【導(dǎo)讀】為了在野外隨時(shí)能給獵槍充氣，現(xiàn)需設(shè)計(jì)一個(gè)依靠汽車110V電。壓驅(qū)動(dòng)的、能達(dá)到20MPa氣壓輸出的便攜式電動(dòng)高壓氣泵。3．高壓氣泵的高壓密封原理與方法；4．高壓氣泵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析計(jì)算。較為詳細(xì)的、單獨(dú)成文的文獻(xiàn)綜述報(bào)告與開題報(bào)告。在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述與本課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并進(jìn)行分析；根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與目標(biāo)，在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，撰寫開題報(bào)告。軟件設(shè)計(jì)方案及預(yù)期研究成果；研究工作計(jì)劃；參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。2）單管式電動(dòng)高壓氣泵的結(jié)構(gòu)零件圖1套；其中中文摘要闡述設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能參數(shù)，字?jǐn)?shù)500字以內(nèi)，配相應(yīng)的外文摘要。翔實(shí)，同時(shí)做到文字通順，引文規(guī)范。7．王國(guó)欽,呼吸空氣用高壓空氣氣壓縮機(jī)的試驗(yàn)與性能評(píng)估.機(jī)電設(shè)備,字符），并譯成中文。等，其工作壓力一般在20MPa～4OMPa[1]。設(shè)計(jì)并推出一種便捷式。電動(dòng)高壓氣泵由空氣壓縮裝置、原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置和其他附件組成。

　　

【正文】 究目的與意義 電動(dòng)高壓氣泵由空氣壓縮裝置、 原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)裝置和其他附件組成。電動(dòng)高壓氣泵壓縮空氣一般由空氣壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)，它 是氣源裝置中的主體， 是 將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置 [1]。 高壓空氣壓縮機(jī)廣泛用于機(jī)械、電子、軍工等行業(yè)，可用作高壓動(dòng)力氣體、試驗(yàn)氣體等。其工作壓力一般在 20MPa～ 4OMPa[2]。目前，在國(guó)際上除了火藥獵槍外，較為環(huán)保、先進(jìn)的是氣動(dòng)獵槍，發(fā)射氣壓為 20MPa。但現(xiàn)有的高壓氣泵一般有體積大、重量較重而不易 攜帶等缺點(diǎn)，而采用手動(dòng)的高壓氣泵打氣要達(dá)到 20MPa 的氣壓又很吃力，為了在野外隨時(shí)能夠給獵槍沖氣，而且又不需要花費(fèi)太多的時(shí)間自己動(dòng)手打氣，現(xiàn)在需要設(shè)計(jì)一個(gè)依靠汽車 110V 電壓主驅(qū)動(dòng)的、能夠達(dá)到 20MPa 氣壓的 單管式 電動(dòng)高壓氣泵。 設(shè)計(jì)并推出一種 單管式 的電動(dòng)高壓氣泵，不僅能夠滿足沖氣 獵槍用戶的需求 ，而且還能用于其他需要高壓氣體的領(lǐng)域，這給人們的生活、生產(chǎn)帶來了極大的方便，具有較高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó) 內(nèi) 空氣壓縮機(jī) 的發(fā)展 歷史 50年代， 我國(guó)壓縮機(jī)主要是以仿制原蘇聯(lián)產(chǎn) 品（低壓中小型一般動(dòng)力用壓縮機(jī)）。直到 1958年，我國(guó)才開始發(fā)展自己的產(chǎn)品。 1959年，我國(guó)第一臺(tái) 4L20/8型空氣壓縮機(jī)產(chǎn)品研制成功。 60～ 70年代， 主要進(jìn)行自主開發(fā)，逐步淘汰了原有的相應(yīng)規(guī)格仿制產(chǎn)品，我國(guó)于 1974年成功研制出 2L10/81型壓縮機(jī)，加速了我國(guó)動(dòng)力用往復(fù)式壓縮機(jī)的發(fā)展。 單管式電動(dòng)高壓氣泵的設(shè)計(jì) 2 80～ 90年代 ， 大規(guī)模引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù) 。外資企業(yè)大規(guī)模進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并在國(guó)內(nèi)投資建廠。 