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）

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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制動的問題進行了詳細的分析與計算，對于現有車型的制動或多軸車輛的制動設計提供了理論計算方法及解決方案。

關鍵詞：儲氣筒；制動壓力；空氣管理系統

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多次制動的需求，該問題的發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鍵。

如今汽車技術日新月異，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用，亦需要大量的壓縮空氣。因此，傳統空氣管理系統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是目前市場上現有車輛所采用的空氣管理系統。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

1、不同方案的計算比較

分析壓力提高后的系統，減壓閥后的機構不受壓力提高的影響，每次全制動所消耗的氣量與原狀態相等；只是減壓閥前端機構，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等效為原狀態壓力下僅體積增大的系統，按照現有模型求得每次全制動后儲氣筒的壓力變化，再根據理想氣體定律將儲氣筒內的計算壓力轉化為實際體積下的儲氣筒壓力。

以市場現有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%，結合實際情況，取∑Vs的30%為∑Vg，則∑Vg=3.3292×30%=0.9988L。

設計時，一般取儲氣筒的總容積VC≈(20～40)∑VS，則

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

由汽車設計可知，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—全部制動管路的總容積之和L；

Vc—儲氣筒總容積L；

Psmax—制動閥控制的最大工作壓力bar；

P0—大氣壓力bar。

按GB12676規定，空壓機停止工作，行車制動經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急制動的效能才可以保證制動的安全性。將以上的計算數據代入全制動后的氣壓變化公式分別計算原狀態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表

通過表1比較可得，僅通過增加體積來增加制動次數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的規定，當儲氣筒最低絕對壓力為5.5bar時，按照現有解決方法，只有體積為140L或以上時，才符合標準規定。

2、新方案的優缺點論述

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的計算數據可以得出，新方案的制動次數將大幅度的增加。以原狀態和壓力提高至12bar兩種狀態相比，當儲氣筒最低絕對壓力為5.5bar時，根據制動次數計算公式可得，原狀態只有7次，而新方案制動次數為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制動次數。

Pcmax，Pcmin—儲氣筒內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，通過新方案可以節省兩個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勢。

按GB12676規定，發動機怠速狀態下，將儲氣筒存氣排凈，關閉所有儲氣筒放氣閥，將發動機轉速升至最大功率轉速，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，根據第三強度理論推導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。不存在技術難度，對成本的影響也很小。

Pc—儲氣筒內氣壓 D—儲氣筒圓周部分內徑 t—儲氣筒的壁厚

3、結論

通過以上計算和比較，針對市場現有常見車型，為了優化整車布置、降低成本等優點，可以通過將調壓閥的切斷壓力調至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進行優化。

針對目前存在的部分細分市場，如三軸或多軸車型、體現輕量化設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點考慮，可以通過將調壓閥的切斷壓力調至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進行優化。

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