【正文】 【 24】 摘 要 去 野外 狩獵，需要 隨時能夠給 氣動 獵槍沖氣 。 總的來說現(xiàn)代的 壓縮機產(chǎn)品向結構緊湊、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方向發(fā)展 ，所以 電動 高壓 氣泵的設計也要向 結構緊湊、體積小 、噪音低、效率高、可靠性高 的方向發(fā)展 。如在低壓系統(tǒng)中常用的金屬軟管，在高壓系統(tǒng)中就很難看到。其特點有： 增壓速度極快，流量大，可供 4套氣輔模具同時生產(chǎn) ； 全自動運行，到達設定值自動停機 /啟動功能 ； 電流驅動高壓氮氣增壓機，三級活塞式增壓結構 ； 高大學本科畢業(yè)設計文獻綜述 9 品質入口氮氣凈化系統(tǒng)及靜間裝置 ； 有自動排油排水功能，有超載報警系統(tǒng) ； 多段安全閥保護開關，超過額定壓力自動泄壓排氣 ， 壓縮氣源可用采外購的瓶裝氮氣 [16]，如圖 63所示。它可以使用 110 伏特 的電壓 和 20安培 的 家庭電路 ，如圖 62所示。 單管式電動高壓氣泵的設計 8 圖 61 手動增壓打氣筒 2． FX II 電動高壓壓縮機 FX II 電動高壓 壓縮機 是由瑞典的一家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品， 它 是專門為氣動獵槍設計的一款能產(chǎn)生 20MPa 的電動高壓 壓縮機 。 這種打氣筒其氣體壓縮本體裝置采用三 級增壓原理，它可以使氣體增壓到 20MPa 的氣壓，能夠滿足氣動獵槍用戶的要求。 通過改進螺桿齒型和壓縮機結構設計，改善濾油結構性能，提高螺桿壓縮機的綜合性能，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、維護更加方便 [15]。 往復式活塞壓縮機向機組化、無基礎、成套化、高轉速、低行程、低噪音、全自動化控制方向發(fā)展， 電子 技術裝備往復式活塞壓縮機產(chǎn)品實現(xiàn)往復式活塞壓縮機排氣量調節(jié)和節(jié)能控制、自動保護，使 之實現(xiàn)了無人值班連續(xù)高效運行 [13]。 五、空氣壓縮機技術發(fā)展的趨勢 壓縮機產(chǎn)品向結構緊湊、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方向發(fā)展。 微型壓縮機 微型壓縮機產(chǎn)品在我國發(fā)展較早，一般微型壓縮機產(chǎn)品的主要 技術參數(shù)達到國際水平，品種規(guī)格基本能滿足國內(nèi)需要，而且出口量較大。 螺桿壓縮機 近幾年國內(nèi)螺桿壓縮機產(chǎn)品發(fā)展很快，品種不斷增加，產(chǎn)量不斷擴大，與國外合作或消化引進技術生產(chǎn)的動力用螺桿壓縮機產(chǎn)品已達到國際技術水平。但是一些大型的工藝用往復式活塞 壓縮機的性能穩(wěn)定性、可靠性還不能滿足重大裝置配套需要，仍然依靠進口 [9]。 四、空氣壓縮機技術的發(fā)展現(xiàn)狀 空氣 壓縮機 按結構和用途分主要有 : 工藝用往復式活塞壓縮機、動力用往復式活塞壓縮機、螺桿壓縮機、微型壓縮機 。與國外往復式壓縮機技 術水平相比，我國的主要差距為基礎理論研究差，產(chǎn)品技術開發(fā)能力低，工藝裝備和實驗手段后，產(chǎn)品技術起點低，規(guī)格品種、效率、制造質量可靠性差。