CN112228314A - 排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法 - Google Patents

排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于客车空调压缩机配件技术领域，公开了一种排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法，对可能的优化改进方案使用CAE仿真软件搭建虚拟模型，进行横向分别对比；CAE仿真分析针对排气管路组件进行以多个直管段L长度、多个排气管弯的折弯角度等参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，得到几个应力较低的管路布置方案；对CAE分析得到的管路方案进行试做样件、试验测试对比。本发明CAE仿真分析结合实验验证，解决了原配管优化方案耗费大量时间问题，使用CAE仿真和实验测试相结合的方法，CAE仿真分析能够快速对多个方案进行对比优劣，试验测试能够保证结果的准确性。

Description

排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法
技术领域
本发明属于客车空调压缩机配件技术领域，尤其涉及一种排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法。
背景技术
目前，客车空调的管路在运行过程中，除了受到正常运行时的压缩机的激励还会受到车辆在行驶过程中来自车体本身和路面的激励，其运行工况相较能够固定安装在地平面的一般的家用空调或者商用空调来说更恶劣，因此其制冷制冷装置的配管也更复杂、难度更高。现有客车空调为了提高系统可靠性、降低管路应力应变，通常会采用在压缩机吸排气口增加两根钢织金属波纹管的方案；但是，钢织金属波纹管不仅价格高昂、而且不同厂家提供的钢制软管性能不一(比如钢织网内的波纹管部分容易出现裂纹、制冷剂泄露)、钢织金属波纹管生产过程需要三次焊接，其中有一到两次焊接需要工人手动焊接，因此，存在同一家供应商提供的钢织金属波纹管的一致性也够问题，性能得不到足够的保障。若压缩机吸、排气管使用钢织金属波纹管，则钢织金属波纹管两端需要分别与现有管路系统焊接，增加焊接工序工时、焊接人工岗位、焊接材料等二次成本。若每次有新的配管方案都需要作出样件进行测试，不仅浪费大量物料，而且制造、装配时间过长影响项目开展进度。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中在压缩机吸排气口增加两根钢织金属波纹管，存在同一家供应商提供的钢织金属波纹管的一致性也够问题，性能得不到足够的保障。若压缩机吸、排气管使用钢织金属波纹管，则钢织金属波纹管两端需要分别与现有管路系统焊接，增加焊接工序工时、焊接人工岗位、焊接材料等二次成本。若每次有新的配管方案都需要作出样件进行测试，不仅浪费大量物料，而且制造、装配时间过长影响项目开展进度。
再者，原配管方案不使用钢织金属波纹管易造成管路应力过大，管路在试用过程中容易出现裂缝甚至断裂，降低空调使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法。
本发明是这样实现的，一种客车空调压缩机排气管新型配管，所述客车空调压缩机排气管新型配管设置有：
压缩机；
压缩机与第一排气弯管连接，第一排气弯管与第二排气弯管连接，第二排气弯管与第一直管段相切连接；
所述第一直管段L与第三排气弯管相切连接，第三排气弯管与第二直管段相切连接，第二直管段与第四排气弯管相切连接；第四排气弯管与第三直管段相切连接，第三直管段与第五排气弯管相切连接。
进一步，所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的折弯角均≥90°。
进一步，所述所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的弯位处均粘贴有测试应力应变数据的三向应变片。
进一步，所述第一直管段、所述第一直管段、第三直管段的长度均为50mm～120mm。
本发明的另一目的在于提供一种客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构，所述客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构设置有：压缩机；
所述压缩机与第一排气弯管连接，第一排气弯管与第二排气弯管连接；
第二排气弯管与第一直管段相切连接，第一直管段与第三排气弯管相切连接；
第三排气弯管与第二直管段相切连接，第二直管段与第六排气弯管相切连接，第六排气弯管与第四直管段相切连接；
所述第四直管段与第七排气弯管相切连接，第七排气弯管与第三直管段相切连接，所述第三直管段与第五排气弯管相切连接。
进一步，所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的折弯角均≥90°；
所述第六排气弯管、第七排气弯管弯角均大于90°；
