淺談小型家用空壓機設計要點
發布時間：2019-06-04 發布作者：
[ 摘要 ] 簡要介紹小型家用空壓機在國外市場應用前景以及小型家用空壓機主要組成部分；重點介紹小型家用空壓機各主要零部件在設計方面應注意的事項。
在國外市場，小型家用空壓機應用非常廣泛，幾乎每家每戶都會擁有一臺甚至數臺家用空壓機。僅僅美國市場，每年銷售量至少達到 500 萬臺以上，而美國的小型家用空壓機，大部分都是從中國進口。我國出口這種小型空壓機，不僅在成本上有很大優勢，在質量控制以及高新技術應用上也很有競爭力。國內生產小型家用空壓機的廠家很多，但是沒有一個統一設計標準及規范。筆者通過多年開發這種小型空壓機的經驗，總結出一套小型家用空壓機設計規范。
小型家用空壓機整機一般由以下幾個主要部分組成：泵頭（含電機）系統；儲氣罐系統；調壓閥系統；開關電源線系統。我們在設計小型家用空壓機時，首先應充分吃透客戶的設計需求，確保我們的設計方案滿足客戶要求。
1 電機泵頭選用及設計
空壓機泵作為整個機器的核心零部件，決定著整機的性能以及壽命，因此電機泵的設計顯得尤為重要。電機泵頭的設計考慮到以下兩部分。
電機的選型及設計：電機在選型時應根據流量要求計算出需求輸出功率，一般情況下按照 250W/SCFM 來計算，再根據不同電機的效率、功率因素等計算出輸入功率，確定了輸入功率后，電流也就大概定下來了。電機在設計時，重點要考慮如下幾方面因素：
電機的溫升要求，此項為安規認證考核項目。電機溫升是根據不同絕緣等級確定的，通常空壓機采用 B 級和 F 級絕緣系統，兩者對應的溫升要求分別為小于 95K 和小于 115K。電機低壓 / 低溫帶載啟動要求，對于使用感應電機作為動力源時，必須考慮這項要求。低壓啟動性能主要取決于電機的扭矩大小，但是扭矩和溫升是一對矛盾體，當扭矩大了后，溫升又會相應高了。
噪音要求，對于空壓機產品，電機本身產生的噪音并不大，噪音主要還是來源于泵頭。泵頭轉速高低對整機噪音有著很大的影響，同時轉速高低也是流量大小的關鍵因素之一，因此，選擇合適的泵頭轉速也十分重要。
泵頭的選型及設計：泵頭的作用是將電機輸出的機械能轉化為氣動能，是空壓機里較為重要的一套組件，一臺空壓機的性能好壞直接取決于泵頭的好壞。泵頭的設計主要考慮到流量、體積、噪音、壽命等參數要求。我們為某公司開發的泵頭平臺有：永磁電機泵頭、串激電機泵頭、感應電機泵頭、靜音電機泵頭、直流電機泵頭（電池包供電）。功率從 0.35-2.5HP 之間，流量從 0.6-5.0SCFM 之間，壽命超過 120 h、300 h、500 h 等。
2 儲氣罐系統
小型空壓機儲氣罐系統主要包括儲氣罐、單向閥、安全閥、排污閥等配件。儲氣罐作為小型空壓機的儲能部件，需要長期承受高壓氣體，因此儲氣罐設計應重點考慮安全問題。根據整機較大工作壓力、工作溫度、認證要求以及氣罐容積大小，應合理選擇氣罐材質、壁厚、封頭直徑、封頭形狀、焊接要求等。按照設計要求制造出來的氣罐，需要用 5 倍安全閥壓力做爆破測試。當產品出口歐洲時，氣罐需要做 CE 認證，出口美國的根據客戶要求選擇做 ASME 認證。
3 調壓閥系統
調壓閥系統包括調壓閥、進氣管、壓力表、快速接頭等。調壓閥主要作用是為滿足客戶使用不同工具設置的，可以在較大調節壓力下任意調節出氣壓力，以滿足客戶對不同壓力的需求。調壓閥設計時重點在于大彈簧彈力、高度，以及活塞行程等，避免調節壓力不歸零或者調節不到較大壓力的情況。對于壓力表主要考慮材質、螺紋規格、表盤量程選用問題，較大量程按照安全閥壓力的 1.5 倍設計。快速接頭按照出口不同國家進行選用，出口歐洲采用歐式或三合一快接，出口美國的采用美式快接。
4 開關電源線系統
主要包括壓力開關、電源開關、電源線等。壓力開關主要分為機械式壓力開關和微型壓力開關，機械式壓力開關一般都帶有卸荷閥，同時集成了電源開關功能，使用方便，但是體積較大。微型壓力開關只能通過壓力控制電源通斷，不帶手動開關以及卸荷功能，但是其體積小，安裝方便。壓力開關可以通過事先設定的啟動壓力和關閉壓力來自動控制機器運轉，當氣罐壓力達到設定壓力時，壓力開關切斷電源，當氣罐壓力降到設定的重啟壓力時，壓力開關接通電源。電源開關主要作為手動開關使用，通過人工干預啟動或關閉空壓機。
電源線及插頭的選用需要滿足認證要求，出口美國的機器電源線及插頭需要 UL 認證，出口歐洲的電源線及插頭需要 CE認證。電源線及插頭承受電流需要符合整機要求，整機電流與線徑關系，針對美款產品，常用的線規為 18AWG、16AWG、14AWG，其對應的較大電流分別為 10A、13A、18A。針對歐款產品，常用的線規為 0.75 mm²、1.0 mm²、1.5 mm²，對應的電流分別為 6A、10A、16A。我們在選用電源線時可根據整機的較大電流來選用。
5 結語
隨著市場競爭日益激烈，國外客戶不僅對質量要求越來越高，而且成本要求也越來越高，如何制造出物廉價美的產品，將成為每個企業的生存之本。而成本和質量是一對矛盾體，這就要求我們的設計人員在設計產品時，要綜合考慮成本和質量，只有這樣才能設計出一款具有競爭力的產品。
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