摘要：本文通過一個實際案例分階段剖析任務(wù)，和大家分享一下在設(shè)計小型直連往復(fù)活塞式空壓機時，需要首先考慮那幾點？又為什么要先考慮這幾點？先考慮這幾點的好處是什么？設(shè)計小型直連往復(fù)活塞式空壓機也是有規(guī)律可循的，科學按照思路來可以少走彎路，少出問題，提高成功率。

　　一、引言

　　論及設(shè)計小型直連往復(fù)活塞式空壓機，我們首先要說一下什么是空壓機。空壓機是氣源裝備中的主體，它是將原念頭（凡是電念頭）的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的能源轉(zhuǎn)換裝備，是壓縮空氣的氣壓產(chǎn)生裝備（如下圖所示）。

　　空壓機是一種通用的工程機械，適用范圍大，用途廣。特別是小型直連往復(fù)活塞式空壓機，是室內(nèi)室外裝飾裝修、噴漆、機械維修等工程必不可少的機械設(shè)備。其中有較大一部分份額是面對國外的DIY家用市場的，這其中又有一部分是僅限于室內(nèi)使用的。因此，市場對于此類的小型空壓機，就有了以下幾個主要的要求：1)電器安全 2)環(huán)保 3)高效節(jié)能 4)操作使用舒適便捷。所以，我們在接到一個新的小型直連往復(fù)活塞式空壓機的研發(fā)設(shè)計項目時，也要首先考慮這幾個要求，但是上面提到的這幾個要求是非?；\統(tǒng)和寬泛的，需要轉(zhuǎn)化一下才能融入到設(shè)計工作中。下面我們就以一個實際案例為例，來為大家分析說明一下。

　　二、市場需求在設(shè)計文件中的體現(xiàn)

　　當你拿到一個小型直連往復(fù)活塞式空壓機的研發(fā)項目時，一般市場部業(yè)務(wù)人員已經(jīng)對這個項目的市場前景和銷售預(yù)期做好了充分的論證。我們需要做的，就是仔細閱讀《立項申請書》，了解此空壓機的銷售區(qū)域是哪里，了解此空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)要求是什么，了解此空壓機的目標售價是多少。

　　為什么要詳細了解這幾個問題呢？第一，了解空壓機的銷售區(qū)域?？梢灾苯拥贸鲞@個空壓機要符合什么安全規(guī)定和認證標準。例如：賣到美國的產(chǎn)品需要符合UL，CSA或ETL的認證，同時氣罐還需要單獨符合ASME認證，產(chǎn)品還要達到阻燃要求（因為美國木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑較多）主要執(zhí)行的標準有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。賣到歐洲的產(chǎn)品則需要符合CE，GS，EMC等認證，氣罐做PS認證，相關(guān)零件滿足環(huán)保要求。主要執(zhí)行的標準有：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，甚至有的客戶還要求滿足ISO9000的認證。

　　第二，空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。一般包括空壓機的工作電壓、頻率、額定功率、工作制、絕緣等級、防護等級、氣罐的容積、最高工作壓力以及排氣量參數(shù)等。有時候還會有特殊參數(shù)和結(jié)構(gòu)的要求和說明。其實第二條的這些技術(shù)參數(shù)的要求，有的通過第一條的銷售區(qū)域就已經(jīng)限定死了。例如：銷售美國的空壓機絕緣等級只有B級，電壓也一般都是120V/60HZ的。然而，銷售到歐洲的空壓機就不一樣了，絕緣等級常用的有B級和F級，電壓有230V的也有240V的，好在都是50HZ。還有就是歐洲和美國對于氣罐的容積，最高工作壓力以及排氣量計量單位上的差異也需要注意一下。

　　第三，空壓機的目標售價。大多的工廠通過空壓機的目標售價，都可以直接推算出空壓機的采購成本是多少。其實，這個才是我們所有設(shè)計工作的總體目標，所有的開支加起來不能超出成本預(yù)算。“產(chǎn)品的成本是設(shè)計出來的”，從設(shè)計端源頭來控制成本是對的；總比到最后樣機出來了，再去想盡辦法降成本要好的多。

　　在《立項申請書》上還對應(yīng)體現(xiàn)了市場對電器安全和環(huán)保的要求，但是對高效節(jié)能和操作使用舒適便捷性的要求，就得需要結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)來綜合設(shè)計了。

　　高效節(jié)能體現(xiàn)在空壓機對于能源的利用率上，有個專業(yè)的名詞叫作比功率?？諌簷C比功率是評價在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機性能的一種指標，也是評價壓縮機能效的重要指標。中國現(xiàn)行的標準為《GB19153容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》。

　　對于操作使用舒適便捷性，就需要設(shè)計的時候結(jié)合一些自然規(guī)律，機械原理和人體工程學來綜合考慮了。換位思考，如果是自己使用這個空壓機，需要達到一個什么狀態(tài)自己才會滿意呢？憑著這種思路來做設(shè)計，肯定會得到一個滿意的結(jié)果。

