用于軌道車輛的無油空氣壓縮的制造方法
【專利摘要】用于軌道車輛的無油壓縮機，包括多件式壓縮機殼體、支承在壓縮機殼體的第一開口中的第一活塞缸、支承在壓縮機殼體的第二開口中的第二活塞缸以及由壓縮機殼體支承的多件式曲軸組件。所述曲軸組件通過各連桿鏈接至第一和第二活塞缸的活塞。所述連桿鏈接至與每個活塞相關聯(lián)的活塞銷，且所述活塞銷各自由干式潤滑劑套筒支承在相關聯(lián)的活塞上。所述壓縮機殼體可具有至少第一殼體部分和第二殼體部分。所述第一殼體部分和第二殼體部分可各自形成半個壓縮機殼體，并通過機械緊固件固定在一起。
【專利說明】用于軌道車輛的無油空氣壓縮機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適于用在軌道車輛中、向與軌道車輛相關的氣動單元供應壓縮空氣的空氣壓縮機領域，尤其涉及用于向與軌道車輛相關的各種氣動單元供應壓縮空氣的無油空氣壓縮機。
【背景技術】
[0002]通常，為軌道車輛提供氣動系統(tǒng)，通過氣動系統(tǒng)來操作軌道車輛的制動器。空氣壓縮機用于向制動器操作中涉及的與軌道車輛相關的一個或多個氣動單元供應壓縮空氣。空氣壓縮機通常由驅動單元例如電動馬達、以及壓縮機單元構成，所述壓縮機單元通常由數(shù)個曲軸驅動的活塞-氣缸裝置構成。所述曲軸由驅動單元驅動，并包括連桿，以將驅動單元的旋轉運動轉化為每個活塞的直線運動，從而向下游裝置供應壓縮空氣。螺桿式空氣壓縮機是本領域中已知的用于此目的壓縮機，其也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，軌道車輛中使用的空氣壓縮機單元可具有單級或多級構造，所述多級構造具有至少一個低壓級和一個高壓級。
[0003]軌道車輛領域中使用的空氣壓縮機可能需連續(xù)運轉，或是進行頻繁的通斷操作。在任一種操作模式下，壓縮機運行時的摩擦都會導致形成大量熱量。因此，軌道車輛領域中過去主要使用的空氣壓縮機采用油潤滑，以確保在操作過程中能足夠冷卻。然而，油潤滑具有這樣的風險:潤滑油通常位于活塞式空氣壓縮機外殼中的壓縮機單元殼體內(nèi)，其能穿透活塞-氣缸接口，進入氣動系統(tǒng)，這將導致軌道車輛的氣動式操作制動器單元遭受油污染。此外，在氣動系統(tǒng)必須進行的空氣干燥期間產(chǎn)生的冷凝水中通常含有出于環(huán)保目的而收集的油。這種冷凝水常存儲在可加熱容器中，需要以規(guī)律間隔排出并處理。這一收集過程增加了保養(yǎng)和處理的費用，且消耗了更多的油。除上述缺點，如果油潤滑壓縮機單元不頻繁使用，或在在有限時間段內(nèi)使用，例如在寒冷的天氣操作，則在這些油潤滑的壓縮機單元的油路中可能會形成乳化液。
[0004]近年來，干式運轉的空氣壓縮機更多地用在軌道車輛領域中。干式運轉空氣壓縮機在殼體內(nèi)無潤滑油的情形下操作，因此被稱為“無油”的。在無油空氣壓縮機中，一種摩擦極低的動力密封裝置取代了對活塞移動路徑的潤滑。全部旋轉部件通常設置在滾子軸承上。封裝的滾子軸承上設置有隨溫度穩(wěn)定、使用壽命長的填充潤滑脂。很大程度上避免了閥區(qū)的滑動導向部件的使用。由于這些措施，空氣壓縮機單元不需要使用油潤滑。因此，可排除壓縮空氣被油污染的風險。省卻了油路的結果是，無油空氣壓縮機可具相對輕的構造。在軌道車輛領域，存在著向更輕構造發(fā)展的趨勢，并且輕質載體結構也更多地用于框架構造。然而，這種輕質載體結構具有多個不利的自然頻率，這些自然頻率與設置在輕質載體結構中的氣動系統(tǒng)的空氣壓縮機的旋轉速度接近。因此，難以充分遵循與結構引發(fā)的可容許噪音水平有關的所需規(guī)格。
[0005]Hartl等人的美國專利6776587和Meyer等人的美國專利7059841是關于無油空氣壓縮機技術的專利。Meyer等人的專利公開了一種軌道車輛上的無油壓縮機設備的裝置，其用于向分配給軌道車輛的氣動單元供應壓縮空氣。該裝置包括無油空氣壓縮機，以及與該空氣壓縮機相連的冷卻單元。所述裝置還包括具有帶至少一個開口的底板的軌道車輛?？諝鈮嚎s機固定至所述車輛底板的至少一側上，從而使空氣壓縮機的主旋轉軸大致垂直于車輛底板兒布置。Hartl等人的專利公開了一種雙級活塞式空氣壓縮機設置，其包括曲軸和數(shù)個活塞-氣缸。這種設置允許形成兩個或兩個以上的低壓級和至少一個高壓級。這種設置允許兩個或兩個以上低壓氣缸相對于高壓級以這樣一種方式設置:兩個或兩個以上的低壓氣缸是同相的，或偏移小于預定量的量，并壓縮活塞，所述活塞相對于一個或一個以上高壓氣缸偏移了另一預定量。
[0006]Hartl等人的美國專利申請2007/0292289公開了一種壓縮機活塞，其包括活塞和氣缸、通過滾子軸承將所述活塞連接至曲軸箱中的曲軸的連桿、進氣管線、以及氣缸頭中的出氣管線。進氣管線與曲軸箱之間的管道連接將冷卻的空氣從進氣管線輸送到曲軸箱。管道連接位于氣缸的外部。進氣閥連接至管道連接，當曲軸箱中的壓力小于進氣管線中的壓力時，閥打開；出氣閥連接至曲軸箱，當曲軸箱中的壓力超過預定值時，閥打開。
