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医用全无油润滑微型空压机研究

发布时间:2021-08-29 人气: 来源:

医用全无油润滑微型空压机研究图片图文并茂解决

医用全无油润滑微型空压机研究解决方法

医用全无油润滑微型空压机研究原因解说

医用全无油润滑微型空压机研究操作步骤

    分析了活塞连杆沿气缸往复和摆动的运动规律及其受力,提出了优化的连杆比,减少活塞对气缸换向的敲击,
 
    达到活塞与连杆运动轨迹为最佳;降低了噪声,减少了密封圈摩损,提高了整机使用寿命;对机器进行热、动力分析,确
 
    定其基本参数、性能参数等。
 
    [关键词]:医用;无油润滑;微型空压机;低噪声
 
    1 引言
 
    “医用全无油静音型空气压缩机是真正意义上的全无油静音的空压机”,这是用户对江苏吴泰气体设备科技有限公司的赞誉。
 
    随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,医用全无油静音型空压机(简称:医用空压机)越来越被广泛应用。不仅在食品、化工、制药等工业领域,而且正进入到与人生活息息相关的医疗、牙科诊所、保健、装饰等行业;甚至家用雾化器,吸痰器、制氧机、呼吸机及新能源汽车、电动刹车泵等。另外国内市场随着中国老年化的不断加重,家用制氧机需求增长迅速,促使该机型的迅猛发展。该机型提供低噪、无油、可靠、高质量的净化气源,噪声低于50 dB,可放置在工作区的任何位置,不会造成噪声污染,可成为独立气源。
 
    本文“医用空压机”系摇摆式无油润滑空气压缩机,该机型20世纪70年代开发,由美国Thomas Robort Hetzel工程师提出,其机构是活塞与连杆一体式结构(连杆与活塞连接无活塞销),故活塞在进行往复运动的同时又进行摇摆运动,所以该机型又被称为WQB-L型的往复活塞式摇摆全无油润滑空压机。
 
    从理论上来论述:该机型归属于往复压缩机的范畴,其优点非常突出:
 
    (1) 噪声低,输出气体稳定,无波动(有优选的缓冲容积),并采用微孔消声结构,最大限度减少噪声污染;
 
    (2) 密封,密封环材料经优选配料制成,经数百台机器的运行,最后选定某种不但密封性,耐磨,延长使用寿命,提高可靠性的材料;
 
    (3)体积小,占地面积小、多方位移动灵活;
 
    (4) 安装方便,可靠性高,整机使用寿命超10000 h;
 
    (5)整机效率高,比老机型节能3%~5%;
 
    (6) 选型新颖,美观;
 
    (7) 整机结构简单,维修方便。
 
    以上优点拥有完全的自主知识产权。图1为若干典型的医用空压机整机外形。
 
    该机型同时存在一些缺陷,主要是活塞运动为往复摇摆运动,导致密封环对气缸存在拍击动作,造成空压机较大的机械噪声及其密封件工作寿命短的原因。为克服上述弊病,本文着重研究了连杆比值(即曲柄半径与连杆长度之比值),有效地减小活塞对气缸的拍击强度,改善了密封环的密封性,并优选了聚四氟乙烯(PTFE)和PEER材料的配方和制作。为此进行了大量的富有成效
 
    的研制,并取得了一些成果,减小了噪声,改善了密封件使用条件,提高了可靠性。
 
    2 医用空压机工作原理
 
    医用空压机属于往复压缩机,基本结构有曲
 
    柄连杆结构,如图2、3所示。
 
    电机的转轴上安装有曲柄轴(偏心轮),连杆活塞体通过轴承连接在曲柄轴上,当主轴旋转时驱动曲柄进而驱动连杆活塞体,使活塞作往复运动,由此实现空压机气缸容积的周期性改变,实现空气的吸入,压缩和排出热力过程。因此该机型具有传统往复活塞空压机的一些结构特点与动力特性,而与一般往复压缩机不同的是,它的连杆与活塞为一体式结构,连杆与活塞连接处无活
 
    塞销结构,所以当连杆作往复运动时,连杆活塞体顶面产生摆动。故也称之为摇摆活塞空压机。该机型的电机轴和曲柄轴(偏心轮) 作旋转运动,连杆活塞体作摇摆往复复合运动,气阀阀体作开闭运动,则电机轴、偏心轮、连杆活塞体和气阀阀片是工作工程中主要运动件,为了解决单气缸空压机受力不均如图2所示,气流脉动大的弊端,一般医用空压机的设计为平衡式双气缸空压机,如图3所示。将电机布置在中间,空压机分配在电机两端,其动力性能较佳。
 
    3 医用空压机结构
 
    3.1 总体结构
 
    医用空压机主要零部件有:电机、曲轴箱、曲柄轴(偏心轮)、轴承,连杆活塞体,密封环、活塞压盖、气阀组件及缸盖等组件,如图4.
 