　　所以說，我們拿到《立項申請書》后，接下來的所有設(shè)計工作，其實都是圍繞著那四點市場需求來展開的，特別是高效節(jié)能和操作使用的舒適便捷性。下面我們就來進一步將市場要求分解說明一下。

　　三、市場需求表征為技術(shù)參數(shù)

　　要滿足空壓機的高效節(jié)能要求，還得從空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)上進行量化處理。怎么高效，怎么節(jié)能，到最后都得轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)來進行展示。首先說一下空壓機的比功率，它的定義是這樣的：是指壓縮機壓縮單位實際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。這個參數(shù)的計算公式是：比功率=輸入功率P&pide;容積流量Q；單位: kW/(m3/min)。空壓機比功率越小，說明空壓機能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。但是，這個比功率參數(shù)，它是一個中間表征數(shù)值，是間接計算出來的，不是直接設(shè)計出來的。那么，是什么設(shè)計參數(shù)和比功率及高效節(jié)能性能相關(guān)呢？通過上面比功率的公式不難看出，除了電機的輸入功率，那就是流量值了。然而，我們設(shè)計時，一般是假設(shè)功率已知恒定，來推算出流量值的。再結(jié)合以下理論流量值的公式，我們不難看出，其實影響比功率的設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)是氣缸的直徑和活塞的行程。

　　一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設(shè)計累計公差、裝配精度等原因所導致。設(shè)計的理論排氣量和樣機的實測（在7公斤時）排氣量之間有一定差異，這就涉及到機械結(jié)構(gòu)的效率問題了（所以在設(shè)計的時候一定要預(yù)留足夠的系數(shù)，來保證實測的樣機比功率數(shù)值達標）。效率低了，消耗大了，意思就是光顧著發(fā)熱了，做功少了，表征現(xiàn)象便是一個溫升問題，其實，溫升直接對應(yīng)的又是節(jié)能環(huán)保的要求。

　　另，空壓機的節(jié)能環(huán)保特性也可以追根到直接的設(shè)計參數(shù)上。這里所說的環(huán)保包含空氣的環(huán)保和噪音的環(huán)保，直接體現(xiàn)出來的相關(guān)設(shè)計參數(shù)便是：1）溫升低 2）噪音小 3）振動小。

　　其中第一條溫升低，是從節(jié)能環(huán)保的角度，對小型空壓機提出了要求，要求該類電動工具，要盡量少的做發(fā)熱的功（無用功），減少浪費能源，減輕不必要的排放，降低對環(huán)境的影響。第二條噪音小，卻只是從環(huán)保的角度對小型空壓機提出了要求，要求該類電動工具，要在工作做功的同時，降低噪音污染，為操作者營造一個舒適愉悅的環(huán)境。第三條振動小，則主要是要求小型直連往復(fù)活塞式空壓機自身要有一個較好的機械平衡，通俗說也就是要有良好運行平穩(wěn)性。隨著當今國際市場競爭的日趨激烈，隨著世界各國節(jié)能、環(huán)保意識的逐步提高，對于小型直連往復(fù)活塞式空壓機的以上三個性能的要求也會變得更為突出。

　　出乎意料的是，我們在解決節(jié)能環(huán)保的同時，也表征出了一些和操作使用舒適便捷性相關(guān)的設(shè)計特性參數(shù)?？諌簷C運行平穩(wěn)，噪音污染低，操作環(huán)境舒適愉悅，這都屬于操作使用舒適便捷性的范疇。

　　最后，需要說的是電器安全性。這個其實是屬于一個最難而又最簡單的要求，難是難在它在產(chǎn)品設(shè)計初期的高額認證費用；如果您的客戶能夠承擔，那真是一大好事。簡單是簡單在，和產(chǎn)品相關(guān)的絕大多數(shù)符合認證的零件，都屬于菜單式標配零件，在你設(shè)計的時候只管按照要求選用就行，不需要再進行單獨的設(shè)計計算。

　　另一方面，關(guān)于電器安全性的要求，在你給整機做相關(guān)認證和測試的時候，第三方的檢測機構(gòu)也會對你的機械結(jié)構(gòu)和電器選型進行進一步的檢查論證。只有電器安全性達標了，你所設(shè)計的空壓機產(chǎn)品才能進入相應(yīng)的區(qū)域進行銷售。

　　四、結(jié)語

　　小型直連往復(fù)活塞式空壓機的設(shè)計立足于市場的需求，轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品研發(fā)的相關(guān)技術(shù)文件上，表征為相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，體現(xiàn)為具體的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、具體機械原理的使用、具體電器零部件的選擇上。

　　總之，要想設(shè)計好一個小型直連往復(fù)活塞式空壓機產(chǎn)品，需要從材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、公差工藝的制定等各處細節(jié)著手，需要把工作做細、做實、做到位，這樣才能設(shè)計出性能較好，品質(zhì)較高的產(chǎn)品來。

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　　作者簡介

　　吳廣忠（1980.04--），男，漢族，山東省青島市人，大學本科（工學學士），畢業(yè)于青島科技大學，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。