[0007]此外，Hartl等人的美國專利申請2009/0016908公開了一種用于產(chǎn)生壓縮空氣的多氣缸干運轉活塞式壓縮機。該活塞式壓縮機包括具有內(nèi)部的曲軸箱，以及可旋轉地安裝在曲軸箱中的曲軸。還包括兩個安裝在曲軸上的連桿，所述連桿配置為彼此反向運轉。此夕卜，還包括兩個安裝在曲軸箱中的氣缸，以及設置在每個連桿一端部的活塞，用于相對于兩個汽缸而運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個實施例中，用于軌道車輛的無油壓縮機包括壓縮機殼體，其包括至少第一殼體部分和第二殼體部分、支承在壓縮機殼體的第一開口中的第一活塞缸、支承在壓縮機殼體的第二開口中并流體連接至第一活塞缸的第二活塞缸、以及由壓縮機殼體支承的、通過各連桿連接至第一和第二活塞缸的活塞的多件式曲軸組件。
[0009]第一殼體部分和第二殼體部分可各自形成半個壓縮機殼體，并通過機械緊固件固定在一起。第一活塞缸可以比第二活塞缸大。曲軸組件可包括曲軸中央節(jié)段和兩個端部節(jié)段。端部節(jié)段可包含配重。曲軸中央節(jié)段的相對端部可固定在端部節(jié)段的各腔內(nèi)。曲軸中央節(jié)段可包括第一臂節(jié)段，其偏離第二臂節(jié)段，且每個臂節(jié)段可限定環(huán)形凹部，用于容納與各連桿相關聯(lián)的軸承。所述端部節(jié)段可安裝在曲軸的中央節(jié)段上，以緊固與各連桿相關聯(lián)的軸承。
[0010]在另一實施例中，用于軌道車輛的無油壓縮機包括多件式壓縮機殼體、支承在壓縮機殼體上第一開口中的第一活塞缸、支承在壓縮機殼體上第二開口中并流體連接至第一活塞缸的第二活塞缸、以及由壓縮機殼體支承的、通過各連桿連接至第一和第二活塞缸的活塞的多件式曲軸組件。所述連桿可連接至與每個活塞相關聯(lián)的活塞銷，而所述活塞銷各自由干式潤滑劑套筒支承在相關聯(lián)的活塞上。
[0011]壓縮機殼體可包括至少第一殼體部分和第二殼體部分。第一殼體部分和第二殼體部分可形成壓縮機殼體的各半部分，并利用機械緊固件固定在一起。第一活塞缸可大于第二活塞缸。曲軸組件可包括曲軸中央節(jié)段和兩個端部節(jié)段。端部節(jié)段可包含配重。曲軸中央節(jié)段的相對端部可固定在端部節(jié)段上的各腔內(nèi)。曲軸中央節(jié)段可包括第一臂節(jié)段，其與第二臂節(jié)段偏移，且每個臂節(jié)段可限定環(huán)形凹部，用于容納與各連桿相關聯(lián)的軸承。所述端部節(jié)段可安裝在曲軸的中央節(jié)段上，以緊固與各連桿相關聯(lián)的軸承。干式樣潤滑劑套筒可涂覆有PEAK或包含PEAK襯墊。
[0012]在結合附圖，閱讀完以下的詳細描述后，本發(fā)明進一步的細節(jié)和優(yōu)點將清晰呈現(xiàn)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是與驅動電機和冷卻風扇相關的軌道車輛用無油空氣壓縮機的透視圖；
圖2是圖1所示的無油空氣壓縮機的第一透視和隔離視圖；
圖3是圖1所示的無油空氣壓縮機的第二透視和隔離視圖；
圖4是圖1所示的無油空氣壓縮機的第三透視和隔離視圖；
圖5是沿圖4中線5-5的橫截面視圖；
圖6是圖1所示的無油空氣壓縮機的縱向截面視圖；
圖7是圖1所示的無油空氣壓縮機的活塞的分解透視和隔離視圖；
圖8是圖1所示的無油空氣壓縮機組裝后活塞的橫截面視圖；
圖9是圖1所示的無油空氣壓縮機的多部件壓縮機殼體的分解視圖；
圖10是圖1所示的無油空氣壓縮機的多部件曲軸組件的透視圖；
圖11是圖10的多部件曲軸組件的縱向截面視圖；
圖12是圖1所示的無油空氣壓縮機的三氣缸實施例用的多部件曲軸組件另一實施例的分解透視圖；
圖13是根據(jù)另一實施例的多部件曲軸的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0014]為滿足下文，所使用的空間方位術語應與其所指的實施例在附圖和以下說明中描述的方位相關聯(lián)。然而，應該理解，下文所描述的實施例可假設有多種替代性變形和配置。應當理解，附圖中示出的以及本文所描述的具體部件、裝置和特征僅是示例性的，不應當理解為構成限制。
[0015]參見圖1-6,展不了根據(jù)一個實施例的空氣壓縮機2。如圖所不,空氣壓縮機2是多氣缸空氣壓縮機2,其包括至少第一活塞-缸10和第二活塞-缸100。各第一和第二活塞-缸10,100 (以下稱“第一活塞缸10 ”和“第二活塞缸100 ”)由壓縮機殼體或曲軸箱170支承，并分別由設置在壓縮機殼體170內(nèi)的、由壓縮機殼體170旋轉支承的曲軸組件240所驅動。空氣壓縮機2的上述部件在此將進行詳細描述。
