充氧車壓縮機振動現象分析與排除

馮飛燕

（山西機電職業技術學院汽車工程系，山西 長治 046011）

充氧車壓縮機振動現象分析與排除

馮飛燕

（山西機電職業技術學院汽車工程系，山西 長治 046011）

在某型充氧車的生產、調試以及實際使用的過程當中，出現了一些影響產品性能的故障現象，為了提高產品使用的可靠性，安全性，文章主要對某型充氧車上額定工況下出現壓縮機振動烈度大于18mm/s的故障現象進行分析排除。

隔膜式氧氣壓縮機；振動烈度；共振；故障排除

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-18-03

引言

充氧車是一種將制氧站制取的常壓氣態氧氣通過增壓流程灌充到飛機，為飛機發動機等設備及機上人員提供氧氣的專用車輛。它通過自身壓縮機將地面氧氣站制取的氧氣增壓灌充至特裝氧氣瓶內，當飛機需要氧氣時，充氧車利用車上充滿氧氣的氣瓶自身壓力或車上壓縮機將氣瓶內儲存的氧氣，通過與充氧車和飛機連接的充氣軟管灌充到飛機的氧氣容器中，以滿足飛機在航行中對氧氣的需求。壓縮機是充氧車對內、對外灌充以及車上氣瓶組之間相互轉充的增壓設備，其動力來源于安裝在車輛底盤變速箱的取力器的驅動力。

在某型充氧車的生產、調試以及實際使用的過程當中，出現了一些影響產品性能的故障現象，為了提高產品使用的可靠性，安全性，文章主要對某型充氧車上額定工況下出現壓縮機振動烈度大于18mm/s的故障現象進行分析排除。

1、故障描述

某型充氧車在整車部件安裝完成后，進行整機調試時發現隔膜式氧氣壓縮機在轉速大于400r/min，壓縮機出口壓力大于20MPa時出現隔膜式氧氣壓縮機振動幅度較大的現象，根據《GB/T7777容積式壓縮機機械振動測量與評價》中規定該類壓縮機振動烈度不應大于18mm/s，而測量該充氧車上安裝使用的壓縮機振動烈度在35mm/s左右，已大大超出了標準規定的要求，針對以上故障現象，現對其進行理論分析、現場改進以及試驗驗證，以便找出故障原因，提高產品使用的可靠性，安全性。

2、故障分析

為最大程度的找出壓縮機出現振動的原因，技術人員從隔膜式氧氣壓縮機、汽車底盤和圍裙骨架三個方面進行分析：

2.1 隔膜式氧氣壓縮機

由于壓縮機出現振動現象，首先分析是否由于壓縮機自身動平衡不能滿足使用要求，從而導致上述現象的發生。

為了判定是否由于壓縮機自身的原因而導致振動現象的出現，首先在壓縮機動平衡方面進行改進，通過將壓縮機飛輪加大，增大壓縮機自身的轉動慣量，從而提高壓縮機自身的動平衡能力，經換裝飛輪后進行試驗，振動現象沒有消除。

隨后決定將該壓縮機安裝到同類氣源產品的圍裙上，因其結構與充氧車結構相同，在其產品上進行試驗，可以直接判斷出是否由于壓縮機自身的問題導致振動現象的出現。

經換裝后，壓縮機在額定工況下工作穩定，未出現壓縮機振動幅度較大的現象。從而判定振動現象與壓縮機自身無關。

2.2 汽車底盤

由于原充氧車使用的100P五十鈴汽車二類底盤已經停產，現選用的為600P五十鈴汽車二類底盤，該底盤與100P底盤相比，主要不同在于汽車發動機功率增大，載重量增大以及汽車最小離地間隙增高幾個方面。

首先考慮是否由于發動機以及變速箱改變，在變速箱的側取力輸出端的輸出功率和扭矩達不到壓縮機額定工況時所需要的功率和扭矩。為了驗證以上推論，首先對壓縮機額定工況下所需的功率以及扭矩進行核算：

壓縮機額定功率：P=12kW；

壓縮機額定轉速：n=500r/min；

取力器端皮帶輪直徑：d1=140mm；

壓縮機端皮帶輪直徑：d2=340mm

經計算可得壓縮機在額定工況下所需的扭矩為T=9550 P/n=229.2Nm，經皮帶傳動后，在側取力輸出端所需輸出的扭矩應不小于229.2×140/340=94.5Nm。

后經過與五十鈴廠家和取力器生產廠家的技術人員溝通，對100P和600P五十鈴汽車底盤發動機輸出功率與扭矩進行核算。

原100P五十鈴汽車底盤在壓縮機額定工況下的發動機轉速在1950r/min左右，輸出功率在45kW左右，所對應的輸出扭矩為190Nm，此時的扭矩和功率完全可以滿足壓縮機工作需求。

