无油螺杆式空气压缩机在散装水泥车上的应用研究

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散装水泥车，是-种在工业、建筑业等方面得到广泛应用的专用汽车，适用于水泥、石灰粉 、粉煤灰等颗粒直径不大于 0.1 mm的粉粒干燥物料的运输和气压卸料。

目前 ，国内的散装水泥车的气压卸料主要为无油摆杆式空气压缩机，其流量范围为9～18 m3/min，工作压力为0.2 MPa。无油摆杆式空气压缩机属容积式空压机，采用曲柄摇杆机构把原动机的旋转运动转变为摆杆的往复摆动，周期性改变气缸内工作容积，从而实现连续吸气、排气。气缸中四个工作腔利用密封条互相密封，缸中运动件接触面间润滑由密封条自身润滑，不用加油。无油摆杆式空气压缩机采用曲柄摇杆机构传动，其机械效率较低，振动大，工作稳定性差，体积大，且其密封件为易损件，在磨损后影响其密封性，导致排气压力降低及工作效率下降，维护费用居高不下。

针对 目前散装水泥车上的无油摆杆式空气压缩机的不足，研究开发了-种新型的无油螺杆式空气压缩机，其具有如下特点：(1)工作时依靠两个同步齿轮的相互啮合传动，带动阴阳转子高速连续回转 ，转子与转子之间、转子与壳体之间互不接触 ，不会因压缩机的运转而产生相互摩擦，传动效率高。

(2)结构简单，易损件少，密封性好，排气温度较低，运行更可靠，维护费用低，使用寿命长。

(3)工作平稳，能在大的压力差或压力比的工况下正常工作，有良好的输气量调节性。

(4)体积比无油摆杆式空气压缩机小，重量更轻，更利于在散装水泥车上的安装使用。

1 新型无油螺杆式空气压缩机的设计螺杆转子型线设计是影响无油螺杆式空气压缩机工作性能的关键因素。根据常用的散装水泥车用无油摆杆式空气压缩机的参数，确定无油螺杆式空气压缩机的流量为 10 m3/min，额定排气压力约为0.2 MPa[2]，运用齿轮啮合原理、微分几何，建立推导出端面型线方程。

本文所采用的阴阳转子齿数比为 5：3的新型型线，与目前螺杆压缩机常用的阴阳转子齿数比为6：4的型线不同翻。齿数比为5：3的新型型线比齿数比为6：4的螺杆型线具有更大的面积利用系数，比常用的阴阳转子齿数比为6：4的型线面积利用系数可以提高约 10%左右，具有较低的噪声和振动，更高的容积效率，其综合性能优越，便于加工实现，从而更加适合用于散装水泥车。设计完成的无油螺杆式空气压缩机转子端面型线如图 1所示，设计完成的新型无油螺杆式空气压缩机样机的三维实体模型如图2所示。

- .、 ， 厂 。。- 、；/ //二 ： 。 -、 -、 ·，，- 、，/ )图 1 无油螺杆式空气压 图2缩机转子端面型线新型无油螺杆式空气压缩机样机的三维实体模型收稿日期：2012-11-11基金项目：湖南势技厅重点项目(2009GK2019)；湖南省散装水泥协会重大专项项目(2011SK3010)作者简介：刘厚根(1959-)，男，副教授，高级工程师，目前主要从事机械增压器、罗茨式风机、无油螺杆压缩机等方面的科研教学工作。

82《装备制造技术12013年第 2期2 新型无油螺杆式空气压缩机的设计创新2.1无油螺杆式空气压缩机设计的理论创新(1)无油螺杆式空气压缩机转子系统的模态分析无油螺杆式空气压缩机的转子系统 ，在动态啮合力的作用下，转子系统将产生动态响应，引起振动和噪声。因此，根据传动系统的具体情况、分析目的和要求，建立相应类型的分析模型，对转子系统进行动态啮合分析，以改善转子系统的啮合与工况，并降低噪声。

(2)建立无油螺杆式空气压缩机的气体泄漏数学模型根据无油螺杆式空气压缩机的结构和工作原理，参照流体力学的方法推导了无油螺杆式空气压缩机径向、轴向及通气孔泄漏量，建立了气体泄漏的数学模型。通过实例计算和实验值进行比较，证明泄漏模型的可行性，为提高螺杆式空气压缩机的容积效率，提供了有效的数学模型。

2.2无油螺杆式空气压缩机设计的工艺创新无油螺杆式空气压缩机由壳体、前盖、轴承座、进气管、出气管、转子、同步齿轮、带轮等零件组成。

其外壳材料采用铸铁，转子采用复合材料，主轴、从动轴的材料为合金钢。其中，转子制造采用的复合材料，基体材料为铸铁或钢，在其表面喷涂-定厚度的聚四氟乙烯涂层，该涂层具有耐高温、摩擦系数低、有- 定的自润滑和良好的抗老化等物理及化学性能。采用复合材料的转子，降低了无油螺杆式空气压缩机的内泄漏，提高了容积效率；同时降低了无油螺杆式空气压缩机的排气温度；降低了转子工作表面的磨损，提高了空气压缩机的运行可靠性及使用寿命。

2.3无油螺杆式空气压缩机的结构创新无油螺杆式空气压缩机的进、出气管接口尺寸、安装形式与无油摆杆式空气压缩机相同，便于与现有散装水泥车的配套与更换。且在不降低性能的前提下，减小了产品的几何尺寸和重量，更便于在散装水泥车上的应用。

其中，对于转子，采用阴转子 5齿，阳转子 3齿的配对方式，这种配对方式具有较大的面积利用系数，以及较低的振动和噪声。

3 结束语本文介绍了-种新型的无油螺杆式空气压缩机在散装水泥车上的运用。详细介绍了无油螺杆式空气压缩机在散装水泥车上的应用优势及设计创新。

经过多年的自主设计研究，已经开发设计出了3种型号，大小不同的无油螺杆式空气压缩机，可以配合不同的使用环境和要求。

目前，水泥散装化运输，以其经济、环保的优点得到全面推广。各类散装水泥车、散装水泥半挂车的市场需求量也在逐年增大。因此，无油螺杆式空气压缩机在散装水泥车上的应用，将会占有较大的市场份额和广阔的市场应用前景。