CN105745444B - 用于具有空气通风的轨道车辆的无油空气压缩机 - Google Patents

Abstract

用于轨道车辆的无油压缩机，包括多件式压缩机外壳；第一活塞缸，该第一活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第一开口内；第二活塞缸，该第二活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第二开口内；多件式曲轴组件，该多件式曲轴组件被压缩机外壳支撑；和可选择的过滤空气室，该过滤空气室与所述压缩机外壳内部流体连通，以将一些量的空气提供至压缩机外壳内部。曲轴组件通过相应的连杆连接至所述第一和第二活塞缸的活塞。连杆连接至与每个活塞相关联的活塞销，且所述活塞销分别由干润滑剂衬套支撑至相应的活塞。所述压缩机外壳可以具有形成所述压缩机外壳相应的一半的第一外壳部分和第二外壳部分。

Description

用于具有空气通风的轨道车辆的无油空气压缩机

本申请的交叉引用

本申请要求于2013年9月18日提交的美国专利申请号为14/030,588的文献的优先权，其全部内容引入此处。此外，本申请通过参考引入2012年1月16日提交的、名称为“Oil-Free Air Compressor for Rail Vehicles”、美国专利申请号为13/350,980的文献的内容，该文献要求2011年1月28日提交的、名称为“Oil-Fee Air Compressor for RailVehicles”、美国临时专利申请号为61/437,333的文献的优先权，其全部内容引入此处。

技术领域

本发明涉及用于轨道车辆的空气压缩机领域，该空气压缩机用于将压缩空气提供至与轨道车辆相连的气动单元，具体地，涉及具有空气通风的轨道车辆上的无油空气压缩机；无油空气压缩机用于将压缩空气提供至与轨道车辆相连的各种气动单元。

背景技术

通常，为轨道车辆设置气动系统，通过气动系统可操作轨道车辆的致动器。空气压缩机用于将压缩空气提供至与轨道车辆相连的一个或多个气动单元，该气动单元涉及致动器的操作。空气压缩机通常由驱动单元，如电动机，和压缩机单元构成，压缩机单元通常由几个被曲轴驱动的活塞-缸体装置构成。曲轴由驱动单元驱动，并包括连杆，以将驱动单元的旋转运动转化为每个活塞的线性运动，以将压缩空气提供至下游单元。螺杆型空气压缩机也是本领域已知用于该目的的，并且也包含在本发明的范围之内。进一步地，用于轨道车辆的空气压缩单元也可以具有单级结构或具有至少一个低压级和一个高压级的多级结构。

用于轨道车辆领域的空气压缩机可以经受连续操作或间歇操作。在任意一种操作模式中，压缩机操作过程中的摩擦导致高热量产生。结果，过去，轨道车辆领域主要使用的空气压缩机使用油进行润滑，以确保操作过程中足够的冷却。但是，油润滑带来如下风险：当是活塞空气压缩机的情况下，通常位于压缩机单元的外壳内的润滑油可能穿过活塞-缸体界面并渗入气动系统，这可能导致油污染了轨道车辆上的气动操作的致动器单元。进一步地，在气动系统的所需的空气干燥过程中产生的浓缩物通常包含一些油，基于环境保护原因，必须收集这些油。该浓缩物通常存储于可加热容器内，并需要定期排出和去除。这种收集过程导致增加的维护和处置费用，以及高的油消耗。除了上述困难，如果油润滑的压缩机单元不经常使用，或者在寒冷天气操作时限制时间段的操作的情况下，这些油润滑的压缩机单元的油回路可能形成乳状液。

近年来，发现在轨道车辆领域更多使用干运转空气压缩机。干运转空气压缩机在没有位于外壳内的润滑油存在的情况下运行，并且也称为“无油”。在无油空气压缩机的情况下，活塞行进路径上的润滑由特别的低摩擦动态密封装置替换。所有的转动部件通常设置在滚子轴承内。被封装的滚子轴承设置有温度稳定寿命长的油脂填料。在阀区，很大程度上避免滑动导向部件。因为这些措施，在空气压缩机单元中不需要油润滑。因此也可以避免压缩空气中的油造成污染的风险。油回路消除的结果是，无油空气压缩机可具有相对轻的结构。在轨道车辆领域，当前的趋势为具有更轻的结构，轻型运载器结构也更多的用于框架结构中。但是，这种轻型运载器结构经常具有一些不利的自然频率，该自然频率与设置在运载器上的气动系统的空气压缩机的转动速度接近。因此，难以充分遵守关于允许的结构噪音水平的规则。

Hartl等的美国专利申请号为6,776,587的文献以及Meyer等的美国专利申请号为7,059,841的文献涉及无油空气压缩机技术。Meyer等的专利公开了轨道车辆上的无油压缩机装置，其用于将压缩空气提供至与轨道车辆相连的气动单元。该装置包括无油空气压缩机，和与空气压缩机相连的冷却单元。该装置还包括轨道车辆，轨道车辆具有带有至少一个开口的底板。空气压缩机固定至车辆底板的至少一侧，以使空气压缩机的转动主轴设置为大致垂直于车辆底板。Hartl等的专利公开了用于双级活塞空气压缩机的活塞装置，其包括曲轴和几个活塞-缸体。该装置允许形成两个或多个低压级和至少一个高压级。该装置使两个或多个低压缸体设置为与高压级相关，从而所述两个或多个低压缸体为同相或偏移至少预定量，并在相对于一个或多个高压缸体的偏移另一预定量的位置压缩。

