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1、柴驱风冷移动式空气压缩机设计知识(3)柴驱风冷移动式空气压缩机设计知识（2）后续内容4.9悬架及前后轴迄今，无论是单轴还是双轴结构的柴动活塞机，其悬架多采用钢板弹簧。钢板弹簧经前耳支架和后吊耳支架与车架连接，前、后轴均通过U型螺栓固定于钢板弹簧之下，承载后，弓型钢板弹簧弓高降低，弦长随之加大时推后吊耳向后摆动，后支点后移，以适应弦长之增大。各型钢板弹簧在不同载荷下均有弓高变形量及最大允许载荷之数据，选钢板弹簧不但要考虑静载荷，还要顾及不平路面所造成的冲击载荷，最好选择恶劣路面实测最大变形量。任何情况下，弓形都不应被压平直。笔者在使用钢板弹簧过程中感到弓形钢板弓高尺寸本来就大，再加上前支架，后吊
2、耳支架，总高更大，致使机组重心高，稳定性差。考虑到在重载运行中，路面不平颠簸时虽然钢板弹簧弓高会降低，但在钢板弹簧与车架之间仍有相当距离，如将车轴由钢板弹簧之下移至钢板之上，可使重心降低钢板各叠片厚度及轴径之和的高度。注意在车轴上缘至车架下平面须留有足够的安全距离，防止轴碰车架。笔者曾在不同机型试用过，效果甚好。柴动活塞机最大规格18m/min，其机组“吨位”相当于130型2-3吨轻型货车，选用钢板弹簧时存在如下问题：汽车悬架除用钢板弹簧外，还辅以减震器，而柴动活塞机却仅采用钢板弹簧。如果仅是选用130车之钢板弹簧则弹力不足;如采用中型货车的钢板弹簧，承载能力虽不成问题，但该类钢板弹簧前后耳距
3、离最小1400mm以上，比130汽车钢板弦长至少大200mm，用于轴距较小的柴动空压机上，弦长大的前后钢板弹簧将互碰。虽可向专业厂家订制大弹力小弦长的专用弹簧，但批量小，价格高且供货进度难以保证。18m/min柴动活塞机没有采用传统的钢板弹簧，而参照汽车扭杆弹簧结合自身特点，改为叠片扭簧。 4.9.1具体结构a鉴于实心扭杆弹簧，如果截面大，强度高，但扭转刚度过强，若截面小扭转刚度可以，但强度不足，不适于柴动活塞机这种既要承受较重载荷，又要高弹性之需求，为此，将实心改成多片薄钢板叠合为接近方形截面的组合，获得强度弹性俱佳的叠片扭簧;b前后轴采用无缝管，将内方外圆之固定环焊于钢管孔内中部，使叠片扭
4、簧贯穿空心轴筒，与固定环方孔紧配合，悬于固定环两端外之叠片扭簧则可各自独立扭转变形;c前弯臂有方孔的一端与悬伸出轴筒之外的叠片扭簧紧配合，方孔之外圆伸进轴筒与轴筒内孔的衬套活动配合。前弯臂另一端形状与汽车前轴的拳形端头相同，伸进转向节的上下耳之间，装上主销后构成铰链机构，转向节的轴伸端经内外滚锥轴承连接前轮毂及其上的轮辋轮胎。左右前弯臂镜像对称，分置于空心轴筒之两端;d各弹簧片两端均钻有螺栓孔，叠片扭簧伸出弯臂方孔之外，叠片外侧各置挡片后用螺栓螺母将挡片及弹簧片紧固成一体，则弯臂被挡在轴端与挡片之间，只能绕轴中心摆动而不能轴向窜动;e轴筒上焊左右轴座，经螺柱螺母固定于车架下平面。轴座与叠片弹簧
5、沿周向的方位应形成弯臂向车行方向的后斜下方倾斜，与水平方向形成约18-20的夹角。f后轮轴与前轮轴差别仅是无转弯功能，后弯臂上端与前臂弯相同，其斜下方一端是锥孔，后轮仍用前轮毂，以一直轴取代转向节，一端与前轮毂链接，另一端与弯臂锥孔紧配合。车架及其上之所有重物经前后弯臂压在支承于路面上的前后车轮上，叠片扭簧受力后产生扭转弹性变形，实施缓冲减振之功能。4.9.2设计要点a叠片扭簧之单片弹簧钢板的长宽厚及片数均影响其扭转弹性，选材时力争使多片弹簧叠合成的截面接近正方形。在周长相等的情况下正方形比矩形截面面积大，可获相对大之强度和弹性，且正方形的外接圆相对矩形为小，固定环方孔的外接圆亦小，则空心轴内
