CN116996459B - 一种环境自适应调节式工业交换机设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境自适应调节式工业交换机设备及方法，涉及工业交换机复杂环境使用技术领域。本发明通过在进风组件设计外环境检测槽，在外环境检测槽设计光电检测器，对即将进入交换机内部的气流灰尘浓度进行检测，并通过微伺服电机驱动椭圆轮进行状态位置变化，改变对挤压侧板的挤压状态，从而改变弹性珠体之间的间隙，在灰尘浓度大时减小间隙、加大风扇功率，在灰尘浓度小时增大间隙、减小风扇功率，实现了一种良好防尘、低能耗的交换机内部散热策略机制。
Description
技术领域
本发明涉及工业交换机复杂环境使用技术领域，尤其涉及一种环境自适应调节式工业交换机设备及方法。
背景技术
工业交换机所处工业环境较为恶劣，要么工业车间的生产环节温度较高，要么工业车间的灰尘量较大。为了让工业交换机能在此种较为恶劣的环境下使用，一般都在工业交换机上设计能够散热的风扇，并在进风口位置安装防尘网或者设计百叶窗。
在工业交换机中安装过多的散热风扇，会增加工业交换机的体形，现有的防尘网、百叶窗，在长期的使用过程中，仍还会有很多细小的灰尘进入交换机内部。
而在实际车间生产环境中，温度、灰尘的状态变化较大。灰尘量大时，需要较好的防尘性。灰尘量小时，并不需要较好的防尘性。而防尘效果好，一般散热效率就会下降。
综上，在工业交换机使用过程中，根据防尘性要求，适应性的调控防尘策略，调整交换机内部散热策略机制，在保证交换机良好散热的前提下，减少灰尘进入交换机内，降低散热所需的能耗，成为需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种环境自适应调节式工业交换机设备及方法，从而在保证交换机良好散热的前提下，减少了灰尘进入交换机内，一定程度上降低了交换机散热所需的能耗。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种环境自适应调节式工业交换机设备，交换机设备顶部设有顶盖、内部设有盒腔，顶盖底侧面设有导热结构，导热结构至少安装一个温度传感探头，导热结构位于交换机PCB正上方。交换机设备配置有位于导热结构一侧方位的进风组件、位于导热结构另一侧的排风组件。
进风组件设有依次设有外环境检测槽、过滤腔、分流腔。外环境检测槽直接与交换机设备外部环境连通，外环境检测槽顶侧面嵌设有至少两个光电检测器。过滤腔固定设有一组网孔格栅，一组网孔格栅之间填充有若干弹性珠体，一组网孔格栅之间安装有挤压侧板，挤压侧板一侧与弹性珠体相接触。分流腔固定安装有风扇，其中，风扇朝向散热结构出风。交换机设备内置有一微伺服电机，微伺服电机输出转轴固定连接一椭圆轮，椭圆轮环侧面与挤压侧板另一侧面相接触。
排风组件设有排风槽、位于排风槽内的气流通断片。气流通断片包括固定方管、位于固定方管一侧的第一热形变金属片、位于固定方管另一侧的第二热形变金属片。第一热形变金属片、第二热形变金属片发生热形变时的弯曲方向朝向交换机设备外侧。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：顶盖底侧面的导热结构包括多根向下凸起的导热金属条，相邻导热金属条之间形成散热间隙，导热金属条与进风组件相邻的一侧端宽度尺寸小于导热金属条与排风组件相邻的一侧端宽度尺寸。进风组件与导热结构相邻的一侧壳体开设有多个分流锥孔，每个分流锥孔都独立正对于一个导热金属条，分流锥孔朝向分流腔一侧的开口尺寸大于分流锥孔朝向导热金属条一侧的开口尺寸。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：与外环境检测槽相邻的网孔格栅中心位置设有卡扣槽并安装有卡扣板。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：风扇与相邻位置的网孔格栅之间留有2～5mm间隙。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：排风组件的排风槽开口位置、开口尺寸与顶盖底侧面的导热结构相配合。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：排风组件开设有位于排风槽上侧的上侧方口插孔、位于排风槽下侧的下侧方口盲孔。其中，上侧方口插孔、下侧方口盲孔位于同一竖直方位。固定方管竖直开设有上下贯穿的方口通槽，方口通槽与上侧方口插孔、下侧方口盲孔位置相配合。上侧方口插孔、方口通槽、下侧方口盲孔位置处插装有一方插杆。