Hartl等的美国专利申请公开号为2007/0292289的文献公开了压缩机活塞，包括活塞和缸体，连杆通过滚子轴承将活塞连接至曲轴箱内的曲轴，进气线，和缸头内的出气线。进气线和曲轴箱之间的管连接件将冷却空气从进气线传递至曲轴箱。管连接件位于缸体的外部。进气阀连接至管连接件，当曲轴箱内的压力小于进气线中的压力时，进气阀打开；出气阀连接至曲轴箱，当曲轴箱内的压力超过预定值时，出气阀打开。

进一步地，Hartl等的美国专利申请公开号为2009/0016908的文献公开了用于产生压缩空气的多缸体干运行活塞压缩机。该活塞压缩机包括具有内部的曲轴箱和旋转安装在曲轴箱内的曲轴。还包括安装至曲轴的两个连杆，这两个连杆彼此相对运行。还包括安装在曲轴箱内的两个缸体和设置在每个连杆末端、并设置为在相应的一个缸体内运行的活塞。

发明内容

在一个实施例中，用于轨道车辆的无油压缩机包括压缩机外壳，该压缩机外壳包括至少第一外壳部分和第二外壳部分；第一活塞缸，该第一活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第一开口内；第二活塞缸，该第二活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第二开口内，并流体连通至所述第一活塞缸；多件式曲轴组件，该多件式曲轴组件由所述压缩机外壳支撑，并通过相应的连杆连接至所述第一和第二活塞缸的活塞；和空气室，该空气室与所述压缩机外壳内部流体连通，以将空气提供至所述压缩机外壳内部。

所述第一外壳部分和所述第二外壳部分形成所述压缩机外壳的相应的一半，且可以通过机械紧固件彼此连接在一起。所述第一活塞缸大于所述第二活塞缸。所述曲轴组件包括曲轴中心段和两个末端段。所述末端段包括平衡物。所述曲轴中心段的相对末端可固定至所述末端段的相应腔内。所述曲轴中心段可以包括与第二臂段偏移的第一臂段，每个臂段可以界定圆周凹部，用于接纳与相应连杆相连的轴承。末端段可以安装至曲轴中心段，以固定于相应连杆相连的轴承。

无油压缩机可以包括空气室，该空气室与第一活塞缸流体连通。该无油压缩机可以进一步包括位于所述压缩机外壳内的进气阀，例如止回阀或蝶阀，以使空气能够从空气室被抽入压缩机外壳内部。此外，该无油压缩机可进一步包括位于所述压缩机外壳内的出气阀，例如止回阀或蝶阀，以使空气从所述压缩机外壳内部被排出。

在另一个实施例中，用于轨道车辆的无油压缩机包括多件式压缩机外壳，第一活塞缸，该第一活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第一开口内；第二活塞缸，该第二活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第二开口内，并流体连通至所述第一活塞缸；多件式曲轴组件，该多件式曲轴组件由所述压缩机外壳支撑，并通过相应的连杆连接至所述第一和第二活塞缸的活塞。其中所述连杆可连接至与每个所述活塞相连的活塞销，且所述活塞销分别由干润滑剂衬套支撑至相应的活塞。无油压缩机可进一步包括空气室，该空气室与所述压缩机外壳内部流体连通，以将空气提供至所述压缩机外壳内部。

所述压缩机外壳包括至少第一外壳部分和第二外壳部分。所述第一外壳部分和所述第二外壳部分形成所述压缩机外壳的相应的一半，且通过机械紧固件彼此固定在一起。所述第一活塞缸可大于所述第二活塞缸。所述曲轴组件可以包括曲轴中心段和两个末端段。所述末端段包括平衡物。所述曲轴中心段的相对末端固定至所述末端段的相应腔内。所述曲轴中心段可以包括与第二臂段偏移的第一臂段，每个臂段可以界定圆周凹部，用于接纳与相应连杆相连的轴承。末端段可以安装至曲轴中心段，以固定于相应连杆相连的轴承。干润滑剂衬套可涂敷有PEEK或包括PEEK衬垫。

所述无油压缩机可以包括与所述第一活塞缸流体连通的所述空气室。该无油压缩机可进一步包括位于所述压缩机外壳内的进气阀，例如止回阀或蝶阀，以使空气能够从空气室被抽入压缩机外壳内部。此外，该无油压缩机可进一步包括位于所述压缩机外壳内的出气阀，例如止回阀或蝶阀，以使空气从所述压缩机外壳内部被排出。

