瑞田空压机（苏州）有限公司

摘要：本文通过一个实际案例分阶段剖析任务，和大家分享一下在设计小型直连往复活塞式空压机时，需要首先考虑那几点？又为什么要先考虑这几点？先考虑这几点的好处是什么？设计小型直连往复活塞式空压机也是有规律可循的，科学按照思路来可以少走弯路，少出问题，提高成功率。

　　一、引言

　　论及设计小型直连往复活塞式空压机，我们首先要说一下什么是空压机。空压机是气源装备中的主体，它是将原念头（凡是电念头）的机械能转换成气体压力能的能源转换装备，是压缩空气的气压产生装备（如下图所示）。

　　空压机是一种通用的工程机械，适用范围大，用途广。特别是小型直连往复活塞式空压机，是室内室外装饰装修、喷漆、机械维修等工程必不可少的机械设备。其中有较大一部分份额是面对国外的DIY家用市场的，这其中又有一部分是仅限于室内使用的。因此，市场对于此类的小型空压机，就有了以下几个主要的要求：1)电器安全 2)环保 3)高效节能 4)操作使用舒适便捷。所以，我们在接到一个新的小型直连往复活塞式空压机的研发设计项目时，也要首先考虑这几个要求，但是上面提到的这几个要求是非常笼统和宽泛的，需要转化一下才能融入到设计工作中。下面我们就以一个实际案例为例，来为大家分析说明一下。

　　二、市场需求在设计文件中的体现

　　当你拿到一个小型直连往复活塞式空压机的研发项目时，一般市场部业务人员已经对这个项目的市场前景和销售预期做好了充分的论证。我们需要做的，就是仔细阅读《立项申请书》，了解此空压机的销售区域是哪里，了解此空压机的关键技术参数要求是什么，了解此空压机的目标售价是多少。

　　为什么要详细了解这几个问题呢？第一，了解空压机的销售区域。可以直接得出这个空压机要符合什么安全规定和认证标准。例如：卖到美国的产品需要符合UL，CSA或ETL的认证，同时气罐还需要单独符合ASME认证，产品还要达到阻燃要求（因为美国木质结构建筑较多）主要执行的标准有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。卖到欧洲的产品则需要符合CE，GS，EMC等认证，气罐做PS认证，相关零件满足环保要求。主要执行的标准有：MD指令2006/42/EC，LVD指令2006/95/EC，EMC指令2004/108/EC和PED指令97/23/EC，甚至有的客户还要求满足ISO9000的认证。

　　第二，空压机的关键技术参数。一般包括空压机的工作电压、频率、额定功率、工作制、绝缘等级、防护等级、气罐的容积、最高工作压力以及排气量参数等。有时候还会有特殊参数和结构的要求和说明。其实第二条的这些技术参数的要求，有的通过第一条的销售区域就已经限定死了。例如：销售美国的空压机绝缘等级只有B级，电压也一般都是120V/60HZ的。然而，销售到欧洲的空压机就不一样了，绝缘等级常用的有B级和F级，电压有230V的也有240V的，好在都是50HZ。还有就是欧洲和美国对于气罐的容积，最高工作压力以及排气量计量单位上的差异也需要注意一下。

　　第三，空压机的目标售价。大多的工厂通过空压机的目标售价，都可以直接推算出空压机的采购成本是多少。其实，这个才是我们所有设计工作的总体目标，所有的开支加起来不能超出成本预算。“产品的成本是设计出来的”，从设计端源头来控制成本是对的；总比到最后样机出来了，再去想尽办法降成本要好的多。

　　在《立项申请书》上还对应体现了市场对电器安全和环保的要求，但是对高效节能和操作使用舒适便捷性的要求，就得需要结合关键技术参数来综合设计了。

　　高效节能体现在空压机对于能源的利用率上，有个专业的名词叫作比功率。空压机比功率是评价在压缩相同气体，相同排气压力下的压缩机性能的一种指标，也是评价压缩机能效的重要指标。中国现行的标准为《GB19153容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》。

　　对于操作使用舒适便捷性，就需要设计的时候结合一些自然规律，机械原理和人体工程学来综合考虑了。换位思考，如果是自己使用这个空压机，需要达到一个什么状态自己才会满意呢？凭着这种思路来做设计，肯定会得到一个满意的结果。

