CN101074898A - 横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种材料加工技术领域的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其中，3相动力仪压电传感器平台固定在数控铣床工作台上，通过信号线连接电荷放大器和配有A/D采集卡的计算机。模具或塑料隔膜固定在模具固定台上，模具固定台固定在3相动力仪压电传感器平台上，保证好摩擦工作面板固定台的水平度。试件固定盒紧固在3轴数控铣床刀柄上，并将3轴数控机床刀柄的旋转自由度锁定。本发明能模拟换热器弯曲时的条件；正压力可以实时连续地增减，可以模拟不同弯曲力矩下的测量；可以实时获得正压力和摩擦力；测量结果稳定，精确度高。

Description

横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置

技术领域

本发明涉及一种制冷工程技术领域的测量装置，具体是一种横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置。

背景技术

管翅式换热器作为一种紧凑式换热器，在空调和制冷行业具有广泛的应用。随着空调与制冷行业的技术发展、以及环保法规的进一步严格控制，提高换热单元本身结构的换热系数，是提高热交换器的整体换热性能，弥补替代制冷剂性能低下的必要手段。空调换热器(包括室内机冷凝器和室外机蒸发器)经穿片、胀接工艺后要进行整体弯曲加工。在传统的换热器弯曲工艺中，大多采用单层弯曲后组装的方法。但为了提高加工效率，目前一些先进工艺采取多层换热器一次弯曲成形的工艺，这样局部翅片与弯曲模具的接触应力较单层换热器弯曲成形大得多，造成了弯曲成形后，局部翅片易被压溃、管翅连接松动变形，这将影响了换热器的传热性能和可靠性。

目前空调用翅片为增加对流散热的效果，横截面设计为波纹状，垂向易产生失稳。换热器在弯曲时由于摩擦力的作用，使翅片受到横向载荷，不仅更加剧了失稳的发生，而且使翅片的失稳产生骨牌效应而迅速扩散。在这种情况下，换热器波纹翅片的垂向强度是影响换热器弯曲成形的一个关键指标。在换热器的整体弯曲加工过程中，弯曲的速度和翅片-模具间摩擦系数是弯曲成形的两个重要的工艺参数，对翅片的载荷尤其是横向载荷有重要影响。因此，模拟换热器整体弯曲加工工艺，测量在一定的横向载荷条件下翅片的垂向强度，是确定弯曲加工工艺中弯曲速度，翅片-模具摩擦系数等工艺参数的必要手段。不仅可以预知翅片压溃，减少试验费用，而且对于研究和改进换热器的整体弯曲加工模具的运动模式具有重要意义。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利授权公告号为CN1945267，名称为：一种力学试验机。该设备包括液压缸、内活塞、控制液压缸内活塞运动的电动机、放置试件的上固定座和底座；力学实验机的液压缸通过其上、下部分分别连接的液压传动管控制第一液压缸和第二液压缸的运动，并且可通过压力传感器将压力数值实时反馈至控制模块，控制模块再根据此反馈的压力数值调整电动机的转动方向及角度，以实现对试件上作用力的精确控制。同时，对试件进行拉、压、弯、扭等参数进行测量的力学实验机主体部分与液压缸通过液压传动管软连接，可自由移动。其不足之处在于：无法实现侧向摩擦力加载，模拟换热器弯曲加工条件；液压系统体积大，可能出现泄漏，两液压缸不同步运动等因素，影响运动平稳性和测量精确性；设备复杂，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术无法有效的进行横向加载下管翅式换热器波纹翅片垂向强度的测量的问题，提供一种横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，使其利用先进的高精度三相动力仪模拟翅片弯曲成形时的下压条件及摩擦条件，可以精确控制下压力，并可以实时观测变化结果的换热器横向加载条件下翅片垂向强度的测量方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：3轴数控铣床刀柄、试件固定盒、模具或塑料隔膜、模具固定台、3相动力仪压电传感器平台、数控铣床工作台、电荷放大器以及配有A/D采集卡的计算机。3相动力仪压电传感器平台固定在数控铣床工作台上，通过信号线连接电荷放大器和配有A/D采集卡的计算机。模具或塑料隔膜固定在模具固定台上，模具固定台固定在3相动力仪压电传感器平台上，保证好摩擦工作面板固定台的水平度。试件固定盒紧固在3轴数控铣床刀柄上，并将3轴数控机床刀柄的旋转自由度锁定。

