一种空压机的制作方法

本发明属于空压机技术领域，具体涉及一种由液压驱动的空压机。

背景技术：

空压机是一种往复式压缩机，通过往复移动实现对空气的压缩做功。目前，常见的空压机主要有以下几种结构形式：

第一种是利用普通旋转电机，通过曲柄连杆机构带动活塞在缸体内进行往复运动来压缩气体的结构形式。其中，当活塞进行压缩行程时，吸气阀关闭，排气阀打开；当活塞进行抽吸行程时，排气阀关闭，吸气阀打开。这种结构形式的压缩机，不仅工作压缩比小，往复运动的行程较短，工作时震动和噪音大，易磨损，而且由旋转运动变成直线运动的结构复杂，效率低，同时机械传动机构工作时的噪声也大。

第二种是直线压缩机结构形式。现有的直线压缩机大多采用单定子线圈结构，该结构形式的直线压缩机要实现其内动子的往复运动来压缩气体，一般在动子完成压缩行程后，需要依靠弹簧回复力进行复位。但是，弹簧的使用增加了活塞移动时的阻力，而且在动子回复过程中不再压缩空气，因此，这种结构直线压缩机存在着系统效率低的缺陷。

第三种是螺杆空压机结构形式。螺杆空压机不仅加工难度大，工作时需要专门的润滑油进行润滑和密封，而且由此获得的压缩空气必须进行油气分离处理后才能使用，并且无法提供高压空气。

技术实现要素：

为了解决上述结构形式空压机存在着工作效率低、耗能大、成本高的问题，本发明提出了一种由液压驱动的空压机。该空压机包括壳体、主活塞、第一活塞和转向套，其中，所述主活塞与所述第一活塞固定连接并且同步运动；

所述壳体的内部设有相互独立的控制室和第一气室，所述壳体上设有p1口、p2口、t1口、t2口以及第一进气孔和第一排气孔；

所述主活塞位于所述控制室中，并且将控制室分割为第一控制室和第二控制室；p1口和t1口位于所述第一控制室的一侧，p2口和t2口位于所述第二控制室的一侧；

所述第一活塞位于所述第一气室中，并且将所述第一气室分割为第一工作气室和第一辅助气室；所述第一进气孔和所述第一排气孔同时与所述第一工作气室连通，所述第一辅助气室与外界环境连通；

所述转向套位于所述壳体和所述主活塞之间，并且设有第一油口、第二油口、第三油口和第四油口；所述转向套可以随所述主活塞的轴向往复移动进行相对于所述壳体的往复运动，在第一工位和第二工位之间切换；第一工位为所述第一油口与p1口连通，所述第四油口与t2口连通，所述第二油口、所述第三油口、p2口和t1口保持封闭；第二工位为所述第二油口与p2油口连通，所述第三油口与t1口连通，所述第一油口、所述第四油口、p1口和t2口保持封闭。

优选的，所述转向套与所述壳体之间采用相对圆周方向的转动连接，当所述主活塞进行轴向往复移动的过程中，所述转向套相对于所述壳体进行圆周方向的往复转动，在所述第一工位和所述第二工位之间切换。

进一步优选的，该空压机设有两个控制杆，所述转向套的两端分别设有内螺旋槽；所述控制杆位于所述控制室的端部，并且两个所述控制杆的水平段均沿轴向与所述主活塞相对并且可以进行轴向往复直线运动，两个控制杆的竖直段分别与两个所述内螺旋槽连接并且可以沿所述内螺旋槽内进行往复滑动。

进一步优选的，所述壳体上设有导向孔和导向槽，并且分别用于安装所述控制杆的水平段和竖直段，使所述控制杆的竖直段保持轴向往复移动。

进一步优选的，所述控制杆位于所述导向槽内，并且水平段的两端所受液压力保持相等。

优选的，该空压机还设有定位组件；所述定位组件位于所述壳体与所述转向套之间，用于对所述转向套的第一工位和第二工位进行定位。

进一步优选的，所述定位组件包括定位孔、定位弹簧、定位球和定位槽；所述定位孔和所述定位槽分别位于所述壳体和所述转向套上，所述定位弹簧和所述定位球位于所述定位孔中；所述转向套在第一工位和第二工位之间切换过程中，所述定位球压缩所述定位弹簧保持在所述定位孔中，所述转向套位于第一工位和第二工位时，所述定位球的一端位于所述定位孔中，另一端伸出至所述定位凹槽中。

