論分析方法所得出的數(shù)據(jù)與實(shí)際測量數(shù)據(jù)較為接近，證明分析方法可以作為指導(dǎo)氣制動(dòng)車輛儲氣筒匹配設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：儲氣筒容積；升壓時(shí)間；制動(dòng)系統(tǒng)；剩余壓力；壓力消耗

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.55Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-73-03

前言

汽車行駛出現(xiàn)緊急情況時(shí)，連續(xù)制動(dòng)是最常見的制動(dòng)過程，對于氣壓式制動(dòng)系統(tǒng)，足夠的儲氣筒容積是保證制動(dòng)效能穩(wěn)定的一個(gè)很重要因素[1]，隨著整車技術(shù)不斷發(fā)展，載貨車整車氣控系統(tǒng)日趨復(fù)雜，通過氣控方式操縱的功能增多，壓縮空氣用量增大，有些地區(qū)道路復(fù)雜，且有長上、下坡道，在長下坡道，由于發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間處于怠速運(yùn)行，頻繁剎車導(dǎo)致打氣泵供氣不足，有可能出現(xiàn)坡道無剎車，導(dǎo)致災(zāi)難發(fā)生[2]。通常，我們會選擇加大儲氣筒容積，增加壓縮空氣的儲備，然而，由于整車空間限制，儲氣筒越大，布置越困難，增加整車質(zhì)量，也會增加發(fā)動(dòng)機(jī)油耗。而且，根據(jù)文獻(xiàn)[3]要求，采用氣壓制動(dòng)的機(jī)動(dòng)車，在發(fā)動(dòng)機(jī)75％的額定轉(zhuǎn)速下，4min（汽車列車8min）內(nèi)氣壓表的指示氣壓應(yīng)從零開始升至起步氣壓，并且貯氣筒的容量應(yīng)保證在調(diào)壓閥調(diào)定的最高氣壓下，且在不繼續(xù)充氣的情況下，機(jī)動(dòng)車在連續(xù)5次踩到底的全行程制動(dòng)后，氣壓不低于起步氣壓。本文首先理論計(jì)算滿足法規(guī)相關(guān)要求的儲氣筒容積，再結(jié)合一款4×2載貨車底盤設(shè)計(jì)，介紹制動(dòng)系統(tǒng)儲氣筒容積的確定方法。

1、滿足升壓時(shí)間的儲氣筒容積匹配

根據(jù)GB 7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》要求，采用氣壓制動(dòng)的機(jī)動(dòng)車，在發(fā)動(dòng)機(jī)75％的額定轉(zhuǎn)速下，4min（汽車列車8min）內(nèi)氣壓表的指示氣壓應(yīng)從零開始升至起步氣壓，此要求主要與空氣壓縮機(jī)排量、儲氣筒容積和起步氣壓有關(guān)，設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)在75％的額定轉(zhuǎn)速下的空氣壓縮機(jī)排量為V空，儲氣筒總?cè)莘e為Vc，起步相對壓力為pstart，大氣壓力p0，與儲氣筒相連的管路的容積為ΣVg1，空氣壓縮機(jī)氣缸內(nèi)絕對壓力與大氣壓力相等，設(shè)定空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間為t，則空氣壓縮機(jī)排出氣體容積與絕對壓力的乘積ΣpV為：

將空氣壓縮機(jī)排出的氣體全部充進(jìn)儲氣筒及管路中，直至達(dá)到起步氣壓，此系統(tǒng)氣體容積與絕對壓力乘積（ΣpV）′為：

設(shè)系統(tǒng)中空氣的膨脹過程為等溫過程，則：

即：

可得出儲氣筒容積：

根據(jù)上述法規(guī)要求可得儲氣筒容積范圍為：

其中V空單位為L/min，Vc與ΣVg1單位為L，pstart與p0單位為MPa。

2、滿足連續(xù)制動(dòng)的儲氣筒容積匹配

根據(jù)GB 7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》要求，儲氣筒的容積應(yīng)保證在調(diào)壓閥調(diào)定的最高氣壓下，且在不繼續(xù)充氣的情況下，機(jī)動(dòng)車在連續(xù)5次踩到底的全行程制動(dòng)后，氣壓不低于起步氣壓。

設(shè)未制動(dòng)時(shí)，與大氣壓力相同的管路容積為ΣVg2，各制動(dòng)氣室壓力腔最大容量之和為ΣVs[4]。

制動(dòng)系統(tǒng)中前行車儲氣筒與制動(dòng)管路、制動(dòng)氣室隔絕。制動(dòng)氣室壓力腔的容量為0，管路中的絕對壓力與大氣壓力p0相等。若此時(shí)儲氣筒中的相對壓力為pc，則實(shí)施制動(dòng)前在儲氣筒-制動(dòng)管路-制動(dòng)氣室的系統(tǒng)中空氣的絕對壓力與容量的乘積之總和ΣpV為：

完全制動(dòng)時(shí)，儲氣筒中的壓縮空氣經(jīng)繼動(dòng)閥進(jìn)入所有制動(dòng)管路和各制動(dòng)氣室，直至所有管路壓力、氣室壓力腔壓力和儲氣筒壓力相等，到再度將儲氣筒與制動(dòng)管路及制動(dòng)氣室隔絕為止。此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)壓力降低至。上述系統(tǒng)中的空氣絕對壓力與容量的乘積總和為：

