重卡制动空气处理系统研究

王小飞

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

重卡制动空气处理系统研究

王小飞

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

目前，重卡普遍采用气制动，若制动管路空气质量差，将影响阀体的正常工作或者失效，降低制动效能。本文结合实际分析了影响制动管路空气质量的原因，提出了提高制动管路空气质量的几项对应措施，进一步提出了制动系统某些零部件匹配推荐值，对提升制动管路空气质量具有一定的参考意义。

重卡；空气处理单元；冷凝器

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

引言

不管车辆在何种工况下运行，干燥且洁净的压缩空气是保证车辆正常运行的根本。制动系统空气处理系统能力不强，将导致如下问题：水、油污、固体颗粒、恶劣的化学污染成分，导致管路结冰冻住，或者管路腐蚀，影响阀体的正常工作或者失效，行车存在着极大的安全隐患。本文对如何提升重卡管路中压缩空气质量进行研究。

1、影响重卡制动管路空气质量的原因

目前，影响重卡制动管路空气质量的原因主要有以下几点：1）尤其工程车或市政车等行驶车速过低，相应地发动机和空压机转速也低，发动机低速运转时，其空压机排气量也小。同时，重卡由于频繁制动，用气量大，这样导致空压机长时间供气，气压却达不到干燥器切断压力，干燥器长时间不能排气排水。干燥器的工作性能下降，这样便造成管路存水，一旦制动管路温度低于冰点温度，将造成管路结冰；2）由于重卡行驶路况的复杂性及环境气候的多样性，空压机和空气干燥器等制动系统零件的高温工况和低温工况的工作比例偏大，零部件寿命和性能严重下降。在某些工况时，由于车辆匹配不合理，负荷率和再生反冲比不合理或维修保养不及时等客观存在的原因，空气处理单元干燥筒的性

能下降，甚至不起任何干燥的作用。3）如果管路布置不合理，在管路最低处会存水结冰（冬季）；空压机到干燥器间的散热管路过长，温度下降过多，露点降缩小，相对湿度增大，空气干燥器的性能下降；散热管过短，温度没降到空气处理单元进气口允许范围，影响其工作效能。4）由于空压机窜油量大，油污不能及时排出，油污积存量大，直接影响空气处理单元的性能，污染制动管路，影响制动性能。5)储气筒管路连接不合理，比如“一根管子”连接方式没有有效发挥储气筒的作用。

2、提高制动管路空气质量的措施

针对制动管路存在的原因，解决措施如下：1）通过提高空压机质量、加大空压机排量等方法来减少空压机的使用效率，防止空压机频繁工作，降低空压机温度，可减少空压机窜油对制动系统空气质量的影响；2）选择与重卡相匹配的空气处理单元并正确使用与安装，以确保空气处理单元有良好的除油、干燥能力；3）在空压机至干燥器这段管路走向上需考虑水的走向，防止管路最低处存水结冰，合理选择管路长度和内径。4）增加一级空气处理装置，提高制动系统散热、排水以及除油能力；5）对储气筒管路进行优化布置，充分发挥储气筒蓄能、稳压、降温及过滤等四大功能。

2.1 空压机的匹配

表1 空气消耗参数表

空压机负载循环：车辆运行过程中空压机为储气筒提供空气时间的总量。选择空压机最终的指标是最恶劣工况下负荷率不大于35%。针对重卡用气量大且兼顾燃油经济性的现状，增大发动机到空压机的传动比，以提高空压机的实际工作转速，有利于提高空压机的供气量，降低负荷率。如果车辆装有多个消耗空气装置，应该选择更大一型号的空压机，可使用离合器型空压机。如表1所示，使用下表作参考，根据空气消耗表进行计算。如果总值小于5，一般单缸空压机就可以了。如果总值大于5，推荐使用双缸空压机。

