《大型养路机械制动技术》课件 09项目三 任务二 认知风源系统的主要部件及其附件

《大型养路机械制动技术》项目三风源系统目录CONTENTS任务1认知风源系统任务3分析及处理风源系统的故障任务2认知风源系统的主要部件及其附件任务2认知风源系统的主要部件及其附件【任务描述】

了解风源系统的主要组成部件，能够阐述各组成部件的作用、结构和工作原理。课前同学们要完成对风源系统主要组成部件的作用、结构和工作原理的学习，课中汇报学习成果，同时老师讲解各个主要组成部件的作用、结构和工作原理，课后同学们要根据所学知识自主对风源系统主要组成部件的作用、结构和工作原理进行更深入的探究。任务2认知风源系统的主要部件及其附件【配套知识】一、空气压缩机二、散热器、集尘器、高压安全阀三、压力控制装置四、空气干燥器五、防冻液泵六、总风缸七、顺序阀八、消声器九、空气过滤器十、压力开关十一、制动风缸任务2认知风源系统的主要部件及其附件风源系统中各部件共同工作，为铁路大型养路机械提供必要的压缩空气，确保了压缩空气在送达制动机之前经过了冷却、干燥、分离杂质等净化过程，保证空气的清洁和干燥，避免管道和阀件腐蚀以及制动机工作不正常的情况发生。下面，我们从作用、结构及工作原理方面着手对供气系统组成中的主要部件进行分析讨论，以全面了解和掌握气源系统的工作过程。任务2认知风源系统的主要部件及其附件一、空气压缩机

