CN104153963B - 一种多缸对置活塞式无油压缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多缸对置活塞式无油压缩装置。包括驱动电机、气缸和导风罩，其特征在于所述的驱动电机的输出轴连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件，活塞组件连接在与驱动电机输出轴相连的曲轴上，曲轴与驱动电机之间设置有曲轴箱，活塞组件在曲轴的驱动下有规律的上下往复运动。本发明与同类型压缩机相比，设计思路前卫，改变了传统的有油润滑压缩润滑方式；结构新颖，带导向环和活塞皮碗的双头活塞，错位90度安置的曲轴，2组对置气缸，可产出均匀的纯净的压缩空气；其结构可靠、紧凑，成本低，效率高，泄漏低，寿命高，稳定性好。

Description

一种多缸对置活塞式无油压缩装置

技术领域

本发明涉及一种多缸对置活塞式无油压缩装置。

背景技术

有油对置活塞结构作为一种成熟的公知技术结构，广泛运用于发动机装置和有油压缩装置上，这种结构虽然可靠、效率高，但是离不开润滑油的保护。无油压缩机作为能提供洁净空气的空气源，在医疗、食品、化工等对空气质量要求高要求行业有着非常广泛的市场。目前，无油活塞压缩机多采用合成材料作为活塞环。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多缸对置活塞式无油压缩装置的技术方案。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，包括驱动电机、气缸和导风罩，其特征在于所述的驱动电机的输出轴连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件，活塞组件连接在与驱动电机输出轴相连的曲轴上，曲轴与驱动电机之间设置有曲轴箱，活塞组件在曲轴的驱动下有规律的上下往复运动。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述的驱动电机的两侧均设置有输出轴，驱动电机的两个输出轴各连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述位于驱动电机两侧的曲轴相互错开90度，在一个旋转周期内错开角度实现均匀压缩。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述活塞组件包括连杆、双头活塞、活塞销、两个活塞皮碗、两个皮碗压盖和两个导向环，双头活塞的两头分别设置一个活塞皮碗，活塞皮碗通过皮碗压盖与双头活塞固定连接，双头活塞端部还设置有用来导向的导向环；双头活塞内安装设置活塞销，活塞销外套有两个带润滑脂的小轴承，双头活塞通过活塞销和两个带润滑脂的小轴承与连杆小头连接，连杆大头安装有带润滑脂的大轴承，连杆通过带润滑脂的大轴承与曲轴的偏心轴相连，双头活塞通过活塞皮碗和导向环与设置在驱动电机轴侧的两个气缸相配合。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述活塞皮碗由自润滑材料制成, 拥有完整的碗状结构，中间开有通孔，能够通过皮碗压盖固定在双头活塞上；所述导向环由自润滑材料制成，并切有开口。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述曲轴的偏心块上开有锁紧槽，并装有锁紧螺丝。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述气缸外部设置有缸盖，气缸与缸盖之间设置有阀组，气缸和缸盖上均开设有按照密封圈的槽，气缸与阀组之间设置O型密封圈，阀组与缸盖之间设置阀组密封圈，气缸与阀组、阀组与缸盖均直接金属接触。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述驱动电机输出轴和曲轴上均设置散热的风叶。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述缸盖的进气口上装有带消声功能的空滤器，空滤器由底座、滤芯和盖子组成, 底座有两个腔体，滤芯塞在大腔体内,小腔体内安装带导嘴的盖子。