[0016]如圖5的橫截面所不,第一和第二活塞缸10，100具有大致相同的構造,其中第一活塞缸10作為第一氣缸而操作，第二活塞缸100作為多氣缸空氣壓縮機2中的第二氣缸而操作。第一活塞缸10基本比第二活塞缸100大，并具有比第二活塞缸100更大的整體直徑。第一活塞缸10包括氣缸殼體12 ,其具有第一端部14和第二端部16,所述第一端部14適于插入如本文所述的位于壓縮機殼體170上的相應開口內(nèi)。氣缸殼體12上形成有位于第一端部14近側的凸緣18，用作到壓縮機殼體170外部的接口?？蓢@氣缸殼體12設置散熱片19，氣缸殼體12可由提供足夠強度和散熱特性的任意適當材料形成，如鋁。
[0017]氣缸頭20固定至氣缸殼體12的第二端部16。氣缸頭20 —般包括閥板22和空氣連接單元24，其中空氣連接單元24通過機械緊固件26將閥板22固定至氣缸殼體12的第二端部16。額外的機械緊固件27將閥板22固定至空氣連接單元24?？諝膺B接單元24包括進氣端口 28?？諝膺M氣管線30從進氣端口 28延伸，并連接至壓縮機殼體170，如前所述?？諝膺B接單元24還包括排氣端口 32?？諝膺B接管線34從排氣端口 32延伸，以直接或間接流體接合至如本文所述的設置在所述第二活塞缸100上的進氣端口。此外，閥板22包括傳統(tǒng)的簧片閥組件(圖中未示出)，以允許氣流通過進管線30和進氣口 28進入氣缸殼體12內(nèi)，并經(jīng)由排氣端口 32和空氣連接線34被逐出氣缸殼體12，以向第二活塞缸100提供加壓空氣?？諝膺B接單元24、進氣管線30和空氣連接管線34可由提供足夠強度和傳傳遞特性的任何合適的材料形成，如鋁。氣缸殼體12限定了內(nèi)表面36。
[0018]參見圖7-8，第一活塞缸10還包括活塞40，其可在氣缸殼體12內(nèi)進行往復操作。活塞40包括第一端部42和第二端部44，所述活塞由能提供足夠強度和傳熱特性的任何合適的材料制成，如鋁。在活塞40主體附近靠近活塞40第一端部42設置有一個或多個磨損帶或環(huán)46。磨損帶或環(huán)46理想地是非金屬的，與氣缸殼體12的內(nèi)表面36相接,并可由Torlon ?聚酰胺-酰亞胺制成。一對活塞環(huán)48設置在活塞40第一端部42周圍,其也與氣缸殼體12的內(nèi)表面36相接?；钊h(huán)48理想地也由非金屬材料制成，如Teflon?(例如，聚四氟乙烯)，以與氣缸殼體12的內(nèi)表面36形成基本液密性密封?；钊?0的主體限定了軸向腔或凹部50，以及大致與軸向腔或凹部50垂直的橫向腔或孔52。橫向孔52支撐有活塞銷54,所述活塞銷54橫向延伸穿過活塞40的主體?；钊N54可以是實心活塞銷,或是如圖所示的圓柱形活塞銷54?；钊N54通過機械緊固件55保持在橫向孔52內(nèi)，所述機械緊固件55延伸至活塞40的第二端部44內(nèi)，以接合活塞銷54。設置活塞銷54，以與連桿相接或相連，所述連桿與曲軸組件240相關聯(lián)，如本文中進一步描述?；钊N54可由提供足夠強度和傳熱特性的任何合適材料制成，如鋁。
[0019]已知的活塞銷組件一般是裝有滾針軸承的實心軸活塞銷。這些活塞銷經(jīng)精密研磨加工，用作滾針軸承的內(nèi)圈。這些活塞銷必須具有足夠大的橫截面，以承受位于其中央的彎曲應力的，且其表面必須足夠硬，以承受軸承滾針的壓力。滾針軸承需要高溫潤滑脂，以及將潤滑脂含在軸承腔內(nèi)的高溫密封件。這些現(xiàn)有技術的活塞銷能在滾針軸承內(nèi)滑動，因此，活塞銷的端部必須用緊固件和減震非金屬套筒緊固至活塞，所述減震非金屬套筒位于活塞銷的端部與活塞銷的針孔之間。
[0020]如上所述，活塞銷54通過無油組件支承在橫向孔52內(nèi)，所述無油組件由一對干式潤滑劑套筒56構成，所述套筒56壓入配合至橫向孔52內(nèi)。干式潤滑劑套筒56典型地包括具有聚合物襯墊的金屬外殼。干式套筒通常是平的復合套筒，其能有邊際余量地運行或無潤滑運行，并具有低摩擦系數(shù)。干式套筒可包括聚合物干式套筒和合金套筒。這種無油組件允許壓縮和抽吸力從活塞銷54的中央部分58傳遞至活塞銷54的相對的端部60，62，從而減小了活塞銷54的彎曲力矩，使活塞銷54具有均質材料的均勻橫截面，而無附加部件，因此減輕了重量。干式潤滑劑套筒56還提供直接經(jīng)活塞40傳遞的軸承支承，而不是通過與曲軸組件240相關聯(lián)的連桿直接傳遞的負載，如在此進一步所述的。因此，壓縮所產(chǎn)生的負載由更大的支承面和更強的承載能力來支承。此外，干式潤滑劑套筒56是自潤滑的，這是因為干式樣潤滑劑套筒56涂有PEAK材料或是包括PEAK襯墊。