参考附图，结合以下详细说明书，可以清楚本发明的细节和优点。

附图说明

图1为与驱动发动机和冷却风扇相连的用于轨道车辆的无油空气压缩机的透视图；

图2为图1所示的单独的无油空气压缩机的第一透视图；

图3为图1所示的单独的无油空气压缩机的第二透视图；

图4为图1所示的单独的无油空气压缩机的第三透视图；

图5为沿着图4中线5-5的剖视图；

图6为图1所示的无油空气压缩机的纵向剖视图；

图7为图1所示的无油空气压缩机的单独的活塞的分解透视图；

图8为图1所示的无油空气压缩机的组装的活塞的剖视图；

图9为图1所示的无油空气压缩机的多件式压缩机外壳的分解透视图；

图10为图1所示的无油空气压缩机的多件式曲轴组件的透视图；

图11为图10所示的多件式曲轴组件的纵向剖视图；

图12为用于图1所示的无油空气压缩机的三缸体实施例的多件式曲轴组件的另一个实施例的分解透视图；

图13为根据另一个实施例的多件式曲轴的剖视图；

图14为用于具有空气通风的轨道车辆的无油空气压缩机的实施例的透视图；

图15为沿图14中的线15-15的剖视图；

图16为如图14-15所示的无油空气压缩机的外壳的一部分的底视图。

具体实施方式

为了下文中的描述目的，当在附图中定位或在以下详细描述被描述时，使用的空间定位术语与参考的实施例相关。但是，应该理解的是，下文中描述的实施例可以有很多替换变更例和结构。还应该理解的是附图和下文中描述的具体部件、装置和特征仅是说明目的，而不是用于限制。

参考图1-6，展示了根据一个实施例的空气压缩机2。如图所示，空气压缩机2为多缸体空气压缩机2，至少包括第一活塞缸10和第二活塞缸100。相应的第一和第二活塞缸10,100（下文称为“第一活塞缸10”和“第二活塞缸100”）被压缩机外壳或曲轴箱170支撑，并都被设置在压缩机外壳170内，并由压缩机外壳170转动地支撑的曲轴组件240驱动。本文中详细描述空气压缩机2的前述部件。

如图5的剖视图所示，第一和第二活塞缸10,100具有大致相同的结构，在多缸体空气压缩机2中，第一活塞缸10作为第一缸体操作，第二活塞缸100作为第二缸体操作。第一活塞缸10通常大于第二活塞缸100，并且具有比第二活塞缸100总体更大的直径。第一活塞缸10包括具有第一末端14和第二末端16的圆柱形外壳12，该第一末端14适于插入如文中描述的压缩机外壳170内的相应开口内。圆柱形外壳12形成有位于第一末端14附近的凸缘18，该凸缘18用于与压缩机外壳170的外表面连接。散热翅片19可以设置在圆柱形外壳12周围，且圆柱形外壳12可以由提供足够的强度和散热性能的任何合适的材料，如铝制成。

缸头20固定至圆柱形外壳12的第二末端16。缸头20通常包括阀板22和空气连接单元24，该空气连接单元24通过机械紧固件26固定至圆柱形外壳12的第二末端16上的阀板22。额外的机械紧固件27将阀板22固定至空气连接单元24。空气连接单元24包括进气端28。进气线30从进气端28延伸，并连接至如文中所述的压缩机外壳170。空气连接单元24进一步包括出气端32。空气连接线34从出气端32延伸，以直接或间接地流体连通至设置在如文中所述的第二活塞缸100处的进气端。此外，阀板22包括传统的蝶阀组件（未示出），用于使气流经进气线30和进气端28进入圆柱形外壳12，并经出气端32和空气连接线34将其从圆柱形外壳12排出，以将压缩空气提供至第二活塞缸100。空气连接单元24，进气线30，和空气连接线34可以由具有足够强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。圆柱形外壳12界定内表面36。

参考图7-8，第一活塞缸10进一步包括活塞40，该活塞可以在圆柱形外壳12内进行往复操作。活塞40包括第一末端42和第二末端44，并由提供足够强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。一个或多个耐磨带或环46设置在活塞40的第一末端42的活塞40的主体周围。耐磨带或环46为理想的非金属，以与圆柱形外壳12的内表面36接合，且可以由Torlon.RTM聚酰胺酰亚胺制成。一对活塞环48设置在活塞40的第一末端42周围，第一末端42也与圆柱形外壳12的内表面36接合。活塞环48理想地为非金属结构，例如Teflon.RTM.(如PTFE)，以与圆柱形外壳12的内表面形成通常的流体密封。活塞40的主体界定轴向腔或轴向凹部50，和横向腔或横向孔52，该横向腔或横向孔通常正交于轴向腔或轴向凹部50。横向孔52支撑活塞销54，该活塞销横向延伸穿过活塞40的主体。活塞销54可以是刚性活塞销，或者如图所示的圆柱形活塞销54。活塞销54通过机械紧固件55被固定在横向孔52内的合适位置，机械紧固件55延伸至活塞40的第二末端44，以与活塞销54接合。活塞销54设置为与连接至曲轴组件240的连杆接合或连接，如文中进一步描述的。活塞销54可以由提供足够的强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。

已知的活塞销组件通常为刚性轴活塞销，其中安装有滚针轴承。这些活塞销是精密研磨的，并作为滚针轴承的内圈。这些活塞销在其中心处的横截面面积必须足够大，以承受弯曲应力，且其表面必须足够坚硬，以承受轴承的滚针的负载。滚针轴承需要高温润滑脂和高温密封件，以将润滑脂包含在轴承腔内。这些现有技术的活塞销可在滚针轴承内滑动，因此，活塞销的末端必须通过紧固件及位于活塞销末端和活塞销孔之间的减震非金属衬套固定至活塞。