1.空气压缩机的作用空气制动是以压力空气为动力来源的。空气压缩机用来制造具有一定压力的压缩空气，除供应本机的制动系统和气动系统使用外，还供应牵引联挂时其他车辆制动机的使用。2.空气压缩机的结构大型养路机械常见气源系统直接采用安装在柴油机端部的V型、双缸空气压缩机，没有单独增设空气压缩机或空气压缩机组，这种安装方式的空气压缩机详细构造可参阅柴油机随机资料。任务2认知风源系统的主要部件及其附件一、空气压缩机空气压缩机在柴油机端部的安装任务2认知风源系统的主要部件及其附件一、空气压缩机特殊环境下大型养路机械会加装独立的空气压缩机，如高原型大型养路机械，以及需要大量风源的钢轨打磨车、钢轨铣磨车等机型。独立的空气压缩机常用的类型主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机。表3-1为两者的对比，在选用时要结合实际需要及使用环境进行合理选用。任务2认知风源系统的主要部件及其附件一、空气压缩机对比维度活塞式空压机螺杆式空压机工作原理活塞在气缸内往复运动压缩气体阴阳转子旋转挤压压缩气体供气方式间断性供气，气流脉动大连续平稳供气，无气流脉动压缩效率55%-65%（能量损耗较大）75%-85%（旋转损耗小）噪音水平≥85dB，需减振基础≤70dB，无需特殊基础维护成本易损件多，维护频率高仅需定期更换滤芯/润滑油排气温度150-200℃（冷却困难）75-90℃（内置冷却器）适用场景小流量/高压/间歇工况大流量/连续生产场景表3-1活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机对比任务2认知风源系统的主要部件及其附件二、散热器、集尘器、高压安全阀散热器是用来冷却过热压缩空气的器件。从空压机排气口输出的压缩空气温度较高，遇风管、阀等器件冷却后将析出冷凝水，给制动机的使用带来危害，因而必须对其进行处理。散热器安装在集尘器之前的空压机每缸的输出管路上。散热器的结构较简单，是用φ18×1.5无缝钢管制成的盘状螺旋管，如图所示。散热器只是加大压缩空气与大气间的散热面积，加快压缩空气的冷却，使集尘器能更多地析出凝结水，从而提高输入到总风缸储存的压缩空气的质量。任务2认知风源系统的主要部件及其附件集尘器1.集尘器的作用集尘器是用来清除压缩空气中液态的水和固态的机械杂物，以提高压缩空气的清洁度，确保制动机稳定和可靠地工作。大型养路机械风源系统中的集尘器装在散热器之后、总风缸之前的空压机每缸的输出管路上，故共设置了两个集尘器。集尘器应垂直安装，其排水阀向下，并注意必须按圆柱杯体上的箭头方向进行配管，不可将输入与输出接反。从空压机输出的是过饱和的湿空气，带有大量的水分和少量的尘埃，如果压缩空气将它们带到制动机各部件内，就会因温度降低析出液态凝结水，锈蚀机件；因为机械杂物堵塞孔道、垫住阀口，从而影响制动机的正常使用。因此，设置集尘器对压缩空气进行净化处理是完全必要的。二、散热器、集尘器、高压安全阀任务2认知风源系统的主要部件及其附件集尘器2.集尘器的工作原理当压缩空气由输入端进入，通过集尘器体内导向孔后，气流呈旋转状，绕内壁作高速圆周运动，在离心力作用下，油、水和大颗粒尘埃顺着内壁滑落，聚集到集尘器的底部；而较洁净的压缩空气从输出端流出。析出的油、水等存留于集尘器下部，因此，在使用时，应经常打开排水阀的手柄，排除污水并定期清洗集尘器。二、散热器、集尘器、高压安全阀任务2认知风源系统的主要部件及其附件高压安全阀1.高压安全阀的作用为确保系统的安全，必须严格控制压缩空气的最大压力。高压安全阀就是为确保总风缸气压不超过最大工作压力而设置的。空气制动机风源系统工作的正常与否，直接关系到大型养路机械运行的安全性。由于风源系统属高压气路并设有压力容器风缸。因此，必须保证风源系统在额定压力下可靠地工作。设置高压安全阀和压力调节装置以保证大型养路机械运行的安全。高压安全阀设置在空气压缩机每缸的输出通道上，共有两个。它们分别安装在集尘器的输出口，一旦出现压力调节装置失控故障，高压安全阀能自动限制供气系统的最高压力不超过高压安全阀的压力调定值（900kPa）并报警，起到安全保护的作用。二、散热器、集尘器、高压安全阀任务2认知风源系统的主要部件及其附件高压安全阀2.高压安全阀的结构国产高压安全阀的结构如图3-5所示，它由弹簧盒1、阀杆2、弹簧3、阀4、止挡环5、锁紧螺母6、阀座7等部件组成。阀4的下侧与空压机排气口的输出通路相通。二、散热器、集尘器、高压安全阀任务2认知风源系统的主要部件及其附件高压安全阀二、散热器、集尘器、高压安全阀3.高压安全阀的工作原理当连接管路的压力值大于弹簧3的调定值时，推动阀4上移，开放通大气口。因排风口远大于管路截面，使得管路压力较快下降，当降至低于弹簧3的反力后，阀4又被压回到阀座7上，关闭阀口。由于压缩机在连续不断地输出压缩空气，故安全阀阀口开和闭的动作也就交错进行、连续不断，使得连接管路的压力无法再增加。同时，因阀口开启时伴有清晰的音响声，故相当于给司机发出报警声，警告司机必须停止压缩机的运转。高压安全阀是制动机供气系统中的安全保护装置，相对于压力调节器、压力控制器，它提供的是系统的二级保护，在一级保护装置--压力调节器和压力控制器失效的情况下，仍能保证系统的安全。当安全阀开启后，要停机仔细查找原因，消除故障隐患。任务2认知风源系统的主要部件及其附件三、压力控制装置

压力控制装置的作用是实现供风的压力控制，也即控制总风缸的压力空气经常保持在规定的压力范围内。大型养路机械风源系统中的总风缸压力范围一般为640～720kPa。然而，空气压缩机是随同柴油机连续工作的，这就有可能使总风缸的空气压力达到无限高，因此，在总风缸与空气压缩机之间的管路上必须装设压力控制装置。

压力控制装置根据总风缸内压力空气的压力变化，接通或断开空压机排气口至总风缸的通道，使总风缸的空气压力经常保持在规定范围内。整车进口及早期国产化生产的车型压力控制装置采用的是压力调节阀。优化改进后的风源系统压力控制装置采用的是压力调节器与电磁换向阀的组合。任务2认知风源系统的主要部件及其附件三、压力控制装置（一）压力调节阀1.90201压力调节器的结构压力调节器是德国克诺尔(KONRR)公司生产的进口件，代号为90201。压力调节器的外形及内部结构原理示意如图所示。任务2认知风源系统的主要部件及其附件三、压力控制装置