所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述驱动电机替换为皮带盘，作为皮带机使用。

本发明的多缸对置活塞式无油压缩装置，可直接连接在电机等动力装置上，或者通过皮带与动力装置连接，在一个旋转周期内可均匀的压缩空气；作为优选，本发明采取直接与电机相连的方案来阐述。本装置有两组或者一组活塞组件，每组活塞组件在两个对置的气缸内做往复运动。采用带自润滑的活塞皮碗和导向环来密封和导向，工作时活塞皮碗由于气体压力张开，可紧贴气缸，有效减少泄漏，提高效率；双头活塞中部的导向环让双头活塞只能沿气缸中心做直线往复运动，有效缓解了活塞皮碗的摩擦，提高活塞皮碗的使用寿命，同时提高了双头活塞的密封效果；电机内安装有风叶，为电机降温，曲轴外侧也分别装有内置风叶，风叶外侧按装有导风罩，风叶转动时形成气流强制冷却气缸和活塞组件，提高压缩效率。同时气缸外侧有沿轴向的散热片，增加了散热面积和导风性。采用两个带润滑脂的小轴承连接连杆和活塞销，采用一个带润滑脂的大轴承连接曲轴和连杆。曲轴的偏心块上有锁紧槽并装有锁紧螺丝，与电机转子配合的内孔设计成间隙配合，在锁紧螺丝没锁紧时，曲轴装在转子上能轴向自由移动，安装时双头活塞能自动对中，对中后再锁紧偏心块上的锁紧螺丝，将曲轴锁紧在转子轴上。两个曲轴的偏心轴相互错开90度安装，让每个缸的冲程错开1/4周期，使机器产气更加平稳；气缸与阀组之间设置O型密封圈，阀组与缸盖之间设置阀组密封圈，取消了纸垫，使金属能直接接触金属，提高了可靠性和导热性。带消声功能的空滤器降低了机器的噪音。该压缩装置与同类型压缩机相比，结构简单、可靠，成本降低，泄漏降低，稳定性提高，产气平稳，机器的寿命和工作效率高，并能输出无油的压缩气体。

附图说明

图1为本发明的结构剖面图；

图2为本发明活塞组件的结构示意图；

图3为图2的剖面图；

图4为本发明皮碗压盖的示意图；

图5为本发明活塞皮碗的示意图；

图6为本发明导向环的示意图；

图7为本发明曲轴的结构示意图；

图8为本发明曲轴的安装示意图；

图9为本发明主体结构的示意图；

图10为本发明设置两组共轴对置的活塞组件示意图；

图11为本发明设置一组共轴对置的活塞组件示意图；

图12为本发明气缸的示意图；

图13为本发明空滤器的剖面图；

图14为本发明空滤器的示意图；

图15为本发明气缸、阀组和缸盖的示意图；

图中：1-驱动电机，2-转子，3-第一风叶，4-第一曲轴箱，5-第一曲轴，6-第一气缸，7-第一皮碗压盖，8-第一双头活塞，9-第一活塞皮碗，10-第一导向环，11-第一连杆，12-第二风叶，13-第一导风罩，14-第一活塞销，15-第二导向环，16-第二活塞皮碗，17-第二皮碗压盖，18-第二气缸，19-第三气缸，20-第三皮碗压盖，21-第三活塞皮碗，22-第三导向环，23-第二双头活塞，24-第二活塞销，25-第二连杆，26-第二曲轴，27-第三风叶，28-第二导风罩，29-第四导向环，30-第四活塞皮碗，31-第四皮碗压盖，32-第四气缸，33-第二曲轴箱，34-空滤器，34a-底座，34b-盖子，34c-海绵滤芯，35-O型密封圈，36-阀组，37-阀组密封圈，38-缸盖，100-活塞组件，102-第一带润滑脂的小轴承，103-第二带润滑脂的小轴承，104-带润滑脂的大轴承。

具体实施方式

多缸对置活塞式无油压缩装置，包括驱动电机、气缸和导风罩，驱动电机的输出轴连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件，活塞组件连接在与驱动电机输出轴相连的曲轴上，曲轴与驱动电机之间设置有曲轴箱，活塞组件在曲轴的驱动下有规律的上下往复运动。

可以在驱动电机的两侧均设置有输出轴，驱动电机的两个输出轴各连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件，此时位于驱动电机两侧的曲轴需要相互错开90度，在一个旋转周期内错开角度实现均匀压缩。