如前所述的活塞销54通过被按压装入横向孔52内的一对干润滑剂衬套56包含的无油组件支撑在横向孔52内。该干润滑剂衬套56也提供直接通过活塞40传递的轴承支撑，代替通过与曲轴组件240相连的连杆直接传递的负载，如下文进一步描述的。因此，通过更大的承载面积和更大承载能力支撑由于压缩导致的负载。此外，干润滑剂衬套56自润滑，因为干润滑剂衬套56涂敷有PEEK材料或包括PEEK衬垫。在操作时，自润滑的干润滑剂衬套56对在干润滑剂衬套56和活塞销54之间建立的滑动接头进行润滑。如前所述的干润滑剂衬套56和活塞销54消除了对如现有技术中所要求的“厚的”活塞销的需求，因为压缩负载从活塞销54的中心部分58转移到活塞销54的两个末端60,62。由于活塞销54不必承受位于其中心部分58上的弯曲应力，因此，活塞销54的表面不需要足够坚硬，以承受滚针的负载，如文中与曲轴组件240相关的描述。此外，不需要高温润滑脂和将润滑脂包含在轴承腔内的高温密封件。进一步地，活塞销不能在滚针轴承中滑动，因为活塞销54是按压安装至连杆的环箍中。因此，活塞销54的末端60,62可自由浮动，而不安装任何紧固件。同样还避免了前面所讨论的现有技术的活塞销中所需要的减震非金属衬套。这些特征也存在于文中所讨论的与第二活塞缸100相关的活塞销中。

在操作时，通过曲轴组件240产生的往复运动操作活塞40。活塞40的向下运动的结果是，压缩机外壳170内的空气经进气线30和进气端28被吸入缸体外壳12内，并在活塞40向上运动时，被压缩。与阀板22相连的蝶阀具有一部分，在活塞40向下运动时打开，将空气从进气线30和进气端28吸入缸体外壳12内，并在向上运动时关闭。进一步地，蝶阀（未示出）具有另一部分，当活塞40向下运动时，该部分关闭，且当活塞40向上运动时，该部分打开，从而压缩缸体外壳12内的空气，并经出气端32和空气连接线34将空气导出缸体外壳12，并将其喂入进气端，文中讨论的与第二活塞缸100相关联。

如前所指出的，第二活塞缸100具有与第一活塞缸10大致相同的结构，如文中所描述的。第一活塞缸10通常大于第二活塞缸100，并且具有比第二活塞缸100总体更大的直径。第二活塞缸100包括具有第一末端114和第二末端116的圆柱形外壳112，该第一末端114适于插入如文中描述的压缩机外壳170内的相应开口内。圆柱形外壳112形成有位于第一末端114附近的凸缘118，该凸缘118用于与压缩机外壳170的外表面连接。散热翅片119可以设置在圆柱形外壳112周围，且圆柱形外壳112可以由提供足够的强度和散热性能的任何合适的材料，如铝制成。

缸头120固定至圆柱形外壳112的第二末端116。缸头120通常包括阀板122和空气连接单元124，该空气连接单元124通过机械紧固件126固定至圆柱形外壳112的第二末端116上的阀板122。额外的机械紧固件127将阀板122固定至空气连接单元124。空气连接单元124包括进气端128，其与空气连接线34流体连通（直接或间接），该空气连接线34从与第一活塞10的空气连接单元24连接的出气端32延伸出。如图1所示，空气歧管300可设置为空气连接线34中的中间装置，其从与第一活塞缸10的空气连接单元24连接的出气端32延伸至第二活塞缸100的空气连接单元的进气端128。空气连接单元124进一步包括出气端132，其通过空气连接线134连接至下游需求或设备，如出口空气歧管302。此外，阀板122包括传统的蝶阀组件（未示出），用于使气流经空气连接线34和进气端128进入圆柱形外壳112，并经出气端132和空气连接线134将其从圆柱形外壳112排出，以将压缩空气经空气连接线134提供至下游需求，如出口空气歧管302。空气连接单元124，空气连接线134可以由具有足够强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。圆柱形外壳112界定内表面136。

参考图1-8，第二活塞缸100也包括活塞140，该活塞可以在圆柱形外壳112内进行往复操作。活塞140包括第一末端142和第二末端144。一个或多个耐磨带或环146设置在活塞140的第一末端142的活塞140的主体周围。耐磨带或环146为理想的非金属，以与圆柱形外壳112的内表面136接合，且可以由Torlon.RTM聚酰胺酰亚胺制成。一对活塞环148设置在活塞140的第一末端142周围，第一末端142也与圆柱形外壳112的内表面136接合。活塞环148理想地为非金属结构，例如Teflon.RTM. (如PTFE)，以与圆柱形外壳112的内表面136形成通常的流体密封。活塞140的主体界定轴向腔或轴向凹部150，和横向腔或横向孔152，该横向腔或横向孔通常正交于轴向腔或轴向凹部150。横向孔152支撑活塞销154，该活塞销横向延伸穿过活塞140的主体。活塞销154可以是刚性活塞销，或者如图所示的圆柱形活塞销154。活塞销154通过机械紧固件155被固定在横向孔152内的合适位置，机械紧固件155延伸至活塞140的第二末端144，以与活塞销154接合。活塞销154设置为与连接至曲轴组件240的连杆接合或连接，如文中进一步描述的。活塞销154可以由提供足够的强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。

