充氧车压缩机振动现象分析与排除

冯飞燕

（山西机电职业技术学院汽车工程系，山西 长治 046011）

充氧车压缩机振动现象分析与排除

冯飞燕

（山西机电职业技术学院汽车工程系，山西 长治 046011）

在某型充氧车的生产、调试以及实际使用的过程当中，出现了一些影响产品性能的故障现象，为了提高产品使用的可靠性，安全性，文章主要对某型充氧车上额定工况下出现压缩机振动烈度大于18mm/s的故障现象进行分析排除。

隔膜式氧气压缩机；振动烈度；共振；故障排除

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

引言

充氧车是一种将制氧站制取的常压气态氧气通过增压流程灌充到飞机，为飞机发动机等设备及机上人员提供氧气的专用车辆。它通过自身压缩机将地面氧气站制取的氧气增压灌充至特装氧气瓶内，当飞机需要氧气时，充氧车利用车上充满氧气的气瓶自身压力或车上压缩机将气瓶内储存的氧气，通过与充氧车和飞机连接的充气软管灌充到飞机的氧气容器中，以满足飞机在航行中对氧气的需求。压缩机是充氧车对内、对外灌充以及车上气瓶组之间相互转充的增压设备，其动力来源于安装在车辆底盘变速箱的取力器的驱动力。

在某型充氧车的生产、调试以及实际使用的过程当中，出现了一些影响产品性能的故障现象，为了提高产品使用的可靠性，安全性，文章主要对某型充氧车上额定工况下出现压缩机振动烈度大于18mm/s的故障现象进行分析排除。

1、故障描述

某型充氧车在整车部件安装完成后，进行整机调试时发现隔膜式氧气压缩机在转速大于400r/min，压缩机出口压力大于20MPa时出现隔膜式氧气压缩机振动幅度较大的现象，根据《GB/T7777容积式压缩机机械振动测量与评价》中规定该类压缩机振动烈度不应大于18mm/s，而测量该充氧车上安装使用的压缩机振动烈度在35mm/s左右，已大大超出了标准规定的要求，针对以上故障现象，现对其进行理论分析、现场改进以及试验验证，以便找出故障原因，提高产品使用的可靠性，安全性。

2、故障分析

为最大程度的找出压缩机出现振动的原因，技术人员从隔膜式氧气压缩机、汽车底盘和围裙骨架三个方面进行分析：

2.1 隔膜式氧气压缩机

由于压缩机出现振动现象，首先分析是否由于压缩机自身动平衡不能满足使用要求，从而导致上述现象的发生。

为了判定是否由于压缩机自身的原因而导致振动现象的出现，首先在压缩机动平衡方面进行改进，通过将压缩机飞轮加大，增大压缩机自身的转动惯量，从而提高压缩机自身的动平衡能力，经换装飞轮后进行试验，振动现象没有消除。

随后决定将该压缩机安装到同类气源产品的围裙上，因其结构与充氧车结构相同，在其产品上进行试验，可以直接判断出是否由于压缩机自身的问题导致振动现象的出现。

经换装后，压缩机在额定工况下工作稳定，未出现压缩机振动幅度较大的现象。从而判定振动现象与压缩机自身无关。

2.2 汽车底盘

由于原充氧车使用的100P五十铃汽车二类底盘已经停产，现选用的为600P五十铃汽车二类底盘，该底盘与100P底盘相比，主要不同在于汽车发动机功率增大，载重量增大以及汽车最小离地间隙增高几个方面。

首先考虑是否由于发动机以及变速箱改变，在变速箱的侧取力输出端的输出功率和扭矩达不到压缩机额定工况时所需要的功率和扭矩。为了验证以上推论，首先对压缩机额定工况下所需的功率以及扭矩进行核算：

压缩机额定功率：P=12kW；

压缩机额定转速：n=500r/min；

取力器端皮带轮直径：d1=140mm；

压缩机端皮带轮直径：d2=340mm

经计算可得压缩机在额定工况下所需的扭矩为T=9550 P/n=229.2Nm，经皮带传动后，在侧取力输出端所需输出的扭矩应不小于229.2×140/340=94.5Nm。

