重卡制動空氣處理系統研究

王小飛

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

重卡制動空氣處理系統研究

王小飛

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

目前，重卡普遍采用氣制動，若制動管路空氣質量差，將影響閥體的正常工作或者失效，降低制動效能。本文結合實際分析了影響制動管路空氣質量的原因，提出了提高制動管路空氣質量的幾項對應措施，進一步提出了制動系統某些零部件匹配推薦值，對提升制動管路空氣質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

不管車輛在何種工況下運行，干燥且潔凈的壓縮空氣是保證車輛正常運行的根本。制動系統空氣處理系統能力不強，將導致如下問題：水、油污、固體顆粒、惡劣的化學污染成分，導致管路結冰凍住，或者管路腐蝕，影響閥體的正常工作或者失效，行車存在著極大的安全隱患。本文對如何提升重卡管路中壓縮空氣質量進行研究。

1、影響重卡制動管路空氣質量的原因

目前，影響重卡制動管路空氣質量的原因主要有以下幾點：1）尤其工程車或市政車等行駛車速過低，相應地發動機和空壓機轉速也低，發動機低速運轉時，其空壓機排氣量也小。同時，重卡由于頻繁制動，用氣量大，這樣導致空壓機長時間供氣，氣壓卻達不到干燥器切斷壓力，干燥器長時間不能排氣排水。干燥器的工作性能下降，這樣便造成管路存水，一旦制動管路溫度低于冰點溫度，將造成管路結冰；2）由于重卡行駛路況的復雜性及環境氣候的多樣性，空壓機和空氣干燥器等制動系統零件的高溫工況和低溫工況的工作比例偏大，零部件壽命和性能嚴重下降。在某些工況時，由于車輛匹配不合理，負荷率和再生反沖比不合理或維修保養不及時等客觀存在的原因，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，在管路最低處會存水結冰（冬季）；空壓機到干燥器間的散熱管路過長，溫度下降過多，露點降縮小，相對濕度增大，空氣干燥器的性能下降；散熱管過短，溫度沒降到空氣處理單元進氣口允許范圍，影響其工作效能。4）由于空壓機竄油量大，油污不能及時排出，油污積存量大，直接影響空氣處理單元的性能，污染制動管路，影響制動性能。5)儲氣筒管路連接不合理，比如“一根管子”連接方式沒有有效發揮儲氣筒的作用。

2、提高制動管路空氣質量的措施

針對制動管路存在的原因，解決措施如下：1）通過提高空壓機質量、加大空壓機排量等方法來減少空壓機的使用效率，防止空壓機頻繁工作，降低空壓機溫度，可減少空壓機竄油對制動系統空氣質量的影響；2）選擇與重卡相匹配的空氣處理單元并正確使用與安裝，以確保空氣處理單元有良好的除油、干燥能力；3）在空壓機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冰，合理選擇管路長度和內徑。4）增加一級空氣處理裝置，提高制動系統散熱、排水以及除油能力；5）對儲氣筒管路進行優化布置，充分發揮儲氣筒蓄能、穩壓、降溫及過濾等四大功能。

2.1 空壓機的匹配

表1 空氣消耗參數表

空壓機負載循環：車輛運行過程中空壓機為儲氣筒提供空氣時間的總量。選擇空壓機最終的指標是最惡劣工況下負荷率不大于35%。針對重卡用氣量大且兼顧燃油經濟性的現狀，增大發動機到空壓機的傳動比，以提高空壓機的實際工作轉速，有利于提高空壓機的供氣量，降低負荷率。如果車輛裝有多個消耗空氣裝置，應該選擇更大一型號的空壓機，可使用離合器型空壓機。如表1所示，使用下表作參考，根據空氣消耗表進行計算。如果總值小于5，一般單缸空壓機就可以了。如果總值大于5，推薦使用雙缸空壓機。