設(shè)系統(tǒng)中空氣的膨脹過程為等溫過程，則：

即：

設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮在空氣壓縮機(jī)停止工作的情況下，儲氣筒中氣壓由最大壓力降至起步氣壓前的連續(xù)制動(dòng)次數(shù)為：

可得出儲氣筒容積：

根據(jù)上述法規(guī)要求可得儲氣筒容積范圍為：

其中ΣVs與ΣVg2單位為L，pc單位為MPa。

3、儲氣筒容積優(yōu)化范圍確定

根據(jù)文獻(xiàn)，氣制動(dòng)系統(tǒng)的儲氣筒總?cè)莘e一般取ΣVc=（20~40）ΣVs[5]，此推薦值范圍較大，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，整車配置要求越來越高，載貨車底盤布置空間更加有限，因此需有效的確定滿足GB 7258要求的制動(dòng)系統(tǒng)儲氣筒容積范圍，可以更好的滿足整車底盤布置的需求。

根據(jù)公式（6）和公式（13），將儲氣筒容積范圍優(yōu)化為：

公式（14）給出儲氣筒容積可選取的最大值與最小值，式中Vc為儲氣筒容積，ΣVg1為與儲氣筒連接管路容積，ΣVg2為與氣室連接管路容積，ΣVs為各制動(dòng)氣室壓力腔最大容積之和，V空為發(fā)動(dòng)機(jī)在75％的額定轉(zhuǎn)速下空氣壓縮機(jī)排量，pc為制動(dòng)系統(tǒng)最高相對壓力，pstart為起步相對壓力，p0為大氣壓力。

4、4×2載貨車儲氣筒容積校核

基于一款4×2載貨車進(jìn)行儲氣筒容積計(jì)算，整車制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見表1。

根據(jù)公式（14）帶入數(shù)值計(jì)算： 53L≤Vc≤100L

因駐車系統(tǒng)的儲氣筒不參與車輛的連續(xù)行車制動(dòng)，根據(jù)底盤布置要求，故取行車儲氣筒容積為60L，駐車儲氣筒容積為15L，車輛儲氣筒總?cè)莘e為75L。

表1　制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)表

針對計(jì)算結(jié)果，對4×2載貨車進(jìn)行升壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　4×2載貨車儲氣筒升壓試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，該4×2載貨車制動(dòng)系統(tǒng)氣壓由零升至起步氣壓平均時(shí)間為3分12秒，滿足GB 7258相關(guān)規(guī)定。

圖1　連續(xù)制動(dòng)壓力測試

同樣，對該載貨車進(jìn)行連續(xù)制動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)剩余壓力測試，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

試驗(yàn)結(jié)果表明，該4×2載貨車連續(xù)5次踩到底的全行程制動(dòng)后，系統(tǒng)剩余壓力為0.518MPa，試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較接近本車型的起步氣壓0.550MPa。

5、結(jié)論

為滿足法規(guī)建立儲氣筒容積范圍公式，對一款載貨車進(jìn)行匹配，最后經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，得出試驗(yàn)結(jié)果基本滿足相關(guān)法規(guī)要求。所建立的公式是以一種理想氣體狀態(tài)，忽略了溫度對壓縮空氣的影響，試驗(yàn)過程中可能存在氣壓泄漏、制動(dòng)緩慢等干擾因素，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在一定偏差，此公式對氣制動(dòng)車輛的儲氣筒匹配設(shè)計(jì)具有一定參考意義。在儲氣筒容積實(shí)際匹配過程中，結(jié)合理論計(jì)算值，給出一定的安全系數(shù)，最終確定實(shí)際儲氣筒容積。

參考文獻(xiàn)

[1]張偉,郝海生,王領(lǐng).客車底盤制動(dòng)系統(tǒng)儲氣筒容積的計(jì)算與選擇. 2012.

[2]李安清,陳廷海,王云.工程自卸車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及儲氣筒容積校核.2013.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》.

[4]章健國.8×8越野車儲氣筒匹配計(jì)算.2015.

[5]余志生.汽車?yán)碚?[M]機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

The optimization design ofair reservoir volume for 4×2 truck

Wang Hongwei, Zhao Gang, Zhang Jianguo
( The Commercial vehicle academe of Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, AnhuiHefei 230601 )

Abstract:Air reservoir is energy sources of braking of the vehicle equipped with air brake system. Reasonable matching of air reservoir is the key to braking performance of vehicle. Combining with the GB 7258 "motor vehicle safety technical conditions" in the rise time of the brake system requirements, and continuous braking performance requirements.Through the theoretical calculate and determine the air reservoir volume. Validation for air reservoir volumeof a 4x2 truck at the same time.Result of the verification of targeted test indicate that theoretical data is closer to the actual measurement data,prove that the calculation method can be used as the theoretical basis for matching design of the air reservoir of the vehicle equipped with air brake system.

Keywords:air reservoir volume; rise time; brake system; residual pressure; pressure unloading

中圖分類號：U463.55

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編碼：1671-7988（2016）05-73-03

作者簡介：王洪偉，就職于江淮汽車技術(shù)中心商研院底盤部。