【壓縮機(jī)網(wǎng)】眾所周知，往復(fù)活塞式空壓機(jī)最核心的運動機(jī)構(gòu)就是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)是機(jī)械設(shè)計的四大通用機(jī)構(gòu)之一，其氣缸組件的作用是不能被忽略的，畢竟，空壓機(jī)工作的時候產(chǎn)生的所有運動慣性力和氣體作用力，全部是由氣缸組件來承擔(dān)的……

　　文/吳廣忠

 

 

　　一、常見空壓機(jī)的分類

　　空氣壓縮機(jī)（簡稱空壓機(jī)）的作用是將電能轉(zhuǎn)化成壓縮空氣的壓力能，供氣動設(shè)備使用?？諌簷C(jī)按壓力高低可分成低壓型（0.2～1.0MPa）、中壓型（1.0～10MmPa）和高壓型（>10MPa）。通過縮小氣體的體積，來提高氣體的壓力的方法稱為容積型；通過提高氣體的速度，讓動能轉(zhuǎn)化成壓力能，來提高氣體壓力的方法稱為速度型。

　　下面我們來給大家分別介紹一下現(xiàn)在市場主流空壓機(jī)的工作原理：

　　1.活塞式空壓機(jī)的原理——電動機(jī)啟動后，直接或者間接帶動壓縮機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動。

　　大體分為三個工作工程，分別是“吸氣過程”“壓縮過程”“排氣過程”。當(dāng)活塞由氣缸蓋側(cè)向曲軸運動時，氣缸容積增大，缸內(nèi)壓力低于大氣壓力，外界空氣經(jīng)濾清器、吸氣閥進(jìn)入氣缸，完成吸氣過程；到達(dá)下止點后，活塞由曲軸側(cè)向氣缸蓋側(cè)運動，吸氣閥關(guān)閉，氣缸容積逐漸變小，缸內(nèi)空氣被壓縮，壓力升高，完成壓縮過程；當(dāng)壓力達(dá)到一定值時，排氣閥被頂開，壓縮空氣經(jīng)管路進(jìn)入儲氣罐內(nèi)，完成排氣過程；如此壓縮機(jī)周而復(fù)始地工作，不斷地向儲氣罐內(nèi)輸送壓縮空氣，使罐內(nèi)壓力逐漸增大，從而獲得所需的壓縮空氣。

　　單級活塞式空壓機(jī)，常用于0.3-0.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。單級空壓機(jī)壓力超過0.6MPa，就會導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量太大，空壓機(jī)工作效率太低，故常使用兩級活塞式空機(jī)。若最終壓力為1.0MPa及以上，則第1級通常壓縮至0.3MPa。設(shè)置中間冷卻器是為了降低第2級活塞的進(jìn)口空氣溫度，以提高空壓機(jī)的工作效率。

　　往復(fù)式有油空壓機(jī)若冷卻良好，排出空氣溫度約為70-180℃；若冷卻不好，可達(dá)200℃以上。為防止高溫下因油霧炭化變成鉛黑色微細(xì)炭粒子，非常微細(xì)的油粒子高溫下氧化，而形成焦油狀的物質(zhì)（俗稱油泥），必須使用廠家指定的不易氧化和不易變質(zhì)的壓縮機(jī)油，并要定期更換。

　　2.螺桿式單級壓縮空壓機(jī)是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽與陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機(jī)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，如圖表1。

　　若轉(zhuǎn)子和機(jī)殼之間相互不接觸，則不需潤滑，這樣的空壓機(jī)便可輸出不含油的壓縮空氣。它可連續(xù)輸出無脈動的流量大的壓縮空氣，出口空氣溫度為60℃左右。

　　3.離心式壓縮機(jī)的工作原理是氣體進(jìn)入離心式壓縮機(jī)的葉輪后，在葉輪葉片的作用下，一邊跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，一邊在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下向葉輪出口流動，并受到葉輪的擴(kuò)壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器后，動能又進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下一級葉輪進(jìn)一步壓縮，從而使氣體壓力達(dá)到工藝所需的要求，如圖表2。

　　4. 滑片式空壓機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子、滑片組成。轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中，左半部（輸入口）吸氣。在右半部，滑片逐漸被定子內(nèi)表面壓進(jìn)轉(zhuǎn)子溝槽內(nèi)，滑片、轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)壁圍成的容積逐漸減小，吸入的空氣就逐漸地被壓縮，最后從輸出口排出壓縮空氣，如圖表3。

　　由于在輸入口附近向氣流噴油，對滑片及定子內(nèi)部進(jìn)行潤滑、冷卻和密封，故輸出的壓縮空氣中含有大量油分，所以在輸出口需設(shè)置油霧分離器和冷卻器，以便把油分從壓縮空氣中分離出來，冷卻后循環(huán)再用。

　　上述幾種常見的空壓機(jī)，用來壓縮氣體的機(jī)構(gòu)完全不同，但是用來支撐和受力的氣缸組件，倒是還有些類似的地方。

　　二、什么是氣缸組件

　　首先，我們來解釋一下什么是空壓機(jī)，通常也被叫做氣泵（air pump）。它是從一個封閉空間排出空氣，或者從一個封閉空間添加空氣的裝置。氣泵多為電動氣泵，以電力為動力，通過電力不停壓縮空氣產(chǎn)生氣壓。氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力，往復(fù)運動的圓筒形金屬機(jī)件是曲柄連桿，固定不動的圓筒形金屬機(jī)件是氣缸組件。