往復式新氫壓縮機容積流量達到 34000 hNm3 ，活塞壓力達到80kN，出口壓力達到 19MPa，功率達到 4000kW，已用于 200萬噸 /年渣油加氫脫硫裝置。 經(jīng)過 20年發(fā)展我國已經(jīng)形成 L、 D、 DZZ、 H、 M型等數(shù)十個壓縮機系列的數(shù)百種產(chǎn)品。 單管式電動高壓氣泵的設計 6 國外往復式活塞壓縮機發(fā)展方向為大容量、高壓力、結構緊湊、能耗少、噪聲低、效率高、可塑性好、排氣凈化能力強；普遍采用撬裝無基礎，全罩低噪音設計，大大節(jié)約了安裝、基礎和調試費用；不斷開發(fā)變工況條件下運 行的新型氣閥，使氣閥壽命大大提高；在產(chǎn)品設計上，應用壓縮機熱力學、動力學計算軟件和壓縮機工作過程模擬軟件等，提高計算準確度，通過綜合模擬模型預測壓縮機在實際工況下的性能參數(shù)，以提高新產(chǎn)品開發(fā)的成功率，壓縮機機電一體化得到強化。其中，水平剖分式離心壓縮機和軸流式壓縮機制造技術已接近或達到國際同類產(chǎn)品先進水平，往復式活塞壓縮機達到國際同類產(chǎn)品水平 [7]。多年來，我國壓縮機制造業(yè)在引進國外技術，消化吸收和自主開發(fā)基礎上，攻克不少難關，取得重大突破。 60～ 70年代， 主要進行自主開發(fā)，逐步淘汰了原有的相應規(guī)格仿制產(chǎn)品，我國于 1974年成功研制出 2L10/81型壓縮機，加速了我國動力用往復式壓縮機的發(fā)展。直到 1958年，我國才開始發(fā)展自己的產(chǎn)品。在月牙 11壓縮的同時，在動圈和定圈的外周形成吸氣容積 8，連續(xù)回轉運動過程中，也實現(xiàn)了相同的壓縮，如此周而復始完成吸氣、壓縮、排氣過程 [6]。最大的月牙容積 l1即將開始壓縮。 圖 .2螺桿式壓縮機 工作原理 旋渦式壓縮機 如圖 .3所示，一對相同型線且相互錯開 180度的渦旋葉片圈組合一對嚙合，動圈 2以回旋半徑的圓作不旋轉的回 轉 運動。當轉子不斷轉動時，氣密范圍變小，空氣被壓縮 ,如圖 c。進氣時，凸凹轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入 ,如圖 a。它利用螺桿的齒槽容積和位置的變化來完成 空 氣的吸 入 、壓縮和排 出 過程 。圖中只表示了一個活塞一個缸的空氣壓縮機，大多數(shù)空氣壓縮機是多缸多活塞的組合。當氣缸內(nèi)空氣壓力增高到略高于輸氣管內(nèi)壓力后，排氣閥 l 被打開，壓縮空氣進入輸氣管道，這個過程稱為“排氣過程”。當活塞 3 向右運動時，氣缸 2 內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力，吸氣閥 9被打開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸 2 內(nèi)，這個過程稱為“吸氣過程”。速度型壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，然后使氣體的動能轉化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力 [2]。 二、空氣壓縮機 ①分類 空氣壓縮機是一種氣壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉化成氣體壓力能的能量轉換裝置，其種類很多，分類形式也有數(shù)種。 