1.90201压力调节器的结构

工作原理：从进气口进入的压力空气具有干燥器出口的压力，当系统压力达到系统上限值P上=720kPa时，此时有P上A1=G＋Kχ。(其中A1为阀芯与下阀口的包容面积，G为阀芯的重量，Ｋ为弹簧曲度系数，χ为弹簧压缩量。)顶开阀芯的下阀口，并使其上阀口迅速向上运动与外圈的下底面接触。这时，进口压力空气到达出气口控制风控排风阀及干燥器排风排水。当系统压力逐渐下降达到下限值P下=640kPa时，此时有P下A2=G＋K(χ＋a)。其中A2为阀芯下底面面积，G为阀芯的重量，K为弹簧曲度系数，(χ＋a)为弹簧压缩量。阀芯在弹簧力的作用下，上阀口与外圈阀口分离，这时，出口与进口的压力空气通过内圈的中心孔从顶部排向大气，阀芯的下阀口阀口迅速向下运动关闭进口。这时，风控排风阀及干燥器停止排风、排水。任务2认知风源系统的主要部件及其附件三、压力控制装置2.KP35压力调节器以Danfoss（丹佛斯）公司提供的KP35压力调节器讲解其控制特点。1.高精度调节：KP35压力调节器能够提供精确的压力控制，确保系统内的压力稳定在设定值附近。2.调节范围大：该调节器支持较宽的压力调节范围，可以满足不同应用场景的需求。3.耐用性强：采用高质量材料制造，具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，能够在恶劣环境下长期稳定工作。4.易于安装和维护：结构紧凑，设计合理，便于现场安装与后续维护。5.安全可靠：具备过压保护功能，当系统压力超出设定的安全范围时，能够自动进行调整或切断，确保系统的安全性。任务2认知风源系统的主要部件及其附件三、压力控制装置2.KP35压力调节器KP35压力调节器调整方法：首先进行压力‌上限调整，逆时针松开顶部压力调节螺丝的锁紧螺母，连接空气压缩机和压力表后顺时针旋转可增加设定压力，逆时针旋转则降低设定压力，旋转至目标值（如720kPa）并锁紧；然后设定差动值，松开差动调节螺丝的锁紧螺母，使用螺丝刀旋转差动调节螺丝。任务2认知风源系统的主要部件及其附件四、空气干燥器

在压缩空气设备中，压缩空气中的湿气腐蚀和冻结危险常常导致气动装置出现故障和过早磨损。如右图所示，饱和极限视温度而变化，随着温度的升高，空气能吸收更多的水分。由此可知：在压缩机的压缩过程中由于温度的升高不会凝结出水，只有当已输出的压缩空气在二次冷却器中重新冷却时才会凝结出水，因此，在压缩空气系统中的空气再冷却后总是处于饱和状态。

空气干燥装置在任何外界温度的情况下都能最大程度满足干燥要求，其采用冷却再生吸附法。这种方法基于以下物理过程：潮湿的压缩空气通过由干燥剂，这种干燥剂能够在流经的空气中吸走水蒸气。1.空气干燥装置的作用任务2认知风源系统的主要部件及其附件四、空气干燥器

双塔式空气干燥装置同时进行两个工序，即干燥阶段和再生阶段并行。当一个塔中主气流进行干燥时，另一塔中的干燥剂则进行再生。来自压缩机的潮湿的压缩空气进入空气干燥装置后，首先在油分离器中被吸走凝结出的冷凝水和油，随后空气流经装有强吸收力的干燥剂塔。空气通过吸附剂时，所含的大量水分被吸走，使主气流在流出干燥设备时的相对湿度保持在小于35%。

一部分干燥空气被分流出来，流经再生喷嘴后被减压，再通过第二个塔中已饱和的干燥剂而排入大气中。经过减压而变得极为干燥的空气从需要再生的干燥剂中吸走了在这之前的干燥阶段中被吸附的水分。2.空气干燥装置的工作原理任务2认知风源系统的主要部件及其附件四、空气干燥器

大型养路机械上使用较多的干燥器是WABCO型双罐式空气干燥器。其中的吸附剂（活性氧化铝、硅胶等）对水分具有高压吸附，低压脱附的特性。干燥器除了干燥功能，一些型号还具有加热功能，在低温时能够对压缩空气加热，所以装备这种干燥器后风源系统可不再安装防冻液泵。任务2