所述3轴数控铣床刀柄控制试件固定盒的运动。

所述试件固定盒是一个带柱状柄的槽形件，通过柄与轴数控铣床刀柄进行连接，槽两侧各开有一个比试件铜管直径稍宽的槽。

所述模具，是一个与弯曲模具材质相同的方薄件。

所述模具固定台，其结构为带有螺纹孔的矩形块，通过螺纹连接固定模具或塑料隔膜。

所述3相动力仪压电传感器平台是长宽比模具固定台长宽稍大的矩形块，其内部装有压电传感器，实时感应试件所受正压力和摩擦力的作用，并在配有A/D采集卡的计算机实时显示出来。

所述电荷放大器，把压电片产生的电荷信号转变为电压信号，并输出到配有A/D采集卡的计算机。

实验时，将制成的换热器试件，放在模具或塑料隔膜上；将试件固定盒通过数控机床的刀柄连接在数控机床主轴上，利用数控机床主轴控制固定盒下降，使待测试件固定在试件固定盒内，确保换热器下表面与模具或塑料隔膜完全紧密接触。在测量时，机床控制试件以一定的速度的下压，并模拟换热器弯曲时的横向载荷，使机床主轴沿模具以一定的速度运动，直到翅片产生压溃，用3相动力仪的压电传感原理，通过A/D采集计算机以及相应数据采集的程序，实时获得正压力，并实时计算出翅片的垂向强度。这个装置可以通过改变横向速度载荷的大小来模拟换热器弯曲加工时的速度，同时还可以通过改变模具表面的润滑状态或将模具换成塑料隔膜来模拟弯曲加工过程中的换热器翅片侧面与模具之间的各种摩擦状态，可以实现对弯曲成形过程摩擦条件的模拟。此外，该装置在测得横向加载下翅片的垂向强度的同时，还可以通过3相动力仪的压电传感测得翅片侧面与模具表面的摩擦力，加上所测正压力，即可实时计算出弯曲条件下翅片侧面与模具表面各种摩擦状态的动摩擦系数。

与现有技术相比，本发明弥补了现有强度测量方法及装置无法有效测量在换热器弯曲加工过程中波纹翅片的垂向强度。通过模拟换热器弯曲加工中不同弯曲速度和摩擦状态，可以测量出换热器波纹翅片在不同条件横向加载(弯曲过程中)下的垂向强度，找出其中最好的加工状态，使翅片在弯曲过程中的垂向强度最大，来有效减少换热器整体弯曲加工中的翅片压溃现象，提高弯曲加工的效果。以中央空调室外机换热器整体弯曲工艺为例：为防止翅片压溃，国内企业目前需要两道工序，首先弯曲单层散热器，然后再进行叠加组装。采用本发明测量后，根据测量结果对模具的侧向运动关系和运动速度进行调整，可以采用两层或三层换热器一次弯曲成形。该工艺在保证翅片成形质量的前提下，减少了工件装夹和成形加工时间，使空调换热器加工时间提高加工效率提高2倍以上。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：3轴数控铣床刀柄1、试件固定盒2、模具或塑料隔膜4、模具固定台5、3相动力仪压电传感器平台6、数控铣床工作台7、电荷放大器8以及配有A/D采集卡的计算机9。3相动力仪压电传感器平台6通过螺栓连接固定在数控铣床工作台7上，并通过信号线连接电荷放大器8，电荷放大器8连接到配有A/D采集卡的计算机9。模具或塑料隔膜4以螺钉连接固定在模具固定台5上，模具固定台5以螺钉固定在3相动力仪压电传感器平台6上，保证好摩擦工作面板固定台的水平度。试件固定盒2紧固在3轴数控铣床刀柄1上，并将3轴数控机床刀柄的旋转自由度锁定。

所述3轴数控铣床刀柄1其功能主要是连接固定试件固定盒2，并控制试件固定盒的运动。

所述试件固定盒2是一个带柱状柄的槽形件，通过柄与3轴数控铣床刀柄1进行连接，槽两侧各开有一个比试件铜管直径稍宽的槽，使换热器在运动时不会在与运动方向垂直的方向上窜动，其功能组主要是按照换热器弯曲时的状态固定换热器试件。

所述模具4，是一个与弯曲模具材质相同的方薄件，其功能为测试提供换热器弯曲是的摩擦状态。

所述模具固定台5，其结构为带有螺纹孔的矩形块，其功能主要是通过螺纹连接固定模具或塑料隔膜4。

所述3相动力仪压电传感器平台6是长宽比模具固定台5长宽稍大的矩形块，其内部装有压电传感器，实时感应试件所受正压力和摩擦力的作用，并在配有A/D采集卡的计算机9实时显示出来。

