CN106246611B - 一种适合低温条件下使用的空气放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合低温条件下使用的空气放大器，包括：进气管(1)、压缩空气喷口(4)、压缩空气进气口(5)、外套(7)、出气管(10)、环形通气通道(12)、弹性膜片(13)、出气口(15)、进气口(24)，通孔(25)，该空气放大器硬件成本极低，只需要在控制器中增加电压采集电路即可。其余工作都通过编码以软件方式完成。同时该空气放大器可适用于多种构型的液压制动系统，对于不同构型的制动系统只需简单修改估算算法以及标定相应的硬件参数即可，可扩展性强。

Description

一种适合低温条件下使用的空气放大器
技术领域
本发明涉及冷却装置领域，尤其涉及一种适合低温条件下使用的空气放大器。
背景技术
汽车新产品开发过程中，需要对整车进行高低温环境下的振动耐久试验验证，该试验有两方面的要求，一方面是环境要求，包括温度要求，湿度要求，最高温度可达到49℃，最低温可达到-29℃；另一方面，振动要求，汽车要在振动台上持续不断的振动，除去中间的检查时间或维修时间，试验一般持续运行到试验结束。
汽车在道路上行驶时或在试验场进行试验时，由于有迎面风可以对减振器进行冷却，所以一般不会出现减振器超温损坏的问题。由于是在台架上做振动试验，汽车减振器一直处于工作状态，试验室内没有迎面风，如果不增加额外的冷却装置，汽车减振器很快就会超温损坏。因此，一般会使用空气放大器对减振器进行冷却。
空气放大器是一种广泛应用于工业领域的冷却装置，利用附壁效应(CoandaEffects),将小流量高压压缩空气转换成低压大流量气流，流量可达到压缩空气流量的50倍。在进行汽车整车台架振动疲劳试验时，可采用空气放大器对汽车减振器进行冷却，保证减振器在试验过程中不会因为温度过高而损坏。然而有些试验工况要求试验环境温度低于0℃(例如-20℃)，此时空气放大器上压缩空气喷口处凝结的水容易结冰，堵塞喷口，从而导致空气放大器效能降低甚至完全失效。
发明内容
本发明的目的是针对空气放大器在低温环境下使用时压缩空气喷口结冰堵塞的问题，将喷口处的结构设计为弹性膜片。当喷口被冰块堵塞时，环形通气通道12内气压升高，弹性膜片在气体压力作用下发生变形，膜片端部带动冰块脱落；冰块脱落后喷口不堵塞，环形通气通道12内压力下降，弹性膜片恢复到原来的工作位置。
本发明的技术方案是提供了一种适合低温条件下使用的空气放大器，包括：进气管、压缩空气喷口、压缩空气进气口、外套、出气管、环形通气通道、弹性膜片、出气口、进气口，通孔，其特征在于：
进气管通过进气管与外套连接螺纹与外套相连；外套具有前后贯穿的通孔，外套的中部设有压缩空气进气口，该压缩空气进气口与外部压缩空气管道连接，并向空气放大器提供压缩空气；
空气放大器的出气管端部安装有四片弹性膜片，弹性膜片在圆周方向均布；弹性膜片在外套内部沿轴向延伸，外套通孔内壁与弹性膜片配合，形成环形通气通道，环形通气通道与压缩空气进气口连通。
弹性膜片的端部与外套的端部之间的间隙，形成压缩空气喷口，压缩空气喷口为环形的喷口，环形通气通道中的压缩空气即通过压缩空气喷口喷出；压缩空气从压缩空气喷口喷出后，在附壁效应作用下，空气从进气口进入空气放大器，并从出气口流出；
在压缩空气压力作用下，弹性膜片能够发生弹性变形。
进一步地，本发明还提供了一种适合低温条件下使用的空气放大器的工作方法，其具体包括一下步骤：
步骤1、将空气放大器安装或固定在被冷却物体附件，出风口对准被冷却物体，将外部压缩空气管接入压缩空气进气口，将热电偶贴于被冷却的物体上，用于检测被冷却物体的温度；将控制器电源插头插入外部插座，启动控制器；
步骤2、设定被冷却物体的上限温度Tu。
