城轨车辆的制动系统及其他一些子系统所使用的压缩空气（也称压力空气）都是由空气压缩机组供给的，电动机通过联轴器直接驱动空压机。目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。城轨车辆采用的空气压缩机一般要求具有噪声低，振动小，结构紧凑，维护方便，环境实用性强的特点，其直流驱动电动机已逐渐被交流驱动电动机取代。
1.活塞式空气压缩机
活塞式空气压缩机由固定机构、运动机构、进排气机构、中间冷却装置和润滑装置等组成，如图6-7所示。其中，固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括曲轴、连杆、活塞；进、排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器（简称中冷器）、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等。
图6-7 活塞式空气压缩机工作原理
1—润滑油泵 2—机体 3—油压表 4—空气滤清器 5、8—进气阀片 6—排气阀片 7、9—低压活塞 10—高压活塞 11—主气缸 12—压力控制器 13—上集箱 14—散热管 15—下集气箱
活塞式空气压缩机的工作原理：电动机通过联轴节驱动空压机曲轴转动，曲柄连杆机构带动高、低压缸活塞同时在气缸内做上下往复运动。由于曲轴中部的三个轴颈在轴向平面内互成120°，两个低压活塞和一个高压活塞分别相隔120°转角。当低压活塞下行时，活塞顶面与缸盖之间形成真空，经空气滤清器的大气推开进气阀片（进气阀片弹簧被压缩）进入低压缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作用下关闭。当低压活塞上行时，气缸内的空气被压缩，其压力大于排气阀片上方压力与排气阀弹簧的弹力之和时，压缩排气阀弹簧而推开排气阀片，具有一定压力的空气排出缸外，而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。两个低压缸送出的低压空气，都经气缸盖的同一通道进入中冷器。经中冷器冷却后，再进入高压缸，进行第二次压缩，压缩后的空气经排气阀口、主风管路送入主风缸中储存。高压活塞的进、排气作用与低压活塞的进、排气作用相同。
在运用中，主风缸压力保持在一定的范围，如750～900kPa。它是通过空压机压力控制器（调压器）自动控制空压机的启动或停止来实现。当主气缸的压力逐渐增高，达到规定压力上限时，压力控制器切断空压机驱动电动机的电源，使空压机停止工作；而随着设备的用风和管路的泄漏等，使主气缸的压力逐渐降低，达到规定压力下限时，压力控制器接通空压机驱动电动机的电源，使空压机开始工作，主气缸压力又回升。这样主风缸压力一直被控制在规定的范围之内。
下面介绍用于城轨车辆的两种活塞式空气压缩机。
（1）VV2301180—2型活塞式空气压缩机 该空气压缩机排气量为1500L/min，输出压力为1100kPa，转速为1520r/min，用1500V直流电动机通过弹性联轴器直接驱动。4个气缸（其中3个低压缸的直径95mm，一个高压缸的直径85mm），两级压缩带有两个空气冷却器（中间冷却或后冷却），并用风扇强迫通气。此压缩机的主要特点是它的缸体与曲轴箱不连成一体，这样的设计便于缸套的安装和调换。
