一种空气动力车专用空气发动机的制作方法

本实用新型涉及防爆空气发动机技术领域，尤其是一种空气动力车专用空气发动机。

背景技术：

瓦斯爆炸事故是煤矿生产最大的威胁，在我国煤矿瓦斯爆炸事故频发，造成了大量的伤亡与不可估量的财产损失。现如今预防瓦斯爆炸事故的方法主要是在开采的过程中先采煤层气，对于会产生火花的设备进行防护，避免产生火花或防止火花与外界环境的瓦斯接触。但是由于技术条件与工作环境的限制，还是会有瓦斯泄漏出来的情况。而且当设备的防护措施失效的时候就会产生火花造成事故。例如井下常用的电动机利用的就是电能，供电电缆在反复拖拽的过程中会造成损坏。损坏的电缆极易产生火花从而引发事故。目前煤矿中使用的动力设备大致有防爆柴油机，防爆电器设备，以及气动马达。防爆柴油机，防爆电机虽然都各有优点，但是他们的防爆措施一旦出现问题，人员没有及时发现的话，带来的危害是无法估计的。而市面上出现的气动马达，虽然达到了防爆的效果，但耗气量大、功率低、效率低下一直是他们的一个通用短板，也严重影响了气动马达的推广和使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种空气动力车专用空气发动机，能够解决现有技术的不足，耗气量小，提高了工作效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种空气动力车专用空气发动机，包括壳体，壳体上设置有配气装置和正时齿轮，配气装置连接有气门，气门与进气口相连通，壳体内设置有若干组气缸，每组气缸包括一个一级气缸和一个二级气缸，一级气缸内活动设置有一级活塞，二级气缸内活动设置有二级活塞，一级活塞和二级活塞连接在曲轴上，一级气缸的排气量大于二级气缸的排气量，同组的一级气缸和二级气缸的气路串联连通。

作为优选，壳体内气缸的布置形式为V形六缸柱塞式结构。

作为优选，气门外侧设置有密封套，密封套与配气装置固定连接，密封套上设置有进气孔，气门上设置有上面部和下面部，上面部和下面部的面积相等。

作为优选，一级气缸和二级气缸连通气路中设置有热交换器，热交换器为U型，热交换器的内侧设置有金属丝。

作为优选，壳体的排气端设置有消音器，消音器包括两组排气管路，两组排气管路之间通过旁通管连通，排气管路的末端设置有消音鼓。

作为优选，一级活塞和二级活塞的外径之比为1.4:1。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：

1.使用压缩空气作为动力来源，安全可靠。

2、发动机为V型六缸柱塞式结构，采用了两级膨胀做工的结构方式，气体能源利用率更高，同等功率下，耗气量小：同等耗气量下，功率更大。

3、发动机进气结构采用新结构的气门，使得发动机进气端为高压气体时仍保证良好的气密性。

4、配气系统与曲轴箱设计有独立润滑系统，工作时无需连接油雾器，提高工作效率。

5、通过设计H支管型消音器，使噪音水平降到最低，改善了工人的操作环境。

6、发动机功率为7KW时耗气量仅为5m³。

7、发动机采用的是双齿轮传动，后期无需维护，提高了使用效率，减少了人力物力的消耗，使得凸轮角度更加精准。

附图说明

图1为本实用新型的发动机外部结构图。

图2为本实用新型的气门结构图。

图3为本实用新型的热交换器结构图。

图4为本实用新型的消音器结构图。

图5为本实用新型的活塞曲轴结构图。

图中：1、壳体；2、配气装置；3、正时齿轮；4、气门；5、进气口； 6、一级活塞；7、二级活塞；8、曲轴；9、密封套；10、进气孔；11、上面部；12、下面部；13、热交换器；14、金属丝；15、消音器；16、排气管路；17、旁通管；18、消音鼓；19、风扇。

具体实施方式

本实用新型中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

如图1-5所示，本实用新型包括壳体1，壳体1上设置有配气装置2 和正时齿轮3，配气装置2连接有气门4，气门4与进气口5相连通，壳体1内设置有若干组气缸，每组气缸包括一个一级气缸和一个二级气缸，一级气缸内活动设置有一级活塞6，二级气缸内活动设置有二级活塞7，一级活塞6和二级活塞7连接在曲轴8上，一级气缸的排气量大于二级气缸的排气量，同组的一级气缸和二级气缸的气路串联连通。壳体1内气缸的布置形式为V形六缸柱塞式结构。气门4外侧设置有密封套9，密封套9与配气装置2固定连接，密封套9上设置有进气孔10，气门4上设置有上面部11和下面部12，上面部11和下面部12的面积相等。一级气缸和二级气缸连通气路中设置有热交换器13，热交换器13为U型，热交换器13的内侧设置有金属丝14。壳体1的排气端设置有消音器15，消音器15包括两组排气管路16，两组排气管路16之间通过旁通管17连通，排气管路16的末端设置有消音鼓18。一级活塞6和二级活塞7的外径之比为1.4:1。