优选的，该空压机还包括第二活塞，所述壳体内部还设有与所述控制室和所述第一气室相互独立的第二气室，并且所述壳体上还设有第二进气孔和第二排气孔；所述第二活塞与所述主活塞固定连接并且同步运动；

所述第二活塞位于所述第二气室中，并且将所述第二气室分割为相互独立的第二工作气室和第二辅助气室；所述第二进气孔和所述第二排气孔同时与所述第二工作气室连通，所述第二辅助气室与外界环境连通。

进一步优选的，所述第一活塞和所述第二活塞位于所述主活塞的两侧，所述第一气室和所述第二气室位于所述控制室的两侧。

优选的，所述壳体采用分体式结构，并且所述壳体的内部设有隔板，将所述壳体的内部分割为沿轴向分布的控制室和第一气室。

相较于现有结构形式的空压机，本发明的空压机具有以下有益技术效果：

1、在本发明中，通过在主活塞两侧的控制室中分别设置与液压泵连接p1口和p2口以及与回油箱连接的t1口和t2口，从而借助液压力驱动主活塞进行轴向移动，带动第一活塞和第二活塞分别在第一气室和第二气室中进行压缩空气做功，同时利用主活塞进行轴向移动过程中对转向套在两个工位之间的交替切换控制，达到由转向套完成液压油对主活塞两侧施加液压力的交替变换，实现对主活塞进行轴向往复交替移动的驱动，完成第一活塞和第二活塞在液压驱动下的交替压缩空气做功。这样，不仅实现了以液压力作为动力驱动第一活塞和第二活塞的压缩空气做功，从而替代了现有空压机中电机和曲柄连杆机构等复杂的机械结构，简化了结构、提高了体积的紧凑性，而且省略了机械传动部件和对密封的特殊要求，降低了机械噪音和成本。

2、在本发明中，借助主活塞往复移动过程中对转向套的动作控制，实现了工位的自动切换，这样只需要控制p1口和p2口之间的油液输送变换，就可以完全实现该空压机进行连续往复压缩空气做功，从而降低了控制要求，提高了操作控制的便捷性。

3、在本发明中，通过在主活塞沿轴向移动至终端位置前就开始带动控制杆驱动转向套进行工位切换，从而在主活塞的两侧出现液压力对调时，形成对主活塞继续进行轴向移动的阻力，从而达到液压制动作用，消除主活塞与壳体之间的冲击碰撞以及由此导致的冲击噪音和破坏，获得对整个空压机的保护和使用寿命提高。

附图说明

图1为本实施例空压机向第二气室方向移动过程的结构示意图；

图2为本实施例空压机向第二气室方向移动至终端位置的结构示意图；

图3为本实施例空压机向第一气室方向移动过程的结构示意图；

图4为本实施例空压机向第一气室方向移动至终端位置的结构示意图；

图5为本实施例中转向套的外形结构示意图；

图6为本实施例中隔板的外形结构示意图；

图7为本实施例中定位组件的局部安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

结合图1所示，本实施例的空压机，包括壳体1、主活塞2、第一活塞3、第二活塞4和转向套5，其中，主活塞2、第一活塞3和第二活塞4保持同轴固定连接，可以进行轴线方向的同步往复直线运动。

壳体1为中空形结构，在壳体1的内部设有相互独立的控制室11、第一气室12和第二气室13，并且第一气室12和第二气室13分别位于控制室11的两侧，在壳体1上设有p1口、p2口、t1口、t2口以及第一进气孔14、第一排气孔15、第二进气孔16和第二排气孔17。其中，通过在第一进气孔14、第一排气孔15、第二进气孔16和第二排气孔17中分别安装相应的通气单向阀，从而实现各个气孔相应的单向进气和单向排气功能。