2.2 空氣處理單元選擇

空氣處理單元的型式和性能對制動系統中的壓縮空氣質量至關重要。空氣處理單元由干燥器和四回路保護閥以及其他附件集成在一起。在重卡輕量化設計的主流下，集成、緊湊式的空氣處理單元減少整車自重。空氣處理單元匹配時不僅需要考慮負荷率，還需考慮空氣的再生比例。對于重型卡車，空氣處理單元的負荷率應小于50%；常規800 KPa制動系統的空氣再生比應不小于16%。空氣處理單元的壓力設定對負荷率和再生比有影響。為避免空壓機至空氣處理單元間的管路結冰，空氣處理單元進氣口的溫度至少要高于環境溫度15 ℃，且小于65℃。為防止液化，空壓機至空氣處理單元進氣口的溫度差應小于100 ℃。

最新的空氣處理單元上不僅集成了油水分離裝置，而且還有專門強化去油的干燥筒。帶有五重過濾的功能，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，干燥器中的安全閥將被打開，起到保護作用；為了保證制動管路在冬季低溫時期的制動效能，干燥器還裝有一個電子加熱裝置用來加熱進入干燥筒之前的壓縮空氣，以達到理想的干燥效果。壓縮空氣中的油分主要有2 種：1）無極性的油；2）氧化油。氧化油是空壓機在高壓、高溫和高負荷率時產生的，無極性的油對橡膠密封零件幾乎沒有影響。而氧化油破裂的油分子對橡膠件的破壞力極大。具有濾油功能的OSC，集成在干燥筒內，用特殊的過濾介質分離液態油污及懸浮顆粒，能濾掉98%以上的氧化油懸浮顆粒。

2.3 空壓機進氣管和散熱管的設計

（1）空壓機進氣管的設計

在進行森林撫育操作過程中，對樹木進行修剪枝條非常重要，不僅能夠有效的改善目標樹木的生長情況，還能夠提升其發育的狀態，更好的讓其得到生長。一般來說，在修去樹冠下部的1～2輪活枝時，為了不對整個樹木的枝干產生一定的傷害，需要對樹干的枝樁盡量進行平整的修剪。并且，在對不同生長階段的林木進行修剪過程中，科學的保留對應的冠長非常重要。

如果空壓機的負載循環超過車輛運轉時間的25%，空壓機工作溫度會升高，并可能過熱，這將降低活塞環的密封，使更多的油進入到壓縮空氣排氣腔中，導致空壓機壽命降低。充氣時間小于等于

汽車運轉時間的25%時將得到最佳耐用性。在空氣系統布置中，空壓機進氣口處的進氣阻力小于400mmH2O，如表2所示，為進氣接頭和進氣管的內徑的推薦值。進氣管線連接在空濾器輸出口是最佳選擇。

表2 推薦的進氣接頭和進氣管線的最小內徑

（2）空壓機散熱管的設計

散熱管應從空壓機排氣口逐漸向下傾斜，無滲漏。在無法從空壓機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，距離空壓機300～600mm處急劇向上，然后再下降到干燥器。○2允許散熱管從空壓機開始下降到較低位置，但保持散熱管一定的平直段（平直段散熱管長度應大于下降段散熱管和上升段散熱管長度之和），然后散熱管上升布置到冷凝器進氣口位置。不應該出現局部較低拐點，這樣容易導致存水積冰。散熱管管線尺寸指導適用于一般安裝，首要目的是保證在最差運轉條件下，空氣干燥器入口處釋放空氣的溫度不能超過65℃，溫度過高會降低干燥器中除濕效果。

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

（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據收集裝置；

（4）啟動發動機，并讓空壓機開始供氣；

（5）發動機轉速設定為1600RPM(發動機平均轉速)，在達到系統壓力后保持運轉10分鐘；

（6）觀察并記錄每次供氣的溫度；

（7）踩剎車，以便空壓機繼續供氣；

（8）重復步驟（7），三次以檢查試驗結果的可靠性。每次循環中間允許間隔2分鐘；

（9）保持發動機怠速5分鐘，然后關閉發動機。

2.4 增加一級空氣處理裝置

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，同時對空氣處理單元起保護作用，減少維護成本。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，同時能夠冷卻壓縮空氣，達到90%的污染物能夠被隔離和排掉，安裝有電控放水閥，通過制動開關或者制動燈以及時間繼電器，在空壓機負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進氣口流動到出氣口，分離的水及油污被收集在冷凝器的底部，并且通過電控放水閥排掉。

