摘要：列举了气压传输系统的几种设计方案，分析了几种方法的可行性及优缺点，并主要论述了气压传输法的详细设计思路及实验结果，并进行了相关的分析计算。

关键词：气压传输系统 添加剂 压气传输 流量控制

设计要求：

系统为车载移动式。添加剂为腐蚀性液体，密度1.0×10³㎏/m³，添加剂箱容积要求为300升且箱体及系统要耐腐蚀，添加剂喷洒量要均匀、稳定、可调整且调整跟随性好（即添加剂的喷洒量可以及时的随着稀浆封层车的工作状况调整添加剂的喷洒量，使添加剂量和封层车的工作状况一致，尽量减少延迟），调整范围为0～45l/min。整个添加剂系统要求体积小、重量轻、功率小能适应底盘车的工作环境。

1、泵马达型设计方案

本方案的设计出发点是：根据齿轮泵每转排量固定，通过调整齿轮泵的转速来调节齿轮泵的输出流量。齿轮泵为不锈钢齿轮泵。系统简单，控制容易实现，系统可以做成开环。系统工作原理图如图1所示：

图1

由上图可以看出：因为不锈钢齿轮泵的每转排量是一定的，即不锈钢齿轮泵每转一转，从齿轮泵流出的添加剂量一般是固定的。我们现在只要调整不锈钢齿轮泵的转速即调整供给它动力的液压马达的转速即可调整不锈钢齿轮泵的输出流量。我们现在只需要选择合适的液压马达和不锈钢齿轮泵即可。设计要求添加剂的流量范围为0～45l/min，我们现在先根据流量要求选择合适的不锈钢齿轮泵（尽量选小排量的齿轮泵，这样的结果是齿轮泵的输出流量稳定、脉动小），工作时使泵转速从零起步到某一个转速能够覆盖我们的流量范围要求。但是从零起步齿轮泵的工作稳定性根本无法达到，据笔者调查：市场上不锈钢齿轮泵生产厂家很少，齿轮泵的最小稳定转速为500r/min（黄河液压件厂生产），即齿轮泵输出的流量根本无法从零起步，根本无法输出小流量。而且齿轮泵在低转速下（500r/min）稳定性很差。经我们调查，德国斯可金格齿轮泵勉强可以使用，而且该泵的体积很小约110mm×70mm×70mm（长×宽×高）,但是该泵价格很高约1.3万元人民币。进口不锈钢齿轮计量泵的外形如下图2所示：

图2

另外一方面在液压马达方面又无法达到我们的工作要求。由于稀浆封层车为移动设备，所有动力均来自底盘车的发动机，而底盘车能够分配给添加剂系统的动力非常有限，所以我们只能选小排量的液压马达。市场上小排量液压马达CM-F系列、GM5系列、B系列马达的参数为：

型号	额定压力MPa	转速r/min	排量ml/r	生产厂家
CM-F	14	1900～2400	11～40	榆次液压件厂
GM5	16～25	500～4000	5～25	长江液压件厂
B系列	16～20	50～3600	10～95	自美国威格士公司引进

由上表可以看出：小排量的液压马达中，CM-F系列因为转速范围太窄，最小转速太高，我们不能选用；GM5系列，据我们和生产厂家联系，10.0及10.0排量以下的产品现在已经停止生产，而且最低转速也太高，不能满足我们的要求；B系列比较能满足我们的要求（生产厂家：湖南邵阳液压件有限公司）。

以上从不锈钢齿轮泵和液压马达两个方面我们分析了该套方案的可行性。我们可以看出，在不锈钢齿轮泵这个环节来看，该方案的效果不是很理想。经我们对道路施工和养护单位的调查，现在国内的筑路机械生产厂家有采用该套方案的设备（如西安筑路机械厂）。但经道路施工和养护单位使用后反映：该系统工作效果不好，在小流量情况下，齿轮泵输出的添加剂流量很不稳定，有时有，有时没有，有时吸不出添加剂（在很小流量下）。

2、计量泵

图3

根据我们的设计要求，我们可以选择计量泵来达到我们的要求。计量泵的工作范围完全可以满足我们的要求，而且计量泵的体积小，计量精确度高，通过调速就可以满足我们的要求。计量泵的外形如下图3所示。由计量泵的结构和对工作环境的要求可以看出：计量泵和电机直接通过法兰连接，电机需要电气环境底盘车无法提供（需要市电），所以只能将电机去掉，采用别的动力源如液压马达等，但是在当前所生产的计量泵都是电机与计量泵泵头直接连接的形式，去掉电机后，泵头根本无法和别的动力源连接，所以计量泵这一方案是不可用的。

3、气压传输

该方案的思路来源于压力式液压油箱（闭式油箱）。该方案的工作原理图如下图4所示：

图4

该套系统的工作过程是：添加剂箱箱体为一密封的箱体，给充液的箱体内通入压力空气，压力空气来源于底盘车的空压机气瓶。通过一个减压阀减压，使进入添加剂箱的空气压力稳定。工作时中央控制器给Burkert（宝得）流量计通入一个流量信号，Burkert流量计控制Burkert电磁阀的开度，通过开度的变化来改变输出流量。流量计检测流量与中央控制器的流量信号对比，再次调整电磁阀的开度，使输出流量达到要求的流量。这样Burkert流量计和Burkert电磁阀就构成了一套闭环系统，流量计与电磁阀自成系统，模块性好，中央控制器只需给定需要的流量信号即可。而且底盘车提供的电气接口完全可以满足Burkert流量计和Burkert电磁阀的要求。有关Burkert流量计和Burkert电磁阀的详细情况及使用请查阅Burkert产品样本。在此不再详述。

为了验证气压输送液体的工作效果，我们做了如下的实验。该实验的工作原理图如下图5所示：

图5

实验环境：斯太尔O46底盘车;水箱外形尺寸为φ400×1000;塑料软管为内径为φ9,长度为10m。在每种压力情况下各测取了3次数据。

实验结果如下：

4、结论

由实验结果可以看出：流量随着压力的提高很稳定地线形地也在提高，在同一压力下，水的流量是非常稳定的。所以，我们可以利用这一实验结果来进行流量的控制设计。就可以得到稳定、准确、容易控制的流量，而且该系统能够满足底盘车的工作环境。

我们根据以上图4的系统图进行系统的设计。有关于Burkert流量计和Burkert电磁阀的选型及工作参数，请另行查找相关的产品资料，在此不再详述。

参考文献：

成大先 主编 机械设计手册 第四版 第4卷 北京 化学工业出版社 2002年1月