本实用新型采用的是V形六缸柱塞式结构。它结构紧凑，维护简单，性能可靠，有更好的气密性和气体利用率。结构上和传统柱塞式热机类似，区别在于全新的缸径设计，采用大小不同且尺寸经过严密计算的两种活塞；全新的适用于进气端为高压气体的进气配气系统，区别于传统热机进气端为常压空气的设计，保证了配气机构的气密性。而且由于使用高压气体作为能源，不会有爆炸、高热量等损坏内部构件，因此发动机寿命大大延长，且零部件的质量也可进一步轻量化。

性能上，采用二级膨胀，一般的气动发动机，都会将未完全膨胀的气体直接排出，从而造成了大量的气体能源流失，降低了气体的使用效率和能源利用率。本次产品的气动发动机能够将未完全膨胀的气体进行二次膨胀，在第一级气缸中因膨胀率低而未做工的废气进入下级气缸释放能量，此过程中气体在发动机中停留的时间延长，配合精心设计的散热系统，高压气体充分从环境中吸收热量而充分膨胀做工，从而大大提高了气体能源的利用效率。

二级膨胀原理：两级膨胀的工作方式需要高压空气在一级气缸做功后能够进入第二级气缸，体积能够得到进一步膨胀以释放剩余压力能。因此两级膨胀气动发动机的气缸的气路是串联的，并且第二级气缸的最大容积大于第一级气缸的最大容积。两级气缸串联在同一曲轴上，连杆比及活塞行程相同，曲轴旋转360°是一个工作循环，两级气缸均完成进气膨胀和排气两个冲程，但第一级和第二级工作相位相差180°。在前半个循环周期，第一级气缸进气，第二级气缸排气，两缸之间由关闭的第一级气缸排气门隔离。在后半循环周期第一级气缸排气同时第二级气缸进气，此时第一级气缸排气门开启，两缸通过热交换器连通，第一级气缸排出的气体经由热交换器后进入第二级气缸。第一级气缸中活塞上行，气压力通过连杆作用在曲轴上的扭矩与曲轴转向相反，输出反向扭矩，而第二级气缸活塞下行，气压力通过连杆作用在曲轴上的扭矩与曲轴转向相同，输出正向扭矩。在不考虑管路节流损失的理想状态下，连通的两缸中气体的压力基本相同，为使第二级气缸产生的正向扭矩大于第一级气缸产生的负向扭矩，第二级活塞的直径必须大于第一级活塞直径。这样，再次180°相位区间，两级气缸的总的容积随曲轴的旋转增大逐渐增大，气缸中的气体完成第二级膨胀，能量得到继续释放。

发动机采用柱塞式结构，而柱塞式的发动机本身的密封性就比较优良，加上依托于现在活塞式热机先进的技术，再进过精密设计，密封性能较一般产品十分突出。一般的发动机的配气系统都是采用带轮式或者链条式，这种传动方式，需要经常维护，一旦传动机构损坏或者老化就会发生跳齿现象，从而影响整个发动机的性能。而本次气发动机采用的是双齿轮传动，后期无需维护，提高了使用效率，减少了人力物力的消耗，使得凸轮角度更加精准。同时，发动机上增加了H支管型消音器，基于活塞式气动发动机本身控制噪声水平的优点，大大降低了噪声对工作人员的危害，改善了工作环境。

本实用新型的气门结构保证了在较小的弹簧预紧力下，进气端为高压空气时的气门的密封性能。图中的密封套固定在发动机的配气座上。气门插入密封套并且与密封套发生相对往复运动。密封套与气门要保持一个密封并且又可以自由相对移动的一个关系。当气门向下运动的时候，压力气体通过进气口从气门下部喇叭口部分进入发动机气缸。气门的上部安装有复位弹簧。因为气动发动机进气为高压气体，且压力始终高于气缸内压力，一般发动机的配气机构，进气门将始终承受高压气体很大的背压，在压力超过气门复位弹簧的预紧力时，即使进气门关闭，也会自动将进气门顶开，发生泄漏，导致耗气量增加，排气冲程负功增加，整体的功率和效率下降。而本发动机的配气机构，经过改善，将气门的上面的面积加大。上面的面积与下面的面积相同时作用在上面的力与作用在下面的力相平衡，气门不会发生移动。传统气门没有上面所以气门会受到一个向下的力。通过新型的气门结构是实现进气门不再承受高背压，并保证了可靠的密封。从而提高了气体的利用效率，增加了整体的功率和效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。