　　另外還有一種集成式的氣動元件也稱作“氣缸”，它是一個組件包含活塞和缸體等部件，是以氣體為動力源的。它是氣壓執(zhí)行元件，壓縮空氣通過電磁閥控制氣缸作機(jī)械運動。最終把空氣壓力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，通常是作為動力輸出用。我們這里提到的空壓機(jī)的氣缸組件，就相當(dāng)于“氣缸”的缸體部分，主要起到支承和密封的作用，下面我們來具體介紹一下氣缸組件。

 

　　氣缸組件主要包括氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等主要部件。

　　1. 氣缸體的主要功用：①空壓機(jī)的骨架，支承曲柄連桿機(jī)構(gòu)運動件；②形成冷卻水道、油道、氣道；③安裝配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)等附件；④承受內(nèi)燃機(jī)工作時所產(chǎn)生的慣性力和氣體作用力；

　　氣缸體的主要技術(shù)要求：a.保證足夠的剛度和強(qiáng)度。工作時，應(yīng)保證氣缸體變形最小，有利于降低振動、噪聲；b.有良好的冷卻性能；c.有足夠的耐磨性，保持壓縮室的密封性，耐磨性直接關(guān)系到氣缸體的使用壽命。

　　氣缸體的結(jié)構(gòu)形式：①普通式（平分式）：加工方便；②龍門式剛度與強(qiáng)度好，加工復(fù)雜；上述兩種廣泛用于中、小功率的空壓機(jī)上，如圖表4。

　　多缸的排列形式?jīng)Q定了空壓機(jī)的總體尺寸和結(jié)構(gòu)特點，對氣缸體的強(qiáng)度和剛度也有較大影響，并關(guān)系到氣泵的總體布置情況。

　　氣缸體的材料：一般采用鑄鐵或鑄鋁的。鑄鐵材質(zhì)的氣缸成型復(fù)雜、加工麻煩、整體重量較重，某些牌號的材料有自潤滑功能，例如球磨鑄鐵。鑄鋁材質(zhì)的氣缸成型簡單、加工方便，整體輕巧，耐磨性差，多鑲嵌鐵缸套或者表面電鍍涂層，綜合成本較高。

　　氣缸體的散熱問題：為了保證冷卻的均勻性，一般在氣缸外圍采用單體式散熱片布局，鼻梁區(qū)和進(jìn)氣、排氣門處多布置；然后再借助空氣的流動來實現(xiàn)散熱的目的。有些時候也需要采用一些輔助導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，例如擋風(fēng)板、擋風(fēng)罩來控制氣流的流向和發(fā)散方式，如圖表5。

　　2. 氣缸套的主要功用：a.導(dǎo)向作用；b.組成工作空間；c.延長缸體使用壽命。

　　氣缸套的工作條件：高溫、高壓作用；高相對運動速度且潤滑不良；機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力，易磨損。

　　氣缸套的材料：采用強(qiáng)度好并且耐磨的材料，一般為優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鋼

　　氣缸套的分類：①干式：不與冷卻水接觸，壁厚1～3mm；水密封性好。機(jī)體剛度好；加工要求高；②濕式：與冷卻水接觸，壁厚5～9mm，安裝與定位：環(huán)形凸緣密封：凸肩下表面，環(huán)孔間橡膠圈，如圖表6。

　　3. 氣缸蓋的主要功用：①封閉氣缸，組成壓縮室；②安裝各種零、部件，如氣門、氣門彈簧等。③氣缸蓋上還布置有進(jìn)、排氣道、冷卻水套、潤滑油道等。

　　氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式：1）整體式--尺寸緊湊，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造較難；2）分體式--每缸(或2～3缸) 一個缸蓋，利于產(chǎn)品系列化。

　　氣缸蓋的構(gòu)造特點: 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　氣缸蓋的工作條件：①高壓；②高溫。

　　氣缸蓋的材料：要求熱強(qiáng)度高、鑄造性能好，常用鑄鐵和鋁合金。

　　4. 氣缸墊是一般安裝缸蓋與缸體之間的墊片，主要功用為密封。

　　氣缸墊的工作條件：①高壓；②高溫；③油、水、氣腐蝕。

　　氣缸墊的技術(shù)要求：強(qiáng)度和彈性好，且耐蝕。

　　氣缸墊的材質(zhì)以及分類：①金屬－石棉襯墊；②金屬襯墊，用硬鋁板、沖壓鋼片等制成。

　　以上就是氣缸組件各個部分的主要功用、特點和結(jié)構(gòu)形式，以及常見的制作材料，從整體上給大家一個直觀的概念和認(rèn)識。

 

　　三、總結(jié)

　　氣缸組件是整個能量轉(zhuǎn)換過程的場地提供者，也是參與能量轉(zhuǎn)換過程所有零件的支承者，更是能量轉(zhuǎn)換過程的參與者。

 

　　參考文獻(xiàn)

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　　[5] 金光熹，楊紹侃編.壓縮機(jī)可靠性[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1989

 

　　作者簡介

　　吳廣忠（1980.04—），男，漢族，山東省青島市人，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機(jī)。

 

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