[0021]在操作中，自潤滑的干式潤滑劑套筒56對位于干式潤滑劑套筒56與活塞銷54之間的滑動接頭進行潤滑。之前描述的干式樣潤滑劑套筒56和活塞銷54免除了現(xiàn)有技術中使用“厚”活塞銷的需求，這是因為壓縮載荷從活塞銷54的中央部分58切換至活塞銷54的兩個端部60，62。由于活塞銷54在其中央部分58無需承受彎曲應力，因此，活塞銷54的表面不必硬到足以承受滾針軸承的負載，如本文所述曲軸組件240。此外，也未要求高溫潤滑脂和使軸承腔中包含潤滑脂的高溫密封件。另外，活塞銷不能在滾針軸承內(nèi)滑動，這是因為活塞銷54壓扣在連桿的環(huán)箍內(nèi)。因此，活塞銷54d的端部60，62可自由浮動，而無任何緊固件。也免去使用前面所討論的現(xiàn)有技術中的活塞銷所需的減震非金屬套筒。這些特征也體現(xiàn)在本文所討論的與第二活塞缸100相連的活塞銷中。
[0022]在操作中，活塞40往復運動式操作，所述往復運動通過曲軸組件240產(chǎn)生。作為活塞40向下運動的結果，壓縮機殼體170內(nèi)的空氣經(jīng)由進氣管線30和進氣端口 28被吸入氣缸殼體12內(nèi)，并在活塞40向上運動期間被壓縮。與閥板22相關聯(lián)的簧片閥具有在活塞40向下運動期間打開的部分，將空氣從進氣管線30和進氣端口 28吸入氣缸殼體12，并在向上運動期間閉合。另外，簧片閥(圖中未示出)具有另一部分，該部分在活塞40向下運動期間閉合，而在活塞40向上運動期間打開，借此，氣缸殼體12中的空氣被壓縮，并經(jīng)排氣端口 32和空氣連接管線34從氣缸殼體12導出，再被輸送至如在此所討論的與所述第二活塞缸100相關聯(lián)的進氣端口。
[0023]如前所述，第二活塞缸100具有與第一活塞缸10基本相同的結構，如以下將描述的。第一活塞缸10基本大于第二活塞缸100,并具有大于第二活塞缸100的整體直徑。第二活塞筒100包括氣缸殼體112，所述殼體112具有第一端部114和第二端部116，所述第一端部114適于插入如本文所述的壓縮機殼體170上相應的開口內(nèi)。氣缸殼體112上形成有位于第一端部114近側的凸緣118，其用于與壓縮機殼體170的外部相接。散熱片119可設置在氣缸殼體112周圍，且氣缸殼體112可由提供足夠強度和散熱特性的任何合適的材料制成，如招。
[0024]氣缸頭120固定至氣缸殼體112的第二端部116。氣缸頭120大致包括閥板122和空氣連接單元124，其中空氣連接單元124通過機械緊固件126將閥板122固定至氣缸殼體112的第二端部116。額外的機械緊固件127將閥板122固定至空氣連接單元124。空氣連接單元124包括流體連接(直接或間接)至空氣連接管線34的進氣端口 128，所述空氣連接管線34從與第一活塞氣缸10的空氣連接單元24相關聯(lián)的出氣端口 32延伸。如圖1所示，可設置空氣歧管300，以作為從與第一活塞氣缸10的空氣連接單元24相關聯(lián)的出氣端口 32延伸至第二活塞缸100的空氣連接單元上的進氣端口 128的空氣連接管線34的中間裝置?？諝膺B接單元124還包括出氣端口 132，其經(jīng)過空氣連接管線134連接下游裝置，如出口空氣岐管302。此外，閥板122包括傳統(tǒng)簧片閥組件(圖中未示出)，以允許空氣經(jīng)由空氣連接管線34和進氣端口 128進入氣缸殼體112，并經(jīng)由排氣端口 132和空氣連接管線134從氣缸殼體112中排出，以通過空氣連接管線134向下游裝置提供加壓空氣，例如出氣岐管302。連接單元124和連接線134可由提供足夠強度和傳熱特性的任何合適材料制成,如鋁。氣缸殼體112形成了內(nèi)部表面136。
[0025]繼續(xù)參見圖1-8，第二活塞缸100還包括活塞140，所述活塞140可在氣缸殼體112內(nèi)往復操作?；钊?40包括第一端部142和第二端部144。圍繞活塞140的主體在靠近活塞140第一端部142附近設置有一個或多個磨損帶或環(huán)146。磨損帶或環(huán)146理想地是非金屬的，與氣缸殼體112的內(nèi)表面136相接,并可由Torlon ?聚酰胺-酰亞胺制成。一對活塞環(huán)148設置在活塞140第一端部142周圍，其也與氣缸殼體112的內(nèi)表面136相接。活塞環(huán)148理想地也由非金屬材料制成,如Teflon?(例如,聚四氟乙烯)，以與氣缸殼體112的內(nèi)表面136形成基本液密性密封?；钊?40的主體限定了軸向腔或凹部150，以及大致與軸向腔或凹部150垂直的橫向腔或孔152。橫向孔152支撐有活塞銷154，所述活塞銷154橫向延伸穿過活塞140的主體?；钊N154可以是實心活塞銷，或是如圖所示的圓柱形活塞銷154?；钊N154通過機械緊固件155保持在橫向孔152內(nèi)，所述機械緊固件155延伸至活塞140的第二端部144內(nèi)，以接合活塞銷154。設置活塞銷154，以與連桿相接或相連，所述連桿與曲軸組件240相關聯(lián)，如本文中進一步描述的?；钊N154可由提供足夠強度和傳熱特性的任何合適材料制成，如鋁。