之后， 壓縮機(jī)行業(yè)由于行業(yè)發(fā)展并不均衡和國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境逐漸趨緊，投向石油、化工等壓縮機(jī)的主要用戶行業(yè)資金減少，市場(chǎng)有效需求下 降。行業(yè)產(chǎn)值、利潤(rùn)大幅度下滑 [3]。 二十世紀(jì)初開始， 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求有所回升，同時(shí)出口形勢(shì)也較大改善。行業(yè)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)才止跌回升，經(jīng)濟(jì)效益有所好轉(zhuǎn)。 多年來，我國(guó)壓縮機(jī)制造業(yè)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，消化吸收和自主開發(fā)基礎(chǔ)上，攻克不少難關(guān)，取得重大突破。例如，催化裂化裝置用的主風(fēng)機(jī)和富氣壓縮機(jī)、加氫裝置用的循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī)，乙烯三大壓縮機(jī)，化肥四大壓縮機(jī)組等已大量在石化生產(chǎn)中應(yīng)用。其中，水平剖分式離心壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)制造技術(shù)已接近或達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，往復(fù)式活塞壓縮機(jī)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平 [4]。 目前 ， 我國(guó)的高壓空氣壓縮機(jī)進(jìn)口流量達(dá)到 81600 hmN 3 ，功率達(dá) 7166kW，已用于 300萬噸 /年催化裂化和延遲焦化裝置；離心式循環(huán)氫壓縮機(jī)流量達(dá)250000 hNm3 ，功率達(dá) 1600kW，出口壓力達(dá) 18MPa，已經(jīng)用于 120萬噸 /年加氫裂化裝置；裂解氣壓縮機(jī)流量達(dá) 120210 hNm3 ,功率達(dá) 18000kW，已應(yīng)用于 3050萬噸 /年乙烯裂解裝置；大化肥裝置的空氣壓縮機(jī)、天然氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、二氧化碳 壓縮機(jī)已應(yīng)用于 2030萬噸合成氨裝置；空分裝置的空氣壓縮機(jī)流量達(dá)到220210 hNm3 ，功率達(dá)到 17580kW，已經(jīng)應(yīng)用于 40000 hNm3 空分裝置。 經(jīng)過 20年發(fā)展我國(guó)已經(jīng)形成 L、 D、 DZZ、 H、 M型等數(shù)十個(gè)壓縮機(jī)系列的數(shù)百種產(chǎn)品。 1990年，我國(guó)研制成功符合現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 4M50型大型氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)組， 1996年推出 6M50型系列氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)組， 1998年研制成功 4M80型系列大型氫氣壓縮機(jī)組。往復(fù)式新氫壓縮機(jī)容積流 量達(dá)到 34000 hNm3 ，活塞壓力達(dá)到80kN，出口壓力達(dá)到 19MPa，功率達(dá)到 4000kW，已用于 200萬噸 /年渣油加氫脫硫裝置。國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的迷宮式壓縮機(jī)流量達(dá)到 980 hNm3 ，出口壓力達(dá)到，已經(jīng)用物 7萬噸 /年聚丙烯裝置。與國(guó)外往復(fù)式壓縮機(jī)技術(shù)水平相比，我國(guó)的主要差距為基礎(chǔ)理論研究差，產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)能力低，工藝裝備和實(shí)驗(yàn)手段后，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 產(chǎn)品技術(shù)起點(diǎn)低，規(guī)格品種、效率、制造質(zhì)量可靠性差。另外，技術(shù)含量高和特殊要求的產(chǎn)品還滿足 不了國(guó)內(nèi)需求 [5]。 