航空充氮车自动充气流程设计

魏晓斌，朱 毅，赵旭森

WEI Xiao-bin, ZHU Yi, ZHAO Xu-sen

（徐州空军学院 航空四站系，徐州 221000）

0 引言

氮气供应保障质量直接影响到飞行安全。航空充氮车主要借助汽车发动机的动力，通过传动装置带动压缩机运转，满足不同压力的充气要求，对飞机或地面设备输送、灌充氮气。鉴于航空充氮车充气流程较为复杂，本文通过分析研究该车的气路系统和控制系统来将其流程进行相应改进，以进一步确保供应给飞机的氮气质量，保证飞行安全。

1 航空充氮车自动充气设计

航空充氮车主要分地面气站向车内气瓶灌充氮气、车内气瓶间转充氮气、车内气瓶向外灌充氮气和循环工作等四种充气流程。在飞行保障时，一般采取对流充气的方法来保障飞机对氮气的需求，当飞机需要35MPa的氮气时，再进行增压灌充。但充氮车进行对流充氮时的充气流程需要控制阀门太多，比较复杂，很有必要将其流程进行改进。改进流程主要是在特定的位置增添一只电磁阀、一个驱动开关、一个气压开关等，以用来实现其自动充气。

1.1 电磁阀

电磁阀是通过一个电磁线圈来控制阀芯位置以达到改变流体流动方向的目的，或者切断和接通电源。电磁阀操作方便，布置灵活，能实现动作转换的自动化操作。该电磁阀由航空标准件（QDF-1型）改装而成。改装的原因在于，原标准件的工作电压是直流24V，而充氮车的电源电压是直流12V，不能满足要求。电磁阀的构造如图1所示，它主要由前壳体、后壳体、进气接管嘴、出气接管嘴、活塞、活门片、针形活门、衬筒、机械手柄、线圈和铁芯等组成。其工作原理是动铁芯底部的密封块借助弹簧的压力将阀体进气孔关闭，气体从进气口进入三通阀气缸，推动导向活塞向前移动。当断电时，电磁力消失，动铁芯在弹簧力的作用下离开固定铁芯向下移动，将排气口打开，进气口堵住，气缸内的气体经排气口排出，导向活塞作反向运动。特别注意的是电磁阀安装时应注意进气口不要装错，并防止通道被赃物堵塞。

图1 电磁阀

1.2 驱动开关

驱动开关上连触通活门，下连电磁阀，在电磁阀输出气体的作用下工作。其构造如图2所示，主要由汽缸筒、活塞、节流室和进气接嘴等组成。

图2 驱动开关

为防止控制气体沿活塞体漏入上部空间而妨碍活塞体上行和下行时在上部空间造成负压而妨碍活塞下行，在气缸筒的上方钻有两个气流平衡小孔。维护时不得将两小孔堵住。

活塞由活塞体、密封圈和调节螺栓组成。为了保证工作中触通活门的开启度和避免活塞对触通活门顶杆的冲击，调节螺栓的升起高度是可以调节的。

节流室前端与气缸筒相连，后端与进气嘴相连。

进气嘴的后端螺纹与电磁阀出气管相连，前端螺纹与节流室相连。前部内侧加工出凸台和缺口，以便压紧橡胶圈和均衡气流。

图3 气压开关

1.3 气压开关

气压开关（如图3所示）是利用压差原理，比较气瓶组与向车内（或车外）充气的充气接头之间的压力差。当进气充气接嘴处气体压力大于气瓶组内气体压力时，气体压缩弹簧使动触片压紧静触片，气压开关闭合，从而使电磁阀通电。当进气充气接嘴处气体压力低于气瓶组内气体压力时，动触片在弹簧的回复力作用下回复到原来位置，从而气压开关断开，电磁阀断电；同理，当出气瓶组气体压力大于充气接嘴前气体管路气体压力时，气体压缩弹簧使动触片压紧静触片，气压开关闭合，从而使电磁阀通电。当出气瓶组气体压力低于充气接嘴前气体管路气体压力时，动触片在弹簧的回复力作用下回复到原来位置，从而气压开关断开，电磁阀断电。

2 地面气站向车内气瓶灌充氮气改进

2.1 改进设想

在原有流程不变的基础上，可于止回阀Z3的后面，转充阀K4（或K5、K6）前面连接一电磁阀和一驱动开关，从车载电瓶引出一根导线连接到电磁阀上以用来控制电磁阀工作，并于该导线上设置一气压开关，其一端从Z1（或Z2）之后引出一根气体管路与气压开关相连，另一端与进气瓶组之前的气体管路相连。气压开关的作用在于比较从充气接嘴而来的气体压力与进气瓶组之前气体管路中气体压力的大小，从而决定其是开启还是关闭，进而控制电磁阀是否得电。电磁阀的作用则是在气压开关的控制下看其是否得电，从而看其线圈是否通电产生电磁力，进而控制信号气体是否进入驱动开关。驱动开关的作用则是在电磁阀输出的信号气体的作用下，推动触通活门的顶杆上移，控制触通活门的开启和关闭。

2.2 改进措施

地面气站向车内气瓶灌充氮气改进流程如图4所示（图中粗线部分为电路线路）。

当从Z1（或Z2）流出的气体压力大于进气瓶组管路中的气体压力时，气压开关闭合，从而电磁阀通电。

当电磁阀线圈通电产生磁力时，活动铁芯带动针形活门右移，使小排气活门关闭，小进气活门开启。此时，由充气接嘴J1（或J2）而来的信号气体由进气接管，经左段随动活塞中心孔、小进气活门、后段随动活塞气孔，进到随动活塞后端空腔，推动活塞前移，使大排气活门关闭，大进气活门开启。信号气体经大进气活门和出气接嘴管流向驱动开关。