[0026]以與活塞銷54類似的方式，活塞銷154也通過無油組件支承在橫向孔152內(nèi)，所述無油組件由一對干式潤滑劑套筒156構成，所述套筒156壓入配合至橫向孔152內(nèi)。干式潤滑劑套筒156典型地包括具有聚合物襯墊的金屬外殼。無油組件允許壓縮和抽吸力從活塞銷154的中央部分158傳遞至活塞銷154的相對端部160，162，從而減小了活塞銷154的彎曲力矩，使活塞銷154具有均質材料的均勻橫截面，而無附加部件，因此減輕了重量。干式潤滑劑套筒156還提供軸承支承，其直接經(jīng)活塞140傳遞，而不是通過與曲軸組件240相關聯(lián)的連桿直接傳遞負載，如在此所述的。因此，壓縮所產(chǎn)生的負載由更大的支承面和更強的承載能力來支承。此外，干式潤滑劑套筒156是自潤滑的，這是因為干式樣潤滑劑套筒156涂有PEAK材料或包括PEAK襯墊。在操作中，自潤滑的干式潤滑劑套筒156對位于干式潤滑劑套筒156與活塞銷154之間的滑動接頭進行潤滑。前述關于活塞銷54的各種優(yōu)點也適用于活塞銷154。
[0027]在操作中，活塞140往復運動式操作，所述往復運動通過曲軸組件240產(chǎn)生。作為活塞140向下運動的結果，空氣經(jīng)由空氣連接管線130和進氣端口 128被吸入氣缸殼體12內(nèi)，并在活塞140向上運動期間被壓縮。與閥板122相關聯(lián)的簧片閥組件(圖中未示出)具有在活塞140向下運動期間打開的部分，將空氣從空氣連接管線130和進氣端口 128吸入氣缸殼體112內(nèi)，并在向上運動期間閉合。另外，簧片閥(圖中未示出)具有另一部分，該部分在活塞140向下運動期間閉合，而在活塞140向上運動期間打開，借此，氣缸殼體112中的空氣被壓縮，經(jīng)空氣連接管線134從氣缸殼體112導出，并經(jīng)空氣連接管線134送至下游裝置，例如出氣歧管302。
[0028]另外參見圖9，壓縮機殼體或曲軸箱170理想地是一種復合結構，包括至少第一殼體部分172和第二殼體部分174。第一和第二殼體部分172，174每個都大致為矩形結構，并適于連接在一起，以形成整體的壓縮機殼體170。為實現(xiàn)這一目的，第一和第二殼體部分172，174具有相應的橫向凸緣176，178，其適于用傳統(tǒng)機械緊固件177、如螺栓和螺母組合接合在一起。定位套筒179可設置在橫向凸緣176，178上，以正確地對準橫向凸緣176，178上的對應開口，從而接納機械緊固件177。第一殼體部分172限定了開口 180，所述開口 180的大小適于接納第一活塞缸10的氣缸殼體12的第一端部14。類似地,第二殼體部分174限定了開口 182的大小，所述開口 182的大小適于接納第二活塞缸100的氣缸殼體112的第一端部114。安裝元件184可焊接或以其他方式固定在各開口 180，182周圍的位置上。安裝兀件184可以是骨釘或螺栓,其適于接合在第一和第二活塞缸10，100的氣缸殼體12，112上各凸緣18，118中的開口(圖中未示出)內(nèi)，以利用傳統(tǒng)的螺釘或類似緊固部件將活塞氣缸10，100緊固在開口 180，182內(nèi)的位置上。
[0029]如圖4所示，第一殼體部分172還包括相對的側壁186。進氣管線30與進氣端口或開口 188流體連通，且可形成于其中一個相對側壁186上的第一殼體部分172內(nèi)，并通過機械緊固件緊固至第一殼體部分172的側壁186上，以使第一活塞氣缸10與壓縮機殼體170的內(nèi)部流體連通。作為一種替代例，空氣進氣端口或開口 188可設置在支承第一活塞缸10的第一殼體部分170的相同壁上，且圖2-3以及圖6的橫截面視圖也示出了這種改進例。圖9展示了進氣端口 188的位置，在不使用時，未用的進氣端口 188由蓋板189覆蓋。第二殼體部分174還包括進氣端口 190，用于提供大致到組裝壓縮機殼體170內(nèi)部的進氣。進氣端口 190可適于與連接至過濾裝置304的進氣管線192相接或相連，以過濾進入壓縮機殼體170的空氣，如圖1所示。
[0030]當進行前述組裝時，第一殼體部分172和第二殼體部分174形成壓縮機殼體170。當?shù)谝换钊?0和第二活塞缸100固定在第一殼體部分172和第二殼體部分174的相應開口 180，182上時，相應的第一和第二活塞缸10，100從壓縮機殼體170的相對縱向壁194向外延伸。壓縮機殼體170的兩個端壁196通過所述第一和第二殼體部分172，174的組裝而限定，這些端部壁196限定了壓縮機殼體170內(nèi)相應的軸向開口 198，200。
[0031]綜上所述，所描述的壓縮機殼體170是由至少兩個分離的、以殼體部分172，174形式的“一半”構成的，所述殼體部分172，174被組裝在一起，并加工為一體。兩個一半通過定位套筒179相對于彼此置位，并通過機械緊固件177固定在一起。這種分割的壓縮機殼體170的優(yōu)點涉及到例如制造和裝配成本。由于壓縮機殼體170至少有兩個主要零件，因此，鑄造壓縮機殼體170所需的模具可以更小，并且能制造該組件的鑄造廠也更多。這種制造優(yōu)勢可帶來比大的單件式殼體更節(jié)約的成本，因為單件式殼體需要大型鑄造模具和設備。如本領域公知的，單件式壓縮機的曲軸箱必須是大的，因為曲軸需先組裝再放入曲軸箱中，因此曲軸箱設置的開口必須足夠大，以允許組裝的曲軸從中穿過。通過單件式曲軸箱中大小正好足以容納曲軸的開口來安裝組裝后的曲軸，是耗時而困難的。通常情況下，必須小心地將曲軸擰入曲軸箱中，同時不斷地重新定位連桿，以避免接觸所述曲軸箱的內(nèi)部。單件式曲軸的重量可超過80磅，因此其操縱是非常困難的。