國(guó)內(nèi)外 空氣壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 空氣 壓縮機(jī) 按結(jié)構(gòu)和用途分主要有 : 工藝用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)、動(dòng)力用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、微型壓縮機(jī) 。 工藝用往復(fù)式活塞壓縮機(jī) 目前各種類型的工藝用往復(fù)式壓縮機(jī)國(guó)內(nèi)都能生產(chǎn)，通過引進(jìn)消化吸收技術(shù)或與國(guó)外合作生產(chǎn)的工藝用壓縮機(jī)已接近國(guó)際同類產(chǎn)品水平。但是一些大型的工藝用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的性能穩(wěn)定性、可靠性還不能滿足重大裝置配套需要，仍然依靠進(jìn)口 [6]。 動(dòng)力用往復(fù)式活塞壓縮機(jī) 動(dòng)力用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)產(chǎn)品在我國(guó)發(fā)展較早，技術(shù) 比較成熟，主要技術(shù)指標(biāo)基本與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，基本能占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，出口量正逐漸增加。 螺桿壓縮機(jī) 近幾年國(guó)內(nèi)螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)品發(fā)展很快，品種不斷增加，產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，與國(guó)外合作或消化引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的動(dòng)力用螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際技術(shù)水平。但工藝用螺桿壓縮機(jī)與國(guó)際水平差距較大，進(jìn)口較多。 微型壓縮機(jī) 微型壓縮機(jī)產(chǎn)品在我國(guó)發(fā)展較早，一般微型壓縮機(jī)產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到國(guó)際水平，品種規(guī)格基本能滿足國(guó)內(nèi)需要，而且出口量較大。但全無油潤(rùn)滑微型壓縮機(jī)技術(shù)性能還不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要，仍有較多量進(jìn)口 [7]。 國(guó)內(nèi)外 空 氣壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì) 壓縮機(jī)產(chǎn)品向結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗小、噪音低、效率高、可靠性高以及排氣凈化能力強(qiáng)方向發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，促使壓縮機(jī)產(chǎn)品向上述趨勢(shì)快速發(fā)展。 往復(fù)式活塞壓縮機(jī)向機(jī)組化、無基礎(chǔ)、成套化、高轉(zhuǎn)速、低行程、低噪音、全自動(dòng)化控制方向發(fā)展， 電子 技術(shù)裝備往復(fù)式活塞壓縮機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)往復(fù)式活塞單管式電動(dòng)高壓氣泵的設(shè)計(jì) 4 壓縮機(jī)排氣量調(diào)節(jié)和節(jié)能控制、自動(dòng)保護(hù)，使之實(shí)現(xiàn)了無人值班連續(xù)高效運(yùn)行[8]。 壓縮機(jī)產(chǎn)品機(jī)電儀一體化得到強(qiáng)化 ,90 年代以來，壓縮機(jī)機(jī)組采用微電腦進(jìn)行全自動(dòng)控制，自動(dòng)顯示壓縮機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化節(jié) 能運(yùn)行狀態(tài)、優(yōu)化聯(lián)機(jī)運(yùn)行、運(yùn)行參數(shù)異常顯示、報(bào)警與保護(hù)等 [9]。 通過改進(jìn)螺桿齒型和壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善濾油結(jié)構(gòu)性能，提高螺桿壓縮機(jī)的綜合性能，使其更為高效、節(jié)能、緊湊、低噪、美觀，并使排氣得到凈化，安裝、維護(hù)更加方便。 電動(dòng)高壓氣泵概述 電動(dòng)高壓氣泵由 原動(dòng)機(jī) 、 傳動(dòng)裝置、 空氣壓縮裝置和其他附件組成。