CN103921217B - 磨粒流加工的在线温度修正补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磨粒流加工的在线温度修正补偿方法，将被加工件置于两个磨料缸之间，两个所述磨料缸和被加工件均置于同一冷凝箱之中，对被加工件进行实时温度测量，并把测量得到的被加工件温度信号输送给温度补偿装置，由温度补偿装置将该温度信号与设定的工作温度区间进行比较，判断该温度信号是否在设定的工作温度区间之内，进而由所述温度补偿装置根据判断结果，对冷凝箱的温度进行补偿控制。本发明将非直线管通道磨粒流加工过程中的温度控制在适当范围内，以满足非直线管零件通道磨粒流加工的需求。

Description

磨粒流加工的在线温度修正补偿方法

技术领域

本发明涉及多场耦合非直线管磨粒流加工技术领域，尤其涉及一种磨粒流加工的在线温度修正补偿方法。

背景技术

非直线管广泛应用于军事和民用领域，其内部通道表面质量的优劣往往决定部件或机器整体的使用性能。

在固-液两相流中，固体和液体之间存在相互作用，固体颗粒在流体的作用下发生运动，由于流体相的驱动作用，磨粒与磨粒之间、磨粒与零件表面之间产生相互碰撞，从而壁面不断受到冲击力和摩擦力而发生磨损，此磨损即为磨粒对被加工表面的切削效果。处于流场中的磨粒在某些力的综合作用下，呈现出无规则复杂的运动状态。磨粒流加工中工件和磨料介质之间的相互作用会产生热量，这就导致磨料介质温度升高。这又会引起磨料介质的粘弹性的变化，进而磨料介质的运动特性也会受到影响，对工件和磨料介质的生热及传热的影响也会产生。磨粒与零件表面、磨粒与流体及流体与零件表面相互作用就形成了多物理耦合场，对相间耦合作用基本规律的掌握在磨粒流加工的研究中不可忽视。

当初始温度较低时，磨粒流加工速度的增加幅度较大，此时磨粒流的加工效率较高。当初始温度升高到一定值后，由于系统本身的散热能力和磨粒流介质的粘度降低等问题，非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量会随之下降。

发明内容

为了能够最大限度地保证非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，本发明提供了一种磨粒流加工的在线温度修正补偿方法，将非直线管通道磨粒流加工的温度控制在适当范围内，以满足非直线管零件通道磨粒流加工的需求。

本发明提供的磨粒流加工的在线温度修正补偿方法，将被加工件置于两个磨料缸之间，两个所述磨料缸和被加工件均置于同一冷凝箱之中，对被加工件进行实时温度测量，并把测量得到的被加工件温度信号输送给温度补偿装置，由温度补偿装置将该温度信号与设定的工作温度区间进行比较，判断该温度信号是否在设定的工作温度区间之内，进而由所述温度补偿装置根据判断结果，对冷凝箱的温度进行补偿控制，即当被加工件温度信号低于设定的工作温度区间的下限时，进行升温补偿；当被加工件温度信号高于工作温度区间的上限时，进行冷凝补偿，保证冷凝箱内部的温度在恒定的区间之内；

所述温度补偿装置同时根据判断结果，控制流量控制装置，由流量控制装置控制液压站上安装的比例伺服阀，实现对两个液压缸内液压油的流速及流量的控制，以期获得理想的加工效率与加工精度。

设定的工作温度区间是290K-310K。

两个所述液压缸分别为液压缸A和液压缸B，所述液压缸B与液压站的液压油入口连接，所述液压缸A与液压站的液压油出口连接。

两个所述磨料缸分别为磨料缸A和磨料缸B，其中所述磨料缸A与所述液压缸A连接，所述磨料缸B与液压缸B连接。

首先利用液压站驱动液压缸A，通过液压缸A的活塞推动磨料缸A的活塞运动，进而使得磨料缸A中的固-液两相磨粒流经由被加工非直线管通道流进磨料缸B中，这部分磨粒流对磨料缸B的活塞产生推动作用，进而又推动液压缸B的活塞将液压缸B中液压油送回到液压站形成一次加工过程。

然后，通过电气控制，将上述过程再反向执行一次，这就形成了一个磨粒流加工回路。

在非直线管通道磨粒流加工过程中，磨粒流中的固体颗粒之间的碰撞、磨粒与被加工件壁面的摩擦碰撞及磨粒与磨粒流介质的相互作用等都会有热量的产生，这将导致磨粒流介质的粘度、密度等物性参数发生变化，最终会影响非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，因此我们利用温度传感器对被加工件通道内磨粒流的温度进行实时测量。