上述多缸对置活塞式无油压缩装置可直接连接在除电机之外的其它动力装置上，如通过皮带与动力装置连接，都可以在一个旋转周期内均匀的压缩空气。

上述活塞组件包括连杆、双头活塞、活塞销、两个活塞皮碗、两个皮碗压盖和两个导向环，双头活塞的两头分别设置一个活塞皮碗，活塞皮碗通过皮碗压盖与双头活塞固定连接，双头活塞端部还设置有用来导向的导向环；双头活塞内安装设置活塞销，活塞销外套有两个带润滑脂的小轴承，双头活塞通过活塞销和两个带润滑脂的小轴承与连杆小头连接，连杆大头安装有带润滑脂的大轴承，连杆通过带润滑脂的大轴承与曲轴的偏心轴相连，双头活塞通过活塞皮碗和导向环与设置在驱动电机轴侧的两个气缸相配合。其中，活塞皮碗由自润滑材料制成, 拥有完整的碗状结构，中间开有通孔，能够通过皮碗压盖固定在双头活塞上；导向环由自润滑材料制成，并切有开口。

上述曲轴的偏心块上开有锁紧槽，并装有锁紧螺丝；气缸外部设置有缸盖，气缸与缸盖之间设置有阀组，气缸和缸盖上均开设有按照密封圈的槽，气缸与阀组之间设置O型密封圈，阀组与缸盖之间设置阀组密封圈，气缸与阀组、阀组与缸盖均直接金属接触。在缸盖的进气口上装有带消声功能的空滤器，空滤器由底座、滤芯和盖子组成, 底座有两个腔体，滤芯塞在大腔体内,小腔体内安装带导嘴的盖子。在驱动电机输出轴和曲轴上均设置散热的风叶。

下面以驱动电机的输出轴连接两组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件为例，结合说明书附图对本发明作详细描述：

如图1，驱动电机1外壳两头与第一曲轴箱4和第二曲轴箱33固定，第一曲轴箱4上有两个共轴的对置气缸（第一气缸6和第二气缸18），第二曲轴箱33上有两个共轴的对置气缸（第三气缸19和第四气缸32）。气缸内侧经过硬化处理，有很好的光洁度和硬度，并带有轴向的散热片，可以让气流沿轴向流动。这两组共轴的对置气缸内分别设置有一套活塞组件100。

如图7、8所示，转子两头分别装有第一曲轴5和第二曲轴26，第一曲轴5的旋转中心点与偏心轴的中心点连线指向为X₅，第二曲轴26的旋转中心点与偏心轴的中心点连线指向为X₂₆，在安装的时候X₅与X₂₆的夹角错开了90度，第一曲轴5和第二曲轴26的偏心块上沿径向分别切有一道开口，切过第一曲轴5和第二曲轴26上与转子2配合的旋转中心孔，第一曲轴5和第二曲轴26的偏心块沿开口垂直方向安装有锁紧螺丝，当锁紧螺丝没有锁紧时，第一曲轴5和第二曲轴26的旋转中心孔与转子2轴的配合为间隙配合，套上去后可沿转子2轴向自由移动；当锁紧螺丝锁紧时，偏心块被切开的两部分会相互拉紧，从而缩小旋转中心孔的直径，将中心孔与转子轴的配合变为过盈配合，第一曲轴5和第二曲轴26被牢固安装在了转子2两头。转子2上装有第一风叶3和第四风叶（图中未标注），当转子2转动时，第一风叶3、第四风叶、第一曲轴5和第二曲轴26均与转子2做同步转动。

转子两侧的活塞组件结构相同，在此仅详细讲述转子右侧的活塞组件。如图2-6所示，活塞组件100由第一皮碗压盖7、第二皮碗压盖17、第一双头活塞8、第一活塞皮碗9、第二活塞皮碗16、第一导向环10、第二导向环15、第一连杆11和第一活塞销14组成，第一双头活塞8顶部两头设置有第一活塞皮碗9和第二活塞皮碗16，第一活塞皮碗9和第二活塞皮碗16由自润滑材料制成，拥有完整的碗状结构，中间有开孔，第一活塞皮碗9和第二活塞皮碗16通过第一皮碗压盖7和第二皮碗压盖17与第一双头活塞8固定连接，通过螺丝锁紧，在工作时能很好的密封气体；第一双头活塞8端部设置有第一导向环10、第二导向环15，第一导向环10、第二导向环15由自润滑材料制成，切有槽口以方便安装，第一导向环10、第二导向环15可以套在第一双头活塞8上，约束第一双头活塞8只能在气缸内进行上下的往复运动；第一活塞销14铆接在第一双头活塞8上，第一连杆11的小头通过2个带润滑脂的滚动轴承（第一带润滑脂的小轴承102和第二带润滑脂的小轴承103）和第一活塞销14铆接，第一连杆11和第一活塞销14之间是活动的，可以沿第一活塞销14周向做相对摆动，但不可沿第一活塞销14轴向移动，第一连杆11大头上铆接有带润滑脂的大轴承104。