以与活塞销54相似的方式，活塞销154通过被按压装入横向孔152内的一对干润滑剂衬套156包含的无油组件支撑在横向孔152内。该干润滑剂衬套156通常包括具有聚合物衬垫的金属外壳。该无油组件使压缩力和吸力从活塞销154的中心部分158传递至活塞销154的末端160,162，从而减少了活塞销154的弯矩，使活塞销154具有不需要额外部件的、均匀材料的均匀横截面，从而减轻重量。干润滑剂衬套156也提供直接通过活塞140传递的轴承支撑，代替通过连杆直接传递的负载，如下文进一步描述的。因此，通过更大的承载面积和更大承载能力支撑由于压缩导致的负载。此外，干润滑剂衬套156自润滑，因为干润滑剂衬套156涂敷有PEEK材料或包括PEEK衬垫。在操作时，自润滑的干润滑剂衬套156对在干润滑剂衬套156和活塞销154之间建立的滑动接头进行润滑。前面描述的关于活塞销54的各种优点也同样适用于活塞销154。

在操作时，通过曲轴组件240产生的往复运动操作活塞140。活塞140的向下运动的结果是，空气经空气连接线130和进气端128被吸入缸体外壳112内，并在活塞140向上运动时，被压缩。与阀板122相连的蝶阀（未示出）具有一部分，在活塞140向下运动时打开，将空气从空气连接线130和进气端128吸入缸体外壳112内，并在向上运动时关闭。进一步地，蝶阀（未示出）具有另一部分，当活塞140向下运动时，该部分关闭，且当活塞140向上运动时，该部分打开，从而压缩缸体外壳112内的空气，并经空气连接线134将空气导出缸体外壳112，并经空气连接线134将其喂入下游需求，如出口空气歧管302。

参考图9，压缩机外壳或曲轴箱170理想地为至少包括第一外壳部分172和第二外壳部分174的复合结构。第一和第二外壳部分172,174通常都是适于连接在一起，以形成整个的压缩机外壳170的矩形结构。基于该目的，第一和第二外壳部分172,174具有相应的侧面凸缘176,178，侧面凸缘176,178适于利用传统机械紧固件177，如螺栓螺母的组合连接在一起。定位衬套179可设置在侧面凸缘176,178上，以合适地对齐侧面凸缘176,178上的相应的孔，以接纳机械紧固件177。第一外壳部分172界定开口180，开口180尺寸设计为接纳第一活塞缸10的圆柱形外壳12的第一末端14。类似地，第二外壳部分174界定开口182，开口182尺寸设计为接纳第二活塞缸100的圆柱形外壳112的第一末端114。安装元件184可以焊接至或固定至相应的开口180,182周围的位置。安装元件184可以是适于与第一和第二活塞缸10,100的圆柱形外壳12,112上的相应凸缘18，118内的孔（未示出）接合的安装销或螺栓，以用传统螺母或类似紧固部件将活塞缸10,100固定在开口180,182内的位置中。

如图4所示，第一外壳部分172进一步包括相对的侧壁186。进气线30与进气端或开口188流体连通，并可以在一个相对侧壁186内界定第一外壳部分172，并通过机械紧固件固定至对外壳部分172的侧壁186，从而使第一活塞缸10与压缩机外壳170的内部流体连通。或者，进气端或开口188可以设置在支撑第一活塞缸10的第一外壳部分170的相同壁内，这种变更也如图2-3所示，以及如图6的剖视图所示。图9展示了进气端188的位置，当不使用时，未使用的进气端188被盖板189覆盖。第二外壳部分174进一步包括进气端190，进气端190通常用于使吸入的空气进入组装的压缩机外壳170的内部。进气端190可用于接合至或连接至进气线192，进气线192连接至用于过滤进入压缩机外壳170的空气的过滤装置304，如图1所示。

当按照前述方式组装时，第一外壳部分172和第二外壳部分174形成压缩机外壳170。当第一活塞缸10和第二活塞缸100固定至第一外壳部分172和第二外壳部分174内的相应的开口180,182内时，相应的第一和第二活塞缸10,100从压缩机外壳170的相对纵向壁194伸出。通过第一和第二外壳部分172,174的组装界定压缩机外壳170的两个端壁196，这些端壁196在压缩机外壳170内界定相应的轴向开口198,200。

综上所述，所述压缩机外壳170由组装在一起并加工为一体的外壳部分172,174形式的至少两个单独的“一半”制成。两个一半通过定位衬套179相互定位，并通过机械紧固件177固定在一起。分体式压缩机外壳170的优点涉及如制作和组装成本。因为压缩机外壳170至少在两个主要部分内，浇铸压缩机外壳170所需的器具可以更小，从而更多的铸造厂能够制造该部件。相对于需要大的浇铸器具和设备的巨大的一件式外壳，这种制造优点可节省成本。在本领域已知，一件式压缩机曲轴箱必须很大，因为在将曲轴放置入曲轴箱中之前，需要对曲轴进行组装，且在曲轴箱上必须设置开口，且该开口需要足够大，以使组装的曲轴通过其中。通过足够大以容纳曲轴的一件式曲轴箱内的开口安装组装的曲轴耗时并且困难。通常，需要将曲轴仔细地拧入曲轴箱内，同时连续地重新定位连杆，以防止与曲轴箱的内部接触。单件式曲轴重量可超过80磅，且对其进行操纵非常困难。本文公开的压缩机外壳170使曲轴组件240组装并保持静止，同时至少两个外壳部分172,174位于曲轴组件240的每侧并固定。该组装步骤消除了在现有技术中操纵重的曲轴的需要。通过提供复合压缩机外壳170，整体上，压缩机外壳170可以被制造的更小，更轻，更容易浇铸和加工，且更容易组装。形成压缩机外壳170的第一和第二外壳部分172,174可以由具有足够强度和热传递性能的任何合适的材料，如铝制成。