[0032]本發(fā)明公開的壓縮機殼體170允許對曲軸組件240進行組裝并使其保持靜止，同時所述至少兩個殼體部分172，174被放置在曲軸的任一側并固定。這一組裝步驟消除了現(xiàn)有技術中操縱沉重曲軸的需要?？傮w而言，通過設置復合式壓縮機殼體170，所述壓縮機殼體170可以作得更小、更輕、更易于鑄造加工且更于組裝。形成壓縮機殼體170的第一和第二殼體部分172，174可由提供足夠強度和散熱特性的任何合適的材料制成，如鋁。
[0033]壓縮機殼體170的第一軸向開口 198支承了第一曲軸安裝元件202，該第一曲軸安裝元件202基本封閉了第一軸向開口 198，且通過機械緊固件203支承在壓縮機殼體170的端部壁196上。第一曲軸安裝元件202包括環(huán)形部分204，其坐落于由第一外殼部分172和第二外殼部分174組裝形成的接納環(huán)形部分206內(nèi)。第一曲軸安裝元件202的環(huán)形部分204支承著第一主曲軸軸承208，該第一主曲軸軸承208反過來又支承曲軸組件240的一個端部。第一主曲軸軸承208通過第一軸密封件210和第二軸密封件212密封在位，所述第一軸密封件210適于抵住曲軸組件240而密封置位，第二軸密封件212位于第一曲軸安裝元件202內(nèi)部。第一曲軸安裝元件202還支承外部安裝箱214，用于安裝與驅動部件、例如驅動電機306相關聯(lián)的空氣壓縮機2。
[0034]壓縮機殼體170中的第二軸向開口 200支持著第二曲軸安裝元件222，所述第二曲軸安裝元件222大致包圍了第二軸向開口 200，并通過機械緊固件223支撐在壓縮機殼體170的相對端壁196。所述第二曲軸安裝元件222包括環(huán)形部分224，其落座于由第一外殼部分172和第二外殼部分174組裝形成的環(huán)形接納部分226內(nèi)。第二曲軸安裝元件222的環(huán)形部分224支持著第二主曲軸軸承228，該第二主曲軸軸承228反過來又支持著曲軸組件240的另一端部。第二主曲軸軸承228通過第一軸密封件230和第二軸密封件232密封，所述第一軸密封件230適于抵住曲軸組件240而密封，所述第二軸密封件232位于第二曲軸安裝元件222的環(huán)狀部分224的內(nèi)部。各第一和第二曲軸安裝元件202，222支承著曲軸組件240的相對端部，并包圍了由形成壓縮機殼體170的第一和第二殼體部分172，174界定的第一和第二軸向開口 198，200。如圖1-4和圖9所示，第一和第二殼體部分172，174定義了方便進入壓縮機殼體170內(nèi)部的一些附加開口 234，或提供了用于使附加的空氣處理管道連接到壓縮機殼體170的連接點。這些附加開口 234可覆蓋有額外的蓋236，這些額外的蓋236通過適當?shù)臋C械緊固件固定在壓縮機殼體170上。
[0035]參見圖10-12，曲軸組件240是一個復合組件，大致由曲軸中央節(jié)段242和兩個曲軸端節(jié)段244，246構成。第一曲軸端節(jié)段244被第一曲軸安裝元件202的第一主曲軸軸承208支承。如前所述，第一曲軸安裝元件202支承著外部安裝箱214，用于安裝與驅動組件、如驅動電機306相關聯(lián)的空氣壓縮機2，如圖1所示。因此，第一曲柄軸端節(jié)段244以與驅動馬達相接，以使曲軸組件240進行旋轉運動。相反的曲軸端節(jié)段246由第二曲軸安裝元件222中的第二主曲軸軸承228支承，該端節(jié)段246被置位以與與空氣壓縮機2與相關聯(lián)的冷卻空氣扇308相接。曲軸中央部分242的相對端部248通過壓扣連接件或類似連接件固定在曲軸端節(jié)段244，246的相應腔250內(nèi)。
[0036]如圖10-11所示，曲軸組件240包括至少兩個連桿252，254，其分別鏈接至所述第一和第二活塞缸10，100的各活塞40，140。連桿252，254各包括第一圓形端部凸緣256，所述第一圓形端部凸緣256通過相應的球面滾子軸承258支承在曲軸中央節(jié)段242，所述球面滾子軸承258壓入配合到相應的周向凹部260內(nèi)，所述凹部260與曲軸中央部分242的各端部248相鄰而界定。球面滾子軸承258通過各壓入配合的曲軸端節(jié)段244，246保持在凹部260內(nèi)的適當位置上。簡要地參見圖12，盡管前面的討論涉及的是具有由第一和第二活塞缸10，100提供的兩個壓縮活塞缸的空氣壓縮機2，然而，空氣壓縮機2中可包括額外的活塞缸。圖12展示了如果空氣壓縮機2中增加一個或多個附加的活塞氣缸(圖中未示出)，則額外連桿262可安裝至與連桿254相鄰的曲軸的中央部分242，以提供用于操作額外活塞缸(未示出)的動力。在本實施例中，也可根據(jù)需要，將預定長度的間隔件264安裝至曲軸中央節(jié)段242的各連桿252，254，26上。