2.2 空气处理单元选择

空气处理单元的型式和性能对制动系统中的压缩空气质量至关重要。空气处理单元由干燥器和四回路保护阀以及其他附件集成在一起。在重卡轻量化设计的主流下，集成、紧凑式的空气处理单元减少整车自重。空气处理单元匹配时不仅需要考虑负荷率，还需考虑空气的再生比例。对于重型卡车，空气处理单元的负荷率应小于50%；常规800 KPa制动系统的空气再生比应不小于16%。空气处理单元的压力设定对负荷率和再生比有影响。为避免空压机至空气处理单元间的管路结冰，空气处理单元进气口的温度至少要高于环境温度15 ℃，且小于65℃。为防止液化，空压机至空气处理单元进气口的温度差应小于100 ℃。

最新的空气处理单元上不仅集成了油水分离装置，而且还有专门强化去油的干燥筒。带有五重过滤的功能，有效的吸附了水及油污和固体即悬浮颗粒 ，提供了更高的干燥能力。如果管路中的压力太高时，干燥器中的安全阀将被打开，起到保护作用；为了保证制动管路在冬季低温时期的制动效能，干燥器还装有一个电子加热装置用来加热进入干燥筒之前的压缩空气，以达到理想的干燥效果。压缩空气中的油分主要有2 种：1）无极性的油；2）氧化油。氧化油是空压机在高压、高温和高负荷率时产生的，无极性的油对橡胶密封零件几乎没有影响。而氧化油破裂的油分子对橡胶件的破坏力极大。具有滤油功能的OSC，集成在干燥筒内，用特殊的过滤介质分离液态油污及悬浮颗粒，能滤掉98%以上的氧化油悬浮颗粒。

2.3 空压机进气管和散热管的设计

（1）空压机进气管的设计

在进行森林抚育操作过程中，对树木进行修剪枝条非常重要，不仅能够有效的改善目标树木的生长情况，还能够提升其发育的状态，更好的让其得到生长。一般来说，在修去树冠下部的1～2轮活枝时，为了不对整个树木的枝干产生一定的伤害，需要对树干的枝桩尽量进行平整的修剪。并且，在对不同生长阶段的林木进行修剪过程中，科学的保留对应的冠长非常重要。

如果空压机的负载循环超过车辆运转时间的25%，空压机工作温度会升高，并可能过热，这将降低活塞环的密封，使更多的油进入到压缩空气排气腔中，导致空压机寿命降低。充气时间小于等于

汽车运转时间的25%时将得到最佳耐用性。在空气系统布置中，空压机进气口处的进气阻力小于400mmH2O，如表2所示，为进气接头和进气管的内径的推荐值。进气管线连接在空滤器输出口是最佳选择。

表2 推荐的进气接头和进气管线的最小内径

（2）空压机散热管的设计

散热管应从空压机排气口逐渐向下倾斜，无渗漏。在无法从空压机按照逐渐倾斜的路线安装排气管的情况下，大致还有2种安装方式，如图1所示，○1可以在散热管安装时，距离空压机300～600mm处急剧向上，然后再下降到干燥器。○2允许散热管从空压机开始下降到较低位置，但保持散热管一定的平直段（平直段散热管长度应大于下降段散热管和上升段散热管长度之和），然后散热管上升布置到冷凝器进气口位置。不应该出现局部较低拐点，这样容易导致存水积冰。散热管管线尺寸指导适用于一般安装，首要目的是保证在最差运转条件下，空气干燥器入口处释放空气的温度不能超过65℃，温度过高会降低干燥器中除湿效果。

如表3所示，散热管的长度的建议只是初步推荐值，其基本目标是为了保证干燥器的进气温度不超过65℃。具体的输出管路长度和直径可以由试验决定。干燥器进气温度的测量：

（1）在输出管路上安装温度传感器（尽可能的靠近干燥器）；

（3）将温度传感器连接到数据收集装置；

（4）启动发动机，并让空压机开始供气；

（5）发动机转速设定为1600RPM(发动机平均转速)，在达到系统压力后保持运转10分钟；

（6）观察并记录每次供气的温度；

（7）踩刹车，以便空压机继续供气；

（8）重复步骤（7），三次以检查试验结果的可靠性。每次循环中间允许间隔2分钟；

（9）保持发动机怠速5分钟，然后关闭发动机。

2.4 增加一级空气处理装置

冷凝器是安装在散热管和空气处理单元之间，起降温、滤油以及排水的作用，同时对空气处理单元起保护作用，减少维护成本。冷凝器的种类可分为大致两种，电控冷凝器、气控冷凝器，下面对比介绍这两种不同之处。

