CN104696193B - 用于空气压缩机的组合活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空气压缩机的组合活塞。本发明包括设置在气缸中的活塞体和活塞端盖，活塞端盖通过紧固件固定在活塞体上，活塞体上沿其轴向开设有第一进气孔，活塞端盖上开设有第二进气孔，活塞端盖与活塞体之间设置有阀片，且阀片的边部处于在气缸进气时抬起以使得第一进气孔和第二进气孔相联通或在气缸排气时封盖在第一进气孔处以使得第一进气孔和第二进气孔相隔绝的两种状态；活塞端盖上设置有限制阀片抬起角度的升程限制器或升程限制结构。本发明结构简单紧凑，拆卸方便，适用于安装在空间尺寸小的微型空压机上。本组合活塞能显著提高空压机的进气效率，并且压缩过程使气缸内部保持了良好的密封性，提高了排气效率，节省了压缩机的能耗。

Description

用于空气压缩机的组合活塞

技术领域

本发明属于空气压缩机领域，具体涉及一种用于空气压缩机的组合活塞。

背景技术

空气压缩机是人们生产生活中经常用到的工具之一，通常，压缩机包括活塞组件和气缸，活塞组件与气缸配合形成压缩室，活塞组件设计的好坏与空气压缩机的性能息息相关。

现有技术中的空气压缩机中的活塞组件主要包括活塞体、活塞环、活塞杆，在活塞体的中心形成有内孔活塞杆穿过该内孔与活塞体固定连接，在活塞体上还形成有环形槽，活塞环安装在环形槽内，以密封活塞体与气缸之间的间隙，活塞组件可包括多个活塞环。中国专利文献CN 101865115A公开了一种空气压缩机的活塞组件，该活塞组件包括活塞盖板、活塞本体以及密封环，活塞盖板使用紧固件紧固地连接到活塞本体上，密封环配装在活塞盖板与活塞本体之间，且密封环呈具有与气缸内孔壁面作运动密封配合的椭圆状或类椭圆状的环形外缘表面，因此即使在振动、惯性以及变形等因素的影响下密封环也不易发生围绕活塞组件轴线的松转运动，不仅活塞环而且活塞盖板均不易松脱。但是这种结构的空气压缩机在排气过程结束时总有余隙容积存在，在下一次吸气时，余隙容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸入的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于余隙容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。故当输出压力较高时，应采取措施降低排气温度，节省压缩功，以达到提高容积效率，增加压缩气体排气量的效果。

因此，本领域技术人员需要提供一种结构简单、运行稳定、能有效减小余隙容积从而提高排气效率的用于空气压缩机的组合活塞。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于空气压缩机的组合活塞，本组合活塞结构简单、运行稳定，能有效减小余隙容积从而提高压缩机气缸的排气效率。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于空气压缩机的组合活塞，包括设置在气缸中的活塞体和活塞端盖，所述活塞端盖通过紧固件固定在活塞体上，所述活塞体上沿其轴向开设有第一进气孔，所述活塞端盖上开设有第二进气孔，所述活塞端盖与活塞体之间设置有阀片，且阀片的边部处于在气缸进气时抬起以使得第一进气孔和第二进气孔相联通或在气缸排气时封盖在第一进气孔处以使得第一进气孔和第二进气孔相隔绝的两种状态；所述活塞端盖上设置有限制阀片抬起角度的升程限制器或升程限制结构。

优选的，所述升程限制结构为设置在活塞端盖底端面上的凹部。

优选的，本组合活塞中还在活塞体上设置有两个定位销，所述活塞端盖和阀片均通过定位销安装在所述活塞体上，所述活塞端盖上的与定位销相配合的端盖销孔为上端封闭的盲孔。

优选的，所述阀片包括阀片中心段和自阀片中心段向外伸出并便于翘起的阀臂组成；所述阀片中心段的中部设置有供紧固件穿过的固定孔，且所述阀片中心段在固定孔的两侧设有两个供定位销穿过的定位孔；所述阀臂远离阀片中心段的一端即阀臂末端盖设在第一进气孔处，且所述阀臂末端的尺寸大于第一进气孔的尺寸。