為了在野外能夠隨時給獵槍沖氣，現(xiàn)需要設計一個 依靠汽車 110V電壓主驅動的、能夠達到 20MPa氣壓的 便捷式 電動高壓 氣泵 。 目前，在國際上除了火藥獵槍外，較為環(huán)保、先進的是氣動獵槍，發(fā)射氣壓為 20MPa。其工作壓力一般在 20MPa～ 4OMPa。電動高壓氣泵壓縮空 氣一般由空氣壓縮機來實現(xiàn)，空氣壓縮機 是氣源裝置中的主體，它是將原動機（通常是電動機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置 [1] 。1113 【 4】 劉寶霞 張凌云 .四缸擺動活塞式壓縮機傳動機構設計 [J]. 機械設計與制造 , 2021,3(3)。 表 42 YU 系列單相電阻啟動電動機主要技術數(shù)據(jù) [8] 型 號 功率 (W) 電流 (A) 轉速 (r/min) 效率 (%) 功率因素 (cosφ) 堵轉轉矩 堵轉電流(A) 最大轉矩 額定轉矩 額定轉矩 YU6312 90 2800 12 YU6322 120 14 YU6314 60 1400 9 YU6324 90 12 YU7112 180 2800 17 YU7122 250 22 YU7114 120 1400 14 YU7124 180 17 YU8012 370 2800 30 YU8014 250 1400 22 YU8024 370 30 單管式電動高壓氣泵的設計 10 四、設計工作計劃 起止時間 內(nèi)容 調研、調研信息匯總分析綜合、文獻查閱 外文翻譯、文獻綜述、開題報告 開題答辯 系統(tǒng)方案設計 機械傳動和機構設計 系統(tǒng)總體 設計 機械結構設計 繪制裝配圖 繪制零件圖 完善設計圖紙 設計評閱 ,預答辯 設計答辯 浙江理工大學本科畢業(yè)設計開題報告 11 參考文獻 【 1】 李奇 譚躍進 張和平 .CZS 100/ 15 型高壓空氣壓縮機的研制 [J].流體機械 , 2021,30(6)。 擬定三級增壓氣筒的行程為 100mm，則力臂為 50mm。 lF 2F 3 圖 41 三級增壓氣 筒的受力分析圖 由于三級增壓氣筒在工作的過程中壓力和力臂隨時在變，故力矩也隨時在變。比較表 41的四種方案，帶傳動傳動比太小，二級圓柱齒輪傳動、單級蝸輪蝸桿傳動和單級擺線針輪的傳動比都達到要求，但是從安裝的位置布置來看，單級蝸輪蝸桿傳動占用空間最少、結構更加緊湊，而且蝸輪蝸桿減速器的 體積小、重量輕、運轉平穩(wěn)、振動小等特點 [67]， 所以選擇單級蝸輪蝸桿傳動方案。 4. 電動高壓氣泵的傳動系統(tǒng)結構設計 傳動裝置方案選擇 為了估計傳動裝置的總傳動范圍，以便選擇合適的傳動機構和擬定傳動方 案，可先由已知條件確定曲柄搖桿機構中曲柄的轉速 wn ，考慮到三級增壓氣筒 中密封球 的 反 應速度和發(fā)熱情況，擬定增壓氣筒的工作周期 T=1秒，即曲柄的轉 速 wn =60r/min。 圖 34 曲柄搖桿機構 綜上 所述，方案一和方案二有比較大的缺陷，不能滿足我們設計的要求。 電機通過減速裝置（可以選用蝸輪蝸桿機構、皮帶輪機構、擺線針輪等減速） 降低轉速后 驅動 曲 柄做低速旋轉運動 ，進氣 出氣 小活塞 大活塞 曲軸 電動機及減速裝置 高壓泵體 出氣 浙江理工大學本科畢業(yè)設計開題報告 7 高壓泵外筒 與 曲 柄相連接 ，曲 柄帶動 高壓泵外筒相對于高壓泵內(nèi)筒 做來回 往復運動 ，從而產(chǎn)生高壓氣體 。實現(xiàn)方法如圖 34所示。