电控式冷凝器的工作原理为，分离压缩空气中的水及油污，同时能够冷却压缩空气，达到90%的污染物能够被隔离和排掉，安装有电控放水阀，通过制动开关或者制动灯以及时间继电器，在空压机负荷率非常高的情况下或者用气量非常大的情况下，增加了干燥器的使用寿命，含有水及油污的压缩空气通过进气口流动到出气口，分离的水及油污被收集在冷凝器的底部，并且通过电控放水阀排掉。

如图2所示，气控冷凝器是通过干燥器的卸荷控制排污，具有良好的油水分离效果 ，增加了分离腔的空间 ，不需要电控回路的安装 ，维修更方便(需要保养的部件比较少) ，气压式冷凝器的工作原理，在空压机打气过程中，冷凝器分离流动压缩空气中的油污及水滴 ，冷凝的物体通过过滤网 ，过滤网将收集相应的油污并与压缩空气分离 。气控冷

凝器的工作原理大致分两个阶段：工作过程和卸荷阶段。工作过程：冷凝器随着进气口(P1) 压力的增加，打开进气膜片；压缩空气和冷凝物将通过进气阀门，直到膜片恢复到压力平衡 ；压缩空气和冷凝物储存在冷凝物收集腔(P2) ；供气过程结束后，进气阀门膜片将关闭 。在卸荷阶段：当空气干燥器处于卸荷状态后，将使空压机和干燥器断开 ；排气阀门打开，冷凝物通过排气阀门排入大气或流入外置收集筒中 当冷凝物收集器（P2)中的压力降到一定值后，膜片关闭 。

2.5 优化储气筒管路连接方式

储气筒有蓄能、稳压、降温及过滤四大作用，是制动系统最后一级的空气处理装置，重卡上用气地方有很多，这就需要先将压缩空气储存在储气筒中，等到制动或其他系统用气时使用。同时由于空压机活塞的上下运动，使得流入车辆气路中的压缩空气极不稳定。储气筒的作用就如同水库一样起到稳压的作用。空气经过压缩之后，如果散热管不能有效降温，经过空气处理单元之后压缩空气中还是有一定水分，经过储气筒之后会再有一个降温的过程，空气中的水分经过冷凝会沉淀在储气筒底部，驾驶员通过下面的放水阀定期排水，从而储气筒对气路中的水起到最后的屏蔽过滤作用。

如上图2所示，（a）、（b）分别为储气筒“两根管”和“一根管”接法示意图，当在空压机不打气的情况下，系统用气均来自储气筒、两种接法无法区别。当在空压机打气的情况下，有“两根管”时，压缩空气经进气口到储气筒进行处理再从出气口出来，到达用气单元。有“一根管”时，在储气筒失压等复杂情况下，四回路保护阀过来的压缩空气直接到用气单元，储气筒的作用不能充分发挥。通常干燥器在进气温度超过66℃后，过滤性能将衰弱。压缩空气中仍有一些水分，这就需要经过储气筒冷凝、沉淀及过滤，干燥器一旦失效，制动系统将失去最后一道保险屏障，致使影响制动效能的更好发挥。如图2（c）所示，当储气筒的接口上下分布式，下方接口作为进气口，上方接口作为出气口，以防储气筒水分过多时，通过压缩空气进入各控制管路。

3、结论

随着空气悬架及辅助用气等用气量的增多，重卡用气量越来越大，提高制动管路空气处理能力，对制动性能稳定性具有很大的作用。合理匹配空压机，提高空压机的排气量，减少空压机的负荷率。同时采用多级空气处理系统，提高制动管路压缩空气质量，最大程度去除制动管路中水、油污、固体颗粒、恶劣的化学污染成分，减少或避免对管路、阀件的腐蚀，提高制动效能。

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[2] 徐灏. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，1992.

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[4] 孙文涛. 重型卡车干燥器间断排气问题分析[J].汽车实用技术，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

王小飞，就职于陕西重型汽车有限公司。