丁傳記

安徽省安凱汽車股份有限公司汽車工程研究中心，安徽合肥 230051

生態(tài)環(huán)境保護(hù)是21世紀(jì)人類面臨的主要問(wèn)題，全球汽車業(yè)都在圍繞節(jié)約能源、降低污染物和溫室氣體排放進(jìn)行著不懈努力，發(fā)展電動(dòng)客車迫在眉睫。在客車中，氣壓制動(dòng)是動(dòng)力制動(dòng)系的最常見(jiàn)的型式，可獲得較大的制動(dòng)力，廣泛應(yīng)用于總質(zhì)量為8t以上的客車，在傳統(tǒng)燃油汽車中，由于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的存在，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)而驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，高壓空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行元件，使整車制動(dòng)或停車，而在純電動(dòng)城市客車中，由于取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，而整車又具有電池，因此可以將空氣壓縮機(jī)電動(dòng)化，使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)一直是各個(gè)電動(dòng)客車企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，大大影響電動(dòng)客車的可靠性。本文全面闡述各種空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)原理，分析各自優(yōu)缺點(diǎn)，得出最適合當(dāng)今電動(dòng)車應(yīng)用的空氣壓縮機(jī)，提高整車制動(dòng)系統(tǒng)的安全性。

1 各型空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析

1.1 活塞式空氣壓縮機(jī)

在我國(guó)早期的純電動(dòng)車中，主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿的傳動(dòng)，活塞便做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會(huì)發(fā)生周期性變化?；钊麖臍飧咨w處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時(shí)，氣體即沿著進(jìn)氣管，推開(kāi)進(jìn)氣閥而進(jìn)入氣缸，直到工作容積變到最大時(shí)為止，進(jìn)氣閥關(guān)閉；活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到并略高于排氣壓力時(shí)，排氣閥打開(kāi)，氣體排出氣缸，直到活塞運(yùn)動(dòng)到極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)?？傊?，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、排氣的過(guò)程，即完成一個(gè)工作循環(huán)。重復(fù)吸氣-壓縮-排氣的過(guò)程。

圖2 活塞式內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2 單螺桿式空氣壓縮機(jī)

結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)温輻U壓縮機(jī)是一種單軸容積式回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)，其嚙合副是由一根蝸桿和兩個(gè)平面布置的星輪所組成，由其蝸桿螺槽和星輪齒面及機(jī)殼內(nèi)壁形成封閉的基元容積。

單螺桿壓縮機(jī)的工作過(guò)程：電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶將動(dòng)力傳到蝸桿上，由蝸桿帶動(dòng)星輪齒在蝸桿槽內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，封閉基元容積發(fā)生變動(dòng)，氣體輸送壓縮，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值，由主機(jī)殼上左右兩側(cè)對(duì)稱的三角形排氣口排至油氣分離器內(nèi)。

圖3 單螺桿主機(jī)總成圖

圖4 單螺桿主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.3 滑片式空壓機(jī)介紹

滑片式壓縮機(jī)的空氣端（主機(jī)）主要由轉(zhuǎn)子和定子組成，其中轉(zhuǎn)子上開(kāi)有縱向的滑槽，滑片在其中自由滑動(dòng)；定子為一個(gè)氣缸，轉(zhuǎn)子在定子中偏心放置，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑片在離心力的作用下甩出并與定子通過(guò)油膜緊密接觸，相臨兩個(gè)滑片與定子內(nèi)壁間形成一個(gè)封閉的空氣腔—壓縮腔。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓縮腔的體積隨著滑片出量的大小而變化。在吸氣過(guò)程中，空氣經(jīng)由過(guò)濾器被吸入壓縮腔，并與噴入主機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油混合。在壓縮過(guò)程中，壓縮腔的體積逐漸縮小，壓力逐漸升高，之后油氣混合物通過(guò)排氣口排出。

滑片式空壓機(jī)壓縮空氣的流程：大氣→空氣過(guò)濾器→進(jìn)氣閥→空氣端→油氣分離器→最小壓力止回閥→后冷卻器→用氣系統(tǒng)。如圖5例示：

圖5 滑片機(jī)主機(jī)總成圖

圖6 滑片機(jī)主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

上述三種空氣壓縮機(jī)，其中活塞式空氣壓縮機(jī)多在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，其噪音大，已不再使用在對(duì)舒適性要求較高的汽車上.