（2）VV120/150—1型活塞式空气压缩机 该空气压缩机为3个缸，其中2个缸为低压缸，一个为高压缸，两级压缩带有两个空气冷却器，如图6-8所示。其排气量为920L/min，输出压力为1000kPa，转速为1450r/min，由380V、三相、50Hz交流笼型异步电动机驱动，电动机与压缩机之间是永久连接，不需要维护，有一个自对中心的凸缘连接，这种布置不需要在电动机和压缩机之间有很精确的直线连接。其空气过滤器采用过滤纸过滤，其效果较油浴式过滤器好，但应用成本较高。冷却风扇的叶片不直接安装在曲轴端头，是通过温控液力联合器连接，也称黏性连接。在温度较低时，联轴器内的液体黏度很低，不传递转矩，故可节约能源。该空气压缩机组的一个主要优点是在4.6m距离内噪声的声压级只有64dB（A）。
图6-8 VV120/150—1型活塞式空气压缩机的结构图
活塞式空气压缩机的应用广泛，技术成熟，可靠性和稳定性好，不需特殊润滑，性价比具有吸引力。与活塞式空气压缩机相比，螺杆式空气压缩机具有独自的特点。
2.螺杆式空气压缩机
（1）螺杆式空气压缩机的特点 螺杆式空气压缩机具有以下特点：
1）噪声低，振动小，当螺杆式空气压缩机工作时，旋转部件两个螺杆的运动没有质心位置的变动，因而没有产生振动的干扰力。经精密加工和精密磨削制造的公、母螺杆和机壳之间，互相密贴和啮合的间隙是通过喷油实现密封和冷却的，并不产生机械接触和摩擦，因而在工作中噪声低。它的喷油润滑又使噪声强度大大降低，一般不超过85dB（A）。另外它的空气压缩过程是连续的，不受气阀开闭的制约，所以，压缩空气流动也连续而且平稳。
2）可靠性高和寿命长。螺杆式空气压缩机工作时除了轴承和轴封等部件外，没有因相对运动而承受摩擦的零部件。公、母螺杆和机壳之间并不产生机械接触和摩擦，在工作中不产生磨损，使它高可靠和免维护。通常，螺杆式空气压缩机的检修周期可以保证不短于整车的大修期。
3）维护简单。在运用中，检查、检修人员只要注意观察螺杆式空气压缩机的机油油位不低于油表或视油镜刻线；保证空气滤清器未脏到堵塞的程度，那么空气压缩机就能工作，它不需要给予特别的关照。
（2）螺杆式空气压缩机的结构 螺杆式空气压缩机的主机是双回转轴容积式压缩机，转子为一对互相啮合的螺杆，螺杆具有非对称啮合型面。主动转子为阳螺杆，从动转子为阴螺杆。常用的主副螺杆齿数比依压缩机容量而有所不同，为4∶5，4∶6或5∶6。两个互相啮合的转子在一个只留有进气口和排气口的铸铁壳体里面旋转，螺杆的啮合和螺杆与壳体之间的间隙通过精密加工严格控制，并在工作时向螺杆腔内喷压缩机油，使间隙被密封，并将两转子的啮合面隔离，防止机械接触磨损。另外，不断喷入的机油与压缩空气混合，用来带走压缩过程所产生的热量，维持螺杆副长期可靠地运转。当螺杆副啮合旋转时，它从进气口吸气，经过压缩从排气口排出，得到具有一定压力的压缩空气。(www.xing528.com)
螺杆副如图6-9所示，是一对齿数比为4∶6，以特定螺旋角互相啮合的螺杆。其中阳螺杆（通常作驱动螺杆）为凸形不对称齿，而阴螺杆（常用作从动螺杆）为瘦齿形弯曲齿。两螺杆的齿断面线形是专门设计并经过精密磨削加工的。
（3）螺杆式空气压缩机的工作原理 该压缩机的工作过程分为吸气、压缩和排气三个阶段，其结构如图6-10所示。
图6-9 螺杆式空气压缩机的螺杆副
1）吸气过程。螺杆安装在壳体内，在自然状态下就有一部分螺杆的沟槽与壳体上的进气口相通。也就是说，在任何时候，无论螺杆式空气压缩机的螺杆旋转到什么位置，总有空气通过进气口充满与进气口相通的沟槽。这是压缩机的吸气过程。主副两转子在吸气终了时。已经充盈空气的螺杆沟槽的齿顶与机壳腔壁贴合，此时，在齿沟内的空气即被隔离，不再与外界相通并失去相对流动的自由，即被“封闭”。当吸气过程结束后，两个螺杆在吸气口的反面开始进入啮合，并使得封闭在螺杆齿沟里的空气的体积逐渐减小，压力上升，压缩随之开始。