所述所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管、第六排气弯管、第七排气弯管的弯位处均粘贴有测试应力应变数据的三向应变片；
所述第一直管段、所述第一直管段、第三直管段、第四直管段的长度均为50mm～120mm。
本发明的另一目的在于提供一种客车空调压缩机排气管新型配管仿真方法，所述客车空调压缩机排气管新型配管仿真方法，包括：
使用仿真软件搭建虚拟模型，基于搭建的虚拟模型进行横向对比；
并对排气管路组件以多个直管段长度、各个排气管弯的折弯角度参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，得到多个应力低的管路布置方案；
进一步，得到多个应力较低的管路布置方案后，再进行试做样件、试验测试对比。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述客车空调压缩机排气管新型配的客车空调压缩机。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构的客车空调压缩机。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明在不增加甚至降低生产成本的情况下，解决了运输应力应变超标的问题，有效降低了客车空调管路应力应变，提高可空调管路的可靠性和使用寿命；减少钢织金属波纹管的使用，降低物料采购成本、钢织金属波纹管焊接的二次成本(增加焊接工序工时、焊接人工岗位、焊接材料等)；本发明提供了一种新型的管路布置方案，降低管路振动、断裂等问题的新型客车空调用配管方案，并降低配管成本；本发明中的新型配管方法：CAE仿真分析结合实验验证。解决了原配管优化方案耗费大量时间问题，使用CAE仿真和实验测试相结合的方法，CAE仿真分析能够快速对多个方案进行对比优劣，试验测试能够保证结果的准确性。原配管方案不使用钢织金属波纹管易造成管路应力过大，管路在试用过程中容易出现裂缝甚至断裂，降低空调使用寿命，本发明提高可靠性。
同时本发明通过CAE仿真的方法首先对各个优化方案进行仿真分析，对比各个方案的配管管路上应力应变大小；其中把压缩机排气管的圆弧U型弯改为带有直管段的配管方式能够有效降低管路应力应变，经实际试验测试，直管段长度为65mm配管的应力应变最大值降低了30％左右(企标要求管路应力应变值为不大于300μ，实验测试结果：1.最初始方案(圆弧U弯)第五排气弯管的应变为335.8μ；2.优化方案A(直管段长度为30mm)中第五排气弯管应变为306.9μ；3.优化方案B(直管段长度为65mm)第五排气弯管应变为212.4μ)，满足了企业标准中关于客车空调管路运输应力应变的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管结构示意图。
图2是本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管斜视图。
图3是本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管正视图。
图4是本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管衍生方案结构示意图。
图5是本发明实施例提供的新型配管衍生方案斜视图。
图6是本发明实施例提供的新型配管衍生方案正视图。
图7是本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管仿真方法流程图。
图中：1、第一排气弯管；2、第二排气弯管；3、第一直管段；4、第三排气弯管；5、第二直管段；6、第四排气弯管；7、第三直管段；8、第五排气弯管；9、第六排气弯管；10、第四直管段；11、第七排气弯管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种排气管新型配管、衍生结构、客车空调压缩机及仿真方法，本发明通过CAE仿真与实验测试相结合的方式，获得了一种新型的客车空调配管方案，该配管方案生产工艺简单、成本低廉、生产效率高。同时本发明提供了两种压缩机排气管配管方案，降低管路振动、断裂等问题的新型客车空调用配管方案，并降低配管成本(该配管方案取消了排气管的钢制金属波纹管降低生产物料成本的同时，还能使使管路的最大应变控制在企标要求的300μ以内，并留有足够的安全余量，保证空调安全稳定运行)。下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1-3所示，本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管结构中压缩机与第一排气弯管1连接，第一排气弯管1与第二排气弯管2连接，第二排气弯管2与第一直管段3连接，第一直管段3与第三排气弯管4连接，第三排气弯管4与第二直管段5连接，第二直管段5与第四排气弯管6连接，第四排气弯管6与第三直管段7连接，第三直管段7与第五排气弯管8连接。
