摘要：本文通過一個(gè)實(shí)際案例分階段剖析任務(wù)，和大家分享一下在設(shè)計(jì)小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)時(shí)，需要首先考慮那幾點(diǎn)？又為什么要先考慮這幾點(diǎn)？先考慮這幾點(diǎn)的好處是什么？設(shè)計(jì)小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)也是有規(guī)律可循的，科學(xué)按照思路來可以少走彎路，少出問題，提高成功率。

 

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、引言

　　論及設(shè)計(jì)小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)，我們首先要說一下什么是空壓機(jī)?？諌簷C(jī)是氣源裝備中的主體，它是將原念頭（凡是電念頭）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的能源轉(zhuǎn)換裝備，是壓縮空氣的氣壓產(chǎn)生裝備（如下圖所示）。
 

 

　　空壓機(jī)是一種通用的工程機(jī)械，適用范圍大，用途廣。特別是小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)，是室內(nèi)室外裝飾裝修、噴漆、機(jī)械維修等工程必不可少的機(jī)械設(shè)備。其中有較大一部分份額是面對國外的DIY家用市場的，這其中又有一部分是僅限于室內(nèi)使用的。因此，市場對于此類的小型空壓機(jī)，就有了以下幾個(gè)主要的要求：1)電器安全 2)環(huán)保 3)高效節(jié)能 4)操作使用舒適便捷。所以，我們在接到一個(gè)新的小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，也要首先考慮這幾個(gè)要求，但是上面提到的這幾個(gè)要求是非常籠統(tǒng)和寬泛的，需要轉(zhuǎn)化一下才能融入到設(shè)計(jì)工作中。下面我們就以一個(gè)實(shí)際案例為例，來為大家分析說明一下。

 

　　二、市場需求在設(shè)計(jì)文件中的體現(xiàn)

　　當(dāng)你拿到一個(gè)小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的研發(fā)項(xiàng)目時(shí)，一般市場部業(yè)務(wù)人員已經(jīng)對這個(gè)項(xiàng)目的市場前景和銷售預(yù)期做好了充分的論證。我們需要做的，就是仔細(xì)閱讀《立項(xiàng)申請書》，了解此空壓機(jī)的銷售區(qū)域是哪里，了解此空壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)要求是什么，了解此空壓機(jī)的目標(biāo)售價(jià)是多少。

　　為什么要詳細(xì)了解這幾個(gè)問題呢？第一，了解空壓機(jī)的銷售區(qū)域?？梢灾苯拥贸鲞@個(gè)空壓機(jī)要符合什么安全規(guī)定和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。例如：賣到美國的產(chǎn)品需要符合UL，CSA或ETL的認(rèn)證，同時(shí)氣罐還需要單獨(dú)符合ASME認(rèn)證，產(chǎn)品還要達(dá)到阻燃要求（因?yàn)槊绹举|(zhì)結(jié)構(gòu)建筑較多）主要執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。賣到歐洲的產(chǎn)品則需要符合CE，GS，EMC等認(rèn)證，氣罐做PS認(rèn)證，相關(guān)零件滿足環(huán)保要求。主要執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有：MD指令2006/42/EC，LVD指令2006/95/EC，EMC指令2004/108/EC和PED指令97/23/EC，甚至有的客戶還要求滿足ISO9000的認(rèn)證。

　　第二，空壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。一般包括空壓機(jī)的工作電壓、頻率、額定功率、工作制、絕緣等級、防護(hù)等級、氣罐的容積、最高工作壓力以及排氣量參數(shù)等。有時(shí)候還會(huì)有特殊參數(shù)和結(jié)構(gòu)的要求和說明。其實(shí)第二條的這些技術(shù)參數(shù)的要求，有的通過第一條的銷售區(qū)域就已經(jīng)限定死了。例如：銷售美國的空壓機(jī)絕緣等級只有B級，電壓也一般都是120V/60HZ的。然而，銷售到歐洲的空壓機(jī)就不一樣了，絕緣等級常用的有B級和F級，電壓有230V的也有240V的，好在都是50HZ。還有就是歐洲和美國對于氣罐的容積，最高工作壓力以及排氣量計(jì)量單位上的差異也需要注意一下。