优选的，所述阀臂设置为四个，四个阀臂呈十字状设置。

优选的，所述升程限制结构为与所述阀臂相对应配合的楔子状或类楔子状凹腔，所述第二进气孔设置在升程限制结构的边缘处，且第二进气孔与升程限制结构的边缘相交。

优选的，所述楔子状凹腔的夹角α在0～45°范围内。

优选的，与某个第一进气孔对应配合的第二进气孔设置为多个。

更优选的，所述楔子状凹腔的夹角α为2～5°。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明中的组合活塞把气缸分成气缸上部和气缸下部两部分，该组合活塞中的第一进气孔、阀片、升程限制结构与第二进气孔彼此配合构成一个止回阀；当组合活塞以图1中所示的箭头所指方向向下运动时，气缸下部的压力大于气缸上部的压力，此时压缩机开启吸气阀，气体从气缸上的进气通道进入到气缸下部，气流穿过第一进气孔对阀片施加压力，使得阀片的阀臂翘起，封盖在第一进气孔出的阀臂末端打开，此时止回阀打开，第一进气孔和第二进气孔彼此连通，空气经第二进气孔进入到气缸上部空间完成吸气过程；

当组合活塞以图2中所示的箭头所指方向向上运动时，压缩机关闭吸气阀，由于气缸上部的压力大于下部的压力，使得阀片贴紧活塞体的第一进气孔，此时止回阀关闭，气体在气缸上部空间内完成压缩过程后排出气缸。

由上述可知，本组合活塞结构简单紧凑，拆卸方便，适用于安装在空间尺寸小的微型空压机上。本组合活塞能够使吸气过程更充分，能显著提高空压机的进气效率，并且压缩过程使气缸内部保持了良好的密封性，同样也提高了排气效率，节省了压缩机的能耗。

2)、本发明在第一进气孔上方的活塞端盖上设有楔子状或类似楔子状凹腔的升程限制结构，当阀片的阀臂在气流压力下翘起时，气流通过升程限制结构对阀臂的抬起角度进行限制，也即利用升程限制结构自身的形状对阀臂的抬起角度进行限制。具体说来，由于楔子状凹腔的夹角α在0～45°范围内，因此阀片的阀臂的抬升角度将小于等于45°，这种结构设计使得气体以较为缓和的速度经第一进气孔、第二进气孔而进入到气缸上部空间，降低了气流对阀片的冲击，提高了阀片的工作寿命。

3)、本发明将楔子状凹腔的夹角α严格限制在2～5°范围内，其一可以保证气流的通畅而不受影响，其二能够尽可能减少对活塞端盖整体性和结构的影响，保证组合活塞能够持久可靠的稳定工作。

4)、本组合活塞在活塞体上开设了多个第一进气孔，此多个第一进气孔同心设置且均匀分布，且此多个第一进气孔的圆心设置在紧固件轴线上。同样的，本组合活塞中阀片的阀臂也以紧固件的轴线作为中线对称分布。此外，本组合活塞中的第二进气孔与第一进气孔对应设置，也即，多个第二进气孔(当与某个第一进气孔对应的多个第二进气孔构成第二进气孔组时，则为多个第二进气孔组)也同心设置且均匀分布，此多个第二进气孔的圆心也设置在紧固件轴线上。本发明中的这种结构设计，减少了空气压缩机在工作过程中产生的振动与噪声，提高了其稳定性，同时，使气流运动过程更加平稳，更加接近可逆过程，这种活塞组件实现了在满足气流速度及压力损失的前提下，能够有效的减小余隙容积，降低排气温度，因而保证了空气压缩机具有较高的吸气和排气效率，同时降低能耗。

