空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

巨子琪 肖龍

摘要：近年來(lái)，城市軌道交通運(yùn)輸飛速發(fā)展，其核心運(yùn)載工具是城市軌道交通車(chē)輛，而城軌車(chē)輛的制動(dòng)裝置在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中有著非常重要的作用。它直接影響著列車(chē)能否安全可靠運(yùn)行，目前城軌車(chē)輛制動(dòng)方式主要有電制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩大類(lèi)。而空氣制動(dòng)是的動(dòng)力源是壓力空氣，主要由空氣壓縮機(jī)來(lái)生產(chǎn)。空氣壓縮機(jī)有離心式、容積式等，而城軌道車(chē)輛主要采用的是容積式空氣壓縮機(jī)，容積式空氣壓縮機(jī)常用的有活塞式和螺桿式。今天我主要講述城軌車(chē)輛常用的一種活塞式空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。

關(guān)鍵詞：列車(chē)；壓力空氣；結(jié)構(gòu)與性能

目前城軌車(chē)輛所用的活塞式空氣壓縮機(jī)是VV120型，典型的三缸兩級(jí)壓縮結(jié)構(gòu)。它是由活塞缸、空氣過(guò)濾器、中間冷卻器、后冷卻器等構(gòu)成。如圖1所示。

該活塞式空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程如下：

自然空氣通過(guò)進(jìn)氣口首先進(jìn)入空氣過(guò)濾器，在空氣過(guò)濾器里對(duì)自然空氣進(jìn)行除雜和凈化處理以提高其清潔度，如果清潔度不達(dá)標(biāo)，空氣里的雜質(zhì)隨著空氣進(jìn)入空氣壓縮機(jī)內(nèi)部時(shí)會(huì)對(duì)相鄰接觸件表面造成磨損，也可能會(huì)造成管道及網(wǎng)眼的堵塞。經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器過(guò)濾的空氣被送入兩個(gè)低壓活塞缸進(jìn)行第一次壓縮，在這里我們定義其為一級(jí)壓縮。活塞缸的壓縮動(dòng)作是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)軸箱里的W形曲軸動(dòng)作。而曲軸與三個(gè)活塞缸的活塞桿相連，所以隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞缸里的活塞桿帶動(dòng)活塞在缸體里做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)壓縮過(guò)程是絕熱過(guò)程，所以在兩個(gè)低壓活塞缸里完成一級(jí)壓縮后的空氣不僅壓力會(huì)升高其溫度也會(huì)升高。壓力升高是我們所需的而溫升并不是我們想要的，所以，該壓力空氣需要送到中間冷卻器進(jìn)行降溫冷卻處理。VV—120型空壓機(jī)采用的是空氣冷卻式冷卻器。所以高溫的壓力空氣在流經(jīng)中間冷卻器通過(guò)管道與冷空氣進(jìn)行熱交換，從而溫度降低。而在中間冷卻器與兩個(gè)低壓活塞缸之間安裝有一個(gè)安全閥，調(diào)定壓力為0.5MPa，中間冷卻器出來(lái)的壓力空氣被送到第三個(gè)活塞缸即高壓活塞缸再次壓縮。稱(chēng)其為二級(jí)壓縮。同一級(jí)壓縮一樣，二級(jí)壓縮以后的壓力空氣其壓力和溫度均升高，所以，二級(jí)壓縮后被送到后冷卻器進(jìn)行冷卻降溫處理。而在后冷卻器與高壓活塞缸之間也有一個(gè)安全閥，調(diào)定壓力為1.4MPa。在后冷卻器冷卻處理之后送到主風(fēng)缸存儲(chǔ)，以備用氣系統(tǒng)使用，這就是VV—120型空氣壓縮機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程。在此過(guò)程中，由三個(gè)活塞缸完成了兩級(jí)壓縮，所以我們可以簡(jiǎn)稱(chēng)該活塞缸為三缸兩級(jí)壓縮結(jié)構(gòu)。VV—120型活塞式空氣壓縮機(jī)的電機(jī)和曲軸箱等部件的安裝均采用了柔性連接，以減輕和緩解工作過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊。達(dá)到降噪以及平穩(wěn)運(yùn)行的目的。還有該空壓機(jī)的潤(rùn)滑方式采用的是飛濺潤(rùn)滑；即通過(guò)曲軸的運(yùn)動(dòng)攪動(dòng)油液飛濺到曲軸箱內(nèi)部各元件表面，達(dá)到潤(rùn)滑目的。

通過(guò)對(duì)活塞式空氣壓縮機(jī)整個(gè)工作過(guò)程的描述，不難發(fā)現(xiàn)其核心在于三個(gè)活塞缸。下面就其活塞缸的壓縮原理進(jìn)行講述，如圖2所示。

1排氣閥；2氣缸；3活塞；4活塞桿；5滑塊；6連桿；7曲柄；8吸氣閥；9彈簧閥門(mén)

首先假設(shè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞和活塞桿向右移動(dòng)，此時(shí)由活塞與缸體構(gòu)成的密封容積增大，所以其內(nèi)部壓力減小，壓力降低到一定程度內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)真空。導(dǎo)致在進(jìn)排氣閥的兩側(cè)形成壓差，活塞缸內(nèi)部壓力大，外部壓力小。在此壓差作用下，作用到兩閥芯上的作用力向右。在此作用力下，進(jìn)氣閥口打開(kāi)，排氣閥口關(guān)閉，導(dǎo)致自然空氣在壓差作用下從進(jìn)氣閥進(jìn)入到活塞缸內(nèi)部，即吸氣。直到活塞運(yùn)行到活塞缸最右端吸氣動(dòng)作完成。之后在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，活塞桿帶動(dòng)活塞向左移動(dòng)，此時(shí)由活塞和缸體構(gòu)成的密封容積減小，對(duì)吸氣過(guò)程吸入缸體的空氣進(jìn)行壓縮。所以，活塞缸內(nèi)部壓力升高。當(dāng)活塞缸內(nèi)部壓力升高到一定值時(shí)，在進(jìn)、排氣閥的內(nèi)外兩側(cè)會(huì)形成新的壓差：內(nèi)部壓力大，外部壓力小。在該壓差作用下，進(jìn)氣閥關(guān)閉、排氣閥打開(kāi)。壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)排氣閥排出，直到活塞運(yùn)行到缸體最左端完成排氣。綜上所述，活塞缸生產(chǎn)壓力空氣經(jīng)歷了吸氣、壓縮、排氣三個(gè)階段。

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作者簡(jiǎn)介：巨子琪，女，漢族，陜西西安人，助教，研究方向：車(chē)輛工程；肖龍，男，漢族，甘肅白銀人，助理工程師，研究方向：電力工程。