认知风源系统的主要部件及其附件四、空气干燥器任务2认知风源系统的主要部件及其附件从压缩机出来的压缩空气流经接头(1)，经过滤清器（m）进入孔径（E）。压缩空气中可能含有的杂物和油份在过滤器（m）中被分离。压缩空气从孔径（E）经过自动开启的阀（1）进入气室（F）并进入右罐，经过环形间隙（A）流到装干燥剂的罐芯(d)的顶端。经过部分过滤的空气流经多孔的滤网（a）和毡垫（b），从上到下通过罐芯（d）内的颗粒型干燥剂(c)，然后通过毡垫（e）和多孔滤网(f)进入孔径(G)。当空气从颗粒型干燥剂的颗粒缝中流过时，空气中的水分被附着在颗粒(c)表面。这样，这部分空气就被干燥。在片状阀(n)和止回阀(g)开启以后，这部分经干燥的空气通过接头（2）到达储气缸。与此同时，一部分空气则从孔径(G)流出通过孔径(D)流到膜片(p)的背面。由此，在此空气的压力下气阀(o)关闭了从气室(H)到孔径(E)的连接通道。另一部分干燥后的空气从孔径(G)流出，经过片状阀上的节流孔（n和q）来到另一个罐（这个节流孔是按照空气压缩机的产量而调节的），再从下到上流经颗粒干燥剂(r)流到罐芯(s)的背面。同时，干燥的空气带走附着在干燥剂颗粒(r)表面上的水分流经环状间隙(K)、气室(H)和气阀(o)到达排气口（3）。这样，在左罐中原先已经吸收了水分的干燥剂就被还原。四、空气干燥器在经过一段预设的时间以后，电子控制单元向螺线管(h)释放出电流。衔铁(i)缩回，压缩空气从接头(2)处流经孔径(B)到达膜片(k)的背面。气阀（1）关闭了从孔径（E）到气室(F)的通道。气室(F)以及孔径（G）和（D）中的压缩空气通过气阀（1）以及孔径(C)、排气口（3）进入大气。止回阀(g)关闭，设备中的压力仍保持。这是由于孔径(G)中压力下降，片状阀(n)也关闭而造成的。由于孔径(D)中的压力下降以及由此而造成的膜片(p)处压力下降，孔径(E)中的压力把阀(o)打开。从空气压缩机来的压缩空气现在流经气室(H)、左罐内的环形间隙(K)以及罐芯（s）的颗粒干燥剂（r）。在左罐内的空气干燥过程就象前面所述的右罐内的那样。在片状阀（q）和止回阀(g)打开以后干燥空气流经接头（2）进入储气缸。干燥空气流经片状阀(n)上的节流孔到达颗粒(c)的背面，因此再一次发生“冲洗”过程。在经过一段预定的时间以后，电子控制单元中断了向螺线管（h）供应的电流。电磁衔铁（i）把从接头（2）的通道关闭，而膜片（k）背面通过孔径(B)和螺线管的排气口与大气相通。孔径(E)内的空气压力把阀（１）打开从而使孔径(E)到气室(F)的通道打开。同时，阀（１）把气室(F)到孔径(C)的通道关闭。从压缩机出来的空气则再一次进入右罐，经过环状间隙（A）,流经罐芯（d）内的颗粒干燥剂(c)。在流过罐芯(d)以后，空气流经孔径(D)到达膜片(p)的背面，阀(o)则反过来。任务2认知风源系统的主要部件及其附件五、防冻液泵