在290K-310K温度范围内磨粒流加工速度的增加量比较大，随着温度的继续升高，速度的增加量在减小。

当所测温度值在290K-310K范围内时，冷凝箱不工作，根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系，通过温度补偿装置来实时计算当前的最佳加工速度，进而通过流量控制装置实时控制液压站泵的流量输出来实时调整通道内的磨粒流流速，从而提高当前非直线管通道磨粒流加工的的效率和表面质量。

当所测量的磨粒流介质温度超过一定值时，磨粒流介质粘度的下降会影响非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，此时在根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系对通道内磨粒流流速进行调控的同时，还需通过温度补偿装置启动冷凝箱，以对冷凝箱内磨料缸、被加工件及连接管道中的磨粒流进行制冷降温，当温度下降至290K-310K范围内时，则通过控制装置停止冷凝箱的工作，自动进入磨粒流温度在290K-310K范围时的工作循环，从而提升非直线管通道磨粒流加工的工作效率。

冷凝箱制冷量的计算，根据平面热交换公式：

$Q_1=\frac{A\×{\mathrm{\ΔT}}^{\′}\×N}{\mathrm{\Δ}X}---\left(1\right)$

公式(1)中的参数如下：

Q₁表示交换热量，单位为W；A表示冷凝箱体的外表面积，单位为m²；ΔT′表示冷凝箱体的内外温度差，即通过传感器所测温度与冷凝箱预设温度(290K)的差值，单位用K；N表示冷凝箱隔热材料的热传导率，单位为W/(m·K)；ΔX表示所选隔热材料的厚度，单位为m。

在非直线管通道磨粒流加工过程中，通道内的磨粒流温度每时每刻都在发生变化，当通道内磨粒流实际温度超过310K时，我们就要通过控制装置进行制冷降温操作，在比较短的时间里将温度降至预设温度，此时就需要通过控制装置增加制冷功率Q₂，冷凝箱的体积用V′表示，冷凝箱内空气的比重用ρ_a表示(此时我们默认冷凝箱内只有空气成分)，冷凝箱内空气的比热C_a表示，所以需要通过控制装置提供的制冷功率Q₂为：

$Q_2=\frac{W_2}{t}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a\·V\·C_a\·{\mathrm{\ΔT}}^{\′}}{t}---\left(2\right)$

根据公式(1)和公式(2)可以看出，在非直线管通道磨粒流加工过程中，当通道内磨粒流介质温度超过310K时，我们需要通过控制装置提供的功率至少应等于Q₁+Q₂之和，才能在短时间内起到通道磨粒流加工的在线温度修正补偿功能，以提高非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的磨粒流加工系统示意图。

图2是非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供的磨粒流加工的在线温度修正补偿方法，将被加工件置于两个磨料缸之间，两个所述磨料缸和被加工件均置于同一冷凝箱之中，对被加工件进行实时温度测量，并把测量得到的被加工件温度信号输送给温度补偿装置，由温度补偿装置将该温度信号与设定的工作温度区间进行比较，判断该温度信号是否在设定的工作温度区间之内，进而由所述温度补偿装置根据判断结果，对冷凝箱的温度进行补偿控制，即当被加工件温度信号低于设定的工作温度区间的下限时，进行升温补偿；当被加工件温度信号高于工作温度区间的上限时，进行冷凝补偿，保证冷凝箱内部的温度在恒定的区间之内；

所述温度补偿装置同时根据判断结果，控制流量控制装置，由流量控制装置控制液压站上安装的比例伺服阀，实现对两个液压缸内液压油的流速及流量的控制，以期获得理想的加工效率与加工精度。

设定的工作温度区间是290K-310K。

两个所述液压缸分别为液压缸A和液压缸B，所述液压缸B与液压站的液压油入口连接，所述液压缸A与液压站的液压油出口连接。

两个所述磨料缸分别为磨料缸A和磨料缸B，其中所述磨料缸A与所述液压缸A连接，所述磨料缸B与液压缸B连接。

首先利用液压站驱动液压缸A，通过液压缸A的活塞推动磨料缸A的活塞运动，进而使得磨料缸A中的固-液两相磨粒流经由被加工非直线管通道流进磨料缸B中，这部分磨粒流对磨料缸B的活塞产生推动作用，进而又推动液压缸B的活塞将液压缸B中液压油送回到液压站形成一次加工过程。

然后，通过电气控制，将上述过程再反向执行一次，这就形成了一个磨粒流加工回路。

在非直线管通道磨粒流加工过程中，磨粒流中的固体颗粒之间的碰撞、磨粒与被加工件壁面的摩擦碰撞及磨粒与磨粒流介质的相互作用等都会有热量的产生，这将导致磨粒流介质的粘度、密度等物性参数发生变化，最终会影响非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，因此我们利用温度传感器对被加工件通道内磨粒流的温度进行实时测量。