主活塞2位于控制室11中，并且将控制室11分割为第一控制室111和第二控制室112。其中，p1口和t1口位于第一控制室111的一侧，p2口和t2口位于第二控制室112的一侧。

第一活塞3位于第一气室12中，并且将第一气室12分割为第一工作气室121和第一辅助气室122。其中，第一进气孔14和第一排气孔15同时与第一工作气室121连通，第一辅助气室122与外界环境连通，以此避免第一辅助气室122出现抽真空。

第二活塞4位于第二气室13中，并且将第二气室13分割为第二工作气室131和第二辅助气室132。其中，第二进气孔16和第二排气孔17同时与第二工作气室131连通，第二辅助气室132与外界环境连通，以此避免第二辅助气室132出现抽真空。

转向套5套设在壳体1和主活塞2之间，并且设有贯穿其壁厚的第一油口51、第二油口52、第三油口53和第四油口54。其中，转向套5可以随主活塞2的轴向往复移动进行相对于壳体1的圆周方向的往复转动，从而实现在第一工位和第二工位之间的往复切换。

转向套5处于第一工位时，第一油口51与p1口连通，第四油口54与t2口连通，第二油口52、第三油口53、p2口和t1口保持封闭。此时，p1口的油液通过第一油口51流至第一控制室111，第二控制室112的油液通过第四油口54流至t2口处，从而驱动主活塞2向第二气室13的方向移动，进而带动第二活塞4在第二气室13中进行空气压缩做功，带动第一活塞3在第一气室12中进行空气吸入操作。

转向套5处于第二工位时，第二油口52与p2油口连通，第三油口53与t1口连通，第一油口51、第四油口54、p1口和t2口保持封闭。此时，p2口的油液通过第二油口52流至第二控制室112，第一控制室111的油液通过第三油口53流至t1口处，从而驱动主活塞2向第一气室12的方向移动，进而带动第一活塞3在第一气室12中进行空气压缩做功，带动第二活塞4在第二气室13中进行空气吸入操作。

结合图1和图5所示，在本实施例的空压机中设有两个控制杆6，并且在转向套5的两个端部分别设有内螺旋槽55。两个控制杆6分别位于第一控制室111和第二控制室112的端部，同时，两个控制杆6的水平段均沿轴向与主活塞2相对应并且可以进行轴向的往复直线运动，两个控制杆6的竖直段则分别与两个内螺旋槽55连接并且可以沿内螺旋槽55进行相对往复滑动，从而带动转向套5进行圆周方向的转动。

转向套处于第一工位时，主活塞向第二气室方向移动并且移动一定距离后与第二控制室中控制杆的水平段接触，从而带动该控制杆一起向第二气室的方向进行轴向移动，使该控制杆的竖直段与内螺旋槽进行相对滑动，进而驱动转向套开始进行圆周方向的转动，使转向套逐渐切换至第二工位。与此同时，转向套进行圆周方向的转动过程中，会带动第一控制室中的控制杆沿第二气室的方向进行轴向移动。

同理，转向套处于第二工位时，主活塞向第一气室方向移动并且移动一定距离后与第一控制室中控制杆的水平段接触，从而带动该控制杆一起向第一气室的方向进行轴向移动，使该控制杆的竖直段与内螺旋槽进行相对滑动，进而驱动转向套开始进行圆周方向的转动，使转向套逐渐切换至第一工位。与此同时，转向套进行圆周方向的转动过程中，又会带动第二控制室中的控制杆沿第一气室的方向进行轴向移动。

此时，随着主活塞的轴向往复移动，借助控制杆完成转向套在第一工位和第二工位之间的同步切换控制，从而实现p1口、p2口、t1口、t2口与第一油口51、第二油口52、第三油口53和第四油口54之间的同步切换。

结合图1和图6所示，在本实施例中，通过在壳体1的内部设置两个隔板7，从而将壳体1的内部分割为沿轴向依次分布的第一气室12、控制室11和第二气室13。同时，在隔板7上设有导向孔71和导向槽72，分别用于安装控制杆6的水平段和竖直段，利用轴向开设的导向槽72对控制杆6中竖直段的轴向导向限制，使控制杆6的竖直段可以保持轴向的往复直线运动，从而使转向套5形成沿圆周方向的往复转动。同样，在其他实施例中，也可以直接将导向孔和控制杆的水平段设计为多边形的截面形状，从而省去导向槽对控制杆中竖直段的导向限制，同样实现控制杆中竖直段的轴向往复直线运动。