6、径随之而小，从而可使空心轴筒外径不致过大;叠片扭簧单片弹簧选用弹簧钢带截成所需长度。经查弹簧钢带国标：宽厚尺寸规格有508规格，6片可叠合成5048接近正方形的截面，正好与957无缝管前后轴筒匹配，适用于18m3/min柴动活塞机。如排量再大者，可选用6360截面之叠片扭簧。一种规格叠片扭簧通用于多种机型，其扭转弹力对某些机型可能存在扭转弹力过强或过弱的情况，对此，可通过加长或缩短固定环长度，改变叠片扭簧在固定环两端面以外悬伸长度的办法改变扭转弹力，以适应不同机型之需求。如果所需固定环过长，可采用2段短固定环，使两者拉开距离至所需长度焊于轴筒内，其与整体长固定环作用相同;b叠片扭簧与固定环及弯
7、臂方孔的配合对于任何方形孔配合，均是只需一个方向配合，而相差90的另一方向配合无实用价值，预留一定间隙即可。对于叠片扭簧与固定环及弯臂方孔的配合亦同此理。配合的方向按弹簧钢板厚的方向，钢带国标对厚度尺寸公差规定不严，多片叠合后的配合尺寸公差更大，同时还须考虑钢带不平，叠合后不能完全贴合，也影响配合。另外，此固定环尚须顾及叠片弹簧装配时超过其长度的1/2须贯穿其方孔，亦影响配合，经试验，预留1.0-1.3间隙，既能装得进去，又能使相互保持一定的紧度，避免车轮对轴筒相对松旷。弯臂与叠片扭簧的配合长度短，且位于轴筒两端之外，影响因素少，易装配，一般预留0.8-1.0间隙，可获得比固定环处更紧的配合，
8、确保长期振动冲击下不松旷。对于无须配合的钢板宽度方向，预留1.4-1.6便可保装后尚有间隙，本来此方向间隙再大亦可，之所以不令间隙过大，意在不使方孔外接圆过大，免得固定环外圆无谓增大。须知无缝 钢管的外径及壁厚规格分档，档与档之间尺寸相差较大，有的尺寸虽有很小的增加便可能使所选钢管落入大一档规格，造成不必要的批量性浪费。鉴于钢带厚度尺寸公差较大，为避免发生厚片与厚片或薄片与薄片钢板叠成一个组合，造成各组合总厚度相差很大，将产生或过紧或过松的不良配合。用分组选配的方式将厚片与薄片相互搭配，可使各组合的叠合厚度相近，鉴于同一卷钢带厚度一致，而不同卷厚度不一定相同，由供货单位展平切段后分组选配较简便
9、，分组后用铁丝穿过二端螺栓孔筒，易捆扎便于管理。为避免叠合钢板对不齐装不进，弯臂方孔，特别是位于轴筒中部的固定环方孔，装入端须有较大倒角，从而保证装配顺利;c前弯臂与前轮的连接前弯臂斜下端的形状尺寸应与所用转向节配套的汽车前轴拳形端形状尺寸相同，用主销将弯臂下端与转向节的上下耳连接成铰链机构，以实现前轮转向。前弯臂下端主销孔的内倾角度应按所选转向节的既定内倾角定，比如BJ130转向节，其主销孔与垂直面夹角8.5，其中有1是预留前轮外倾的，8.5-1=7.5即是主销内倾角，故前弯臂下端的主销孔与垂面夹角应是7.5，总装后形成主销内倾为7.5，前轮外倾为1;d叠片扭簧之扭转变形量的设定笔者对叠片扭
10、簧尚无可用之计算公式，仅凭经验设定，就18m/min柴动活塞机而言，前后弯臂向后斜下方倾斜与水平夹角约20左右，总装后重载之下叠片扭簧产生扭转变形，弯臂与水平夹角约降至8-10，在有冲击的凹凸不平的砂石土路上试车，弯臂与水平夹角至少应有4-5夹角，笔者认为在任何情况下该夹角不应低于3。叠片扭簧较之钢板弹簧结构简单、外形尺寸小，可有效降低机组重心高，制造简单，成本低。特别是：虽然左右车轮位于同一根轴上，但叠片扭簧经固定环从中间分成左右两悬臂，装于两端的左右车轮，可以单独运动，互不干扰，从而具备独立悬架之优势，减少车架在不平路面行驶时的振动，有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象，从而获得提高运行速度