作为本发明中工业交换机设备的一种优选技术方案：排风组件的排风槽侧壁设有一组对称的遮挡凸起。其中一个遮挡凸起与非受热形变状态时的第一热形变金属片边缘位置相配合。另外一个遮挡凸起与非受热形变状态时的第二热形变金属片边缘位置相配合。
本发明采用一种环境自适应调节式工业交换机设备的驱控方法，包括以下内容：
S1.交换机设备启动，温度传感探头传感检测到实时温度超过交换机PCB预设的温度阈值T1，进风组件中的风扇启动，交换机设备外部的气流开始流入交换机设备内部。
S2.外环境检测槽中的两个光电检测器实时检测外环境检测槽中灰尘浓度ω1、ω2，并传输至交换机PCB。
S3.交换机PCB根据灰尘浓度ω1、ω2中最大值，对应驱控微伺服电机带动椭圆轮转动一定角度。其中，受到椭圆轮转动位置变化，挤压侧板对一组网孔格栅之间的弹性珠体形成相应程度的挤压，相邻弹性珠体之间的间隙尺寸发生变化：当灰尘浓度超标时，微伺服电机带动椭圆轮朝向高位状态转动，加强对挤压侧板的施压。当灰尘浓度低于设定的标准值时，微伺服电机带动椭圆轮朝向低位状态转动，降低对挤压侧板的施压。
S4.交换机PCB根据温度传感探头实时检测到的温度值TX，当TX>T1，分析超标温差△T=TX-T1。
S5.系统驱控风扇实时功率为P，存在：即风扇实时功率与灰尘浓度、超标温差正相关，灰尘浓度、超标温差越大，风扇实时功率越大，灰尘浓度、超标温差越小，风扇实时功率越小。
S6.当交换机设备停止使用或风扇停止转动后，微伺服电机带动椭圆轮转动至高位状态。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在进风组件设计外环境检测槽，在外环境检测槽设计光电检测器，对即将进入交换机内部的气流灰尘浓度进行检测，并通过微伺服电机驱动椭圆轮进行状态位置变化，改变对挤压侧板的挤压状态，从而改变弹性珠体之间的间隙，在灰尘浓度大时减小间隙、加大风扇功率，在灰尘浓度小时增大间隙、减小风扇功率，实现了一种良好防尘、（相对）低能耗的交换机内部散热策略机制。
附图说明
图1为本发明中交换机设备内部散热的（主视）结构图。
图2为本发明中交换机设备内部散热的（俯视）结构图。
图3为图2中A处局部放大的示意图。
图4为本发明中微伺服电机带动椭圆轮转动时的状态示意图。
图5为本发明中排风组件的（俯视）结构图。
图6为本发明中排风组件的（主视）结构图。
图7为本发明中排风组件的部件分解示意图。
其中：1-交换机设备；2-顶盖，201-导热金属条，202-散热间隙，203-温度传感探头；3-盒腔；4-交换机PCB；5-进风组件，501-外环境检测槽，5011-光电检测器，502-过滤腔，5021-网孔格栅，5022-卡扣板，5023-弹性珠体，5024-挤压侧板，503-风扇，504-分流腔，505-分流锥孔；6-微伺服电机；7-椭圆轮；8-排风组件，801-排风槽，802-上侧方口插孔，803-下侧方口盲孔，804-遮挡凸起；9-气流通断片，901-固定方管，902-方口通槽，903-第一热形变金属片，904-第二热形变金属片；10-方插杆。
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，以下结合附图及实施例，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。
实施例一、本发明设计了一种环境自适应调节式工业交换机设备，主要包括导热金属条、进风组件、排风组件等结构，具体结构特征如下：
请参阅图1、图2，交换机设备1顶部设有顶盖2、内部设有盒腔3，顶盖2底侧面设置多根向下凸起的导热金属条201，相邻导热金属条201之间形成散热间隙202，温度传感探头203可以安装在导热金属条201位置处，至少安装一个温度传感探头203，温度达到一定值时，风扇503启动，多个导热金属条201位于交换机PCB4正上方。