如圖2所示，氣控冷凝器是通過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(需要保養的部件比較少) ，氣壓式冷凝器的工作原理，在空壓機打氣過程中，冷凝器分離流動壓縮空氣中的油污及水滴 ，冷凝的物體通過過濾網 ，過濾網將收集相應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階段：工作過程和卸荷階段。工作過程：冷凝器隨著進氣口(P1) 壓力的增加，打開進氣膜片；壓縮空氣和冷凝物將通過進氣閥門，直到膜片恢復到壓力平衡 ；壓縮空氣和冷凝物儲存在冷凝物收集腔(P2) ；供氣過程結束后，進氣閥門膜片將關閉 。在卸荷階段：當空氣干燥器處于卸荷狀態后，將使空壓機和干燥器斷開 ；排氣閥門打開，冷凝物通過排氣閥門排入大氣或流入外置收集筒中 當冷凝物收集器（P2)中的壓力降到一定值后，膜片關閉 。

2.5 優化儲氣筒管路連接方式

儲氣筒有蓄能、穩壓、降溫及過濾四大作用，是制動系統最后一級的空氣處理裝置，重卡上用氣地方有很多，這就需要先將壓縮空氣儲存在儲氣筒中，等到制動或其他系統用氣時使用。同時由于空壓機活塞的上下運動，使得流入車輛氣路中的壓縮空氣極不穩定。儲氣筒的作用就如同水庫一樣起到穩壓的作用。空氣經過壓縮之后，如果散熱管不能有效降溫，經過空氣處理單元之后壓縮空氣中還是有一定水分，經過儲氣筒之后會再有一個降溫的過程，空氣中的水分經過冷凝會沉淀在儲氣筒底部，駕駛員通過下面的放水閥定期排水，從而儲氣筒對氣路中的水起到最后的屏蔽過濾作用。

如上圖2所示，（a）、（b）分別為儲氣筒“兩根管”和“一根管”接法示意圖，當在空壓機不打氣的情況下，系統用氣均來自儲氣筒、兩種接法無法區別。當在空壓機打氣的情況下，有“兩根管”時，壓縮空氣經進氣口到儲氣筒進行處理再從出氣口出來，到達用氣單元。有“一根管”時，在儲氣筒失壓等復雜情況下，四回路保護閥過來的壓縮空氣直接到用氣單元，儲氣筒的作用不能充分發揮。通常干燥器在進氣溫度超過66℃后，過濾性能將衰弱。壓縮空氣中仍有一些水分，這就需要經過儲氣筒冷凝、沉淀及過濾，干燥器一旦失效，制動系統將失去最后一道保險屏障，致使影響制動效能的更好發揮。如圖2（c）所示，當儲氣筒的接口上下分布式，下方接口作為進氣口，上方接口作為出氣口，以防儲氣筒水分過多時，通過壓縮空氣進入各控制管路。

3、結論

隨著空氣懸架及輔助用氣等用氣量的增多，重卡用氣量越來越大，提高制動管路空氣處理能力，對制動性能穩定性具有很大的作用。合理匹配空壓機，提高空壓機的排氣量，減少空壓機的負荷率。同時采用多級空氣處理系統，提高制動管路壓縮空氣質量，最大程度去除制動管路中水、油污、固體顆粒、惡劣的化學污染成分，減少或避免對管路、閥件的腐蝕，提高制動效能。

[1] 劉惟信. 汽車設計[M]. 北京：清華大學出版社，2001.

[2] 徐灝. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1992.

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[4] 孫文濤. 重型卡車干燥器間斷排氣問題分析[J].汽車實用技術，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有限公司。