如图9所示，转子2、第一风叶3、第四风叶、第一曲轴5、第二曲轴26通过轴承安装在第一曲轴箱4和第二曲轴箱33上可以自由转动，位于转子左右两侧的两组活塞组件，分别放置在两组共轴的对置气缸内（第一气缸6和第二气缸18、第三气缸19和第四气缸32），气缸是固定在第一曲轴箱4和第二曲轴箱33上的，活塞组件可在气缸内沿上下方向做自由往复运动。通过连杆上的带润滑脂的大轴承，两套活塞组件分别安装在第一曲轴5、第二曲轴26上，第一曲轴5、第二曲轴26通过带润滑脂的大轴承可与连杆大头直接实现周向的相对运动，活塞组件可在偏心的第一曲轴5、第二曲轴26的驱动下，实现有规律的上下往复运动。

第一曲轴5、第二曲轴26上依次装有第二风叶12、第三风叶27、第一导风罩13和第二导风罩28，第一导风罩13和第二导风罩28是固定的，第二风叶12、第三风叶27可随转子轴同步转动，第二风叶12、第三风叶27转动时形成冷却风，第一导风罩13和第二导风罩28将风导向两组活塞组件以及第一气缸6、第二气缸18、第三气缸19和第四气缸32上，第一气缸6、第二气缸18、第三气缸19和第四气缸32上的轴向散热片能将风进一步导向阀组上，冷却阀组36，阀组是固定安装在气缸上的。

如图11、15所示，气缸上部固定装有阀组36和缸盖38，气缸与阀组之间设置O型密封圈35，阀组与缸盖之间设置阀组密封圈37，提高了可靠性；同时由于气缸、阀组36和缸盖38可以直接金属接触，整体导热性提高，缸盖38和阀组36上的热量可快速传导到气缸（第一气缸6、第二气缸18、第三气缸19和第四气缸32）和曲轴箱（第一曲轴箱4和第二曲轴箱33）上，通过冷风将热量带走，降低了机器的工作温度。

如图10-11所示，本发明缸盖38的进气口上装有带消声功能的空滤器34，能有效降低机器的噪音。如图13-14所示，空滤器34由底座34a，滤芯34c和盖子34b组成, 底座34a有2个腔体，大腔体塞有海棉滤芯34c,小腔体装入带导嘴的盖子34b；机器产生的噪音，通过大腔体折射后再进入小腔体，再从盖子34b的导嘴中排出；噪音会明显的降低。

如图1所示，由于转子左侧结构与右侧结构相同，因此左侧的部件（第三气缸19，第三皮碗压盖20，第三活塞皮碗21，第三导向环22，第二活塞23，第二活塞销24，第二连杆25，第二曲轴26，第三风叶27，第二导风罩28，第四导向环29，第四活塞皮30，第四皮碗压盖31，第四气缸32，第二曲轴箱33）及连接关系在此不再详细描述。

