CN105650959A - 一种液氮冷却装置及其装配方法 - Google Patents

一种液氮冷却装置及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液氮冷却装置及其装配方法，包括依次并列设置的液氮罐、冷冻箱及冷却水箱；所述液氮罐与冷冻箱之间依次设置低温截止阀、流量控制阀及紧急切断阀，冷冻箱上还设置一智能补液控制器及自动排气阀；所述冷冻箱与冷却水箱之间设置一循环泵。本发明的优点在于：液氮冷却装置在现有技术的结构上增设了冷却水箱，能够在冷冻箱刚开启时，不断循环通入冷却水，使装置冷却下来，防止一开始直接通入液氮，温度急剧下降，造成冷冻箱内胆损坏，保证了液氮冷却装置的使用寿命；同时针对行星轮销轴的直径及深冷处理箱内的温度对液氮的流量进行调节，有效控制温度下降的速率及最终行星轮销轴的收缩量，保证行星轮销轴的各力学性能良好。

Description

一种液氮冷却装置及其装配方法
技术领域
本发明涉及一种液氮冷却装置及其装配方法，属于机械装配制造领域。
背景技术
在对减速箱的零部件安装时，针对行星架上销轴的安装常采用以下两种方式进行装配：（1）电炉加热方式进行热装，齿轮实际加热温度控制在180℃以下，轴承加热温度控制在100℃以下，能够有效避免齿轮发黄，轴承发蓝事故。但由于各类型减速箱设计的过盈量配合尺寸不一，常规类都可以采用热套方式完成安装工艺要求，而对于大过盈量配合尺寸要求的装配工艺则难以实现，因此装配工人就采用组合安装法来实现工艺设计要求，但缺点明显：电炉热装和冰箱冷装耗时耗电，且时间长，还不能确保零件过盈配合尺寸的热涨要求，只能用干冰的冷冻特效加液压机械强行压入，造成大量的费时、费能和人员、物资、工时耗损；（2）专利号为201110182018.4的发明专利中，提到了一种大型工件过盈配合的冷却装置及其装配方法，所述管道上设置有液氮汽化装置，冷却箱内的冷却介质是液氮汽化后的低温气体，冷却箱的底部设置有放置被包容件的安装台，冷却箱内的液氮液面低于安装台的台面；同时在冷却装配过程中，需不断控制温度及冷却时间，整个过程耗时长，但是通过检测经液氮直接处理前后的工件的各机械性能和力学性能，其参数并无明显变化，因此上述发明的处理方法使工作效率急剧下降；本发明研制了一种装配效率高且节约资源的液氮冷却装置及其装配方法，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种装配效率高且节约资源的液氮冷却装置及其装配方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种液氮冷却装置，其创新点在于：包括依次并列设置的液氮罐、冷冻箱及冷却水箱；所述液氮罐与冷冻箱之间依次设置低温截止阀、流量控制阀及紧急切断阀，冷冻箱上还设置一智能补液控制器及自动排气阀，所述智能补液控制器与低温截止阀连接；所述冷冻箱与冷却水箱之间设置一循环泵。
进一步的，所述冷冻箱包括深冷处理箱、设置在深冷处理箱上端的密封盖及安装在深冷处理箱内壁上的冷却水管；所述深冷处理箱采用双层铝合金材料，中间设置一保温层；所述冷却水管呈S型环绕固定在深冷处理箱内壁上，冷却水管两端口通过导管与冷却水箱连接；所述密封盖下端设置一液压缸，所述液压缸设置在深冷处理箱内侧，上端具有一液压支撑杆，并与密封盖下端面连接。
进一步的，所述深冷处理箱内设置一温度监控器，外壁上安装一控制面板，所述控制面板分别与流量控制阀及温度监控器连接。
本发明基于一种液氮冷却装置，公开了一种液氮冷却装配方法，其创新点在于：所述装配方法具体如下：
（1）依次在结构呈柱形的行星轮销轴上端面焊接一吊杆，并将行星轮销轴表面清理干净；
（2）打开循环泵，将冷却水箱内的水沿冷却水管循环流动30～60min，然后将若干行星轮销轴通过专用吊具依次吊装放入深冷处理箱内，并依次打开流量控制阀和低温截止阀，将液氮罐内的液氮注入深冷处理箱内；
（3）观察控制面板上的温度值，当深冷处理箱内的温度下降至-196℃时，继续将行星轮销轴放置在深冷处理箱内冷却10～20min；
（4）通过专用吊具将行星轮销轴从深冷处理箱内取出，并移至行星轮内孔上方，然后将行星轮销轴放置在行星轮内孔中，并使行星轮销轴的下端面与行星轮下端面对齐；
（5）行星轮销轴4～5h后温度能够升至室温，此时将焊接在上端面的吊杆割除，并将上端面磨平。