如圖 33所示 。 曲軸傳動 機構 主要由曲軸、 高壓泵外筒、高壓泵中筒等組成。 減速裝置 電動機 斜轉盤 高壓泵體 彈簧 單管式電動高壓氣泵的設計 6 圖 32 液壓傳動機構 方案 （ 三 ） 可以采用 曲軸傳動 機構 。大面積啟動活塞一般由液壓驅動， 如圖 32所示 ，當液體進入大 面積活塞 的左邊腔體時，液壓驅動大 面積活塞向右運動，此時空氣進入壓縮腔；控制換向閥，當液體進入大 面積活塞 的右邊腔體時，液壓驅動大 面積活塞 向左運動，此時小活塞壓縮空氣，產(chǎn)生高壓氣體。 它利用一個大面積活塞與一個較小面積的活塞 ， 以使 液壓 動力轉換成氣壓動力。 方案 （ 二 ） 可以采用 液壓 傳動 機構 。 在這個斜轉盤上將布置四個高壓泵壓縮組件 ，當 斜轉盤 旋轉一周時， 四個高壓泵壓縮組件各自做一次打氣動作 ， 從而產(chǎn)生高壓氣體。 斜轉盤 傳動 機構 主要由 斜轉盤 、 高壓泵體、彈簧等 組成 。 排氣閥 進氣閥 大活塞 小活塞 小汽缸 大汽缸 彈簧 進氣 出氣 浙江理工大學本科畢業(yè)設計開題報告 5 3. 電動高壓氣泵的傳動方案 方案 （ 一 ） 可以采用 斜轉盤 傳動 機構。而外筒帶動心軸往右壓時， D 中的二級增壓氣體再次壓縮成為三級增壓氣體，當 D中的氣壓大于儲氣瓶中的氣壓時，高壓錐被氣壓往右頂開，三級增壓氣體進入到儲氣瓶中。 o 2o 1ABC D圖 22 三級增壓本體設計示意圖 工作原理：吸氣時，外筒往左拉， O形圈 1往左移動， B中的體積縮小，此時原來留在 B中的已經(jīng)經(jīng)過一次壓縮的一級增壓氣體通過通道被壓縮到 D中，成為二級增壓氣體。這種壓縮方案通過三次壓縮空氣，從而得到高壓氣體。 小活塞 大活塞 進氣 出氣 低壓氣體進出口 單管式電動高壓氣泵的設計 4 圖 21 活塞式壓縮機的二級增壓機構 采用三級壓縮方案： 圖 21這種有多個氣缸的，且多個氣缸分開的壓縮方案在高壓壓縮機中用的較多，而在 高壓氣泵 中用的較少。 大活塞做吸氣動作時，空氣通過吸氣閥進入大氣缸中，大活塞做壓縮空氣時，氣缸內(nèi)氣壓達到一定壓強時，排氣閥打開，同時小活塞在做吸氣動作，壓縮氣體就進入了小氣缸中；小活塞做壓縮空氣 時，氣缸內(nèi)氣壓達到一定壓強時，排氣閥打開，壓縮空氣就進入儲氣瓶中。 工作原理： 它利用一個大面積氣動活塞與一個較小面積的活塞，以使空氣動力轉換成氣壓動力。 但是如果采用一級壓縮，往往難以達到我們所需要的 20MPa氣壓的要求，所以市場上所能見到的高壓氣泵或是高壓壓縮機都采用 往復 活塞 式 二次及以上多次壓縮氣體的方法來得到高壓氣體。 達到壓力：輸出壓力很高，如：氣動氣體管道增壓泵的最高工作壓力可達到 300MPa。根據(jù)浙江理工大學本科畢業(yè)設計開題報告 3 2211 APAP ? 可知，利用大面積活塞的低壓氣體驅動小面積活塞，可以產(chǎn)生高壓氣體，如圖11所示。 理論依據(jù)： 根據(jù) 克拉伯龍方程式 PV=nRT，給定容 器內(nèi) 物質的量 n和 絕對溫度 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 。由于這種方法所需設計的設備比較復雜，體積也較大，所以不適合用于本次設計的便捷式高壓氣壓泵上，一般先采用壓縮氣體體積的方法，已達到增壓目的。 三、設計思路 產(chǎn)生高壓的原理有： 1. 增溫法， 。 單管式電動高壓氣泵的設計 2 軸流式 離心式轉子式速度型轉子式螺桿式滑片式膜片式活塞式回轉式往復式