II. Рабочий процесс аппаратов пневматических тормозных приводов

2.1. Аппараты подготовки сжатого воздуха

Компрессоры устанавливаемые на большинстве отечественных автомобилей с пневматическими системами, двухцилиндровые, имею­щие производительность 220 л/с при 2000 об/мин, их вала и про­тиводавлении, близком к максимальному. Привод компрессоров на автомобилях ЗИЛ, МАЗ осуществляется клиноременной передачей от коленчатого вала двигателя, а на автомобилях КамАЗ - шестерен­чатой передачей. Системы охлаждения и смазки компрессоров под­соединены к соответствующим системам двигателя.

После зарядки воздушных баллонов до максимального давле­ния компрессор с помощью регулятора давления переводится на режим холостого хода, когда при сжатии не создается значитель­ного противодавления. Вследствие этого снижается мощность на привод компрессора, например, при максимальной частоте враще­ния его вала и максимальном противодавлении с 1,5... 2,2 до 0,4... 0,6 кВт. Перевод компрессора на режим холостого хода увеличивает его ресурс: капитальный ремонт компрессора произ­водят одновременно с капитальным ремонтом двигателя.

Фильтры в питающей части ПТП служат для очистки сжатого воздуха от влаги. В воздухе, сжимаемом компрессором, имеются вредные для работы ПТП включения, или, как. их называют, за­грязнения. Компонентами загрязнений сжатого воздуха являются твердые частицы, масло и водяной пар. Последний составляет основную часть загрязнений. Вода, образующаяся из пара, смы­вает смазку с трущихся поверхностей в аппаратах привода, спо­собствует усиленному корродированию металлических деталей. В зимнее время замерзание водоконденсата приводит к примерзанию подвижных деталей в аппаратах, закупорке трубопроводов, каналов и отверстий и вызывает частичную или полную потерю работоспособности тормозной системы. Особенно подвержены образованию ледяных пробок места присоединения аппаратов, стыковки трубопроводов и т.п., т.е. места повышенного гидрав­лического сопротивления. Очистка сжатого воздуха от влаги осу­ществляется термодинамическим или адсорбционным способом. Принцип действия термодинамической очистки заключается в ох­лаждении сжатого воздуха и удалении выделившейся при этом влаги. Простейшим средством такой очистки служит баллон. Дви­гаясь по трубопроводу и расширяясь в бал лоне, воздух охлаждает­ся и из него выделяется влага, скапливающаяся в баллоне. Когда последовательно соединяется два баллона-ресивера, то наиболь­шее количество влаги отделяется в первом, который называется "мокрым" ресивером. Отделение влаги происходит различными пу­тями: фильтрацией, гравитационным способом, центробежными сила ми и др. На рис.17 показана схема эффективного влагоотделителя ПААЗ, имеющего радиатор I для охлаждения сжатого воздуха и центробежный отделитель 2. Скопившийся в нижней части конден­сат автоматически удаляется в атмосферу через клапан слива 3, когда регулятор давлений переводит компрессор на режим холос­того хода.

Рис. 17

Недостаток всех термодинамических влагоотделигелей состоит в том, что они, очищая воздух от скопившейся в них влаги, не могут предотвращать выделение влаги при дальнейшем охлаждении воздуха, то есть очищают воздух от влаги без запаса по точке росы. Поэтому для предотвращения замерзания влаги, выделяющейся из воздуха после очистительного устройства, в сжатый воздух вво­дят спирт, который, смешиваясь с выделившейся влагой, образует раствор (антифриз) с низкой температурой замерзания.

По данным Нерсисяна Р.А., зависим ость удельного расхода спирта для предотвращения замерзания влаги в ПТП от темпера­туры окружающей среды (при степени сжатия 8) может быть представлена графиком (рис.18). Из графика видно, что при различных температурах окружающей среды требуется различное количество спирта. Так, при температурах, близких к нулю, удельный расход спирта в 8-10 раз больше, чем при температуре минус 35°С. График позволяет рассчитать оптимальный расход спирта для предот­вращения замерзания влаги в ПТП с запасом между температурой за­мерзания образовавшегося антифриза и температурой окружающей среды (∆tзр = 0°; ∆tзр = 5°; ∆tзр = 10°∆).

Рис. 18

необходимое количество спирта в растворе

количества спиртового пара а сжатом воздухе

расход спирта на 1м² всасываемого давления

Предохранители против замерзания выполняются насосного и испарительного (фитильного) типов. Предохранитель фитильного  типа (КамАЗ) прост по устройству, не требует регулировок и ухода. Поскольку расход спирта зависит от температуры проходящего через него сжатого воздуха, которая меняется в зависимости от темпера­туры окружающей среды, постольку путем правильного выбора места установки предохранителя обеспечивают оптимальный расход спирта в широком диапазоне температур.

