摘要：本文通過一個實際案例分階段剖析任務，和大家分享一下在設計小型直連往復活塞式空壓機時，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？設計小型直連往復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

　　論及設計小型直連往復活塞式空壓機，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）的機械能轉換成氣體壓力能的能源轉換裝備，是壓縮空氣的氣壓產生裝備（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活塞式空壓機，是室內室外裝飾裝修、噴漆、機械維修等工程必不可少的機械設備。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活塞式空壓機的研發(fā)設計項目時，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常籠統(tǒng)和寬泛的，需要轉化一下才能融入到設計工作中。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、市場需求在設計文件中的體現

　　當你拿到一個小型直連往復活塞式空壓機的研發(fā)項目時，一般市場部業(yè)務人員已經對這個項目的市場前景和銷售預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，了解此空壓機的關鍵技術參數要求是什么，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。可以直接得出這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，產品還要達到阻燃要求（因為美國木質結構建筑較多）主要執(zhí)行的標準有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。賣到歐洲的產品則需要符合CE，GS，EMC等認證，氣罐做PS認證，相關零件滿足環(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，空壓機的關鍵技術參數。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等。有時候還會有特殊參數和結構的要求和說明。其實第二條的這些技術參數的要求，有的通過第一條的銷售區(qū)域就已經限定死了。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計工作的總體目標，所有的開支加起來不能超出成本預算。“產品的成本是設計出來的”，從設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》上還對應體現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，就得需要結合關鍵技術參數來綜合設計了。

　　高效節(jié)能體現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。空壓機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，就需要設計的時候結合一些自然規(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計，肯定會得到一個滿意的結果。

　　所以說，我們拿到《立項申請書》后，接下來的所有設計工作，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參數

　　要滿足空壓機的高效節(jié)能要求，還得從空壓機的關鍵技術參數上進行量化處理。怎么高效，怎么節(jié)能，到最后都得轉化成數據來進行展示。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，它是一個中間表征數值，是間接計算出來的，不是直接設計出來的。那么，是什么設計參數和比功率及高效節(jié)能性能相關呢？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，我們設計時，一般是假設功率已知恒定，來推算出流量值的。再結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計關鍵參數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、設計累計公差、裝配精度等原因所導致。設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，這就涉及到機械結構的效率問題了（所以在設計的時候一定要預留足夠的系數，來保證實測的樣機比功率數值達標）。效率低了，消耗大了，意思就是光顧著發(fā)熱了，做功少了，表征現象便是一個溫升問題，其實，溫升直接對應的又是節(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計參數上。這里所說的環(huán)保包含空氣的環(huán)保和噪音的環(huán)保，直接體現出來的相關設計參數便是：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的設計特性參數。空壓機運行平穩(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，難是難在它在產品設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，和產品相關的絕大多數符合認證的零件，都屬于菜單式標配零件，在你設計的時候只管按照要求選用就行，不需要再進行單獨的設計計算。

　　另一方面，關于電器安全性的要求，在你給整機做相關認證和測試的時候，第三方的檢測機構也會對你的機械結構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，你所設計的空壓機產品才能進入相應的區(qū)域進行銷售。

　　四、結語

　　小型直連往復活塞式空壓機的設計立足于市場的需求，轉化到產品研發(fā)的相關技術文件上，表征為相關的技術參數，體現為具體的機械結構設計、具體機械原理的使用、具體電器零部件的選擇上。

　　總之，要想設計好一個小型直連往復活塞式空壓機產品，需要從材料的選擇、結構的設計、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，這樣才能設計出性能較好，品質較高的產品來。

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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。