　　第三，空壓機(jī)的目標(biāo)售價(jià)。大多的工廠通過空壓機(jī)的目標(biāo)售價(jià)，都可以直接推算出空壓機(jī)的采購成本是多少。其實(shí)，這個(gè)才是我們所有設(shè)計(jì)工作的總體目標(biāo)，所有的開支加起來不能超出成本預(yù)算。“產(chǎn)品的成本是設(shè)計(jì)出來的”，從設(shè)計(jì)端源頭來控制成本是對的；總比到最后樣機(jī)出來了，再去想盡辦法降成本要好的多。

　　在《立項(xiàng)申請書》上還對應(yīng)體現(xiàn)了市場對電器安全和環(huán)保的要求，但是對高效節(jié)能和操作使用舒適便捷性的要求，就得需要結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)來綜合設(shè)計(jì)了。

　　高效節(jié)能體現(xiàn)在空壓機(jī)對于能源的利用率上，有個(gè)專業(yè)的名詞叫作比功率?？諌簷C(jī)比功率是評價(jià)在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機(jī)性能的一種指標(biāo)，也是評價(jià)壓縮機(jī)能效的重要指標(biāo)。中國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為《GB19153容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級》。

　　對于操作使用舒適便捷性，就需要設(shè)計(jì)的時(shí)候結(jié)合一些自然規(guī)律，機(jī)械原理和人體工程學(xué)來綜合考慮了。換位思考，如果是自己使用這個(gè)空壓機(jī)，需要達(dá)到一個(gè)什么狀態(tài)自己才會(huì)滿意呢？憑著這種思路來做設(shè)計(jì)，肯定會(huì)得到一個(gè)滿意的結(jié)果。

　　所以說，我們拿到《立項(xiàng)申請書》后，接下來的所有設(shè)計(jì)工作，其實(shí)都是圍繞著那四點(diǎn)市場需求來展開的，特別是高效節(jié)能和操作使用的舒適便捷性。下面我們就來進(jìn)一步將市場要求分解說明一下。

 

　　三、市場需求表征為技術(shù)參數(shù)

　　要滿足空壓機(jī)的高效節(jié)能要求，還得從空壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)上進(jìn)行量化處理。怎么高效，怎么節(jié)能，到最后都得轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)來進(jìn)行展示。首先說一下空壓機(jī)的比功率，它的定義是這樣的：是指壓縮機(jī)壓縮單位實(shí)際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。這個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式是：比功率=輸入功率P÷容積流量Q；單位: kW/(m3/min)?？諌簷C(jī)比功率越小，說明空壓機(jī)能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。但是，這個(gè)比功率參數(shù)，它是一個(gè)中間表征數(shù)值，是間接計(jì)算出來的，不是直接設(shè)計(jì)出來的。那么，是什么設(shè)計(jì)參數(shù)和比功率及高效節(jié)能性能相關(guān)呢？通過上面比功率的公式不難看出，除了電機(jī)的輸入功率，那就是流量值了。然而，我們設(shè)計(jì)時(shí)，一般是假設(shè)功率已知恒定，來推算出流量值的。再結(jié)合以下理論流量值的公式，我們不難看出，其實(shí)影響比功率的設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)是氣缸的直徑和活塞的行程。
 

 

　　一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設(shè)計(jì)累計(jì)公差、裝配精度等原因所導(dǎo)致。設(shè)計(jì)的理論排氣量和樣機(jī)的實(shí)測（在7公斤時(shí)）排氣量之間有一定差異，這就涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)的效率問題了（所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要預(yù)留足夠的系數(shù)，來保證實(shí)測的樣機(jī)比功率數(shù)值達(dá)標(biāo)）。效率低了，消耗大了，意思就是光顧著發(fā)熱了，做功少了，表征現(xiàn)象便是一個(gè)溫升問題，其實(shí)，溫升直接對應(yīng)的又是節(jié)能環(huán)保的要求。