根据力学原理，原所示方案中排气弯道应力过大的原因为局部柔度不够(刚度过大)造成的。造成排气管上应力主要集中在排气管弯到，经过本发明对图1的改进，可使应力在排气管各弯处较均匀分布、降低排气管弯处应力水平。因此，把排气管的圆弧形的U弯部分结构更改为图3所示即增加一段长度为L的第二直管段、整个排气管由各个直管段和圆弧管相切连接而成。给定不同长度L，分别搭建CAE模型进行仿真分析，得到结果如表2所示。
由表2易知：(1)排气管圆弧形U弯改为图1所示带有直管段的方案可有效降低排气第四排气弯管和第五排气弯管的应力。
(2)随着直管段L的长度增加，第四排气弯管和第五排气弯管应力逐渐降低。
(3)但是L段长度过长后会增大其他弯处(如第二排气弯管)的应力水平。本发明最重要的就是把原U弯改为现在的增加直管段，且排气管的第二排气弯管、第三排气弯管、第四排气弯管的折弯角均不小于90°；直管段L的特点为长度上有限制，该段的长度过短或者过长则降低管路应力的效果均会变差，甚至管路应力比初始方案更大。
如图4-图6所示，本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管新型配管衍生方案结构中压缩机与第一排气弯管1连接，第一排气弯管1与第二排气弯管2连接，第二排气弯管2与第一直管段3连接，第一直管段3与第三排气弯管4连接，第三排气弯管4与第二直管段5连接，第二直管段5与第六排气弯管9连接，第六排气弯管9与第四直管段10连接，第四直管段10与第七排气弯管11连接，第七排气弯管11与第三直管段7连接，第三直管段7与第五排气弯管8连接。
本衍生方案与图1示方案相比，增加了第四直管段、在结构上用第六排气弯管和第七排气弯管和第四直管段的组合来代替原第四排气弯管，目的是为了进一步降低图3第四排气弯管的应力。一般来说，采用图1示的方案、选择合适的直管段L的长度均可有效解决排气管路局部应力过大的情况；此衍生方案是为了经过增加直管段L后，且尝试各个直管段L的长度方案仍不能使管路应力降低到标准要求时的备用方案。
本发明的核心之一为各段管之间的夹角应不小于90°(即管的折弯不宜出现锐角、且一般来说夹角越大应力越小)，此衍生方案增加第二直管段的目的就是为了减小排气弯道处的应力(原排气弯道的折弯角为直角，现增加第二直管段后则第六排气弯管和第七排气弯管的夹角均为钝角、可有效进一步降低管路应力应变)。
如图7所示，本发明实施例提供的客车空调压缩机排气管仿真方法，包括：
S101：对可能的优化改进方案使用CAE仿真仿真软件搭建虚拟模型；
S102：搭建虚拟模型完成后，进行横向分别对比；
S103：CAE仿真分析针对排气管路组件进行以多个直管段L长度、多个排气管弯的折弯角度等参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，得到几个应力较低的管路布置方案；
S104：对CAE分析得到的管路方案进行试做样件、试验测试对比。
步骤S103中：CAE仿真分析针对排气管路组件也可以以排气管壁厚、直管段L长度、各个排气管弯的折弯角度等参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，得到几个应力较低的管路布置方案。
下面结合仿真实验对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明通过CAE仿真和试验测试相结合的方法对客车空调排气管段管路进行重新设计，最终获得了一种新的配管方式，该配管方案能够有效降低管路的应力应变值，且不需要再使用传统的钢织金属波纹管，能够降低生产物料成本和生产加工工艺成本。
客车空调的初始排气管配管方案：整个系统由压缩机、排气管、四通阀及其他管路和换热器构成，各个管路件使用焊接工艺连接在一起。本发明针对客车空调排气管组件，连接压缩机排气口的是一根圆弧形的U弯管，在该排气管弯位(弯位通常是应力集中处)分别粘贴三向应变片，利用应力应变测试从设备进行测试，由测试结果(表1)知排气第四排气弯管和第五排气弯管运输应变较大，超出企标300μ的要求。
表1初始方案排气管随机振动应变测试结果
Figure BDA0002683361280000081
以往，为了解决该处管路应变超标问题一般会添加避震软管(钢织金属波纹管)的方案来解决。但是，添加避震软管除了增加高昂的软管原料采购费用外，还会额外增加焊接工时、焊接岗位、焊接设备和焊接材料的费用。
本发明的另一个创新点：使用CAE仿真的方法首先对可能的优化改进方案使用仿真软件搭建虚拟模型进行横向分别对比(CAE仿真可以指导结构优化方向，大幅降低样件制作件数和试验测试次数)；CAE仿真分析可以针对该排气管路组件进行以排气管壁厚、直管段L长度、各个排气管弯的折弯角度等参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，这样能够现得到几个应力较低的管路布置方案，然后对CAE分析得到的管路方案进行试做样件、试验测试对比，这样可以提高整改效率、减少整改时间、降低样件制作和实验测试成本。
根据力学原理，初始排气管配管方案中弯道应力过大的原因为局部柔度不够(刚度过大)造成的。造成排气管上应力主要集中在排气管弯，经过改进，可使应力在排气管各弯处较均匀分布、降低排气管处的应力水平。