压缩机外壳170内的第一轴向开口198支撑第一曲轴安装元件202，其通常封闭第一轴向开口198，并通过机械紧固件203支撑至压缩机外壳170的端壁196处。第一曲轴安装元件202包括环形部分204，该环形部分204位于通过第一外壳部分172和第二外壳部分174的组装形成的接纳环形部分206内。第一曲轴安装元件202的环形部分204支撑第一主曲轴轴承208，其反过来支撑曲轴组件240的一个末端。第一主曲轴轴承208被第一轴密封件210和第二轴密封件212密封在合适位置，第一轴密封件210用于密封抵靠在曲轴组件240上，第二轴密封件212位于第一曲轴安装元件202的环形部分204的内部。第一曲轴安装元件202也支撑外部安装架214，外部安装架214用于安装与驱动部件，如驱动发动机306连接的空气压缩机2。

压缩机外壳170内的第二轴向开口200支撑第二曲轴安装元件222，其通常封闭第二轴向开口200，并通过机械紧固件223支撑至压缩机外壳170的端壁196处。第二曲轴安装元件222包括环形部分224，该环形部分224位于通过第一外壳部分172和第二外壳部分174的组装形成的接纳环形部分226内。第一曲轴安装元件222的环形部分224支撑第二主曲轴轴承228，其反过来支撑曲轴组件240的另一末端。第二主曲轴轴承228被第一轴密封件230和第二轴密封件232密封在合适位置，第一轴密封件230用于密封抵靠在曲轴组件240上，第二轴密封件232位于第二曲轴安装元件222的环形部分224的内部。相应的第一和第二曲轴安装元件202，222支撑曲轴组件240的相对末端，并装入由形成压缩机外壳170的第一和第二外壳部分172,174的组装界定的第一和第二轴向开口198,200内。如图1-4和9所示，第一和第二外壳部分172,174界定几个额外的开口234，以提供进入压缩机外壳170内部的入口，或者提供用于进入压缩机外壳170的额外的空气处理管道的其他连接点。这些额外的开口234可以被通过合适的机械紧固件固定至压缩机外壳170的额外的盖236覆盖。

另外参考图10至12，曲轴组件240为复合组件，其通常包括曲轴中心段242和两个曲轴末端段244,246。第一曲轴末端段244由第一曲轴安装元件202内的第一主曲轴轴承208支撑。如前所述，第一曲轴安装元件202支撑外部安装架214，外部安装架214用于安装与驱动部件，如如图1所示的驱动发动机306连接的空气压缩机2。因此，第一曲轴末端段244定位为与驱动发动机接合，以将旋转运动传递至曲轴组件240。相对的曲轴末端段246由第二曲轴安装元件222内的第二主曲轴轴承228支撑，且该末端段246定位为接合至与空气压缩机2连接的冷却空气风扇308。曲轴中心段242的相对末端248通过按压配合连接或类似连接方式安装至曲轴末端段244,246的相应腔250内。

如图10至11所示，曲轴组件240包括至少两个连杆252,254，其分别连接至第一和第二活塞缸10,100的活塞40,140。连杆252,254都包括通过相应球面滚子轴承258支撑在曲轴中心段242上的第一圆端凸缘256，球面滚子轴承258按压配合至在曲轴中心段242的相应末端248附近界定的相应圆周凹部260内。球面滚子轴承258通过相应的按压配合入曲轴末端段244,246而固定在凹部260内的合适位置。简单参考图12，虽然前面的讨论通过提供第一和第二活塞缸10,100而涉及具有两个压缩活塞缸的空气压缩机2，但是该空气压缩机2也可以包括额外的活塞缸。图12展示了如果一个或多个额外的活塞缸（未示出）添加至空气压缩机2中，额外的连杆262可安装至连杆254附近的曲轴中心段242上，以提供用于操作额外的活塞缸（未示出）的动力。根据实施例中的需要，预定长度的隔离件264可用于将相应连杆252,254,262安装至曲轴中心段242。

连杆252,254都包括第二圆端凸缘266，其通过相应的滚针轴承268支撑在与活塞40,140连接的相应的活塞销54,154上。轴密封件270设置在每个球面滚子轴承258的每一侧的外侧，并围绕曲轴中心段242，以密封球面滚子轴承258。类似地，轴密封件272设置在每个滚针轴承268的每侧的外侧，并围绕相应的活塞销54,154，以密封滚针轴承268。进一步地，如图11的剖视图所示，曲轴中心段242通常包括偏移的结构（offset construction），该偏移的结构由终止于末端248的两个相对的轴部分或壁段274,276界定。相应的内部通道278,280界定在轴壁段274,276内，并都被塞子282密封。曲轴中心段242，末端段244,246，和连杆252,254,262可以由提供足够强度的任何合适的材料，如刚制成。

多件式曲轴组件240可以用于替换大且重的一件式曲轴。这种单件式曲轴通过需要昂贵器具的大的机器铸造或锻造。此外，需要特定的机器加工并平衡一件式曲轴。一件式曲轴中，用于连杆的轴承尺寸必须设计为使其能够安装在一件式曲轴上，通常超过用于曲轴主轴承的轴承座。这意味着用于连杆的轴承必须大于必要的尺寸，从而增加了更多重量和量。同样，现有技术的设置需要额外的螺栓安装的平衡物，其可能会松动，造成压缩机故障。