電動(dòng)高壓氣泵壓縮空氣一般由空氣壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 空氣壓縮機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。 電動(dòng)高壓氣泵 的分類 按 輸出壓力 P分類 ：低壓氣泵（ 0． 2MPa≤ P≤ 1MPa）、中壓氣泵（ 1MPaP≤ 1OMPa）、高壓氣泵（ 1OMPaP≤ 1OOMPa）。 按其工作原理可分為 ： 容積型 氣泵 和速度型 氣泵 ，容積型 氣泵 的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增大以提高壓縮空氣的壓力。速度型 氣泵 的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，然后使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力 [10]。 往復(fù)式回轉(zhuǎn)式活塞式膜片式滑片式螺桿式轉(zhuǎn)子式容積型 速度型轉(zhuǎn)子式離心式軸流式 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 產(chǎn)生高壓的方法 產(chǎn)生高壓的原理有： 1. 增溫法 ， 。其中增溫 法 需要燃燒 可燃?xì)怏w或液體 等方 法 提供熱源 ，使氣體壓強(qiáng)升高 。 由于這種方法 所需設(shè)計(jì)的設(shè)備比較復(fù)雜，體積也較大，所以 不適合用于本次設(shè)計(jì)的 單管式 高壓氣壓泵上 ， 一般先采用壓縮氣體體積的方法，已達(dá)到增壓目的。下面介紹氣動(dòng)增壓法。 理論依據(jù)： 根據(jù) 克拉伯龍方程式 PV=nRT，給定容器內(nèi) 物質(zhì)的量 n和 絕對(duì)溫度 T是定量 ，方程式 變形為 P=nRT/V， 把定量歸為 C， 則有 f(V)=C/V ， 所以縮小 氣體體積 ， 可以增加氣體壓強(qiáng) 。 實(shí)現(xiàn) 方法：利用一個(gè)大面積氣動(dòng)活塞與一個(gè)較小面積的活塞 /滑閥相連。 根據(jù) 2211 APAP ? 可知， 利用大面積活塞的低壓氣體驅(qū)動(dòng)小面積活塞， 可以 產(chǎn)生高壓氣體，如圖 11所示。壓縮氣 體，輸出氣壓可通過驅(qū)動(dòng)氣壓無級(jí)調(diào)節(jié)。 達(dá)到壓力：輸出壓力很高，如： 氣動(dòng)氣體管道增壓泵的最高工作壓力可達(dá)到300MPa。 圖 11 氣動(dòng)增壓原理示意圖 多級(jí)增壓 法：多級(jí)增壓法 就是 將大容積里的氣體壓到小容積里先實(shí)現(xiàn)一級(jí)增壓，再將小容積里的氣體壓到儲(chǔ)氣瓶中，實(shí)現(xiàn)二級(jí)增壓。 圖 12為 活塞式 壓縮機(jī)的二級(jí)增壓機(jī)構(gòu)。 小活塞 大活塞 進(jìn)氣 出氣 低壓氣體進(jìn)出口 單管式電動(dòng)高壓氣泵的設(shè)計(jì) 6 圖 12 活塞式 壓縮機(jī)的二級(jí)增壓機(jī)構(gòu) 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有高壓氣泵概況 手動(dòng)增壓打氣筒 現(xiàn)有的手動(dòng) 增壓 打氣筒如圖 13 所示 。 這種打氣筒其氣體壓縮本體裝置采用 三級(jí)增壓原理， 它可以 使 氣體增壓到 20MPa 的氣壓，能夠滿足氣動(dòng)獵槍用戶的要求。但是想要達(dá)到 20MPa 的氣壓， 增壓打氣筒 需要來回打 200 多下，而且打氣次數(shù) 越到后面越費(fèi)力。 圖 13 手動(dòng)增壓打氣筒 FX II 電動(dòng) 高壓 壓縮機(jī) FX II 電動(dòng) 高壓 壓縮機(jī) 是 由 瑞典 的一家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品 ， 它 是專門為 氣動(dòng)獵槍 設(shè)計(jì)的一款 能產(chǎn)生 20MPa 的 電動(dòng)高壓 壓縮機(jī) 。壓縮機(jī)機(jī)體高 英寸 ，機(jī)排氣閥 進(jìn)氣閥 大活塞 小活塞 小汽缸 大汽缸 彈簧 進(jìn)氣 出氣 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 重 63 磅 。它 可以使用 110 伏特 的電壓 和 20 安培 的 家庭電路 ，如圖 14 所示。 圖 14 FX II 電動(dòng)壓縮機(jī) 200C型電動(dòng)高壓壓縮機(jī) 其 馬達(dá)功率 : ， 輸出壓力 : 350Bar， 排氣量 : 250NL/Min 。