防冻液泵是针对压缩空气的冷凝水问题而设置的。防冻液注入阀的作用是把防冻液加入到压缩空气中，从而降低冷凝水结冰的冰点。在防冻液泵内加入防冻液，手动上下来回压阀泵上的手柄，把防冻液雾化到压缩空气中去。当环境温度较低时，压缩空气析出的冷凝水由于混有防冻液，使冷凝水不容易结冰，从而保证制动机在较冷的气温下能正常工作，减少管路堵塞、阀体失灵等故障。大机型养路机械的气源系统中，并不都设置有防冻液泵。一方面要视各种养路机械在冬季施工的工作量、时间长短等因素来决定；另一方面气源系统加装干燥器后，气路系统中的冷凝水已大为减少，故也没有设置防冻液注入阀的必要。任务2认知风源系统的主要部件及其附件六、总风缸总风缸用来储存由空气压缩机生产的压力空气。总风缸也称之为主风缸，在各种大型养路机械的气源系统中，总风缸被冠之以主风缸、作用风缸、制动风缸等名称，它们实质上皆为总风缸，都是气源系统中用来储存压力空气，以备向制动系统、气动系统供风的压力容器。1.总风缸容积总风缸的容积与制动系统的容积、空气压缩机的排风量、列车管减压量、总风缸允许压差、管系泄漏及充气缓解时间等有关。当然，总风缸的容量越大对制动系统的使用越安全，但增大总风缸的容积，势必增大安装所需的空间，增加车辆的自重，另一方面也会增加空气压缩机的打风时间。所以，应该合理选择总风缸的容积，做到既能保证用风时的需要，又能最大限度地利用大型养路机械车架底部的空间。任务2认知风源系统的主要部件及其附件六、总风缸总风缸的结构如图3-10所示。总风缸均由缸体和两个呈凸形的端盖焊接而成，总风缸的两端及下部都焊有管接头。总风缸两端的管接头用以与空压机输出管、总风缸管相通，下部的管接头用以安装排水塞门。由集尘器来的压缩空气在总风缸内进一步冷却，又会析出水分(凝结水),为此应经常开放总风缸排水塞门，放出缸内积水。排水塞门的构造如图3-11所示，它与截断塞门基本相同，形状略小。图3-10

总风缸结构图

图3-11

排水塞门

1-端盖；2-缸体；3-管接头

1-塞门体；2-塞门芯；3-手把任务2认知风源系统的主要部件及其附件七、顺序阀顺序阀是气路的方向控制阀，它控制气路只能单向流通。大型养路机械气源系统中的顺序阀安装在制动风缸与作业风缸之间的通路上。顺序阀的调整压力为340~380KPa。无论是制动风缸，还是作业风缸，其实质都是用来储存空压机输出压力空气的容器。在大型养路机械空气制动及气动系统中之所以分别称为制动风缸、作业风缸，是由其后所连通的系统来区分的：制动风缸与制动系统连通，作业风缸与气动作业系统连通。由于运行和作业是两种完全不同的工况，在运行时，制动、缓解等所需的用风量大，而此时作业气动系统基本不需要用风，如此，作业风缸的压力空气闲置不用，造成浪费。在制动风缸与作业风缸之间用风管连通并加装顺序阀，就可以把作业风缸闲置的压力空气加以利用。顺序阀安装时需注意阀体上的箭头所指方向，应将输入端连在作业风缸侧，输出端连在制动风缸侧。当作业风缸侧的压力空气高于设定压力时，顺序阀就开通，作业风缸侧的压力空气就进入总风缸。顺序阀具有单向导通性，制动风缸侧的压力空气不能进入作业风缸，因此，倘若万一出现作业风缸侧管路大量泄露，则仍能保证制动机正常工作。任务2认知风源系统的主要部件及其附件八、消声器消声器也称消音器，是用来降低压缩空气排气时产生的噪音，以改善工作环境。消声器的结构如图3-12所示，它由内壁1、外壁2、上端盖3、下端盖4、填充物5等组成。内壁、外壁均系圆筒形钢管制成，中间填充能吸收空气振动的碳酸纤维材料。消声器的上端与气控阀的排气口相连，当总风缸压力超过720KPa时，空压机输出的压缩空气从气控阀的排气口排出，经消声器排入大气，从而大大降低了排气噪音。1-内壁；2-外壁；3-上端盖；4-下端盖；5-填充物；6-接头图3-12消声器任务2认知风源系统的主要部件及其附件九、空气过滤器在大型养路机械制动系统的主风缸通往各用风系统的管道上，一般都安装空气过滤器，用以对压缩空气作进一步的净化处理，以防止压力空气中更细小的机械杂质和尘埃进入制动机而影响各阀的正常工作。空气过滤器的结构如图3-13所示，它主要由盖1、密封垫2、O形圈3、滤芯4、壳体5组成。任务2认知风源系统的主要部件及其附件1-盖；2-密封垫；3-0型圈；4-滤芯；5-壳体图3-13空气过滤器十、压力开关压力开关属于气动电