进一步的，所述步骤（1）中所述的行星轮销轴沿径向的截面直径为150mm。
进一步的，所述步骤（2）中通过观察控制面板上显示的温度及流量调节流量控制阀，当深冷处理箱内的温度高于-60℃时，通过流量控制阀使液氮流量为30～80m3/h；当温度为-60～-120℃时，流量控制为80～170m3/h；当温度低于-120℃时，流量控制为170～280m3/h。
本发明的优点在于：
（1）液氮冷却装置在现有技术的结构上增设了冷却水箱，能够在冷冻箱刚开启时，不断循环通入冷却水，使装置冷却下来，防止一开始直接通入液氮，温度急剧下降，造成冷冻箱内胆损坏，保证了液氮冷却装置的使用寿命。
（2）液氮冷却装置采用智能补液控制器对深冷处理箱进行自动补液；密封盖采用液压支撑杆设计，开盖方便；利用温度监控器探测深冷处理箱内的温度，并实时对其进行液氮流量的调节，工作效率显著提高。
（3）液氮冷却装配方法通过液氮对行星轮销轴进行冷却收缩，能够使直径为150mm的行星轮销轴的直径收缩0.3mm，该冷冻方法不会对结构本体内部组织及力学性能产生影响，可满足产品部装要求，效率较高；同时保证工件尺寸的稳定性、节省了作业的时间和进度、节约成本。
（4）针对行星轮销轴的直径及深冷处理箱内的温度对液氮的流量进行调节，有效控制温度下降的速率及最终行星轮销轴的收缩量，保证行星轮销轴的各力学性能良好。
附图说明
图1为本发明一种液氮冷却装置的工作原理图。
图2为本发明一种液氮冷却装置的冷冻箱的结构示意图。
图3为本发明一种液氮冷却装置的冷冻箱的侧视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种液氮冷却装置，包括依次并列设置的液氮罐1、冷冻箱2及冷却水箱3。
其中，液氮罐1与冷冻箱2之间依次设置低温截止阀4、流量控制阀5及紧急切断阀6，冷冻箱2上还设置一智能补液控制器7及自动排气阀11，智能补液控制器7与低温截止阀4连接；冷冻箱2与冷却水箱3之间设置一循环泵10。
冷冻箱2包括深冷处理箱12、设置在深冷处理箱12上端的密封盖13及安装在深冷处理箱12内壁上的冷却水管18；深冷处理箱12采用双层铝合金材料16，中间设置一保温层17，内部设置一温度监控器8，外壁上安装一控制面板9，该控制面板9分别与流量控制阀5及温度监控器8连接；冷却水管18呈S型环绕固定在深冷处理箱12内壁上，两端口通过导管与冷却水箱3连接；密封盖13下端设置一液压缸14，该液压缸14设置在深冷处理箱12内侧，上端具有一液压支撑杆15，并与密封盖13下端面连接。
实施例1
本发明还公开了一种液氮冷却装配方法，该装配方法具体如下：
（1）依次在结构呈柱形且沿径向截面直径为150mm的行星轮销轴上端面焊接一吊杆，并将行星轮销轴表面清理干净；
（2）打开循环泵10，将冷却水箱3内的水沿冷却水管18循环流动30～60min，然后将若干行星轮销轴通过专用吊具依次吊装放入深冷处理箱12内，并依次打开流量控制阀5和低温截止阀4，将液氮罐1内的液氮注入深冷处理箱12内，当深冷处理箱12内的温度高于-60℃时，通过流量控制阀5使液氮流量为15～30m3/h；当温度为-60～-120℃时，流量控制为30～80m3/h；当温度低于-120℃时，流量控制为80～170m3/h；
（3）观察控制面板9上的温度值，当深冷处理箱12内的温度下降至-196℃时，继续将行星轮销轴放置在深冷处理箱12内冷却10～20min；
（4）通过专用吊具将行星轮销轴从深冷处理箱12内取出，并移至行星轮内孔上方，然后将行星轮销轴放置在行星轮内孔中，并使行星轮销轴的下端面与行星轮下端面对齐；
（5）行星轮销轴4～5h后温度能够升至室温，此时将焊接在上端面的吊杆割除，并将上端面磨平。
下表为冷冻前随机选择的行星轮销轴经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
下表为上述行星轮销轴冷冻后经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
由上表可知：针对直径为150mm的行星轮销轴，当液氮流量控制在15～170m3/h时，行星轮销轴的伸长率和收缩率明显下降，使得对装配效率较高的工件装配效率下降。
实施例2