　　另，空壓機(jī)的節(jié)能環(huán)保特性也可以追根到直接的設(shè)計(jì)參數(shù)上。這里所說的環(huán)保包含空氣的環(huán)保和噪音的環(huán)保，直接體現(xiàn)出來的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)便是：1）溫升低 2）噪音小 3）振動(dòng)小。

　　其中第一條溫升低，是從節(jié)能環(huán)保的角度，對小型空壓機(jī)提出了要求，要求該類電動(dòng)工具，要盡量少的做發(fā)熱的功（無用功），減少浪費(fèi)能源，減輕不必要的排放，降低對環(huán)境的影響。第二條噪音小，卻只是從環(huán)保的角度對小型空壓機(jī)提出了要求，要求該類電動(dòng)工具，要在工作做功的同時(shí)，降低噪音污染，為操作者營造一個(gè)舒適愉悅的環(huán)境。第三條振動(dòng)小，則主要是要求小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)自身要有一個(gè)較好的機(jī)械平衡，通俗說也就是要有良好運(yùn)行平穩(wěn)性。隨著當(dāng)今國際市場競爭的日趨激烈，隨著世界各國節(jié)能、環(huán)保意識的逐步提高，對于小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的以上三個(gè)性能的要求也會(huì)變得更為突出。

　　出乎意料的是，我們在解決節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，也表征出了一些和操作使用舒適便捷性相關(guān)的設(shè)計(jì)特性參數(shù)。空壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，噪音污染低，操作環(huán)境舒適愉悅，這都屬于操作使用舒適便捷性的范疇。

　　最后，需要說的是電器安全性。這個(gè)其實(shí)是屬于一個(gè)最難而又最簡單的要求，難是難在它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的高額認(rèn)證費(fèi)用；如果您的客戶能夠承擔(dān)，那真是一大好事。簡單是簡單在，和產(chǎn)品相關(guān)的絕大多數(shù)符合認(rèn)證的零件，都屬于菜單式標(biāo)配零件，在你設(shè)計(jì)的時(shí)候只管按照要求選用就行，不需要再進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

　　另一方面，關(guān)于電器安全性的要求，在你給整機(jī)做相關(guān)認(rèn)證和測試的時(shí)候，第三方的檢測機(jī)構(gòu)也會(huì)對你的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器選型進(jìn)行進(jìn)一步的檢查論證。只有電器安全性達(dá)標(biāo)了，你所設(shè)計(jì)的空壓機(jī)產(chǎn)品才能進(jìn)入相應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行銷售。

 

　　四、結(jié)語

　　小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的設(shè)計(jì)立足于市場的需求，轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品研發(fā)的相關(guān)技術(shù)文件上，表征為相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，體現(xiàn)為具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具體機(jī)械原理的使用、具體電器零部件的選擇上。

　　總之，要想設(shè)計(jì)好一個(gè)小型直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)產(chǎn)品，需要從材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、公差工藝的制定等各處細(xì)節(jié)著手，需要把工作做細(xì)、做實(shí)、做到位，這樣才能設(shè)計(jì)出性能較好，品質(zhì)較高的產(chǎn)品來。

 

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2007

　　[2] 于惠力.機(jī)械零部件設(shè)計(jì)禁忌[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006

　　[3] 陸寧.機(jī)械原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1997

　　[4] JB/T 8934-1999.直聯(lián)便攜式往復(fù)活塞空壓機(jī)[S].1999

　　[5] 郁永章,姜培正.壓縮機(jī)工程手冊[M].中國石化出版社.2012

　　[6] 活塞式壓縮機(jī)編寫組. 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1974

　　[7] 金光熹,楊紹侃編.壓縮機(jī)可靠性[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1989

 

　　作者簡介

　　吳廣忠（1980.04--），男，漢族，山東省青島市人，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機(jī)。

 

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