Для очистки сжатого воздуха от влаги с запасом по точке росы (осушки) наиболее эффективным средством служат устройства поглощающие пары влаги адсорбентами, например, силикагелем или цеолитами. На схеме (рис.19) показан адсорбирующий осушитель. Сжатый воздух от компрессора поступает в корпус 2 осушителя и, проходя через колонку 5 с адсорбентом, осушается. Далее, сжатый воздух через обратный клапан 4 поступает под колпак осушителя, а затем в баллон 1 ПТП. Когда подача воздуха в баллон I прекра­щается (режим холостого хода компрессора), тогда сжатый воздух

из-под колпака через дроссельное отверстие 3 обратным, потоком продувает адсорбент, и поглощенная им влага испаряется (безнагревная регенерация). Регенерирующий воздух удаляется в атмосферу через клапан 7, замерзание которого предотвращается электрона­гревателем 6.

Рис. 19

Большое значение для эффективной очистки сжатого воздуха от влаги имеет длина трубопровода, соединяющего компрессор с очистным устройством, и интенсивность его обдува. Воздух в тру­бопроводе должен охладиться настолько, чтобы из него выдели­лось максимальное количество влаги для последующего отделения её от воздуха в очистительном устройстве. Однако при этом необ­ходимо исключить в холодное время года образование пробок из твердого конденсата в самых термодинамических влагоотделителях и не снизить активность адсорбента в осушителях.

Разработан метод расчета оптимальной длины трубопровода как для термодинамических, так и для адсорбционных средств очистки воздуха от влаги. Для ПТП современных автомобилей ре­комендуемая длина трубопровода, соединяющего компрессор и воз­духоочиститель, должна быть не менее 3,0... 3,5 м.

Регулятор давления. доказанный на рис.20 устанавливается на автомобилях КамАЗ, выполняет также функции фильтра и пре­дохранительного клапана. В верхней части регулятора, сообщаю­щейся с атмосферой, помещен уравновешивающий поршень 8, натяг пружины 7 которого меняется болтом 6. В поршне установлены впускной 2. и выпускной 3 клапаны, соединенные стержнем. В нижней части регулятора находится разгрузочный клапан 12, соединенный штоком с поршнем 1и прижатый к своему седлу пру­жиной 13. Сжатый воздух из компрессора поступает в корпус, очищается от влаги фильтром 11 и через обратный клапан 9 подается в систему. Водяной конденсат скапливается в пространс­тве над седлом клапана 12. Возрастающее давление воздуха дей­ствует на поршень 8, а также на впускной клапан 2. Пространст­во над поршнем через открытый выпускной клапан 3 и отверстие 5 сообщается с атмосферой.

Когда давление воздух поднимается до верхнего предела регулирования, уравновешивающий поршень 8 перемещается вверх. При этом выпускной клапан закрывается, а впускной открывается. Давлением воздуха поршень I опускается вниз и разгрузочный клапан 12 открывается. Скопившийся водяной конденсат удаляет­ся наружу, а воздух засасываемый компрессором, через это же отверстие выпускается в атмосферу без противодавления. При уменьшении давлений воздуха в системе до низшего предела регулирования, пружина 7 опускает уравновешивающий поршень 8 вниз, выпускной клапан 3 открывается, давление воздуха над поршнем I падает, разгрузочный клапан 12 пружиной 13 закрывается и цикл зарядки баллона повторяется, пружина 13 рассчитана так, что ограничивает максимальное давление в системе при отказе в рабо­те регулятора давления.

Рис. 20

Давление воздуха, соответствующее верхнему пределу регули­рования Р тах, определяется из выражения:

Pmax·Sn=Qпр+Ттр

где

Sn - площадь поршня 8, без площади поршня-седла клапана 2;

Qпр - натяжение пружины 7;

Ттр -  сила трения поршня 8 о стенки корпуса.

Минимальное давление воздуха (Pmin), когда компрессор включается для накачки воздуха в систему может быть определено но формуле:

Pmin (Sn+S’) = Q’пр-Ттр

здесь S’ - площадь поршня-седла клапана 2;

Q’пр - сила натяга пружины в верхнем положении поршня.