更換600P五十鈴汽車底盤后，壓縮機額定工況下的發動機轉速在1700r/min左右，參照600P底盤發動機輸出功率與扭矩對照表進行分析。

在壓縮機額定工況下，發動機轉速在1700r/min時，查表可得輸出功率為51.61kW，所對應的輸出扭矩為289.9Nm，由此可以判斷出變速箱側取力端所輸出的功率以及扭矩完全可以滿足其使用要求。

為了進一步確認是否由于發動機輸出功率與扭矩不足造成壓縮機振動的現象，技術人員將壓縮機端皮帶輪的直徑減小為120mm，從而提高發動機轉速，同時更大程度的提高發動機的輸出功率。經計算，壓縮機端皮帶輪的直徑為120mm時，發動機的轉速為1935r/min，查表可得在該轉速下發動機輸出扭矩在287Nm左右，發動機輸出功率在60kW左右，此時發動機輸出的功率進一步加大。經過試驗后，仍不能消除壓縮機的振動現象，說明底盤發動機輸出功率在滿足壓縮機額定工況需求時仍無法消除壓縮機振動的現象，壓縮機的振動與底盤發動機的輸出功率無關。

表1 600P五十鈴汽車底盤發動機轉速，功率，扭矩對照表

2.3 安裝圍裙

在試驗過程當中經仔細觀察，發現壓縮機振動時固定壓縮機的固定槽鋼以及圍裙橫梁均有不同程度的振動。而將該壓縮機安裝到同類產品圍裙上時，壓縮機在額定工況下未出現振動幅度較大的現象。所以判定振動現象的出現也不僅僅是由于安裝圍裙的原因。

結合以上對隔膜式氧氣壓縮機、汽車底盤和安裝圍裙的分析，該現象說明了更換底盤后，汽車底盤、隔膜式氧氣壓縮機以及安裝圍裙三者之間在壓縮機工作時，隨著壓縮機出口壓力加大，壓縮機轉速、發動機轉速升高，隨之發動機輸出功率增大的同時，壓縮機安裝部位出現了共振現象，從而出現了壓縮機振動幅度較大的現象。

3、排除方法

為解決壓縮機振動幅度較大的問題，依據以上分析結果，在圍裙底部壓縮機固定槽鋼之間加焊4件加強筋，同時在圍裙橫梁與副梁之間加焊6件加強筋，對壓縮機安裝部位的圍裙底架進行加強，使圍裙骨架與車架之間的連接更為緊湊，從而改變汽車底盤、隔膜式氧氣壓縮機以及圍裙三者之間的共振頻率。

通過以上方法對充氧車進行改進后，經試驗，壓縮機在額定工況下的振動烈度均在10mm/s左右，未超出標準規定的18mm/s的要求，從而有效解決了壓縮機振動幅度較大的問題。

4、結論

壓縮機是充氧車對內、對外灌充以及車上氣瓶組之間相互轉充的增壓設備，文章主要對某型號充氧車上額定工況下出現壓縮機振動烈度大于18mm/s的故障現象進行了分析，最后通過在圍裙底部壓縮機固定槽鋼之間加焊4件加強筋，同時在圍裙橫梁與副梁之間加焊6件加強筋，改變汽車底盤、隔膜式氧氣壓縮機以及圍裙三者之間的共振頻率的方法，消除了故障現象。但是共振現象是所有機械運動部件自身具有的固有特性，無法消除，只能通過外加條件改變其共振頻率，降低共振現象對設備帶來的危害。

[1] 張曉軍.充氧車日常維護及常見故障診斷[J].汽車零部件,2013 （12）.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T7777容積式壓縮機機械振動測量與評價[S].北京: 中國標準出版社,2003.

[3] 劉向陽,李守惠,鄧翔,王迎軍.某型隔膜壓縮機工作過程中出現異常聲響的故障分析[J].壓縮機技術,2012（01）.

Analysis and Elimination of Vibration Phenomenon of Oxygen Compressor

Feng Feiyan
（Shanxi Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Shanxi Changzhi 046011）

In the process of production, commissioning and actual use of a certain type of oxygen filled vehicle, there are some faults which affect the performance of the product. In order to improve the reliability and safety of the product, the fault phenomenon of compressor vibration severity greater than 18mm/s in rated condition is troubleshot in this paper.

Diaphragm type oxygen compressor; Vibration severity; Resonance; Troubleshooting

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-18-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.007

馮飛燕（1981—），女，漢族，山西陵川人，工學碩士，講師，就職于山西機電職業技術學院汽車工程系。主要研究方向機械制造。基金項目：山西省教育科學“十二五”規劃2015年度規劃課題（課題編號：GH-15064）。