步骤3、根据被冷却物体的温度情况，设定流量控制的阀门的调节的比例增益系数P，微分增益系数D，并控制流量控制的阀门的开度；
步骤4、当被冷却物体处于实际工作状态时，将空气放大器的压缩空气气源打开，对被冷却物体进行冷却；根据一段时间的实际冷却效果，对比例增益系数P，微分增益系数D进行调整，直到这两个参数调到合适为止；
步骤5、加热电阻丝线路的通断由温控开关控制。当压缩空气喷口处的温度低于0℃时，温控开关闭合，加热电阻丝3与外部电源连通并开始加热，同时，控制器将流量控制阀门全闭，没有气流流过压缩空气喷口，使得电阻丝将所有结冰融化；
步骤6、当压缩空气喷口(4)处的温度高于5℃时，温控开关(22)断开，加热电阻丝(3)与外部电源断开停止加热，控制器(20)根据当前实时温度状态控制流量控制阀门的开度。
有益效果：
(1)能够解决空气放大器在低温(低于0℃)条件下使用时，压缩空气喷口结冰、堵塞的问题。
(1)硬件成本极低，只需要在控制器中增加电压采集电路即可。其余工作都通过编码以软件方式完成。
(2)可适用于多种构型的液压制动系统，对于不同构型的制动系统只需简单修改估算算法以及标定相应的硬件参数即可，可扩展性强。
(3)算法的不确定性低，准确性高，可在一定程度上代替轮缸压力传感器，为控制系统提供可靠的反馈信息，在此基础上可以较容易地实现轮缸压力的准确控制。
(4)本发明可广泛应用于基于液压制动系统的汽车底盘电子控制系统。
附图说明
图1为空气放大器结构示意图；
图2为膜片搭接示意图；
图3为膜片工作位置示意图；
图4为膜片搭接局部放大示意图；
图5为阀门及点击安装示意图；
其中：1-进气管、2-进气管与外套连接螺纹、3-加热电阻丝、4-压缩空气喷口、5-压缩空气进气口、6-阀门、7-外套、、8-出气管连接螺纹、9-固定螺母、10-出气管、11-膜片固定螺栓、12-环形通气通道、13-弹性膜片、14-阀门电机电缆、15-出气口、16-热电偶、17-热电偶线缆、18-插头、19-线缆、20-控制器、21-温控开关线缆、22-温控开关、23-线缆凹槽、24-进气口，25-通孔、26-阀门连接杆、27-电机固定螺栓，28-电机。
具体实施方式
以下将结合附图1-5对本发明的技术方案进行详细说明。
在本申请的描述中，“多个”的含义是指两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请文件中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，该实施例中提供了一种适合低温条件下使用的空气放大器，包括：进气管1、进气管与外套连接螺纹2、加热电阻丝3、压缩空气喷口4、压缩空气进气口5、阀门6、外套7、外套与出气管连接螺纹8、固定螺母9、出气管10、膜片固定螺栓11、环形通气通道12、弹性膜片13、阀门电机线缆14、出气口15、热电偶16、热电偶线缆17、插头18、线缆19、控制器20、温控开关线缆21、温控开关22、线缆凹槽23、进气口24，通孔25、阀门连接杆26、固定螺栓27，电机28。
其中，外套7具有前后贯穿的通孔25，外套7的中部有压缩空气进气口5，该进气口与外部压缩空气管道连接，可向空气放大器提供压缩空气。
如图2所示，出气管10端部安装有4片弹性膜片13，弹性膜片13在圆周方向均布。弹性膜片13在外套7内部沿轴向延伸，外套7通孔内壁与弹性膜片13配合，形成环形通气通道12，环形通气通道12与压缩空气进气口5连通。
弹性膜片13的端部与外套7的端部保持1-2mm的间隙，形成压缩空气喷口4，压缩空气喷口4为环形的喷口，环形通气通道12中的压缩空气即通过压缩空气喷口4喷出。压缩空气喷口4的尺寸可通过调整出气管10与外套7的轴向位置进行调节，即通过调节出气管10与外套7之间的螺纹进行调整，调整到合适位置后，将固定螺母9拧紧。压缩空气从压缩空气喷口4喷出后，通过附壁效应(Coanda Effect)吸入大量的空气从进气口24进入空气放大器，并从出气口15流出。