导热金属条201与进风组件5相邻的一侧端宽度尺寸小一些，导热金属条201与排风组件8相邻的一侧端宽度尺寸大一些。进风组件5与导热金属条201相邻的一侧壳体开设有多个分流锥孔505，每个分流锥孔505都独立正对于一个导热金属条201，另外，分流锥孔505朝向分流腔504一侧的开口尺寸大一些，分流锥孔505朝向导热金属条201一侧的开口尺寸小一些。
交换机设备1配置有进风组件5、排风组件8，进风组件5位于导热金属条201一侧方位，排风组件8位于导热金属条201另一侧，进风组件5、排风组件8采用模块化设计，可与交换机设备1的壳体或者其顶盖2进行直接整体配合安装。
请参阅图2、图3、图4，进风组件5设有依次设有外环境检测槽501、过滤腔502、分流腔504。外环境检测槽501直接与交换机设备1外部环境连通，外环境检测槽501顶侧面嵌设有至少两个光电检测器5011，光电检测器5011设置在外环境检测槽501顶侧面，是因为外环境检测槽501顶侧面长期产生积灰最少，从而降低检测误差。
过滤腔502固定设有一组网孔格栅5021，一组网孔格栅5021之间填充有若干弹性珠体5023，弹性珠体5023可采用3mm实心硅胶球，弹性较好，耐热耐老化，网孔格栅5021的孔眼直径尺寸小于弹性珠体5023的直径尺寸。
与外环境检测槽501相邻的网孔格栅5021中心位置设有卡扣槽并安装有卡扣板5022，卡扣槽、卡扣板5022的相互卡合，现有的任何一种能够进行卡合的方式任选一种即可。当弹性珠体5023的积灰较多时，可以拆下卡扣板5022，直接将所有弹性珠体5023从卡扣板5022拆下后的卡扣槽位置处全部倒出，对弹性珠体5023进行清理。一组网孔格栅5021之间安装有挤压侧板5024，挤压侧板5024一侧与弹性珠体5023相接触。交换机设备1内置有一微伺服电机6，微伺服电机6输出转轴固定连接一椭圆轮7，椭圆轮7环侧面与挤压侧板5024另一侧面相接触，微伺服电机6带动椭圆轮7转动，椭圆轮7与挤压侧板5024接触的位置发生变化，一组网孔格栅5021之间的弹性珠体5023之间的间隙发生变化。外部灰尘量变大时，弹性珠体5023间隙变小时，气流可流通间隙变小，灰尘进入交换机设备1内部概率降低。外部灰尘量减小时，弹性珠体5023间隙变大时，气流可流通间隙变大。
分流腔504固定安装有风扇503，风扇503朝向导热金属条201出风，风扇503与相邻侧的网孔格栅5021之间留有2～5mm间隙，使得气流经过内侧的网孔格栅5021能够散开，使得各个位置的风扇503都能得到气流。
请参阅图5、图6、图7，排风组件8设有排风槽801、位于排风槽801内的气流通断片9，气流通断片9包括固定方管901、位于固定方管901一侧的第一热形变金属片903、位于固定方管901另一侧的第二热形变金属片904，第一热形变金属片903、第二热形变金属片904发生热形变时的弯曲方向朝向交换机设备1外侧。
请参阅图6、图7，排风组件8开设有位于排风槽801上侧的上侧方口插孔802、位于排风槽801下侧的下侧方口盲孔803，上侧方口插孔802、下侧方口盲孔803位于同一竖直方位。
固定方管901竖直开设有上下贯穿的方口通槽，方口通槽与上侧方口插孔802、下侧方口盲孔803位置相配合，上侧方口插孔802、方口通槽902、下侧方口盲孔803位置处插装有一方插杆10，直接限制住了固定方管901发生转动。
请参阅图5、图7，排风组件8的排风槽801侧壁设有一组对称的遮挡凸起804，遮挡凸起804为一段弧形结构，其中一个遮挡凸起804与非受热形变状态时的第一热形变金属片903边缘位置相配合，另外一个遮挡凸起804与非受热形变状态时的第二热形变金属片904边缘位置相配合，遮挡凸起804的设置实现了第一热形变金属片903、第二热形变金属片904的常态边缘密封，避免第一热形变金属片903、第二热形变金属片904“反向”向内弯曲。
请参阅图2、图5、图7，排风组件8的排风槽801开口位置、开口尺寸与顶盖2底侧面的导热金属条201相配合，也就是排风槽801位置对齐导热金属条201的位置，排风槽801的开口宽度与多个导热金属条201的跨度相配合。