Регулятор давления на автомобилях МАЗ-5335 устанавливают, выполненный по схеме, показанной на рис.21. Воздух из компрес­сора подводится к корпусу и, отжимая пружину обратного клапана 8, поступает в баллоны системы. Возрастающее давление воздуха в системе действует на диафрагму, которая прижимается к свое­му седлу, усилием пружин 6 и 7. Натяг последних регулируют болтом 9. Когда давление воздуха в системе достигает верхнего предела регулирования, тогда диафрагма отходит от седла и сжатый воздух поступает в полость над поршнем 2. Поршень перемещается вниз, сжимает возвратную пружину и своим штоком открывает кла­пан 3. Воздух из компрессора через открывшийся клапан 3 выпуска­ется в атмосферу: компрессор переводится на режим холостого, хо­да. При уменьшении давления воздуха до нижнего предела регули­рования диафрагма 5 усилием пружин прижимается к седлу, давление, воздуха над поршнем 2 падает, т.к. сжатый воздух через дроссельное отверстие I выходит в атмосферу, поршень перемещается в вер­хнее полонив, клапан 3 закрывается, и сжатый воздух вновь начинает поступать в систему.

 

 

Рис. 21

На режиме холостого хода компрессора через дроссельное отверстие регулятора постоянно течет воздух. Если непосредственно за регуляторам давления установить защитный клапан, то давление в трубопроводе вследствие его незначительной емкости будет быст­ро падать, предопределяя включение компрессора на режим нагруз­ки. Чтобы избежать частых переходов компрессора от режима холос­того хода на нагрузку, когда давление воздуха в баллонах систе­мы не требует этого, за регулятором давления устанавливают компенсационный бачок 4 (см.рис.12),который выполняет также роль "мокрого" ресивера.

В регуляторе имеется предохранительный клапан 10, выпускающий воздух в атмосферу при избыточном давлении (0,85-0,02)МПа в случае отказа регулятора.

Защитные клапаны разделяют ПТП на контуры при общей систе­ме подготовка сжатого воздуха. Двойной защитный клапан на авто­мобилях КамАЗ служит для разделения привода рабочей тормозной системы не два контура и автоматического отключения неисправ­ного контура для сохранения запаса сжатого воздуха в исправном контуре. Двойной защитный клапан сохраняет запас сжатого воздуха в обоих контурах при нарушении работоспособности магистрали, со­единяющей его с компрессором.

В корпусе II (рис.22) расположен поршень 4 с двумя обрат­ными клапанами З и 5. К седлам, выполненным на поршень, обратные клапаны прижимаются пружинами 10 и 13. В центральном положении поршень удерживается пружинами 2 и 7. В корпусе имеются также.два упора 9 и 14, находящиеся под воздействием пружин 8 и 15. Полости упоров сообщаются с атмосферой. К выводу 12 подводится воздух из компрессора, а выводы 1 и 6 соединены с баллонами двух контуров рабочей тормозной системы.

Воздух из компрессора через обратные клапаны 3 и 5 поступает к выводам I и 6 двух контуров системы. Когда давление воз­духа в выводах I и 6 станет равным давлению в выводе12, тогда зарядка обоих баллонов прекращается. Если, например, из-за неис­правности произойдет снижение давления в конторе, подключенному к выводу I, то поршень 4 под действием разности давлений переместится влево, клапан 3 прижмется к упору 14, и вывод I с его контуром будет автоматически отключен от исправного контура.

Рис. 22

Воздушные баллоны предназначены для аккумулирования запаса сжатого воздуха и сглаживания пульсаций давления. Наличие их в ПТП позволяет компрессору значительное время работать в режиме холостого хода, что удлиняет срок его службы. Объем баллонов позволяет производить несколько торможений и при неработающем компрессоре. Воздушные баллоны (ресиверы) состоят из цилиндри­ческой обечайки и двух выгнутых днищ, приваренных к обечайке. Воздушные баллоны в соответствии с ОСТ 37.001.07 делятся в за­висимости от номинального объема на II групп (от 10 до 80 л), отличающихся нарушим диаметром, длиной, числом бобышек на цилиндрической и торцевой поверхностях. Наибольшее распростра­нение на автомобилях ЗИЛ, КамАЗ, МA3 и транспортируемых ими при­цепах получили воздушные баллоны 40 и 20 л. Максимальный запас воздуха в баллонах контуров должен быть таким, чтобы после восьмикратного полного приведения в действие рабочая тормозная система обеспечив девятое торможение с эффективностью, соответствующей требованиям ГОСТ 22895-77, которым для различных автотранспортных средств предписаны определенные тормозной путь и замедление.