当转子旋转运动时, 曲轴通过连杆驱动两套活塞组件分别做上下往复运动，导向环起到约束作用，曲轴与连杆的相对运动由含脂轴承（带润滑脂的大轴承）完成，连杆和活塞销之间的滚摆运动由含脂轴承（带润滑脂的小轴承）完成，活塞组件与气缸之间的往复摩擦运动由自润滑的活塞皮碗和导向环润滑，两个双头活塞在气缸内做不需要润滑油的往复运动，实现了压缩所需的吸气和排气过程。活塞皮碗在压缩过程中张开，将气体压缩并排出气缸；吸气过程中活塞皮碗则收回，减少其与气缸壁面的摩擦。由于两个第一曲轴5、第二曲轴26的中心连线X₅与X₂₆的夹角错开90度，这样在旋转过程中，每个活塞到达上止点的周期也将错开1/4周期，从而4个压缩腔内的压缩过程是相互错开1/4周期的；以图1为例，开始的1/4周期，A腔完成压缩；1/4到1/2周期，C腔完成压缩；1/2到3/4周期, B腔完成压缩；3/4到周期结束，D腔完成压缩。这样的均匀压缩的好处是避免了驱动电机的扭矩集中，使驱动电机在整个工作周期中扭矩均匀，效率提高；同时使得压缩气体能均匀的产生和排出，减少了阀组和其它承压部件受冲击的强度，从而提高了本发明机器的寿命。风叶旋转形成的气流被导风罩导向4个气缸和活塞组件，再通过气缸轴向散热片导向阀组和缸盖下部，强制冷却气缸、活塞组件、阀组和缸盖，降低了机器工作温度，提高了压缩效率。而风叶旋转形成的气流在内部快速冷却定子和转子，将热量带出，降低了驱动电机的温升，提高了驱动电机的寿命。

本发明与同类型压缩机相比，设计思路前卫，改变了传统的有油润滑压缩润滑方式；结构新颖，带导向环和活塞皮碗的双头活塞，错位90度安置的曲轴，2组对置气缸，可产出均匀的纯净的压缩空气；其结构可靠、紧凑，成本低，效率高，泄漏低，寿命高，稳定性好。

Claims (8)

1.一种多缸对置活塞式无油压缩装置，包括驱动电机、气缸和导风罩，其特征在于所述的驱动电机的输出轴连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件，活塞组件连接在与驱动电机输出轴相连的曲轴上，曲轴与驱动电机之间设置有曲轴箱，活塞组件在曲轴的驱动下有规律的上下往复运动；

所述的驱动电机的两侧均设置有输出轴，驱动电机的两个输出轴各连接一组共轴对置的在气缸内做自由往复运动的活塞组件；

所述活塞组件包括连杆、双头活塞、活塞销、两个活塞皮碗、两个皮碗压盖和两个导向环，双头活塞的两头分别设置一个活塞皮碗，活塞皮碗通过皮碗压盖与双头活塞固定连接，双头活塞端部还设置有用来导向的导向环；双头活塞内安装设置活塞销，活塞销外套有两个带润滑脂的小轴承，双头活塞通过活塞销和两个带润滑脂的小轴承与连杆小头连接，连杆大头安装有带润滑脂的大轴承，连杆通过带润滑脂的大轴承与曲轴的偏心轴相连，双头活塞通过活塞皮碗和导向环与设置在驱动电机轴侧的两个气缸相配合。

2.根据权利要求1所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于位于驱动电机两侧的所述曲轴相互错开90度，在一个旋转周期内错开角度实现均匀压缩。

3.根据权利要求1所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述活塞皮碗由自润滑材料制成, 拥有完整的碗状结构，中间开有通孔，能够通过皮碗压盖固定在双头活塞上；所述导向环由自润滑材料制成，并切有开口。

4.根据权利要求1或2所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述曲轴的偏心块上开有锁紧槽，并装有锁紧螺丝。

5.根据权利要求1或2所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述气缸外部设置有缸盖，气缸与缸盖之间设置有阀组，气缸和缸盖上均开设有安装密封圈的槽，气缸与阀组之间设置O型密封圈，阀组与缸盖之间设置阀组密封圈，气缸与阀组、阀组与缸盖均直接金属接触。

6.根据权利要求1或2所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述驱动电机输出轴和曲轴上均设置散热的风叶。

7.根据权利要求5所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述缸盖的进气口上装有带消声功能的空滤器，空滤器由底座、滤芯和盖子组成, 底座有两个腔体，滤芯塞在大腔体内,小腔体内安装带导嘴的盖子。

8.根据权利要求1或2所述的一种多缸对置活塞式无油压缩装置，其特征在于所述驱动电机替换为皮带盘，作为皮带机使用。