氣動工具用單級直線壓縮機設計與研究

俞洪波 鐘美鵬 張弘強 計才元 余 芳 董 陽

（1.嘉興學院機電分院，浙江 嘉興314001；2.嘉興太平洋江茂電子有限公司，浙江 嘉興314015；3.嘉興日億機械有限公司，浙江 嘉興314014）

0 引言

由于空氣具有很好的可壓縮性和膨脹性，適宜做能量傳遞中的介質，輸送方便不凝結[1]，對人無害，對環境無污染，沒有起火危險，且到處都有，用之不盡。因而壓縮機作為動力的主要設備，為各種類型的鑿巖機、裝巖機、氣鎬等氣動工具提供動力源[2]。特別是室內裝修業的興起，為微型壓縮機開辟了一個新的廣闊的市場空間。比如，以前往墻壁上敲鐵釘要用榔頭之類的工具，現在基本上已被氣釘槍所取代[3]。直線壓縮機主要利用直線電機驅動技術驅動壓縮機活塞做往復直線運動，近幾年來，伴隨著直線電動機驅動技術的不斷發展與日益廣泛的應用，直線壓縮機技術也逐步發展起來。直線電機主要是直線電動機，是一種將電能直接轉換成直線運動的機械能、而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。根據直線電機的工作原理，可以將直線電機劃分很多類型[4]，包括交流直線感應電動機（LIM）、交流直線同步電動機（LSM）、直線振蕩電機（LOM）等等。理論上來講，這些都可以作為壓縮機往復直線運動的驅動器，因此根據所采用的驅動源類型來劃分直線壓縮機，主要有以下三種類型[6]：直線振蕩電機驅動的壓縮機（簡稱電磁振動壓縮機）、復合次級直線電機驅動的壓縮機（簡稱直線電動壓縮機）以及直線步進電機驅動的直線壓縮機等三種類型[5]。本文設計了氣動工具用單級直線壓縮機，對其結構和熱力學分析，同時進行了參數設計，拓展了直線壓縮機的應用。

1 結構及參數設計

本論文中單級直線壓縮機的排氣量為1.5m3/h，考慮到實際情況，取a=0.07；而對于小型壓縮機，選取m=1.4；ε值根據氣缸的排氣和吸氣公稱壓力計算，得ε=8。還需考慮泄漏、余隙影響、回冷不完善或高壓缸進排氣溫度等因素。對單級直線壓縮機設計如下：

1.1 容積系數λv

容積系數表示余隙容積對氣缸有效行程容積的影響，用λv表示。對大多數壓縮機來說，對λv排氣量的影響比其他系數大，設計時必須充分注意。一般情況下，λv的值按下式計算：

可以計算得出λv= 0.76

1.2 壓力系數λp

考慮因吸氣過程中的壓力損失使吸氣能力下降而引起的系數稱壓力系數，用λp表示?？紤]到本設計中的壓縮機為常壓吸氣，所以λp=0.98。

1.3 溫度系數λT

用來表示在吸氣過程中，因氣體加熱而對氣缸吸氣能力影響的系數稱為溫度系數λT。一般，要精確地求得λT值比較困難，所以根據壓力比大小選擇適當λT值，這里取λT=0.95。

1.4 泄漏系數系數λl

在單級壓縮機中，氣密系數表示壓縮機的排氣量與氣缸吸入容積之間的比值，用λl表示。計算時，泄漏系數系數氣密系數一般取λl=0.90~0.98，本文設計的是微型壓縮機，泄漏系數系數氣密系數可取較大值，故選取λl=0.97。

因此，單級壓縮機的排氣系數如下：

并計算得到λ=0.69，一般而言，單級壓縮機的氣缸行程容積按下式計算：

式中：Vd——壓縮機的排氣量；n——單級直線壓縮機動子運動頻率，在本文取1000轉/分。

可計算得到：Vh=0.046625 m3/h

在算得氣缸行程容積后，再按下式計算單作用氣缸的直徑：

根據上式，先確定高低壓端活塞行程為：s=22mm，計算出高壓直聯機參數結果為：D=51.9mm，這里對氣缸直徑進行圓整為55mm。

為了更好給氣釘槍提供氣源，本文設計了單級壓縮機。對氣釘槍用結構及工作原理進行分析，同時進行了基于等壓比的熱力學分析和機械系統動力學模型研究，并對其熱力學參數計算。

［1］王君，等.往復壓縮機氣體壓縮熱力過程研究[J].流體機械，2008（1）：20-23.

［2］謝潔飛,動磁式直線壓縮機理論與實驗研究[D].浙江大學.

［3］郁永章,劉勇.特種壓縮機[M].北京:機械工業出版社,1986,2.

［4］馬振飛.冰箱用直線壓縮機原理性樣機的研制[D].浙江大學,2005.

［5］S.J.Park,Y.J.Hong,H.B.Kim,K.B.Lee.An experimental study on the phase shift between piston and displacer in the Stirling cryocooler[J].Current Applied Physics.2003,3(5):449-455.