所述数控铣床工作台7，为普通的机床工作台，其功能主要是为测试试验提供工作台。

所述电荷放大器8，其功能是把压电片产生的电荷信号转变为电压信号，并输出到配有A/D采集卡的计算机9。

测量前，利用砝码对3相动力仪进行校准，预先按照试验要求准备好试件。测量时，将模具或塑料隔膜4用螺钉固定在模具固定台5上。将试件放于模具或塑料隔膜4表面上，操作数控机床，使3轴数控铣床刀柄1下降从而可知试件固定盒下降，将试件固定于试件固定盒2内，并下压试件使试件下表面与模具或塑料隔膜4表面紧密接触。启动A/D采集卡的计算机9，实时显示3相动力仪压电传感器平台6输出的试件受力大小，微调试件固定盒2下降高度，使正压力达到预先设定的水平，记录试件固定盒2的高度，按照此高度对数控机床进行设定。预先按照模具或塑料隔膜4与换热器的摩擦状态设置好摩擦条件，然后控制机床沿模具的方向以一定的速度载荷带动试件在模具或塑料隔膜4上做相对运动，同时控制试件固定盒2的下压量，使之慢慢下压，直到压溃为止，A/D采集卡可以实时记录下压过程中正压力和摩擦力的变化，并实时计算出翅片在该横向加载条件下的垂向强度和动摩擦系数。通过改变试件与模具或塑料隔膜4的相对运动速度以及它们之间的摩擦状态来模拟不同的弯曲条件进行测试，不断获得不同弯曲条件下的翅片垂向强度。

本实施例在测量中，基于材料抗压强度的测试原理以及摩擦系数μ＝N/f(N为正压力，f为摩擦力)的基本原理，通过改变机床主轴的运动速度和各接触表面的摩擦状态来模拟换热器弯曲加工条件，并采用3相动力仪实现正压力及摩擦力的测量从而根据上述原理得出换热器弯曲加工时的正压力、翅片垂向强度、摩擦力和摩擦系数。动力仪基于压电晶体的压电效应，能将正向压力与摩擦力等力信号转化成电信号，灵敏度和分辨率高、动态响应频带宽，动态误差小。动力仪产生的电信号由高速采集卡采集，经由程序校正滤波后显示出正压力、翅片垂向强度、摩擦力以及正压力与摩擦力的比值：摩擦系数。

本实施例能模拟换热器弯曲时的各种速度载荷及各接触表面的各种摩擦状态；正压力可以实时连续地增减，可以模拟不同弯曲力矩下的测量；可以实时获得正压力和摩擦力，并实时计算出换热器与模具的摩擦系数，结果稳定且不会引起摩擦表面的温升。

Claims (8)

1、一种横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征在于，包括：3轴数控铣床刀柄(1)、试件固定盒(2)、模具(4)、模具固定台(5)、3相动力仪压电传感器平台(6)、数控铣床工作台(7)、电荷放大器(8)以及配有A/D采集卡的计算机(9)，其中：3相动力仪压电传感器平台(6)通过固定在数控铣床工作台(7)上，并通过信号线连接电荷放大器(8)，电荷放大器(8)连接到配有A/D采集卡的计算机(9)，模具(4)固定在模具固定台(5)上，模具固定台(5)固定在3相动力仪压电传感器平台(6)上，试件固定盒(2)紧固在3轴数控铣床刀柄(1)上，并将3轴数控机床刀柄(1)的旋转自由度锁定。

2、根据权利要求1所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述试件固定盒(2)是一个带柱状柄的槽形件，通过柄与3轴数控铣床刀柄(1)进行连接。

3、根据权利要求2所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述槽形件，其槽两侧各有一个比试件铜管直径宽的槽。

4、根据权利要求1所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述模具(4)是一个与弯曲模具材质相同的方薄件。

5、根据权利要求1所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述模具固定台(5)为带有螺纹孔的矩形块，通过螺纹连接固定模具(4)。

6、根据权利要求1所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述3相动力仪压电传感器平台(6)，是长宽比模具固定台(5)长宽大的矩形块。

7、根据权利要求1或6所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述3相动力仪压电传感器平台(6)，其内部装有压电传感器，实时感应试件所受正压力和摩擦力，并在配有A/D采集卡的计算机(9)实时显示出来。

8、根据权利要求1所述的横向加载下换热器波纹翅片垂向强度的测量装置，其特征是，所述电荷放大器(8)，把压电片产生的电荷信号转变为电压信号，并输出到配有A/D采集卡的计算机(9)。

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