因此，把排气管的圆弧形的U弯部分结构更改为增加一段长度为L的直管段、整个排气管由各个直管段和圆弧管相切连接而成。给定不同长度L，分别搭建CAE模型进行仿真分析，得到结果如表2所示，由表2易知：排气管圆弧形U弯改为图3所示带有直管段的方案可有效降低排气弯道的应力；随着直管段L的长度增加，排气弯道应力逐渐降低；但是L段长度过长后会增大其他弯处的应力水平。
表2排气管随机振动疲劳应力CAE仿真结果
Figure BDA0002683361280000091
综合考虑应力分布规律，制作L段长度分别为30mm和65mm的两段排气管分别进行实验测试，得到如表3所示结果：当L直管段长度为65mm时，排气管段的应力应变水平完全满足企业标准要求。考虑到需要平衡节省铜管物料成本和管路应力应变分布，本发明保护L段长度为50mm—120mm为最佳范围。
表3新型布管方式排气管随机振动应变测试结果
Figure BDA0002683361280000092
与此同时，由以上表2仿真结果和表3实验测试结果可以看处第四排气弯管应力明显大于第五排气弯管，因此对第四排气弯管进行优化，得到另一个替代方案，如图4所示，即由连接第四排气弯管及连接第四排气弯管的两段直管段构成的90°折弯结构改为由三段直管段和两处弯组成的135°(仅以该角度为例，不局限于该角度)折弯结构，对该方案进行CAE仿真分析，得到应力分布结果如表4所示，综合比较，应力水平比图3所示方案更低，整体更优秀。
表4排气管随机振动疲劳应力CAE仿真结果
Figure BDA0002683361280000101
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种客车空调压缩机排气管新型配管，其特征在于，所述客车空调压缩机排气管新型配管设置有：
压缩机；
压缩机与第一排气弯管连接，第一排气弯管与第二排气弯管连接，第二排气弯管与第一直管段相切连接；
所述第一直管段L与第三排气弯管相切连接，第三排气弯管与第二直管段相切连接，第二直管段与第四排气弯管相切连接；第四排气弯管与第三直管段相切连接，第三直管段与第五排气弯管相切连接。
2.如权利要求1所述客车空调压缩机排气管新型配管，其特征在于，所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的折弯角均≥90°。
3.如权利要求1所述客车空调压缩机排气管新型配管，其特征在于，所述所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的弯位处均粘贴有测试应力应变数据的三向应变片。
4.如权利要求1所述客车空调压缩机排气管新型配管，其特征在于，所述第一直管段、所述第一直管段、第三直管段的长度均为50mm～120mm。
5.一种客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构，其特征在于，所述客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构设置有：压缩机；
所述压缩机与第一排气弯管连接，第一排气弯管与第二排气弯管连接；
第二排气弯管与第一直管段相切连接，第一直管段与第三排气弯管相切连接；
第三排气弯管与第二直管段相切连接，第二直管段与第六排气弯管相切连接，第六排气弯管与第四直管段相切连接；
所述第四直管段与第七排气弯管相切连接，第七排气弯管与第三直管段相切连接，所述第三直管段与第五排气弯管相切连接。
6.如权利要要求5所述客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构，其特征在于，所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管的折弯角均≥90°；
所述第六排气弯管、第七排气弯管弯角均大于90°；
所述所述第一排气弯管、第二排气弯管、第三排气弯管和第四排气弯管、第五排气弯管、第六排气弯管、第七排气弯管的弯位处均粘贴有测试应力应变数据的三向应变片；
所述第一直管段、所述第一直管段、第三直管段、第四直管段的长度均为50mm～120mm。
7.一种客车空调压缩机排气管新型配管仿真方法，其特征在于，所述客车空调压缩机排气管新型配管仿真方法，包括：
使用仿真软件搭建虚拟模型，基于搭建的虚拟模型进行横向对比；
并对排气管路组件以多个直管段长度、各个排气管弯的折弯角度参数为变量、以管路的应力应变最低为目标进行结构优化，得到多个应力低的管路布置方案。
8.如权利要求7所述的客车空调压缩机排气管新型配管仿真方法，其特征在于，得到多个应力较低的管路布置方案后，再进行试做样件、试验测试对比。
9.一种搭载权利要求1～4任意一项所述客车空调压缩机排气管新型配的客车空调压缩机。
10.一种搭载权利要求5～6任意一项所述客车空调压缩机排气管新型配管衍生结构的客车空调压缩机。
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