　　所以说，我们拿到《立项申请书》后，接下来的所有设计工作，其实都是围绕着那四点市场需求来展开的，特别是高效节能和操作使用的舒适便捷性。下面我们就来进一步将市场要求分解说明一下。

　　三、市场需求表征为技术参数

　　要满足空压机的高效节能要求，还得从空压机的关键技术参数上进行量化处理。怎么高效，怎么节能，到最后都得转化成数据来进行展示。首先说一下空压机的比功率，它的定义是这样的：是指压缩机压缩单位实际容积流量气体所消耗的总输入功率。这个参数的计算公式是：比功率=输入功率P&pide;容积流量Q；单位: kW/(m3/min)。空压机比功率越小，说明空压机能量利用的效率就越高，单位功耗就越低。但是，这个比功率参数，它是一个中间表征数值，是间接计算出来的，不是直接设计出来的。那么，是什么设计参数和比功率及高效节能性能相关呢？通过上面比功率的公式不难看出，除了电机的输入功率，那就是流量值了。然而，我们设计时，一般是假设功率已知恒定，来推算出流量值的。再结合以下理论流量值的公式，我们不难看出，其实影响比功率的设计关键参数是气缸的直径和活塞的行程。

　　一般是由于参与压缩气体的零件的加工误差、设计累计公差、装配精度等原因所导致。设计的理论排气量和样机的实测（在7公斤时）排气量之间有一定差异，这就涉及到机械结构的效率问题了（所以在设计的时候一定要预留足够的系数，来保证实测的样机比功率数值达标）。效率低了，消耗大了，意思就是光顾着发热了，做功少了，表征现象便是一个温升问题，其实，温升直接对应的又是节能环保的要求。

　　另，空压机的节能环保特性也可以追根到直接的设计参数上。这里所说的环保包含空气的环保和噪音的环保，直接体现出来的相关设计参数便是：1）温升低 2）噪音小 3）振动小。

　　其中第一条温升低，是从节能环保的角度，对小型空压机提出了要求，要求该类电动工具，要尽量少的做发热的功（无用功），减少浪费能源，减轻不必要的排放，降低对环境的影响。第二条噪音小，却只是从环保的角度对小型空压机提出了要求，要求该类电动工具，要在工作做功的同时，降低噪音污染，为操作者营造一个舒适愉悦的环境。第三条振动小，则主要是要求小型直连往复活塞式空压机自身要有一个较好的机械平衡，通俗说也就是要有良好运行平稳性。随着当今国际市场竞争的日趋激烈，随着世界各国节能、环保意识的逐步提高，对于小型直连往复活塞式空压机的以上三个性能的要求也会变得更为突出。

　　出乎意料的是，我们在解决节能环保的同时，也表征出了一些和操作使用舒适便捷性相关的设计特性参数。空压机运行平稳，噪音污染低，操作环境舒适愉悦，这都属于操作使用舒适便捷性的范畴。

　　最后，需要说的是电器安全性。这个其实是属于一个最难而又最简单的要求，难是难在它在产品设计初期的高额认证费用；如果您的客户能够承担，那真是一大好事。简单是简单在，和产品相关的绝大多数符合认证的零件，都属于菜单式标配零件，在你设计的时候只管按照要求选用就行，不需要再进行单独的设计计算。

　　另一方面，关于电器安全性的要求，在你给整机做相关认证和测试的时候，第三方的检测机构也会对你的机械结构和电器选型进行进一步的检查论证。只有电器安全性达标了，你所设计的空压机产品才能进入相应的区域进行销售。

　　四、结语

　　小型直连往复活塞式空压机的设计立足于市场的需求，转化到产品研发的相关技术文件上，表征为相关的技术参数，体现为具体的机械结构设计、具体机械原理的使用、具体电器零部件的选择上。

　　总之，要想设计好一个小型直连往复活塞式空压机产品，需要从材料的选择、结构的设计、公差工艺的制定等各处细节着手，需要把工作做细、做实、做到位，这样才能设计出性能较好，品质较高的产品来。

　　参考文献

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　　[7] 金光熹,杨绍侃编.压缩机可靠性[M]. 机械工业出版社, 1989

　　作者简介

　　吴广忠（1980.04--），男，汉族，山东省青岛市人，大学本科（工学学士），毕业于青岛科技大学，中级工程师，研究方向：空气压缩机。