CN115111136A - 一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统及其气路结构 - Google Patents
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Abstract
一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统及其气路结构，压缩机系统包括组合气缸，一级活塞组件和二级活塞组件在电机的驱动下同步或交替进行往复运动；压缩后的气体经过空气干燥罐排出到储气罐；一级活塞组件和二级活塞组件组成级差式活塞，一级活塞组件和二级活塞组件在运动时保持同步或相差180°相位角，当一级活塞组件和二级活塞组件同步运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件连接；当一级活塞组件和二级活塞组件相差180°相位角运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件的活塞销固连，电机的转轴与一级活塞组件过渡配合。本发明实现两级压缩不需考虑磨损和旋转惯性力，具有较高机械效率。
Description
技术领域
本发明属于车辆空气悬挂技术领域，具体涉及一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统及其气路结构。
背景技术
空气悬挂压缩机为乘用车的空气悬挂系统提供高压空气，高压气体进入空气弹簧控制车身与轮胎的高低。空气悬挂压缩机机组通常由电机、压缩机和干燥器组成。大气中的空气经过过滤、消声后进入压缩机气缸内，压缩机压缩后的气体通过干燥器排出到相应的容器。
目前常见的空气悬挂用压缩机多为往复式压缩机，根据适用情况结构可为单级压缩或两级压缩。根据压缩机的驱动方式和结构的不同，有直流电机驱动的曲柄活塞机构的往复式压缩机、线性马达驱动的线性压缩机，或者旋叶式与往复式的组合。由直流电机驱动的曲柄活塞机构的往复式压缩机，通常两级活塞连杆机构共用电机伸出端的曲柄轴，需要考虑活塞销(支撑销)的磨损和压缩机构的旋转惯性力。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统及其气路结构，实现两级压缩不需考虑磨损和旋转惯性力，具有较高机械效率。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，包括由一级活塞组件和二级活塞组件通过连杆组件连接组成的组合气缸，所述一级活塞组件和二级活塞组件在电机的驱动下同步或交替进行往复运动；所述一级活塞组件和二级活塞组件压缩后的气体经过空气干燥罐排出到储气罐；所述一级活塞组件和二级活塞组件组成级差式活塞，一级活塞组件和二级活塞组件在运动时保持同步或相差180°相位角，当一级活塞组件和二级活塞组件同步运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件连接；当一级活塞组件和二级活塞组件相差180°相位角运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件的活塞销固连，电机的转轴与一级活塞组件过渡配合。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，所述一级活塞组件和二级活塞组件通过气阀组件分别与空气进出口相连。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，所述一级活塞组件的排气端口与二级活塞组件气端口之间通过第一气路组件相连。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，所述储气罐包括高压储气罐和低压储气罐，所述空气干燥罐排出气体分别通入高压储气罐和低压储气罐，低压储气罐通过反吹气路与一级活塞组件和二级活塞组件连通。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，所述连杆组件伸出端与二级活塞组件一体加工成型，连杆组件的尾部为螺纹；一级活塞组件为整体式活塞，一级活塞组件和二级活塞组件通过连杆组件螺纹连接；一级活塞组件上加工滑道，实现活塞的往复运动，活塞销通过卡簧限位。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，所述滑道采用球面及球面的空间啮合，且到两级压缩上止点时，活塞运动减速以稳定旋转轴的受力。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，当一级活塞组件和二级活塞组件为整体活塞时，活塞与气缸之间采用活塞环密封；当二级活塞组件为分体式时，密封件为圆环型，通过活塞头部压紧到连杆组件上。