2）压缩过程。随着压缩机两转子的继续转动，封闭有空气的螺杆沟槽与相对螺杆齿的啮合，从吸气端不断地向排气端发展，啮合的齿占据了原来已经充气沟槽的空间，将在这个沟槽里的空气挤压，体积渐渐变小，而压力则随着体积变小而逐渐升高。空气是被裹带着一边转动，一边被继续压缩的，从吸气结束开始，一直延续到排气口打开之前。当前一个螺杆齿端面转过被它遮挡的机壳端面上的排气口时，在齿沟内的空气即与排气腔的空气相连通，受挤压的空气开始进入排气腔，至此在压缩机内的压缩过程即结束了。这个体积减小压力渐升的过程，是压缩机的压缩过程。
图6-10 螺杆式空气压缩机的结构图
1—螺杆式空气压缩机 2—联轴器 3—空气冷却机 4—电动机 5—空、油冷却器（机油冷却单元） 6—冷却器（压缩空气后冷却单元） 7—压力开关 8—进气阀 9—真空指示器 10—空气滤清器 11—油细分离器 12—最小压力维持阀 13—安全阀 14—温度开关 15—视油镜 16—泄油阀 17—温度控制阀 18—油气桶组成 19—机油滤清器 20—逆止阀
在压缩过程中，压缩机不断地向压缩室和轴承喷射润滑油。其主要作用如下：
①润滑作用。喷入的机油在螺杆的齿面形成油膜，使啮合齿的齿面与齿面，齿顶与机壳间不直接接触，不产生干摩擦及由此引起的磨损。
②密封作用。润滑油油膜填充了螺杆啮合齿与齿间及齿顶与机壳间的间隙，阻止压缩空气的泄漏，起密封作用，提高压缩机的容积效率。
③降噪作用。喷入的机油与压缩空气混合，在油气混合物压力变化时，不可压缩的液态油可以部分地吸收缓和压缩空气膨胀产生的气动高频噪声。
④冷却作用。喷入的润滑油接触到螺杆、机壳壁和压缩空气，吸收压缩热并将其带出。通过机外冷却系统将机油带出来的热，转由冷却空气散掉，从而保证压缩机在理想的工作温度下工作，保证机器的可靠性和使用寿命。
3）排气过程。压缩过程结束，封闭有压缩空气的螺杆沟槽的端部边缘与螺杆壳体端壁上的排气口边缘相通时，受到挤压压缩的空气被迅速从排气口推出，进入螺杆压缩机的排气腔。随着螺杆副的继续转动，螺杆啮合继续向排气端的方向推移，逐渐将在这个沟槽里的压缩空气全部挤出。这是压缩机的排气过程。
在排气过程中，由于排气腔并不直接连着压缩空气用户，在它的排气腔出口设置的最小压力维持阀，限制自由空气外流，会使压缩空气的压力继续上升或者受到制约。
螺杆式空气压缩机壳体的进气口开口的大小及边缘曲线的形状，是与螺杆的齿数及螺旋角的角度相关的。而压缩机后端壁上的排气口开口形状（呈现为蝶形）及尺寸也是由压缩机的压缩特性及螺杆的端面齿形所决定的。
在这里所讲的螺杆式空气压缩机工作原理，是以螺杆的一个沟槽为实例展开的，并且把它的工作过程分成为吸气、压缩和排气三个阶段。实际上压缩机螺杆的工作转速很快，而且主动螺杆和从动螺杆的每一个沟槽，在运转过程中承担着相同的任务，将它的空腔在进气侧打开吸进空气，然后再将其带到排气侧压缩后排出。这种高速的、周而复始的工作，而且螺旋状的前一个沟槽和后面相邻沟槽的同一个的工作阶段，尽管有先有后，但实际上是重叠发生的。这形成了螺杆式空气压缩机工作的连续性和供气的平稳性，形成了它的低振动和高效率。
螺杆式空气压缩机的工作循环，是在啮合的螺杆齿和齿沟间，一个接一个周而复始连续不断地进行的。而且它的压缩过程只是当齿沟里的空气被挤进排气腔的过程中才完成的，所以没有像活塞式压缩机那样的振动和排气阀启闭形成的冲击噪声。
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