信号气体经驱动开关进气嘴、节流活门进入活塞体后部空间时，在气体压力作用下活塞前移，调节螺栓便推动触通活门的顶杆上移，使触通活门开启。此时，只需打开转充阀K4（或K5、K6）便可对气瓶进行充气。

当气瓶内气体压力与充气压力相平衡时，气压开关断开，电磁阀线圈断电电磁力消失，活动铁芯和针形活门在小弹簧作用下左移。此时，小进气活门被关闭，小排气活门被开启，随动活塞后端的气体经小排气活门排向大气。随动活塞在前端弹簧的作用下后移，将大进气活门关闭，大排气活门开启，驱动开关和出气接管中的信号气体，经前壳体上的大排气孔排向大气。

当电磁阀出口气体消失时，在触通活门弹簧力作用下，活塞被顶杆推回。此时，气体经隔膜压缩机C增压、冷却器E冷却、过滤器F4过滤后到止回阀Z4，再分别由增供阀K12（或K13、K14）控制，充入气瓶组，直到车上气瓶组压力满足要求为止。

图4 地面气站向车内气瓶灌充氮气改进流程

3 车内气瓶向外灌充氮气改进

3.1 改进设想

在气瓶组出口处引出一根管路接在电磁阀与驱动开关上，将其另一端接于充气接嘴之前，从车载电瓶引出一根导线连接到电磁阀上以用来控制电磁阀工作，并于该导线上设置一气压开关，其一端与出气瓶组气体管路相连，另一端与充气接嘴前气体管路相连。气压开关的作用在于比较出气瓶组气体管路内气体的压力与充气接嘴之前气体管路中气体压力的大小，从而决定其是开启还是关闭，进而控制电磁阀是否得电。电磁阀的作用则是在气压开关的控制下看其是否得电，从而看其线圈是否通电产生电磁力，进而控制信号气体是否进入驱动开关。驱动开关的作用则是在电磁阀输出的信号气体的作用下，推动触通活门的顶杆上移，控制触通活门的开启和关闭。在充气接头前的气体管路上安装一传感器，其作用就是当传感器的进气口和出气口之间的气体压力差缩小到某一特定值时，传感器立即发出电信号。此信号经电路输入给控制电路，控制电路通过加工处理，便发出相应的控制信号来控制充气过程。并在传感器和充气街头之间安装一电接点压力表，该压力表通过其活动的指示指针与上、下触点的接触构成通路，从而通过插头输出电信号，使控制电路做出相应的控制反应，其主要用来控制充气的上限压力和判别管路余气排放时的状态。

3.2 改进措施

车内气瓶向外灌充氮气改进流程如图5所示（图中粗线部分为电路线路）。

当出气瓶组气体压力大于充气接嘴前气体管路气体压力时，气压开关闭合，从而电磁阀通电。

图5 车内气瓶向外灌充氮气改进流程

当电磁阀线圈通电产生磁力时，活动铁芯带动针形活门右移，使小排气活门关闭，小进气活门开启。此时，由气瓶组而来的信号气体由进气接管，经左段随动活塞中心孔、小进气活门、后段随动活塞气孔，进到随动活塞后端空腔，推动活塞前移，使大排气活门关闭，大进气活门开启。信号气体经大进气活门和出气接嘴管流向驱动开关。

信号气体经驱动开关进气嘴、节流活门进入活塞体后部空间时，在气体压力作用下活塞前移，调节螺栓便推动触通活门的顶杆上移，使触通活门开启。此时，只需打开充气接嘴便可对外进行充气。

当气瓶内压力与外界压力达到平衡时，气压开关断开，电磁阀线圈断电电磁力消失，活动铁芯和针形活门在小弹簧作用下左移。此时，小进气活门被关闭，小排气活门被开启，随动活塞后端的气体经小排气活门排向大气。随动活塞在前端弹簧的作用下后移，将大进气活门关闭，大排气活门开启，驱动开关和出气接管中的信号气体，经前壳体上的大排气孔排向大气。当电磁阀出口气体消失时，在触通活门弹簧力作用下，活塞被顶杆推回。

充气工作开始后，某一气瓶组中的高压气体从传感器进气接嘴进入，由于出气端处于低压状态，进、出气体的压力差很大，在此压力差的作用下，阀芯被高速气流吹动前移，使阀芯上的永久磁铁块脱离螺杆。随着充气时间增加，出气端气压上升，进气端气压有所下降，使压力差变小，气流速度降低。当压力差接近消失时，气流失去对阀芯的吹动，阀芯和永久磁铁便与螺杆吸合。从而把压力差消失的信号传递给电控箱中的电控系统。

电控系统将此信号加工处理后，发出关闭原充气控制阀组，打开下一个（压力较高）充气控制阀组的信号。充气控制阀组转换后，传感器进、出口又出现了较大的压力差。阀芯又被高速气流吹动前移，使磁铁块脱离螺杆，为下一次转换做装备，从而实现气瓶组之间的自动转换充气。

随着充气过程的进行，压力表活动指针逐渐上移。当气压达到调整上限值时，活动指针与上限触点接触，电路接通发出信号，控制电路做出相应的反应，关闭正在充气的控制阀组，接通排气控制阀组，排放充气管路内的余气。随着充气管路内气压下降，电接点压力表的活动指针退回，脱离上限触点。当管内余气排放尽时，活动指针回到“零”压力点，立即与下限触点接触，电路接通，发出信号，控制电路则接通显示电路。

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