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，当一级活塞组件和二级活塞组件同步运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件螺纹连接，一级活塞组件的活塞上加工螺纹，活塞内部有平面密封螺母，通过螺纹密封胶保证一级活塞组件的密封；当一级活塞组件和二级活塞组件相差180°相位角运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件的活塞销固连，活塞上设有迷宫密封件，保证连杆组件正常运转，不与活塞固连。
作为本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的一种优选方案，一级活塞组件和二级活塞组件的进排气阀均布置于气缸的径向方向，采用螺钉或弹簧固定。
一种应用于所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的气路结构，包括：
气体通过空气进出口0经由一级活塞组件的一级进气阀从一级进气口1进入气缸，空气经过一级压缩后通过一级排气阀从一级排气口2排出到第一气路组件中；
气体冷却后，通过二级活塞组件的二级进气阀从二级进气口3中进入二级气缸，压缩后的气体从二级排气口4经由二级排气阀排出到第二气路组件中；
压缩后的高压气体通过进气口5进入空气干燥罐中，空气干燥罐去除高压空气中的水分与杂质，并通过干燥器出口6与三向阀，从低压储气罐进口7或高压储气罐进口8进入到低压储气罐和高压储气罐中；储气罐中的气体进入二级活塞组件的压缩缸中进行再次压缩，或者经由空气干燥罐，从第二气路组件中排出到大气。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
采用两级往复式活塞压缩机，两级往复式活塞压缩机具有由一级活塞组件和二级活塞组件通过连杆组件连接组成的组合气缸，工作时一级活塞组件和二级活塞组件在电机的驱动下同步或交替进行往复运动，经过一级活塞组件和二级活塞组件压缩后的气体经过空气干燥罐排出到储气罐。通过活塞轴向的运动，使两级活塞结构具有更好的稳定性，更高的机械效率。本发明两级往复式活塞压缩机的两级结构采用z轴旋转机构，即当一级活塞组件和二级活塞组件同步运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件连接；当一级活塞组件和二级活塞组件相差180°相位角运动时，二级活塞组件的连杆组件伸出端与一级活塞组件的活塞销固连，实现两级压缩不需考虑磨损和旋转惯性力，具有较高机械效率。
进一步的，本发明一级活塞组件上加工滑道，实现活塞的往复运动，活塞表面的滑道能够保证运转的平稳性，且可通过设计，保证活塞受到较小的气体力。
附图说明
图1是本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统结构示意图；
图2是本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统两级同步运动结构示意图；
图3是空气悬挂压缩机两级同步活塞组件结构示意图；
图4是本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统两级相差180°相位角运动结构示意图；
图5是空气悬挂压缩机相差180°相位角活塞组件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明的一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，包括由一级活塞组件3和二级活塞组件4通过连杆组件5连接组成的组合气缸2，一级活塞组件3和二级活塞组件4在电机1的驱动下同步或交替进行往复运动；一级活塞组件3和二级活塞组件4压缩后的气体经过空气干燥罐8排出到储气罐10；一级活塞组件3和二级活塞组件4组成级差式活塞，一级活塞组件3和二级活塞组件4在运动时保持同步或相差180°相位角，当一级活塞组件3和二级活塞组件4同步运动时，二级活塞组件4的连杆组件5伸出端与一级活塞组件3连接；当一级活塞组件3和二级活塞组件4相差180°相位角运动时，二级活塞组件4的连杆组件5伸出端与一级活塞组件3的活塞销固连，电机1的转轴与一级活塞组件3过渡配合。