本实施例与实施例1的唯一不同点在于步骤（2）中通过观察控制面板9上显示的温度及流量调节流量控制阀5，当深冷处理箱12内的温度高于-60℃时，通过流量控制阀5使液氮流量为30～80m3/h；当温度为-60～-120℃时，流量控制为80～170m3/h；当温度低于-120℃时，流量控制为170～280m3/h。
下表为冷冻前随机选择的行星轮销轴经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
下表为上述行星轮销轴冷冻后经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
由上表可知：针对直径为150mm的行星轮销轴，当液氮流量控制为30～280m3/h时，行星轮销轴的各力学性能参数没有显著变化。
实施例3
本实施例与实施例1的唯一不同点在于步骤（2）中通过观察控制面板9上显示的温度及流量调节流量控制阀5，当深冷处理箱内的温度高于-60℃时，通过流量控制阀5使液氮流量为80～170m3/h；当温度为-60～-120℃时，流量控制为170～280m3/h；当温度低于-120℃时，流量控制为280～360m3/h。
下表下表为冷冻前随机选择的行星轮销轴经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
下表为上述行星轮销轴冷冻后经过拉伸试验和冲击试验测得的各参数值：
由上表可知：针对直径为150mm的行星轮销轴，当液氮流量控制为80～360m3/h时，行星轮销轴的各力学性能参数有所下降，其力学性能也会下降。
根据上述实施例，实施例2中冷冻后的行星轮销轴的力学参数较冷冻前的力学参数无显著变化，因此控制液氮的流量为30～280m3/h。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种液氮冷却装置，其特征在于：包括依次并列设置的液氮罐、冷冻箱及冷却水箱；所述液氮罐与冷冻箱之间依次设置低温截止阀、流量控制阀及紧急切断阀，冷冻箱上还设置一智能补液控制器及自动排气阀，所述智能补液控制器与低温截止阀连接；所述冷冻箱与冷却水箱之间设置一循环泵。
2.根据权利要求1所述的一种液氮冷却装置，其特征在于：所述冷冻箱包括深冷处理箱、设置在深冷处理箱上端的密封盖及安装在深冷处理箱内壁上的冷却水管；所述深冷处理箱采用双层铝合金材料，中间设置一保温层；所述冷却水管呈S型环绕固定在深冷处理箱内壁上，冷却水管两端口通过导管与冷却水箱连接；所述密封盖下端设置一液压缸，所述液压缸设置在深冷处理箱内侧，上端具有一液压支撑杆，并与密封盖下端面连接。
3.根据权利要求2所述的一种液氮冷却装置，其特征在于：所述深冷处理箱内设置一温度监控器，外壁上安装一控制面板，所述控制面板分别与流量控制阀及温度监控器连接。
4.一种基于权利要求1所述的一种液氮冷却装配方法，其特征在于：所述装配方法具体如下：
（1）依次在结构呈柱形的行星轮销轴上端面焊接一吊杆，并将行星轮销轴表面清理干净；
（2）打开循环泵，将冷却水箱内的水沿冷却水管循环流动30～60min，然后将若干行星轮销轴通过专用吊具依次吊装放入深冷处理箱内，并依次打开流量控制阀和低温截止阀，将液氮罐内的液氮注入深冷处理箱内；
（3）观察控制面板上的温度值，当深冷处理箱内的温度下降至-196℃时，继续将行星轮销轴放置在深冷处理箱内冷却10～20min；
（4）通过专用吊具将行星轮销轴从深冷处理箱内取出，并移至行星轮内孔上方，然后将行星轮销轴放置在行星轮内孔中，并使行星轮销轴的下端面与行星轮下端面对齐；
（5）行星轮销轴4～5h后温度能够升至室温，此时将焊接在上端面的吊杆割除，并将上端面磨平。
5.根据权利要求4所述的一种液氮冷却装配方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述的行星轮销轴沿径向的截面直径为150mm。
6.根据权利要求4所述的一种液氮冷却装配方法，其特征在于：所述步骤（2）中通过观察控制面板上显示的温度及流量调节流量控制阀，当深冷处理箱内的温度高于-60℃时，通过流量控制阀使液氮流量为30～80m3/h；当温度为-60～-120℃时，流量控制为80～170m3/h；当温度低于-120℃时，流量控制为170～280m3/h。
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