上文中所述的多件式曲轴组件240由曲轴中心段242构成，曲轴中心段242相对小，且通过铸造或锻造制成。两个曲轴末端段244,246也包含作为整体部分的平衡物，且不需要紧固件。上述部件足够小，从而不需要大的设备浇铸或铸造。因此，特定的曲轴制造设备也不是必要的。因为与连杆252,254,262相连的球面滚子轴承258不需要如在一件式曲轴中时穿过曲轴主轴承座或穿过曲轴弯曲段，它们可以根据活塞40,140的负载设计尺寸，因此，尺寸可以更小。

根据预期应用，曲轴中心段242可设计为具有合适的弯程（throw），包括具有相同弯程和合适的末端平衡物段244的发动机末端轴臂段274，以及具有相同弯程和合适的末端平衡物段246的风扇末端轴臂段276。间隔件264也可以用于保持球面滚子轴承258，并将其放置在如图12所示的多连杆装置中的合适位置。曲轴中心段242设置为通过将球面滚子轴承258固定在合适位置，来保持连杆252,254,262。如前所指出的，对于多于两个活塞缸的空气压缩机2，间隔件264通过压至每个轴承258的轴承内圈，从而将相应球面滚子轴承258保持在合适位置。曲轴中心段242也设置为使相对末端248按压配合至曲轴末端段244,246内的相应腔250内。两个曲轴末端段244,246包括曲轴中心段242，并按压至球面滚子轴承258的内圈上，或按压至间隔件264上，间隔件264按压至如图12所示的多连杆装置中的球面滚子轴承258的内圈上。球面滚子轴承258和曲轴中心段242之间的界面不需要是按压配合界面，因为曲轴末端段244,246或间隔件264足以保持内圈防止其旋转。为了能够容易地拆卸曲轴组件240，用于在大修时更换连杆轴承268，可以在曲轴中心段242上钻孔，以与内部通道278,280相交，且孔界定在轴臂段274,276，从而液压泵可连接为从中心段242推出两个曲轴末端段244,246。

此外，如图13所示，在另一个实施例中，曲轴中心段242包括偏移的结构，该偏移的结构由终止于末端248处的两个相对的、独立轴部分或臂段274,276。图13中未示出相应的内部通道278,280，但是内部通道可以是如前所述如图11所示的形式，并可以界定于轴臂段274,276，并用相应塞子282密封。图13中的曲轴中心段242界定了一对通孔292，以接纳相应轴部分或臂段274,276的匹配末端298。多件式曲轴中心段242可容易地溶于替换前面讨论的单数或单一曲轴中心段242。多件式曲轴中心段242便于制造。匹配末端298可以通过机械紧固或摩擦配合方法或机械领域已知的类似方法安装至通孔292内。

参考图14至16，展示了空气压缩机2的另一个实施例。如图14至16所示的空气压缩机2用于改善压缩机外壳或曲轴箱170内的空气交换，这有助于延长空气压缩机2的寿命。在前面所描述的空气压缩机2的实施例中，由于第一活塞缸10中的活塞40,140（见图6）的吸入形成，冷却空气流被吸入曲轴箱170内。该方法对于冷却曲轴箱170有效，但是由于向第一活塞缸10中引入了预热吸入空气，因此降低了空气压缩机2的整体效率。在如图14至16所示的改进的实施例中，提供的装置和方法将冷却空气引入曲轴箱170，并从中排出加热的空气，同时对空气压缩机效率具有最小的影响。

如图14至16所示，空气室400设置在曲轴箱170上，通常位于其第二外壳部分174上。空气室400通常为矩形（例如箱子形状）外壳402，外壳402界定中空内部404，其提供可被吸入曲轴箱170内的空气。外壳402的端壁406界定空气入口408，空气入口408可连接至空气过滤器或其他装置（未示出），空气过滤器或其他装置用于过滤经入口408进入空气室外壳402的冷却环境空气，从而将过滤的空气提供至空气室外壳402内。空气室400的其他优点在于，空气室400使进入的空气在进入第一活塞缸10之前得到缓冲，有助于引入空气，减轻空气压缩机2的进入噪音，并整体上减轻了噪音。空气室外壳402通过进气线30连接至第一活塞缸10。空气室外壳402的侧壁410界定了开口412，进气线30连接至该开口，以使进气线30与中空内部404流体连通。

如图15所示，空气室外壳402包围位于空气室外壳402的底部开口416内的进气阀414。进气阀414延伸穿过压缩机外壳或曲轴箱170内的相应的开口418。进气阀414可以是止回阀或蝶阀，用于使冷却空气被吸入曲轴箱170内，对活塞40,140向上固定中心移动作出响应。当活塞40,140向上固定中心移动时，曲轴箱170中的真空增加，使止回阀柱塞420（或蝶阀）打开，以使空气从空气室外壳402进入曲轴箱170。进气阀414发至进入空气室402的返回流。

如图15至16所进一步展示的，一个或多个出气阀422设置在板元件424中，板元件424设置在曲轴箱170底部的开口内。出气阀可以是如图所示止回阀或蝶阀，并使得加热的曲轴箱空气排放至大气中。当活塞40,140向底部固定中心移动时，进气阀414关闭，曲轴箱170内的压力增加。增加的压力使出气阀422打开通风曲轴箱170。