实施例中的一级活塞组件3和二级活塞组件4通过气阀组件分别与空气进出口相连，一级活塞组件3的排气端口与二级活塞组件4进气端口之间通过第一气路组件7相连，储气罐10包括高压储气罐和低压储气罐，空气干燥罐8排出气体分别通入高压储气罐和低压储气罐，低压储气罐通过反吹气路与一级活塞组件3和二级活塞组件4连通。二级活塞组件4为整体式活塞或分体式活塞，连杆组件5伸出端与二级活塞组件4一体加工成型，连杆组件5的尾部为螺纹；一级活塞组件3为整体式活塞，一级活塞组件3和二级活塞组件4通过连杆组件5螺纹连接；一级活塞组件3上加工滑道，实现活塞的往复运动，活塞销通过卡簧限位。
当一级活塞组件3和二级活塞组件4为整体活塞时，活塞与气缸之间采用活塞环密封；当二级活塞组件4为分体式时，密封件为圆环型，通过活塞头部压紧到连杆组件5上。当一级活塞组件3和二级活塞组件4同步运动时，二级活塞组件4的连杆组件5伸出端与一级活塞组件3螺纹连接，一级活塞组件3的活塞上加工有5-8mm螺纹，活塞内部有平面密封螺母，通过螺纹密封胶保证一级活塞组件3的密封；当一级活塞组件3和二级活塞组件4相差180°相位角运动时，二级活塞组件4的连杆组件5伸出端与一级活塞组件3的活塞销固连，活塞上设有迷宫密封件，保证连杆组件5正常运转，不与活塞固连，间隙为2-10丝。
一级活塞组件3和二级活塞组件4的一、二级气缸可为整体式或分体式，整体式不考虑二级活塞组件4的连杆组件5伸出端的密封，分体式需将连接处采用气封或迷宫结构密封。
电机驱动两级活塞轴向旋转，无需考虑曲柄连杆机构的旋转惯性力，存在往复惯性力，其值最大为400-600N，将一级活塞组件3的活塞材质换为高密度材料，可减小活塞受到的往复惯性力，减小连杆组件5旋转所需的扭矩。滑道采用球面及球面的空间啮合，且到两级压缩上止点时，活塞运动缓慢，确保旋转轴的受力，保证活塞能平稳运转。
本发明级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的两级压缩机两侧布置有气路结构，一侧为一、二级压缩机的进气气路，另一侧为一、二级压缩机的排气气路及干燥罐8气路。一、二级压缩的进排气阀均布置于气缸的径向方向，采用螺钉或弹簧固定，方便拆卸。
本发明的另一实施例提出一种所述级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的气路结构，图1所示的各气路口含义如下：接口0-空气进出口；接口1-一级气缸进气口；接口2-一级气缸排气口；接口3-二级气缸进气口；接口4-二级气缸排气口；接口5-压缩气体干燥罐进口；接口6-压缩气体干燥罐出口；接口7-高压储气罐进口(或出口)；接口8-低压储气罐进口；接口9-低压储气罐出口；接口10-二级高压进气进气口。实施例的气路结构具体包括：
气体通过空气进出口0经由一级活塞组件3的一级进气阀从一级进气口1进入气缸，空气经过一级压缩后通过一级排气阀从一级排气口2排出到第一气路组件7中；
气体冷却后，通过二级活塞组件4的二级进气阀从二级进气口3中进入二级气缸，压缩后的气体从二级排气口4经由二级排气阀排出到第二气路组件9中；
经过压缩后的高压气体通过进气口5进入空气干燥罐8中，空气干燥罐8去除高压空气中的水分与杂质，并通过干燥器出口6与三向阀，从低压储气罐进口7或高压储气罐进口8进入到低压储气罐和高压储气罐中；储气罐10中的气体进入二级活塞组件4的压缩缸中进行再次压缩，或者经由空气干燥罐8，从第二气路组件9中排出到大气。
本发明空气悬挂压缩机机组中的两级活塞结构为级差式，两级活塞的运动可同步或相差180°相位角。一、二级活塞同步时，二级活塞连杆伸出端与一级活塞螺纹连接；一二级相差180°相位角时，二级活塞伸出与一级活塞的活塞销固连，电机伸出轴与一级活塞过渡配合。
空气悬挂压缩机两级同步结构如图2所示，图中部件具体的说明如下：21-电机组件；22-联轴组件；23-一级气缸；24-一级活塞表面滑道；25-一级气缸；26-二级活塞；27-二级气缸；28-二级活塞环；29-一级活塞环；210-活塞销；211-连杆组件；212-联轴器外壳。
电机组件旋转，通过联轴组件将电机轴的旋转运动传递到连杆组件上。连杆组件与一级活塞组件的支撑销相切固连，连杆组件的旋转带动一级活塞旋转。一级活塞的外圆柱面上开设有滑道结构，如图3所示，滑道使活塞的旋转运动转化为气缸内活塞的往复运动。由于连杆中间的空缺存在，使得支撑销可以往复运动。活塞的往复运动是连杆支撑销结构决定的，连杆空槽的长度与活塞往复运动的行程决定。为使活塞沿其表面的滑道结构运动，气缸两侧平面设有对称的限位机构，本实例中滑道、限位机构头部都为球面。