实施例二、一种环境自适应调节式工业交换机设备的驱控方法，具体驱控方法如下：
首先，交换机设备1启动，温度传感探头203传感检测到实时温度超过交换机PCB4预设的温度阈值T1，进风组件5中的风扇503启动，交换机设备1启动一段时间，内部温度超过设定温度后，风扇503就开始启动，交换机设备1外部的气流开始流入交换机设备1内部。
然后，外环境检测槽501中的两个光电检测器5011实时检测外环境检测槽501中灰尘浓度ω1、ω2，并传输至交换机PCB4，交换机PCB4根据灰尘浓度ω1、ω2中最大值，对应驱控微伺服电机6带动椭圆轮7转动一定角度。
受到椭圆轮7转动位置变化，挤压侧板5024对一组网孔格栅5021之间的弹性珠体5023形成相应程度的挤压，相邻弹性珠体5023之间的间隙尺寸发生变化：当灰尘浓度超标时，微伺服电机6带动椭圆轮7朝向高位状态转动，加强对挤压侧板5024的施压。当灰尘浓度低于设定的标准值时，微伺服电机6带动椭圆轮7朝向低位状态转动，降低对挤压侧板5024的施压。结合图4，高位状态时，椭圆轮7的椭圆结构的长轴端点与挤压侧板5024接触。低位状态时，椭圆轮7的椭圆结构的短轴端点与挤压侧板5024接触。例如灰尘量很大时，微伺服电机6就带动椭圆轮7向高位状态转动，加强对挤压侧板5024的施压，相邻弹性珠体5023之间的间隙就会变小，避免大量灰尘进入交换机设备1内部。例如灰尘量较小时，微伺服电机6就带动椭圆轮7向低位状态转动，减小对挤压侧板5024的施压，相邻弹性珠体5023之间的间隙就会变大，气流流通速率加快，风扇503功率可以相应降低。
然后，交换机PCB4根据温度传感探头203实时检测到的温度值TX，当TX>T1，分析超标温差△T=TX-T1。系统驱控风扇503实时功率为P，存在：即风扇503实时功率与灰尘浓度、超标温差正相关。灰尘浓度、超标温差越大，风扇503实时功率越大。灰尘浓度、超标温差越小，风扇503实时功率越小。
最后，当交换机设备1停止使用或风扇503停止转动后，微伺服电机6带动椭圆轮7转动至高位状态，使得弹性珠体5023之间的间隙最小，达到常态化良好防尘。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环境自适应调节式工业交换机设备，交换机设备（1）顶部设有顶盖（2）、内部设有盒腔（3），其特征在于：
所述顶盖（2）底侧面设有导热结构，所述导热结构至少安装一个温度传感探头（203），所述导热结构位于交换机PCB（4）正上方；
交换机设备（1）配置有位于导热结构一侧方位的进风组件（5）、位于导热结构另一侧的排风组件（8）；
所述进风组件（5）依次设有外环境检测槽（501）、过滤腔（502）、分流腔（504）；
所述外环境检测槽（501）直接与交换机设备（1）外部环境连通，所述外环境检测槽（501）顶侧面嵌设有至少两个光电检测器（5011）；
所述过滤腔（502）固定设有一组网孔格栅（5021），一组网孔格栅（5021）之间填充有若干弹性珠体（5023），一组网孔格栅（5021）之间安装有挤压侧板（5024），所述挤压侧板（5024）一侧与弹性珠体（5023）相接触；
所述分流腔（504）固定安装有风扇（503），其中，所述风扇（503）朝向散热结构出风；
所述交换机设备（1）内置有一微伺服电机（6），所述微伺服电机（6）输出转轴固定连接一椭圆轮（7），所述椭圆轮（7）环侧面与挤压侧板（5024）另一侧面相接触；
所述排风组件（8）设有排风槽（801）、位于排风槽（801）内的气流通断片（9）；
所述气流通断片（9）包括固定方管（901）、位于固定方管（901）一侧的第一热形变金属片（903）、位于固定方管（901）另一侧的第二热形变金属片（904）；
其中，所述第一热形变金属片（903）、第二热形变金属片（904）发生热形变时的弯曲方向朝向交换机设备（1）外侧。
2.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
所述顶盖（2）底侧面的导热结构包括多根向下凸起的导热金属条（201），相邻导热金属条（201）之间形成散热间隙（202）；