11、之利。须知，只有轿车这种高档汽车才舍得采用独立悬架这种贵重结构形式，而简单的叠片扭簧却可兼得独立悬架和非独立悬架之双优势。4.10转向节及前后轮转向节是实现前轮转向的关键零件，承受汽车运行中的各种冲击载荷，强度刚性要求高，系由专业厂家制造的40Cr模锻件。18m/min柴动活塞机之“吨位”与130系列汽车相近，采用1030汽车的转向节，配以1030汽车之前轮毂，按GB516配套6.50-16 轮胎，10层级，载荷975kg，5.5F-16轮辋，偏距102，轮胎螺丝孔分布圆190，轮毂安装定位孔140，以及主销及其配套件，汽配市场有主销修理包，内含主销、端面轴承、铜套、楔形锁销、调整垫及盖帽等系
12、列配件，无需自己操心配套。4.11牵引转向系统汽车转向是由司机操纵方向盘，经一系列连杆机构使前轮偏转一定角度，实现汽车转弯。而柴动活塞机则是机动车拖拉柴动空压机，转弯时，由牵引杆拨动转向系统实现柴动空压机之前轮转向。汽车转向操纵系统由简单的连杆机构组成，而柴动活塞机之牵引转向系统又较汽车操纵机构更加简单(这对活塞机设计者不值详述，略)。仅提及两件值得关注的问题：a常见各种柴动活塞机的牵引杆不是弯曲变形就是被补焊的伤痕累累，笔者先前也曾一再被要求将牵引杆加固加长，唯恐不结实。笔者对此有不同看法：所谓牵引杆，意在拖拉而非“横别”，纵观牵引杆的破损均系扭曲弯折而非拉断，关键是前轮转向角太小所致。诸位
13、不妨统计一下，各型柴动空压机的前轮转向角有多少超过25的?反观机动车的前轮转向角有多少是小于30的?柴动空压机经常途经各种恶劣路面，如果机动车以较大前轮转向角转弯时，被牵引的柴动空压机之前轮转向角小于机动车前轮转向角，则柴动空压机之前轮将被侧向拖滑，牵引杆此时受到的不是拉力，而是横向弯矩。倘若路面不平或车轮陷入软土路面，侧向拖滑阻力剧增，牵引杆所承受的弯曲应力随之剧增，而牵引机动车仍在拖拉转弯，牵引杆能不损坏吗?牵引杆越长越易别弯或别断。笔者浅见，柴动空压机前轮转向角至少应大于30，牵引杆长度1.6米足以确保牵引车与柴动空压机在转弯时互不相碰，再长则有害无益。叠片扭簧虽有诸多优势，但存在前轮转
14、向角不易增大的不足：采用叠片扭簧其前轮至轴端距离较小，在转弯时前轮轮辋与前弯臂上端最先接触，这犹如单侧刹车的接触将导致翻车事故。为此设计时须保证在前轮转向角达最大时，两者不准相碰，在适当位置设可调止动螺丝或挡块限位，防止发生此危险的接触。加大轮辋与前弯臂上端距离的途径：a加大前弯臂上下两端之轴向距离前弯臂类似一端固定的悬臂件，既承受交变载荷又承受巨大的冲击，须有足够的强度及刚性，上下两端轴向距离宜小不宜大，不到万不得已，最好别增大;b采用大规格轮胎通常采用6.50-16轮胎，配套5.5F-16轮辋足以适用，为增大，前轮转向角，可采用7.00-16轮胎及相应轮辋，此可使弯臂上端与轮辋沿径向距离加
15、大则前轮转向角随之加大。大于7.00-16轮胎虽能使前轮转向角更大，但轮胎过大不宜选用;c选用大规格转向节转向节主销孔中心线与其轴伸端轴心延长线的交点至内轴承端面的距离影响轮胎至轴端距离，比如1030汽车之转向节该尺寸是50，1041汽车转向节是58，距离加大58-50=8mm前轮转向角约可增大5。若经改用7.00-16轮胎及1041转向节后，前轮转向角还达不到30的话，方可适当增大弯臂上下端轴向距离。5、柴动螺杆机设计的几个问题18m/min以上中低压柴动螺杆机需求日渐旺盛，现以22m/min，排气压力1.3MPa柴动螺杆机为例探讨几个设计问题。5.1柴油机的选择常见宣传柴动螺杆机采用进口柴油机的广告，笔者也知道国外有几种品牌柴油机名声显赫，不过在调研中也获知国内几种型号柴油机无论性能、排放水平以及可靠性等均可满足柴动螺杆机的需求，价格适中，特别是售前售后服务更具优势，何必舍近求远去国外烧钱呢?GB19153颁发之后对空压机节能要求越来越严格，据节能形势，主机能效按2级设定较为稳妥，为使驱动功率留有余地，轴功率按输入比功率2级至3级之间的数据，以10kW/(m/min)计算所需轴功率：1022=220 kW，据此