空气悬挂压缩机两级活塞组件的同步结构如图3所示。本实施例中，二级活塞为整体活塞，为减轻二级活塞的往复惯性力与重量，二级活塞内部为空心结构，材料选为铝合金，保证活塞运动的前提下，使其具有良好的耐热性。二级活塞与气缸之间的密封采用活塞环密封。由于本机为无油空压机，因此，活塞环为气封。一级活塞组件由一级活塞环、一级活塞、活塞销、卡簧、连杆和平面密封螺母构成。连杆上有贯通的凹槽，为直线、圆弧构成的形状，支撑销的圆柱面与凹槽的两平面相切，保证了活塞销的径向限位。连杆凹槽的直线段保证了活塞销沿轴向运动的位移，活塞销沿轴向运动的规律由其一级活塞表面的滑道形状决定。一级活塞与气缸的密封由一级活塞表面的两道活塞环保证。除一级、二级活塞表面的活塞环外，一级活塞与二级活塞中间存在连杆。因此需要保证沿二级连杆轴向的密封。二级连杆的尾端有一段螺纹，一级活塞与二级活塞通过螺纹固连在一起，一级活塞内部有平面密封的螺母，保证气体不沿轴向泄漏。一级活塞中心有通过二级连杆的孔，二级连杆表面喷有涂层，在圆柱面上保证气体不沿轴向泄漏。二级连杆表面的涂层具有橡胶材料的柔性，保证运动时具有一定的柔性，减小二级连杆和一级活塞的磨损，降低运动过程时的噪声。一级气缸与二级气缸中间为平衡腔，用于平衡两级的压力，平衡腔可保持恒定压力或变化压力，使两级活塞受到的气体力较为均衡。一级、二级为分体式气缸，一级气缸顶部有允许二级连杆通过的中心孔，设置迷宫密封及O型圈密封，保证连杆往复、旋转运动时不通过轴向泄漏。
空气悬挂压缩机两级相差180°相位角的结构如图4所示，图中部件的说明如下：41-电机组件；42-联轴器外壳；43-一级活塞；44-密封件1；45-一级气缸；46-二级活塞；47-二级气缸；48-支撑销；49-一级活塞表面滑道；410-密封件2；411-连杆组件；412-联轴组件。
与两级同步结构相同，电机旋转时，电机轴的旋转运动传递到连杆组件上。连杆组件与一级活塞组件的支撑销相切固连，从而带动一级活塞旋转。一级活塞的圆柱表面上有滑道结构，滑道结构使活塞的旋转运动转化为其在气缸内的往复运动。连杆中间的空缺的长度，使得支撑销可以往复运动。活塞的往复运动是连杆支撑销结构决定的，连杆空槽的长度与活塞往复运动的行程决定。为使活塞沿其表面的滑道结构运动，气缸两侧平面设有对称的限位机构，本实施例中滑道、限位机构头部都为球面。
空气悬挂压缩机两级活塞组件相差180°相位角的结构如图5所示。二级活塞为整体活塞，为减轻二级活塞的往复惯性力与重量，二级活塞内部为空心结构。为使二级活塞与一级活塞相连接，二级活塞的伸出端为两耳。两耳的尾端有中心孔，与支撑销相连接，保证一二级的固连。活塞的材料为铝合金，在保证活塞运动的前提下，具有良好的耐热性。二级活塞与气缸之间的密封采用活塞环密封。一级活塞组件由一级活塞环、一级活塞、活塞销、卡簧、连杆和迷宫密封件及O型圈密封件构成。连杆上有贯通的凹槽，有直线、圆弧组成的曲线贯穿。支撑销的圆柱面与凹槽的两平面相切，保证了活塞销的径向限位。连杆凹槽的直线段保证了活塞销沿轴向运动的位移，活塞销沿轴向运动的规律由其一级活塞表面的滑道形状决定。一级活塞与气缸的密封由一级活塞表面的两道活塞环保证。
除一级、二级活塞表面的活塞环外，一级连杆从一级活塞中心的孔通过。因此，需要保证沿一级连杆轴向的密封。一级连杆的密封主要由一级活塞内部的密封件以及一级气缸上的密封件来保证。一级连杆的表面喷有涂层，在圆柱面上保证气体不沿轴向泄漏。一级连杆表面的涂层具有橡胶材料的柔性，保证运动时具有一定的柔性，减小一级连杆和一级活塞的磨损，降低运动过程时的噪声。一级气缸与二级气缸中间为平衡腔，用于平衡两级的压力，平衡腔可保持恒定压力或变化压力，使两级活塞受到的气体力较为均衡。一级、二级可为整体式或分体式气缸。一级气缸顶部有允许二级连杆通过的中心孔，设置迷宫密封及O型圈密封，保证连杆往复、旋转运动时不通过轴向泄漏。
通过活塞轴向的运动，使两级活塞结构具有更好的稳定性，更高的机械效率。本发明所采用的两级活塞结构不需要考虑旋转惯性力，均为中心旋转对称。活塞表面的滑道保证运转的平稳性，且可通过设计，保证活塞受到较小的气体力。活塞表面的滑道机构与限位机构喷有耐磨涂层，保证运转时稳定性以及使用寿命。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，包括由一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)通过连杆组件(5)连接组成的组合气缸(2)，所述一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)在电机(1)的驱动下同步或交替进行往复运动；所述一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)压缩后的气体经过空气干燥罐(8)排出到储气罐(10)；所述一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)组成级差式活塞，一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)在运动时保持同步或相差180°相位角，当一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)同步运动时，二级活塞组件(4)的连杆组件(5)伸出端与一级活塞组件(3)连接；当一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)相差180°相位角运动时，二级活塞组件(4)的连杆组件(5)伸出端与一级活塞组件(3)的活塞销固连，电机(1)的转轴与一级活塞组件(3)过渡配合。