后经过与五十铃厂家和取力器生产厂家的技术人员沟通，对100P和600P五十铃汽车底盘发动机输出功率与扭矩进行核算。

原100P五十铃汽车底盘在压缩机额定工况下的发动机转速在1950r/min左右，输出功率在45kW左右，所对应的输出扭矩为190Nm，此时的扭矩和功率完全可以满足压缩机工作需求。

更换600P五十铃汽车底盘后，压缩机额定工况下的发动机转速在1700r/min左右，参照600P底盘发动机输出功率与扭矩对照表进行分析。

在压缩机额定工况下，发动机转速在1700r/min时，查表可得输出功率为51.61kW，所对应的输出扭矩为289.9Nm，由此可以判断出变速箱侧取力端所输出的功率以及扭矩完全可以满足其使用要求。

为了进一步确认是否由于发动机输出功率与扭矩不足造成压缩机振动的现象，技术人员将压缩机端皮带轮的直径减小为120mm，从而提高发动机转速，同时更大程度的提高发动机的输出功率。经计算，压缩机端皮带轮的直径为120mm时，发动机的转速为1935r/min，查表可得在该转速下发动机输出扭矩在287Nm左右，发动机输出功率在60kW左右，此时发动机输出的功率进一步加大。经过试验后，仍不能消除压缩机的振动现象，说明底盘发动机输出功率在满足压缩机额定工况需求时仍无法消除压缩机振动的现象，压缩机的振动与底盘发动机的输出功率无关。

表1 600P五十铃汽车底盘发动机转速，功率，扭矩对照表

2.3 安装围裙

在试验过程当中经仔细观察，发现压缩机振动时固定压缩机的固定槽钢以及围裙横梁均有不同程度的振动。而将该压缩机安装到同类产品围裙上时，压缩机在额定工况下未出现振动幅度较大的现象。所以判定振动现象的出现也不仅仅是由于安装围裙的原因。

结合以上对隔膜式氧气压缩机、汽车底盘和安装围裙的分析，该现象说明了更换底盘后，汽车底盘、隔膜式氧气压缩机以及安装围裙三者之间在压缩机工作时，随着压缩机出口压力加大，压缩机转速、发动机转速升高，随之发动机输出功率增大的同时，压缩机安装部位出现了共振现象，从而出现了压缩机振动幅度较大的现象。

3、排除方法

为解决压缩机振动幅度较大的问题，依据以上分析结果，在围裙底部压缩机固定槽钢之间加焊4件加强筋，同时在围裙横梁与副梁之间加焊6件加强筋，对压缩机安装部位的围裙底架进行加强，使围裙骨架与车架之间的连接更为紧凑，从而改变汽车底盘、隔膜式氧气压缩机以及围裙三者之间的共振频率。

通过以上方法对充氧车进行改进后，经试验，压缩机在额定工况下的振动烈度均在10mm/s左右，未超出标准规定的18mm/s的要求，从而有效解决了压缩机振动幅度较大的问题。

4、结论

压缩机是充氧车对内、对外灌充以及车上气瓶组之间相互转充的增压设备，文章主要对某型号充氧车上额定工况下出现压缩机振动烈度大于18mm/s的故障现象进行了分析，最后通过在围裙底部压缩机固定槽钢之间加焊4件加强筋，同时在围裙横梁与副梁之间加焊6件加强筋，改变汽车底盘、隔膜式氧气压缩机以及围裙三者之间的共振频率的方法，消除了故障现象。但是共振现象是所有机械运动部件自身具有的固有特性，无法消除，只能通过外加条件改变其共振频率，降低共振现象对设备带来的危害。

[1] 张晓军.充氧车日常维护及常见故障诊断[J].汽车零部件,2013 （12）.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T7777容积式压缩机机械振动测量与评价[S].北京: 中国标准出版社,2003.

[3] 刘向阳,李守惠,邓翔,王迎军.某型隔膜压缩机工作过程中出现异常声响的故障分析[J].压缩机技术,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

冯飞燕（1981—），女，汉族，山西陵川人，工学硕士，讲师，就职于山西机电职业技术学院汽车工程系。主要研究方向机械制造。基金项目：山西省教育科学“十二五”规划2015年度规划课题（课题编号：GH-15064）。