进一步，在本实施例中，导向孔71采用的是盲孔形结构，并且控制杆6的水平段位于导向孔71中进行往复移动的过程中，水平段两端保持连通状态，即两端所受液压力保持相等状态。这样，在主活塞带动控制杆移动的过程中，控制杆驱动转向套转至第一控制室和第二控制室中的油液压力发生对调时，主活塞在两侧液压力的作用下逐渐停止继续运动，而此时由于控制杆中水平段两端液压力相同，控制杆在惯性力作用下可以继续运动直至到达终端，完成转向套的工位切换。

同样，在其他实施例中，导向孔还可以采用通孔结构，即一端与控制室连通，另一端则穿过隔板与第一辅助气室(或第二辅助气室)连通。此时，控制杆的水平段位于导向孔内并且进行往复轴向移动的过程，水平段的两端中位于控制室的一端会承受高压油液的液压力，而位于第一辅助气室(或第二辅助气室)的一端则不受力。这样，不仅在主活塞停止继续运动时，控制杆还可以在液压力的作用下继续运动直至到达终端，完成转向套的工位切换，而且在主活塞反向移动至与另外一个控制杆接触前，该控制杆在液压力的作用下可以稳定的保持在终端位置，进而维持该阶段转向套的位置稳定性，起到辅助定位的作用。

在本实施例中，虽然是采用控制杆驱动转向套进行圆周方向转动的方案，实现了转向套在第一工位和第二工位之间的切换。但是，在其他实施例中，也完全可以采用其他方式实现转向套在第一工位和第二工位之间的切换，例如可以将转向套设计为滑阀结构形式，并且调整第一油口、第二油口、第三油口和第四油口之间的位置关系后，同样可以借助两个控制杆驱动转向套进行轴向往复直线移动，从而完成p1口、p2口、t1口、t2口与第一油口、第二油口、第三油口和第四油口之间的通断关系，实现转向套在第一工位和第二工位之间的切换。

此外，甚至还可以采用辅助电控的方式完成转向套的往复运动。例如，在主活塞轴向往复移动的终端设置位移传感器，借助位移传感器对主活塞的位置检测，控制电机驱动转向套进行沿圆周方向的往复转动或沿轴向的往复移动，从而完成转向套工位的切换。

结合图1所示，在本实施例的空压机中，还设有定位组件8。定位组件8位于壳体1与转向套5之间，用于对转向套5的第一工位和第二工位进行定位，从而使转向套5可以准确稳定的固定在第一工位和第二工位。

优选的，结合图7所示，在本实施例中，定位组件8包括定位孔81、定位弹簧82、定位球83和定位凹槽84。其中，定位孔81开设在隔板7上，并且定位弹簧82和定位球83位于定位孔81中，定位凹槽84位于转向套5上并且与定位孔81位于对应的同一圆周上。这样，转向套5在第一工位和第二工位之间的切换过程中，定位球83会直接与转向套5的端面接触而对定位弹簧82形成压缩，从而保持在定位孔81中，当转向套5转至第一工位和第二工位时，定位凹槽84与定位孔81处于同一轴线上，定位球83在定位弹簧82的作用下一端位于定位孔81中，另一端则伸出至定位凹槽84中，从而完成对隔板7与转向套5之间的位置固定，实现对转向套5的定位。

同样，在其他实施例中，也可以将定位孔设置在转向套上，而将定位凹槽设置在隔板上，甚至采用其他结构，例如定位销，实现对转向套的位置固定和定位。

另外，在本实施例中，通过在主活塞的两侧分别设置第一活塞和第二活塞，并且在控制室的两侧分别设置第一气室和第二气室，从而实现了主活塞往复移动过程中第一气室和第二气室的交替压缩空气做功，提高了压缩空气的效率。但是，在其他实施例中，完全可以根据不同的使用工况，将该空压机设计为只有第一活塞和第一气室，缩小整个空压机的体积，形成单向压缩空气做功的结构形式。甚至，将第一活塞和第二活塞依次设置在主活塞的同一侧，并且将第一气室和第二气室设置在控制室的同一侧，形成双气室的单向压缩空气做功形式，增加单向压缩空气做功的效率。