[0037]連桿252，254每個都包括支承在各自的活塞銷54，154的第二環(huán)形端部凸緣266，所述活塞銷54，154通過各個滾針軸承268與活塞40，140相關聯(lián)。軸密封件270設置在每個球面滾子軸承258的任一側部上，并圍繞著曲軸中央節(jié)段242，以密封球面滾子軸承258。同樣，軸密封件272設置在每個滾針軸承268的任一側部上，并圍繞著各活塞銷54，154，以密封滾針軸承268。另外，如圖11的橫截面視圖所示，曲軸中央節(jié)段242大致包括由終止于端部248的兩個相對的軸部或臂節(jié)段274，276界定的偏移結構。各內(nèi)部通路278，280形成在軸臂節(jié)段274，276中，每個利用插塞282密封。曲軸中央節(jié)段242、端部244、246和連桿252、254、262可由提供足夠強度的任何合適的材料形成，如鋼。
[0038]多片式曲軸組件240可用于代替大而重的單件式曲軸。這樣的單件曲軸由需要昂貴模具的大型機械鑄造或鍛造而成。此外，要加工和平衡單件式曲軸，需要特殊的機械。使用單件式曲軸，連桿用的軸承需具有使其能安裝在單件式曲軸上的尺寸，這常常超過了曲軸主軸承用的軸承座的尺寸。這意味著，連桿軸承要比需要的更大，這樣增大了重量和體積。此外，這種現(xiàn)有技術的裝置需要額外增加螺栓配重，這有可能變松動，導致壓縮機故障。
[0039]上述的單件式曲軸組件240由曲軸中央節(jié)段242構成，所述曲軸中央節(jié)段242相對較小，且可鑄造或鍛造而成。兩個曲軸端節(jié)段244，246也包含作為不可分割的部件的配重，并且無需緊固件。上述部件足夠小，因此不用大型設備便可鑄造或鍛造。因此，專門的曲軸生產(chǎn)設備也是不必要的。由于與連桿252，254，262相關聯(lián)的球面滾子軸承258不用向單件式曲軸中那樣越過曲軸主軸承座或越過曲軸彎曲，因此其尺寸可根據(jù)活塞的40，140的載荷而定，因此可以更小。
[0040]曲軸中央節(jié)段242可基于預期應用而設計為具有適當?shù)男谐?，包括具有相同行程和適當?shù)亩瞬颗渲毓?jié)段244的電機端軸臂節(jié)段274，以及具有相同行程和適當?shù)亩瞬颗渲毓?jié)段246的風扇端軸臂節(jié)段276。間隔件264也可用于保持球面滾子軸承258，并將其置于多連桿布置中適當?shù)奈恢蒙希鐖D12所示。設置曲軸中央節(jié)段242，以通過將球面滾子軸承258固定在恰當位置上而保持連桿252，254，262。如前所述，對于兩個以上活塞缸的空氣壓縮機2，間隔件264通過壓在每個軸承258的內(nèi)軸承座圈上，而使相關聯(lián)的球面滾子軸承258保持在位。設置曲軸中央節(jié)段242，還使相對的端部248壓入配合至曲軸端部節(jié)段244，246的各個腔250內(nèi)。兩個曲軸端部節(jié)段244，246包含曲軸中央部分242，并壓入球面滾子軸承258的內(nèi)座圈，或壓入間隔件264內(nèi)，所述間隔件264壓入圖12所示的多連桿裝置中的球面滾子軸承258的內(nèi)圈中。球面滾子軸承258與曲軸中央節(jié)段242之間的接口不是壓入配合接口，這是因為曲軸端部節(jié)段244，246或間隔件264足以固定內(nèi)圈，以防其旋轉。為方便地拆卸曲軸組件240，以檢修和更換連桿軸承268，可在曲軸中央節(jié)段242上鉆孔，以與內(nèi)部通道278，280連通，所述孔形成在軸臂部分274，276上，從而可連接液壓泵，以從中央部分242推離兩個曲軸端部節(jié)段244，246。
[0041]此外，如圖13所示，在另一個實施例中，曲軸中央節(jié)段242包括由終止于端部248的兩個相對的分離軸部或臂節(jié)段274，276形成的偏移結構。各個內(nèi)部通路278，280未在圖13中示出，但其可以是前述圖11中所示的形式，可形成在軸臂節(jié)段274，276中，且可用相應的插塞282密封。圖13中的曲軸中央節(jié)段242定義了一對通孔292，其接納各軸部或臂節(jié)段274，276的匹配端部298。多部件的曲軸中央節(jié)段242可很容易地替換前述的單件式或單條曲軸的中央節(jié)段242。多部件的曲軸中央節(jié)段242可更方便地制造?？赏ㄟ^機械緊固或摩擦配合方法，或機械領域中已知的方法，將匹配端部298固定在通孔292內(nèi)。