2.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，所述一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)通过气阀组件分别与空气进出口相连。
3.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，所述一级活塞组件(3)的排气端口与二级活塞组件(4)进气端口之间通过第一气路组件(7)相连。
4.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，所述储气罐(10)包括高压储气罐和低压储气罐，所述空气干燥罐(8)排出气体分别通入高压储气罐和低压储气罐，低压储气罐通过反吹气路与一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)连通。
5.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，所述连杆组件(5)伸出端与二级活塞组件(4)一体加工成型，连杆组件(5)的尾部为螺纹；一级活塞组件(3)为整体式活塞，一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)通过连杆组件(5)螺纹连接；一级活塞组件(3)上加工滑道，实现活塞的往复运动，活塞销通过卡簧限位。
6.根据权利要求5所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，所述滑道采用球面及球面的空间啮合，且到两级压缩上止点时，活塞运动减速以稳定旋转轴的受力。
7.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，当一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)为整体活塞时，活塞与气缸之间采用活塞环密封；当二级活塞组件(4)为分体式时，密封件为圆环型，通过活塞头部压紧到连杆组件(5)上。
8.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，当一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)同步运动时，二级活塞组件(4)的连杆组件(5)伸出端与一级活塞组件(3)螺纹连接，一级活塞组件(3)的活塞上加工螺纹，活塞内部有平面密封螺母，通过螺纹密封胶保证一级活塞组件(3)的密封；当一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)相差180°相位角运动时，二级活塞组件(4)的连杆组件(5)伸出端与一级活塞组件(3)的活塞销固连，活塞上设有迷宫密封件，保证连杆组件(5)正常运转，不与活塞固连。
9.根据权利要求1所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统，其特征在于，一级活塞组件(3)和二级活塞组件(4)的进排气阀均布置于气缸的径向方向，采用螺钉或弹簧固定。
10.一种应用于如权利要求1至9中任意一项所述的级差式两级活塞空气悬挂压缩机系统的气路结构，其特征在于，包括：
气体通过空气进出口0经由一级活塞组件(3)的一级进气阀从一级进气口1进入气缸，空气经过一级压缩后通过一级排气阀从一级排气口2排出到第一气路组件(7)中；
气体冷却后，通过二级活塞组件(4)的二级进气阀从二级进气口3中进入二级气缸，压缩后的气体从二级排气口4经由二级排气阀排出到第二气路组件(9)中；
压缩后的高压气体通过进气口5进入空气干燥罐(8)中，空气干燥罐(8)去除高压空气中的水分与杂质，并通过干燥器出口6与三向阀，从低压储气罐进口7或高压储气罐进口8进入到低压储气罐和高压储气罐中；储气罐(10)中的气体进入二级活塞组件(4)的压缩缸中进行再次压缩，或者经由空气干燥罐(8)，从第二气路组件(9)中排出到大气。
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