在290K-310K温度范围内磨粒流加工速度的增加量比较大，随着温度的继续升高，速度的增加量在减小。

当所测温度值在290K-310K范围内时，冷凝箱不工作，根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系(如图2所示)，通过温度补偿系统来实时计算当前的最佳加工速度，进而通过流量控制装置实时控制液压站泵的流量输出来实时调整通道内的磨粒流流速，从而提高当前非直线管通道磨粒流加工的的效率和表面质量。

当所测量的磨粒流介质温度超过一定值时，磨粒流介质粘度的下降会影响非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，此时在根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系对通道内磨粒流流速进行调控的同时，还需通过控制装置启动冷凝箱，以对冷凝箱内磨料缸、被加工件及连接管道中的磨粒流进行制冷降温，当温度下降至290K-310K范围内时，则通过控制装置停止冷凝箱的工作，自动进入磨粒流温度在290K-310K范围时的工作循环，从而提升非直线管通道磨粒流加工的工作效率。

冷凝箱制冷量的计算，根据平面热交换公式：

$Q_1=\frac{A\×{\mathrm{\ΔT}}^{\′}\×N}{\mathrm{\Δ}X}---\left(1\right)$

公式(1)中的参数如下：

Q₁表示交换热量，单位为W；A表示冷凝箱体的外表面积，单位为m²；ΔT′表示冷凝箱体的内外温度差，即通过传感器所测温度与冷凝箱预设温度(290K)的差值，单位用K；N表示冷凝箱隔热材料的热传导率，单位为W/(m·K)；ΔX表示所选隔热材料的厚度，单位为m。

在非直线管通道磨粒流加工过程中，通道内的磨粒流温度每时每刻都在发生变化，当通道内磨粒流实际温度超过310K时，我们就要通过控制装置进行制冷降温操作，在比较短的时间里将温度降至预设温度，此时就需要通过控制装置增加制冷功率Q₂，冷凝箱的体积用V′表示，冷凝箱内空气的比重用ρ_a表示(此时我们默认冷凝箱内只有空气成分)，冷凝箱内空气的比热C_a表示，所以需要通过控制装置提供的制冷功率Q₂为：

$Q_2=\frac{W_2}{t}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a\·V\·C_a\·{\mathrm{\ΔT}}^{\′}}{t}---\left(2\right)$

根据公式(1)和公式(2)可以看出，在非直线管通道磨粒流加工过程中，当通道内磨粒流介质温度超过310K时，我们需要通过控制装置提供的功率至少应等于Q₁+Q₂之和，才能在短时间内起到通道磨粒流加工的在线温度修正补偿功能，以提高非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该项技术的人在本发明领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在以下本发明的申请专利范围中。

Claims (6)

1.磨粒流加工的在线温度修正补偿方法，将被加工件置于两个磨料缸之间，两个所述磨料缸和被加工件均置于同一冷凝箱之中，对被加工件进行实时温度测量，并把测量得到的被加工件温度信号输送给温度补偿装置，由温度补偿装置将该温度信号与设定的工作温度区间进行比较，判断该温度信号是否在设定的工作温度区间之内，进而由所述温度补偿装置根据判断结果，对冷凝箱的温度进行补偿控制，即当被加工件温度信号低于设定的工作温度区间的下限时，进行升温补偿；当被加工件温度信号高于工作温度区间的上限时，进行冷凝补偿，保证冷凝箱内部的温度在恒定的区间范围之内；

所述温度补偿装置同时根据判断结果，控制流量控制装置，由流量控制装置控制液压站上安装的比例伺服阀，实现对两个液压缸内液压油的流速及流量的控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设定的工作温度区间是290K-310K。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，两个所述液压缸分别为液压缸A和液压缸B，所述液压缸B与液压站的液压油入口连接，所述液压缸A与液压站的液压油出口连接。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，两个所述磨料缸分别为磨料缸A和磨料缸B，其中所述磨料缸A与所述液压缸A连接，所述磨料缸B与液压缸B连接。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所测温度值在290K-310K范围内时，冷凝箱不工作，根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系，通过温度补偿装置来实时计算当前的最佳加工速度，进而通过流量控制装置实时控制液压站泵的流量输出来实时调整通道内的磨粒流流速，从而提高当前非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所测量的磨粒流介质温度超过一定值时，磨粒流介质粘度的下降会影响非直线管通道磨粒流加工的效率和表面质量，此时在根据非直线管通道磨粒流加工的温度与速度的对应关系对通道内磨粒流流速进行调控的同时，还需通过温度补偿装置启动冷凝箱，以对冷凝箱内磨料缸、被加工件及连接管道中的磨粒流进行制冷降温，当温度下降至290K-310K范围内时，则通过控制装置停止冷凝箱的工作，自动进入磨粒流温度在290K-310K范围时的工作循环，从而提升非直线管通道磨粒流加工的工作效率。