[0042]盡管在前面的描述中提供的是用于鐵路車輛的無油空氣壓縮機的實施例，然而，本領域技術人員可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神之下作出修改和變更。因此，以上說明旨在是闡述性的而非限制性的。上述的本發(fā)明由所附權利要求而定，對本發(fā)明作出的落在權利要求含義和等同表達范圍內(nèi)的各種變化都包括在其范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.用于軌道車輛的無油壓縮機，包括: 壓縮機殼體，其包括至少第一殼體部分和第二殼體部分； 第一活塞缸，其支承在所述壓縮機殼體的第一開口中； 第二活塞缸，其支承在所述壓縮機殼體的第二開口中，并流體連接至所述第一活塞缸；以及 多件式曲軸組件，其由所述壓縮機殼體支承，并通過各連桿連接至所述第一和第二活塞缸的活塞。
2.根據(jù)權利要求1所述的無油壓縮機，其特征在于，所述第一殼體部分和所述第二殼體部分各自形成半個壓縮機殼體，并通過機械緊固件固定在一起。
3.根據(jù)權利要求1所述的無油壓縮機，其特征在于，所述第一活塞缸比所述第二活塞缸大。
4.根據(jù)權利要求1所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸組件包括曲軸中央節(jié)段和兩個端部節(jié)段。
5.根據(jù)權利要求4所述的無油壓縮機，其特征在于，所述端部節(jié)段包含配重。
6.根據(jù)權利要求4所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸中央節(jié)段的相對端部固定在所述端部節(jié)段的各腔內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求4 所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸中央節(jié)段包括第一臂節(jié)段，所述第一臂節(jié)段偏離所述第二臂節(jié)段，且每個臂節(jié)段形成環(huán)形凹部，所述環(huán)形凹部用于容納與各連桿相關聯(lián)的軸承。
8.根據(jù)權利要求7所述的無油壓縮機，其特征在于，所述端部節(jié)段安裝在所述曲軸中央節(jié)段上，以緊固與各所述連桿相關聯(lián)的所述軸承。
9.無油壓縮機,包括: 多件式壓縮機殼體； 第一活塞缸，其支承在所述壓縮機殼體的第一開口中； 第二活塞缸，其支承在所述壓縮機殼體的第二開口中，并流體連接至所述第一活塞缸；以及 多件式曲軸組件，其由所述壓縮機殼體支承，并通過各連桿連接至所述第一和第二活塞缸的活塞；其中，所述連桿連接至與每個所述活塞相關聯(lián)的活塞銷，所述活塞銷各自通過干式潤滑劑套筒支承在相關聯(lián)的活塞上。
10.根據(jù)權利要求9所述的無油壓縮機，其特征在于，所述壓縮機殼體包括至少第一殼體部分和第二殼體部分。
11.根據(jù)權利要求10所述的無油壓縮機，其特征在于，所述第一殼體部分和所述第二殼體部分各自形成半個壓縮機殼體，并通過機械緊固件固定在一起。
12.根據(jù)權利要求9所述的無油壓縮機，其特征在于，所述第一活塞缸比所述第二活塞缸大。
13.根據(jù)權利要求9所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸組件包括曲軸中央節(jié)段和兩個端部節(jié)段。
14.根據(jù)權利要求13所述的無油壓縮機，其特征在于，所述端部節(jié)段包含配重。
15.根據(jù)權利要求13所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸中央節(jié)段的相對端部固定在所述端部節(jié)段的各腔內(nèi)。
16.根據(jù)權利要求13所述的無油壓縮機，其特征在于，所述曲軸中央節(jié)段包括第一臂節(jié)段，所述第一臂節(jié)段偏離所述第二臂節(jié)段，且每個臂節(jié)段形成環(huán)形凹部，所述環(huán)形凹部用于容納與各連桿相關聯(lián)的軸承。
17.根據(jù)權利要求16所述的無油壓縮機，其特征在于，所述端部節(jié)段安裝在所述曲軸中央節(jié)段上，以緊固與各所述連桿相關聯(lián)的所述軸承。
18.根據(jù)權利要求9所述的無油壓縮機，其特征在于，所述干式潤滑劑套筒包括PEAK襯 墊。
【文檔編號】F04B39/00GK103429895SQ201280015446
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年1月24日 優(yōu)先權日:2011年1月28日
【發(fā)明者】羅蘭·S.·摩爾, 邁克爾·V.·哈薩齊斯, 安森尼·T.·福特, 穆爾塔扎·R.·多薩吉 申請人:韋伯太克控股公司