5)、本发明阀片中心段设有两个对称的供定位销穿过的定位孔，安装时定位销穿过定位孔将阀片限位在活塞体上，从而不但使得阀片在安装时的精度较高，而且确保了阀片的位置不会再气流扰动下发生移动；阀片中设置有四个阀臂，与此对应的，活塞体上的第一进气孔和活塞端盖上的升程限制结构也对应设置为四个，从而不但有利于保证足够的通气面积，而且有利于增强活塞端盖的结构强度，使活塞端盖在气缸恶劣的工作环境中能够稳定可靠的工作；阀臂末端的尺寸大于第一进气孔的尺寸，阀臂末端端部到紧固件轴线的距离大于第一进气孔孔壁到紧固件轴线的最远距离，且阀臂末端端部到紧固件轴线的距离小于第二进气孔孔壁到紧固件轴线的最远距离，从而确保了阀臂末端在气缸排气时能够封盖在第一进气孔上使第一进气孔和第二进气孔相隔绝，而在气缸进气时能够顺利抬起而使第一进气孔和第二进气孔相连通，从而不会发生无法严格控制第一进气孔的开闭问题，保证了空气压缩机的正常运作。

6)、本发明将与某个第一进气孔对应配合的第二进气孔设置为多个，也即一个第一进气孔与多个第二进气孔构成的第二进气孔组相对应配合，不但保证了气流的流量不受影响，而且确保了活塞端盖结构的完整性，保证了活塞端盖具有较高的结构强度。

附图说明

图1为本发明活塞吸气过程的结构示意图。

图2为本发明活塞压缩过程的结构示意图。

图3为本发明活塞端盖的主视图。

图4为本发明活塞端盖的仰视图。

图5为本发明阀片的结构示意图。

图中标记的含义如下：

1-活塞体 11-第一进气孔 2-活塞端盖 21-第二进气孔

22-固定孔 23-端盖销孔 24-升程限制结构 3-活塞环

4-阀片 40-阀片中心段 400-固定孔 401-定位孔

41-阀臂 42-阀臂末端 5-气缸 6-紧固件 7-定位销

8-进气通道 V1-气缸上部 V2-气缸下部

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，图示为一种用于空气压缩机的组合活塞。

本组合活塞包括设置在气缸5中的活塞体1、活塞端盖2与活塞环3。

活塞环3环配在活塞体1周侧与气缸内壁之间，且活塞环3具有与压缩机气缸5内壁相匹配的椭圆状或类椭圆状的环形外缘表面，所述活塞环3采用耐磨损，耐高压，耐高、低温的填充聚四氟乙烯材料，实现了较好的密封性能，且增加了活塞组件的使用寿命。

如图1、2所示，活塞端盖2通过紧固件6与活塞体1固连为一体，所述紧固件6为螺钉或螺栓。紧固件6的轴线为组合活塞的中轴线。

活塞体1上开设有四个第一进气孔11，此四个第一进气孔11均匀地分布在以紧固件6的轴心为圆心的圆周上。

如图1～4所示，活塞端盖2的靠近活塞体顶面的底端面上还设有四个呈楔子状凹腔的升程限制结构24，如图3所示，楔子状升程限制结构24的夹角α为4°。如图4所示，活塞端盖2上还设有四组第二进气孔组，所述第二进气孔组与第一进气孔一一对应设置，且任一第二进气孔组均包含三个第二进气孔21，任一个第二进气孔21均与升程限制结构24的边缘相交，当阀片4的阀臂41翘起时，即阀臂末端42抬起时，活塞端盖2上的任意一组第二进气孔21均与相对应的第一进气孔5连通。

如图1、2、5所示，本组合活塞还包括阀片4与定位销7，所述阀片4通过定位销7安装在活塞体1的顶面，阀片4通过紧固件6与活塞体1和活塞端盖2固连为一体。

如图5所示，阀片4由阀片中心段40和阀臂41组成，在阀片中心段40的中部设置有供紧固件6穿过的固定孔400，固定孔400的两侧设有两个对称的定位孔401，定位销7穿过定位孔401将阀片4在活塞体1上定位；所述阀臂41远离阀片中心段40的一端即阀臂末端42盖设在第一进气孔11处，阀臂末端42设为尺寸大于第一进气孔5的圆板状。阀臂41的数量设置为与第一进气孔11的数量一致，且阀片4的四条阀臂41呈十字状分布。活塞端盖2上的升程限制结构24所构成的楔子状凹腔可容纳阀片4的阀臂41。