在压缩空气压力作用下，弹性膜片13会发生弹性变形，弹性膜片13在不同压力下的工作位置如图3所示。
压缩空气进气口没有接入压缩空气时，膜片处于原始位置a；压缩空气进气口接入压缩空气时，膜片处于工作位置b；如果在低温环境下使用，喷口处结冰堵塞喷口后，环形通气管12内气压升高，弹性膜片会发生进一步的弹性变形，变形到位置c，膜片在从位置b变形到位置c时，会带动喷口的结冰一起运动，使得冰块脱落。
外套7靠近压缩空气喷口4的位置处开设一环形凹槽，凹槽内布置加热电阻丝3，通过加热电阻丝3可对压缩空气喷口4附近的局部结构进行加热，从而保证在低温状态下(环境温度低于0℃)使用空气放大器时，压缩空气喷口4不会因结冰而堵塞。
外套7靠近压缩空气喷口4处布置一个温控开关22。加热电阻丝3、温控开关22通过温控开关线缆21连接到控制器20。
外套7与进气管1配合端面处开设线缆凹槽，用于布置温控开关线缆。实际使用时，只要压缩空气喷口处有结冰，必然导致环形通道内的压力变化，弹性膜片13随之产生变形，弹性膜片13端部不会长时间停留在一个位置，因此能够有效防止冰块把整个喷口堵塞。
如图4所示，考虑到弹性膜片13之间要能够有效密封，将弹性膜片13侧边设计为搭接结构。
如图5所示，压缩空气进气管5内安装一流量控制阀门6，阀门6的阀门连接杆26与阀门电机28连接，阀门电机28通过固定螺栓27固定在外套7上。阀门电机28通过线缆19与控制器20连接，并接收控制器20的指令调节阀门开度。当阀门6表面与压缩空气进气口5的轴线平行时，阀门全开；当阀门6表面与压缩空气进气口5的轴线垂直时，阀门全闭。通过调整阀门6开度可以调整进入放大器的压缩空气的流量，从而改变空气放大器总的空气流量，改变冷却效果。
本发明还提供了一种适合低温环境下使用的空气放大器的工作方法，其具体包括一下步骤：
步骤1、将空气放大器安装或固定在被冷却物体附件，出风口对准被冷却物体，将外部压缩空气管接入压缩空气进气口5，将热电偶16贴于被冷却的物体上，用于检测被冷却物体的温度。将控制器电源插头18插入外部插座，启动控制器20。
步骤2、设定被冷却物体的上限温度Tu。
步骤3、根据被冷却物体的温度情况，设定流量控制阀门6的调节的比例增益系数P，微分增益系数D。流量控制阀门的开度
式中，θ为流量控制阀门的开度，θ的范围为0～1，当θ＝0时，流量控制阀门全闭，当θ＝1时，流量控制阀门全开；Tu为被冷却物体的上限温度，Tc为被冷却物体的当前实时温度；为实时温度的变化率；P为比例增益系数，D为微分增益系数。
当被冷却物体的当前实时温度Tc≥Tu时，流量控制阀门全开。当被冷却物体的当前实时温度Tc＜Tu时，流量控制阀门的开度等于上述第一行公式的计算值。表示了当前实时温度Tc与上限温度Tu的接近程度，越接近该表达式的值越接近于1，该表达式的值乘以比例增益系数P得到一项流量控制阀门开度值。表示当前实时温度的变化率，该表达式的值乘以微分增益系数得到另一项流量控制阀门开度值，当前实时温度的变换速度越快，阀门开度调整量也越大。上述两项开度值的和即为最终阀门开度值，如果计算得到的最终阀门开度值大于1，则开度值取1。
步骤4、当被冷却物体处于实际工作状态时，将空气放大器的压缩空气气源打开，对被冷却物体进行冷却；根据一段时间的实际冷却效果，对比例增益系数P，微分增益系数D进行调整，直到这两个参数调到合适为止。
步骤5、加热电阻丝线路的通断由温控开关22控制。当压缩空气喷口4处的温度低于0℃时，温控开关22闭合，加热电阻丝3与外部电源连通并开始加热，同时，控制器20将流量控制阀门6全闭，没有气流流过压缩空气喷口，使得电阻丝能在几秒钟之内将所有结冰融化。