如上所述的引入冷却空气和排放热空气的双向阀方法充分利用了随着活塞40,140在其相应的缸体12,112内上下运行时转移的大的空气量。因为两个活塞40,140都是同时从底部固定中心移动至顶部固定中心，转移了显著量的空气。当曲轴组件240转动时，转移的空气不断地从压缩至真空。通过将进气阀414置于空气室外壳402内，理想地连接至与空气入口408连接的过滤元件，将过滤空气吸入曲轴箱170。通过将出气阀422置于相对于进气阀414的曲轴箱170的相对侧，如图15至16所示，冷却空气将必须通过曲轴组件240，以到达出气阀422。当空气穿过曲轴箱170时，它将带走所有散热表面的热量及气体吹出的效果，并被排出曲轴箱170。如果需要增大冷却空气流，可以增加额外的进气阀414和出气阀422。

虽然在上述描述提供了用于轨道车辆的无油空气压缩机的实施例，但是在不脱离本发明的范围和精神的前提下，本领域技术人员可以对这些实施例进行改进或替换。因此，前述描述旨在解释说明而非限制。以上描述的本发明通过所附权利要求书限定，落入权利要求的本质范围和等同范围内的本发明的所有的改变都包含于本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.用于轨道车辆的无油压缩机，包括：

压缩机外壳，该压缩机外壳至少包括第一外壳部分和第二外壳部分，以界定压缩机外壳内部；

第一活塞缸，该第一活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第一开口内；

第二活塞缸，该第二活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第二开口内，并流体连接至所述第一活塞缸；

多件式曲轴组件，该多件式曲轴组件由所述压缩机外壳支撑，并通过相应的连杆连接至所述第一和第二活塞缸的活塞；

进气线，该进气线连接至所述第一活塞缸；和

空气室，该空气室直接连接至所述进气线，所述空气室包括界定空气入口的外壳，以允许环境空气进入所述空气室的内部，以将一些量的冷却空气提供至所述空气室的内部；

其中，所述空气室进一步直接与所述压缩机外壳内部流体连通，以将一些量的冷却空气提供至所述压缩机外壳内部，从而冷却所述压缩机外壳内部。

2.根据权利要求1所述的无油压缩机，其特征在于，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分形成所述压缩机外壳的相应的一半，并通过机械紧固件彼此固定在一起。

3.根据权利要求1所述的无油压缩机，其特征在于，所述第一活塞缸大于所述第二活塞缸。

4.根据权利要求1所述的无油压缩机，其特征在于，所述曲轴组件包括曲轴中心段和两个末端段。

5.根据权利要求4所述的无油压缩机，其特征在于，所述末端段包括平衡物。

6.根据权利要求4所述的无油压缩机，其特征在于，所述曲轴中心段的相对末端固定至所述末端段的相应腔内。

7.根据权利要求1所述的无油压缩机，其特征在于，进一步包括位于所述压缩机外壳内的进气阀，该进气阀使空气能够从所述空气室被抽入所述压缩机外壳内部。

8.根据权利要求7所述的无油压缩机，其特征在于，进一步包括位于所述压缩机外壳内的出气阀，该出气阀使空气能够从所述压缩机外壳内部被排出。

9.用于轨道车辆的无油压缩机，包括：

多件式压缩机外壳；

第一活塞缸，该第一活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第一开口内；

第二活塞缸，该第二活塞缸支撑在所述压缩机外壳内的第二开口内，并流体连接至所述第一活塞缸；

多件式曲轴组件，该多件式曲轴组件由所述压缩机外壳支撑，并通过相应的连杆连接至所述第一和第二活塞缸的活塞，其中所述连杆连接至与每个所述活塞相关联的活塞销，且所述活塞销分别由干润滑剂衬套支撑至相关联的活塞；

进气线，该进气线连接至所述第一活塞缸；和

空气室，该空气室直接连接至所述进气线，所述空气室包括界定空气入口的外壳，以允许环境空气进入所述空气室的内部，以将一些量的冷却空气提供至所述空气室的内部；

其中，所述空气室进一步直接与所述压缩机外壳内部流体连通，以将一些量的冷却空气提供至所述压缩机外壳内部，从而冷却所述压缩机外壳内部。

10.根据权利要求9所述的无油压缩机，其特征在于，所述压缩机外壳至少包括第一外壳部分和第二外壳部分。

11.根据权利要求10所述的无油压缩机，其特征在于，所述第一外壳部分和所述第二外壳部分形成所述压缩机外壳的相应的一半，且通过机械紧固件彼此固定在一起。

12.根据权利要求9所述的无油压缩机，其特征在于，所述第一活塞缸大于所述第二活塞缸。

13.根据权利要求9所述的无油压缩机，其特征在于，所述曲轴组件包括曲轴中心段和两个末端段。

14.根据权利要求13所述的无油压缩机，其特征在于，所述末端段包括平衡物。

15.根据权利要求13所述的无油压缩机，其特征在于，所述曲轴中心段的相对末端固定至所述末端段的相应腔内。

16.根据权利要求9所述的无油压缩机，其特征在于，进一步包括位于所述压缩机外壳内的进气阀，该进气阀使空气能够从所述空气室被抽入所述压缩机外壳内部。

17.根据权利要求16所述的无油压缩机，其特征在于，进一步包括位于所述压缩机外壳内的出气阀，该出气阀使空气从所述压缩机外壳内部被排出。

18.根据权利要求9所述的无油压缩机，其特征在于，所述干润滑剂衬套包括PEEK衬垫。