如图1、2、4所示，阀臂末端42端部到紧固件6轴线的距离大于第一进气孔11孔壁到紧固件6轴线的最远距离，且阀臂末端42端部到紧固件6轴线的距离小于第二进气孔21孔壁到紧固件6轴线的最远距离。

下面结合附图对该组合活塞的工作过程作详细说明。

如图1、2所示，本发明中的组合活塞把气缸5分成气缸上部V1和气缸下部V2两部分，该组合活塞中的第一进气孔11、阀片4、升程限制结构24与第二进气孔21彼此配合构成一个止回阀。

如图1所示，当组合活塞以箭头所指方向向下运动时，气缸下部V2的气体被压缩，气缸下部V2的压力大于气缸上部V1的压力，此时压缩机开启吸气阀，气体从气缸上的进气通道8进入到气缸下部V2，气流穿过第一进气孔11对阀片4施加压力，使得阀片4的四条阀臂41翘起而紧贴升程限制结构24的上表面，封盖在第一进气孔11处的阀臂末端42打开，此时止回阀打开，第一进气孔11和与其对应的三个第二进气孔21彼此连通，空气经第一进气孔11、第二进气孔21进入到气缸上部V1空间完成吸气过程；吸气方向如图1中虚线箭头所示；

如图2所示，当组合活塞以箭头所指方向向上运动时，压缩机关闭吸气阀，由于气缸上部V1的压力大于气缸下部V2的压力，使得阀片4贴紧活塞体1的第一进气孔11，由于阀臂末端42尺寸大于第一进气孔11并与第一进气孔相贴合，因而阻止了气流向下流动，气体在气缸5内完成压缩过程后进入下一次吸气过程，依次循环直至空气压缩机完成整个运作。

Claims (9)

1.一种用于空气压缩机的组合活塞，包括设置在气缸中的活塞体(1)和活塞端盖(2)，所述活塞端盖(2)通过紧固件(6)固定在活塞体(1)上，其特征在于：所述活塞体(1)上沿其轴向开设有第一进气孔(11)，所述活塞端盖(2)上开设有第二进气孔(21)，所述活塞端盖(2)与活塞体(1)之间设置有阀片(4)，且阀片(4)的边部处于在气缸进气时抬起以使得第一进气孔(11)和第二进气孔(21)相联通或在气缸排气时封盖在第一进气孔(11)处以使得第一进气孔(11)和第二进气孔(21)相隔绝的两种状态；所述活塞端盖(2)上设置有限制阀片(4)抬起角度的升程限制器或升程限制结构(24)。

2.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述升程限制结构(24)为设置在活塞端盖(2)底端面上的凹部。

3.根据权利要求2所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：本组合活塞中还在活塞体(1)上设置有两个定位销(7)，所述活塞端盖(2)和阀片(4)均通过定位销安装在所述活塞体(1)上，所述活塞端盖(2)上的与定位销(7)相配合的端盖销孔(23)为上端封闭的盲孔。

4.根据权利要求3所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述阀片(4)包括阀片中心段(40)和自阀片中心段(40)向外伸出并便于翘起的阀臂(41)组成；所述阀片中心段(40)的中部设置有供紧固件(6)穿过的固定孔(400)，且所述阀片中心段(40)在固定孔(400)的两侧设有两个供定位销(7)穿过的定位孔(401)；所述阀臂(41)远离阀片中心段(40)的一端即阀臂末端(42)盖设在第一进气孔(11)处，且所述阀臂末端(42)的尺寸大于第一进气孔(11)的尺寸。

5.根据权利要求4所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述阀臂(41)设置为四个，四个阀臂(41)呈十字状设置。

6.根据权利要求4或5所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述升程限制结构(24)为与所述阀臂(41)相对应配合的楔子状或类楔子状凹腔，所述第二进气孔(21)设置在升程限制结构(24)的边缘处，且第二进气孔(21)与升程限制结构(24)的边缘相交。

7.根据权利要求6所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述楔子状凹腔的夹角α在0～45°范围内。

8.根据权利要求6所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：与某个第一进气孔(11)对应配合的第二进气孔(21)设置为多个。

9.根据权利要求7所述的一种用于空气压缩机的组合活塞，其特征在于：所述楔子状凹腔的夹角α为2～5°。