此外，结合图1所示，在本实施例中壳体1采用分体式结构设计，由分别与控制室11、第一气室12和第二气室13对应的三部分壳体组成，并且通过螺栓将两个隔板7以及三个部分壳体进行轴向的螺栓固定连接。这样，不仅便于对整个壳体进行加工制造，降低加工难度和成本，而且便于拆卸，提高组装效率和维护的便捷性。

结合图1至图4所示，本实施例的空压机进行工作时，p1口和p2口与液压泵连接，t1口和t2口与回油箱连接，具体工作过程如下：

当转向套5处于第一工位时，第一油口51与p1口连通，第四油口54与t2口连通，第二油口52、第三油口53、p2口和t1口保持封闭。此时，液压泵输出的高压油，通过p1口和第一油口51流至第一控制室111，第二控制室112的油液通过第四油口54和t2口回流至油箱，主活塞2在第一控制室111中高压油液的作用下，开始向第二气室13的方向移动，带动第二活塞4在第二气室13中进行空气压缩做功并通过第二排气孔17输出高压空气，带动第一活塞3在第一气室12中进行吸气操作并通过第一吸气孔14引入空气。

当主活塞2移动至与第二控制室112中的控制杆6接触时，开始带动该控制杆一起移动，从而驱动转向套5转动并开始向第二工位转动。在此过程中，p1口与第一油口51之间逐渐关闭，p2口与第二油口52之间逐渐连通，高压油液开始通过p2口进入第二控制室112中，t2口与第四油口54之间逐渐关闭，t1口与第三油口53之间逐渐连通，第一控制室111中的油液通过t1口开始回流至油箱。此时，主活塞2受到第二控制室112中油液的作用力逐渐增大，受到第一控制室111中油液的作用力逐渐减小，主活塞2两侧的液压力差开始逐渐减小，逐渐停止向第二气室方向的继续移动。此时，位于第二控制室112中的控制杆在惯性力作用下继续驱动转向套5进行转动，直至完全切换至第二工位。

当转向套5处于第二工位时，第二油口52与p2口连通，第三油口53与t1口连通，第一油口51、第四油口54、p1口和t2口保持封闭。此时，液压泵输出的高压油，通过p2口和第二油口52流至第二控制室112，第一控制室111的油液通过第三油口53和t1口回流至油箱，主活塞2在第二控制室112中高压油液的作用下，开始向第一气室12的方向移动，带动第一活塞3在第一气室12中进行空气压缩做功并通过第一排气孔15输出高压空气，带动第二活塞4在第二气室13中进行吸气操作并通过第二吸气孔17引入空气。

当主活塞2移动至与第一控制室111中的控制杆6接触时，开始带动该控制杆一起移动，从而驱动转向套5转动并开始向第一工位转动。在此过程中，p2口与第二油口52之间逐渐关闭，p1口与第一油口51之间逐渐连通，高压油液开始通过p1口进入第一控制室111中，t1口与第三油口53之间逐渐关闭，t2口与第四油口54之间逐渐连通，第二控制室112中的油液通过t2口开始回流至油箱。此时，主活塞2受到第一控制室111中油液的作用力逐渐增大，受到第二控制室112中油液的作用力逐渐减小，主活塞2两侧的液压力差开始逐渐减小，逐渐停止向第一气室方向的继续移动。此时，位于第一控制室111中的控制杆在惯性力作用下继续驱动转向套5进行转动，直至完全切换至第一工位。

依次重复上述往复动作，完成该空压机在液压驱动下的往复压缩空气的做功。其中，p1口和p2口既可以分别与两个液压泵进行连接，也可以借助换向阀与同一液压泵连接，并通过控制换向阀的换向操作与主活塞的往复移动相配合，从而保证该空压机在液压驱动下的往复压缩空气做功。