其中，所述导热金属条（201）与进风组件（5）相邻的一侧端宽度尺寸小于导热金属条（201）与排风组件（8）相邻的一侧端宽度尺寸；
所述进风组件（5）与导热结构相邻的一侧壳体开设有多个分流锥孔（505），每个分流锥孔（505）都独立正对于一个导热金属条（201）；
其中，所述分流锥孔（505）朝向分流腔（504）一侧的开口尺寸大于分流锥孔（505）朝向导热金属条（201）一侧的开口尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
与外环境检测槽（501）相邻的网孔格栅（5021）中心位置设有卡扣槽并安装有卡扣板（5022）。
4.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
所述风扇（503）与相邻位置的网孔格栅（5021）之间留有2～5mm间隙。
5.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
所述排风组件（8）的排风槽（801）开口位置、开口尺寸与顶盖（2）底侧面的导热结构相配合。
6.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
所述排风组件（8）开设有位于排风槽（801）上侧的上侧方口插孔（802）、位于排风槽（801）下侧的下侧方口盲孔（803）；
其中，所述上侧方口插孔（802）、下侧方口盲孔（803）位于同一竖直方位；
所述固定方管（901）竖直开设有上下贯穿的方口通槽（902），所述方口通槽与上侧方口插孔（802）、下侧方口盲孔（803）位置相配合；
所述上侧方口插孔（802）、方口通槽（902）、下侧方口盲孔（803）位置处插装有一方插杆（10）。
7.根据权利要求1所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，其特征在于：
所述排风组件（8）的排风槽（801）侧壁设有一组对称的遮挡凸起（804）；
其中一个遮挡凸起（804）与非受热形变状态时的第一热形变金属片（903）边缘位置相配合；
另外一个遮挡凸起（804）与非受热形变状态时的第二热形变金属片（904）边缘位置相配合。
8.一种环境自适应调节式工业交换机设备的驱控方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的一种环境自适应调节式工业交换机设备，包括以下内容：
S1.交换机设备（1）启动，温度传感探头（203）传感检测到实时温度超过交换机PCB（4）预设的温度阈值T1，进风组件（5）中的风扇（503）启动，交换机设备（1）外部的气流开始流入交换机设备（1）内部；
S2.外环境检测槽（501）中的两个光电检测器（5011）实时检测外环境检测槽（501）中灰尘浓度ω1、ω2，并传输至交换机PCB（4）；
S3.交换机PCB（4）根据灰尘浓度ω1、ω2中最大值，对应驱控微伺服电机（6）带动椭圆轮（7）转动一定角度；
其中，受到椭圆轮（7）转动位置变化，挤压侧板（5024）对一组网孔格栅（5021）之间的弹性珠体（5023）形成相应程度的挤压，相邻弹性珠体（5023）之间的间隙尺寸发生变化：
当灰尘浓度超标时，微伺服电机（6）带动椭圆轮（7）朝向高位状态转动，加强对挤压侧板（5024）的施压；
当灰尘浓度低于设定的标准值时，微伺服电机（6）带动椭圆轮（7）朝向低位状态转动，降低对挤压侧板（5024）的施压；
S4.交换机PCB（4）根据温度传感探头（203）实时检测到温度值TX，当TX>T1，分析超标温差△T=TX-T1；
S5.系统驱控风扇（503）实时功率为P，存在：
即风扇（503）实时功率与灰尘浓度、超标温差正相关；
灰尘浓度、超标温差越大，风扇（503）实时功率越大；
灰尘浓度、超标温差越小，风扇（503）实时功率越小；
S6.当交换机设备（1）停止使用或风扇（503）停止转动后，微伺服电机（6）带动椭圆轮（7）转动至高位状态。
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