目前在市場(chǎng)上應(yīng)用較多的產(chǎn)品主要是后兩種：?jiǎn)温輻U空氣壓縮機(jī)和滑片式空氣壓縮機(jī)。

2 單螺桿空氣壓縮機(jī)和滑片式空氣壓縮機(jī)可靠性分析

2.1 影響壓縮機(jī)可靠性的因素

表1 可靠性對(duì)比分析

2.2 運(yùn)動(dòng)主機(jī)的對(duì)比

對(duì)于滑片式空壓機(jī)，滑片式空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)零部件數(shù)目只有一個(gè)轉(zhuǎn)子，而且只是做單純的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加工要求高，但不需要專用設(shè)備，裝配簡(jiǎn)單易行。對(duì)于單螺桿壓縮機(jī)，其運(yùn)動(dòng)部件有1個(gè)螺桿、2個(gè)星形齒輪，由螺桿驅(qū)動(dòng)2個(gè)星形齒輪嚙合，對(duì)裝配要求高，裝配復(fù)雜。

2.3 軸承受力對(duì)比

軸承實(shí)效是困擾單螺桿壓縮機(jī)的主要問(wèn)題之一，軸承數(shù)量多達(dá)6個(gè)，即便選用國(guó)際名牌優(yōu)質(zhì)軸承，2～4萬(wàn)小時(shí)也要更換，主機(jī)受力大、受力形式復(fù)雜是導(dǎo)致單螺桿機(jī)軸承失效的直接原因?；娇諌簷C(jī)軸承數(shù)量?jī)H為2個(gè)，滑片式空壓機(jī)由于從原理上避免了軸向力從而使得軸承問(wèn)題得以徹底解決。

圖7 單螺桿空壓機(jī)受力分析

圖8 滑片式空壓機(jī)受力分析

2.4 轉(zhuǎn)速的對(duì)比

增加轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以提高排氣量。但轉(zhuǎn)速過(guò)高，磨損會(huì)加大，能量損失也會(huì)隨之增加，運(yùn)動(dòng)部件壽命縮短。

滑片式空氣壓縮機(jī)有效吸入容積大，達(dá)到相同的排氣量其轉(zhuǎn)速可明顯降低；容積效率高，氣體回流量小，不必提高轉(zhuǎn)速也能保證排氣量，每分鐘在1 000rpm～1 500rpm，也能保證整車用氣需求。

單螺桿空氣壓縮機(jī)的有效吸入容積小，達(dá)到相同的排氣量只能依靠增加轉(zhuǎn)速；容積效率低，相同轉(zhuǎn)速下，排氣量遠(yuǎn)小于滑片式空氣壓縮機(jī)，每分鐘要達(dá)到3 000rpm左右才能保證整車用氣需求。

3 結(jié)論

通過(guò)以上的比較滑片式空氣壓縮機(jī)的可靠性要大大高于螺桿式空氣壓縮機(jī)，由于滑片式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修費(fèi)用低廉，維修方便。安徽某公司現(xiàn)有的電動(dòng)汽車全部采用的都是滑片式結(jié)構(gòu)的空氣壓縮機(jī)，采用可靠性較高的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，成本低，可靠性高。于2009年投入合肥公交運(yùn)營(yíng)的30臺(tái)純電動(dòng)車，至今單臺(tái)平均運(yùn)營(yíng)了10萬(wàn)km，空氣壓縮機(jī)故障率極低，完全滿足車輛運(yùn)營(yíng)需要。