步骤6、当压缩空气喷口4处的温度高于5℃时，温控开关22断开，加热电阻丝3与外部电源断开停止加热，控制器20根据当前实时温度状态控制流量控制阀门的开度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (5)

1.一种适合低温条件下使用的空气放大器，包括：进气管(1)、压缩空气喷口(4)、压缩空气进气口(5)、外套(7)、出气管(10)、环形通气通道(12)、弹性膜片(13)、出气口(15)、进气口(24)，通孔(25)，其特征在于：
进气管(1)通过进气管与外套连接螺纹(2)与外套(7)相连；外套(7)具有前后贯穿的通孔(25)，外套(7)的中部设有压缩空气进气口(5)，该压缩空气进气口(5)与外部压缩空气管道连接，并向空气放大器提供压缩空气；
空气放大器的出气管(10)端部安装有四片弹性膜片(13)，弹性膜片(13)在圆周方向均布；弹性膜片(13)在外套(7)内部沿轴向延伸，外套(7)通孔内壁与弹性膜片(13)配合，形成环形通气通道(12)，环形通气通道(12)与压缩空气进气口(5)连通；
弹性膜片(13)的端部与外套(7)的端部之间的间隙，形成压缩空气喷口(4)，压缩空气喷口(4)为环形的喷口，环形通气通道(12)中的压缩空气即通过压缩空气喷口(4)喷出；压缩空气从压缩空气喷口(4)喷出后，在附壁效应作用下，空气从进气口(24)进入空气放大器，并从出气口(15)流出；
在压缩空气压力作用下，弹性膜片(13)能够发生弹性变形。
2.根据权利要求1所述的适合低温条件下使用的空气放大器，其特征在于：
压缩空气进气口没有接入压缩空气时，膜片处于原始位置a；
压缩空气进气口接入压缩空气时，膜片处于工作位置b；
当在低温环境下使用时，喷口处结冰堵塞喷口后，环形通气通道(12)内气压升高，弹性膜片会发生进一步的弹性变形，变形到位置c，膜片在从位置b变形到位置c时，会带动喷口的结冰一起运动，使得冰块脱落。
3.根据权利要求1所述的适合低温条件下使用的空气放大器，其特征在于：还包括加热电阻丝(3)，温控开关线缆(21)、温控开关(22)和控制器(20)；
其中，外套(7)靠近压缩空气喷口(4)的位置处开设一环形凹槽，凹槽内布置加热电阻丝(3)，通过加热电阻丝(3)可对压缩空气喷口(4)附近的局部结构进行加热，从而使得在低温状态下使用空气放大器时，压缩空气喷口(4)不会因结冰而堵塞；
外套(7)靠近压缩空气喷口(4)处布置一个温控开关(22)；加热电阻丝(3)、温控开关(22)通过温控开关线缆(21)连接到控制器(20)。
4.根据权利要求1所述的适合低温条件下使用的空气放大器，其特征在于：
压缩空气喷口(4)的尺寸能够通过调整出气管(10)与外套(7)的轴向位置进行调节。
5.根据权利要求3所述的适合低温条件下使用的空气放大器，其特征在于：还包括：阀门(6)、线缆(19)、控制器(20)、阀门连接杆(26)、阀门电机(28)；其中，压缩空气进气口(5)内安装一流量控制的阀门(6)，阀门(6)的阀门连接杆(26)与阀门电机(28)连接，阀门电机(28)通过固定螺栓(27)固定在外套(7)上；阀门电机(28)通过线缆(19)与控制器(20)连接，并接收控制器(20)的指令调节阀门开度；
当阀门(6)表面与压缩空气进气口(5)的轴线平行时，阀门全开；当阀门(6)表面与压缩空气进气口(5)的轴线垂直时，阀门全闭；通过调整阀门(6)开度能够调整进入放大器的压缩空气的流量，从而改变空气放大器总的空气流量，改变冷却效果。
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