其特點(diǎn)有： 增壓速度極快，流量大，可供 4套氣輔模具同時(shí)生產(chǎn) ； 全自動(dòng)運(yùn)行，到達(dá)設(shè)定值自動(dòng)停機(jī) /啟動(dòng)功能 ； 電流驅(qū)動(dòng)高壓 氮?dú)庠鰤簷C(jī)，三級(jí)活塞式增壓結(jié)構(gòu) ； 高品質(zhì)入口氮?dú)鈨艋到y(tǒng)及靜間裝置 ； 有自動(dòng)排油排水功能，有超載報(bào)警系統(tǒng) ； 多段安全閥保護(hù)開關(guān)，超過額定壓力自動(dòng)泄壓排氣 ， 壓縮 氣源可用采外購(gòu)的瓶裝氮?dú)?[11]，如圖 15所示。 圖 15 200C 型電動(dòng)高壓壓縮機(jī) 單管式電動(dòng)高壓氣泵的設(shè)計(jì) 8 1. 4 主要 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 本 單管式 電動(dòng)高壓氣泵用于發(fā)射氣壓為 20MPa 的氣動(dòng)獵槍，為了在野外隨時(shí)能夠給獵槍沖氣，需要設(shè)計(jì)一個(gè)依靠汽車 110V電壓主驅(qū)動(dòng)的、能夠達(dá)到 20MPa氣壓的 單管式 電動(dòng)高壓氣泵。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1． 電動(dòng)高壓氣泵的工作原理與設(shè)計(jì)方案； 2. 電動(dòng)高壓氣泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3． 電動(dòng)高壓氣泵的 傳動(dòng)方案； 4. 電動(dòng)高壓氣泵傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)； 5. 高壓氣泵的 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析計(jì)算本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 第 2 章 電動(dòng)高壓氣泵方案設(shè)計(jì) 高壓氣泵的工作原理與設(shè)計(jì)方案 產(chǎn)生高壓的原理有： 1. 增溫法， 。這里將采用壓縮氣體體積的方法，已達(dá)到增壓的目的。 理論依據(jù)： 根據(jù) 克拉伯龍方程式 PV=nRT，給定容器內(nèi) 物質(zhì)的量 n和 絕對(duì)溫度 T是定量 ，方程式 變形為 P=nRT/V， 把定量歸為 C， 則有 f(V)=C/V ， 所以縮小 氣體體積 ，氣體增壓。 實(shí)現(xiàn)方法：利用一個(gè)大面積氣動(dòng)活塞與一個(gè)較小面積的活塞 /滑閥相連。根據(jù) 2211 VPVP ? 可知，利用大面積活塞的低壓氣體驅(qū)動(dòng)小面積活塞，可以產(chǎn)生高壓氣體。 為了提高壓縮效率，并且能夠產(chǎn)生我們所需要達(dá)到的 20MPa的氣壓，我們將 采用三級(jí)增壓 法 ， 設(shè)計(jì)方案 如圖 21所示。 o 2o 1ABC D圖 21 三級(jí)增壓本體 設(shè)計(jì) 示意圖 工作原理： 吸氣時(shí)，外筒往左拉， O 形圈 1 往左移動(dòng)， B 中的體積縮小，此時(shí)原來留在 B中的已經(jīng)經(jīng)過一 次 壓縮的 一 級(jí)增壓 氣體通過通道 被壓縮到 D中 ，成為二級(jí) 增壓 氣體 。而外筒往左拉時(shí) 筒內(nèi)形成負(fù)壓，密封圈會(huì)往右 移動(dòng)，此時(shí)外界的空氣通過低壓進(jìn)氣口進(jìn)入 A 中 ； 壓縮空氣時(shí)，外筒往 右壓， O 形圈 1 往右移動(dòng) ， A 中的空氣 經(jīng) 過一 次 壓縮進(jìn)入到 B 中， 成為一級(jí)增壓氣體。而外筒帶動(dòng)心軸往右壓時(shí)， D 中的二級(jí)增壓氣體再次壓縮成為三級(jí)增壓氣體，當(dāng) D 中的單管式電動(dòng)高壓氣泵的設(shè)計(jì) 10 氣壓大于儲(chǔ)氣瓶 中的氣壓時(shí)，高壓錐被氣壓往右頂開，三級(jí)增壓氣體進(jìn)入到儲(chǔ)氣瓶中。 在一個(gè)來回工作周期中，空氣經(jīng)過了三次增壓，從而達(dá)到增壓的目的。 采用三極壓縮的好處： 1) 節(jié)省壓縮功； 2) 減輕活塞上的作用力。 電動(dòng)高壓氣泵的傳動(dòng)方案 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 可以采用 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 。實(shí)現(xiàn)方法如圖 22所示。 它利用一個(gè)大面積活塞與一個(gè)較小面積的活塞，以使液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)換成氣壓動(dòng)力。即利用大面積活塞的低壓液體（ 2— 8bar）驅(qū)動(dòng)小面積活塞，產(chǎn)生高壓氣體。大面積啟動(dòng)活塞一般由液壓驅(qū)動(dòng)，如圖 22所示，當(dāng)液體進(jìn)入大面積活 塞的左邊