    总体设计采用曲柄连杆结构,在工作过程中,连杆活塞体相对于气缸中心线存在摆角或摆动幅度,由此使得活塞和密封环对气缸产生较大的侧向压力,并产生换向时敲击现象,导致空压机有明显的噪声和摩擦损耗,极度地缩短密封环使用寿命。
 
    鉴于“医用空压机”存在上述结构缺陷,本文拟从降低连杆活塞体与气缸之间的侧向压力和敲击强度,通过优选最佳的连杆比,改变连杆活塞体运行方式,以求达到减弱“空压机”的机械噪声和摩擦损失的目的。提高其运行的可靠性。
 
    3.2 电机选用
 
    医用空压机主要选用交流电机,一般为两极和四极,为了减轻整机重量主要用两极电机(出口机型常用),效率高,排量大。医用空压机主要选用四极,转速低,噪声小,容积效率高。新能源汽车电动刹车主要用直流电机驱动空压机。制氧机用空压机选用电机为四极单相感应电机,此电机为单电容运行,电机为两端伸出轴,及两端分别与空压机连接驱动空压机曲柄轴旋转,曲柄轴旋转一周,活塞往复一次,气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程,即完成了一个工作循环。电机为两端出轴,即带动2个单缸空压机进行了工作循环,使空压机流量在额定转速时为单缸的两倍,且有效地控制了振动和噪声。该电机
 
    装配要求较高,为了保证其精度,均采用热装,将曲轴箱加热至150-180℃,保温适时,将电机定、转子依次装入,此时要严防轴承损伤,为了降低噪声,确保轴承的工作游隙(2-4 μm),严格控制轴承孔和电机轴及曲轴箱孔与轴承外圈的配合精度。
 
    3.3 曲柄轴材质为球铁或粉末冶金
 
    医用空压机为双机头,对运动件的质量要求较高(误差不大于0.1%),为保证重量精度必须对零,部件进行全加工,并留有增减重量的位置。
 
    粉末冶金材质制作曲柄轴易保证精度,稳定性,其材质加工余量少,重量易控制。但其模具费用高,如批量投产,制造成本会下降。曲柄轴加工精度非常关键,严格控制尺寸精度,形位公差,否则不良的曲柄轴会加速密封环的磨损,导致电机电流及功率增加,引起电机发热,导致排气量下降。
 
    3.4 曲轴箱、连杆活塞体
 
    曲轴箱、连杆活塞体、密封环及压板、材质均为铝材压铸而成。曲轴箱、连杆活塞体精度均由加工来保证,这是关键。其他由辅助制造工装夹具保证其形位公差,否则会影响其运动轨迹及其工作状态,从而导致密封环磨损,噪声增大。
 
    3.5 密封环、气缸
 
    密封环与气缸是一对摩擦副,密封环是实现无油润滑的关键零件。对此我们经过组合配方的方法,进行了优先最佳配方比,以达到密封环抗击耐磨及长寿命的目的见表1.经过百余次试验和优选,选出最佳的配方比,各项指标达到预期目的。性能参数如下:
 
    (1) 硬度:RB=10
 
    (2) 成型压力:50 MPa
 
    (3) 抗冲击强度:94 MPa
 
    (4) 抗弯强度:20 MPa
 
    (5) 抗拉强度:20 MPa
 
    (6) 伸长率:15%
 
    (7) 抗压强度:(a)变形量10% 20.1 MPa;
 
    (b) 屈服强度49.5 MPa.
 
    经过10余年的努力,不断科学试验,终于探索出密封环的优异的配方比,该环具有柔性、强度高及耐磨性的特点。
 
    气缸材质为铝合金经硬质氧化处理,然后用特殊加工方法确保缸径粗糙度达0.4,形位公差达到技术要求,满足了气缸和密封环对磨损时损耗值最小,经耐久性试验,密封环突破了10000 h.
 
    3.6 噪声控制
 
    医用空压机噪声源是综合的噪声:机械噪声、电磁噪声、空气动力噪声等。机械噪声主要由机械传动、密封环连杆往复摇摆运动引起的振动而发出的。可以改变运动方式,增强曲轴箱的刚性,优配机械配合精度及采用精良的装配工艺,能有效地减少噪声。采取诸多措施,噪声降低2~3 dB (A)。
 
    电磁噪声来源于定、转子间气隙中磁场畸变产生的电磁噪声,通过控制减少气隙有效地减少电磁噪声;另则电机风叶采用不对称扭曲叶片也能降低噪声。空气动力噪声主要来源于进、排气阀中阀片撞击引起,另则气流速度引起噪声的主要原因。
 
    鉴于此,将进、排气阀腔和与之相串连的气体管道分别看成一个进或排气系统,阀片周期启闭时,对进(排)气系统产生一个相应的周期变化的气流速度激发。为此,在进(排)气口加装微孔消声器,从而降低噪声。气阀阀片运动产生较大的噪声,为此改用了高分子塑料阀片和静音阀板,静音气缸材质,可大幅度降噪。
 
    综上诉述,整机的噪声指标小于50dB (A)
 
    5 医用空压机动力分析
 
    活塞的位移、速度、加速度可以从图6的几何关系和运动关系中确定。
 
    6 结语
 
    鉴于医用空压机普遍存在机械噪声大和密封环寿命短的问题,本文提出了优选性能参数、材料配方比及合理选用结构参数,确保连杆活塞体运动接近直线运动,减少摆动,同时活塞对气缸
 
    的敲击强度大幅减弱。通过10余年生产实践及现
 
    场运行,达到了预定的设计目标。

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