專利名稱：橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷工程技術(shù)領(lǐng)域的測量裝置，具體是一種橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置。
背景技術(shù)：
管翅式換熱器作為一種緊湊式換熱器，在空調(diào)和制冷行業(yè)具有廣泛的應用。隨著空調(diào)與制冷行業(yè)的技術(shù)發(fā)展、以及環(huán)保法規(guī)的進一步嚴格控制，提高換熱單元本身結(jié)構(gòu)的換熱系數(shù)，是提高熱交換器的整體換熱性能，彌補替代制冷劑性能低下的必要手段?？照{(diào)換熱器(包括室內(nèi)機冷凝器和室外機蒸發(fā)器)經(jīng)穿片、脹接工藝后要進行整體彎曲加工。在傳統(tǒng)的換熱器彎曲工藝中，大多采用單層彎曲后組裝的方法。但為了提高加工效率，目前一些先進工藝采取多層換熱器一次彎曲成形的工藝，這樣局部翅片與彎曲模具的接觸應力較單層換熱器彎曲成形大得多，造成了彎曲成形后，局部翅片易被壓潰、管翅連接松動變形，這將影響了換熱器的傳熱性能和可靠性。
目前空調(diào)用翅片為增加對流散熱的效果，橫截面設(shè)計為波紋狀，垂向易產(chǎn)生失穩(wěn)。換熱器在彎曲時由于摩擦力的作用，使翅片受到橫向載荷，不僅更加劇了失穩(wěn)的發(fā)生，而且使翅片的失穩(wěn)產(chǎn)生骨牌效應而迅速擴散。在這種情況下，換熱器波紋翅片的垂向強度是影響換熱器彎曲成形的一個關(guān)鍵指標。在換熱器的整體彎曲加工過程中，彎曲的速度和翅片-模具間摩擦系數(shù)是彎曲成形的兩個重要的工藝參數(shù)，對翅片的載荷尤其是橫向載荷有重要影響。因此，模擬換熱器整體彎曲加工工藝，測量在一定的橫向載荷條件下翅片的垂向強度，是確定彎曲加工工藝中彎曲速度，翅片-模具摩擦系數(shù)等工藝參數(shù)的必要手段。不僅可以預知翅片壓潰，減少試驗費用，而且對于研究和改進換熱器的整體彎曲加工模具的運動模式具有重要意義。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利授權(quán)公告號為CN1945267，名稱為一種力學試驗機。該設(shè)備包括液壓缸、內(nèi)活塞、控制液壓缸內(nèi)活塞運動的電動機、放置試件的上固定座和底座；力學實驗機的液壓缸通過其上、下部分分別連接的液壓傳動管控制第一液壓缸和第二液壓缸的運動，并且可通過壓力傳感器將壓力數(shù)值實時反饋至控制模塊，控制模塊再根據(jù)此反饋的壓力數(shù)值調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)動方向及角度，以實現(xiàn)對試件上作用力的精確控制。同時，對試件進行拉、壓、彎、扭等參數(shù)進行測量的力學實驗機主體部分與液壓缸通過液壓傳動管軟連接，可自由移動。其不足之處在于無法實現(xiàn)側(cè)向摩擦力加載，模擬換熱器彎曲加工條件；液壓系統(tǒng)體積大，可能出現(xiàn)泄漏，兩液壓缸不同步運動等因素，影響運動平穩(wěn)性和測量精確性；設(shè)備復雜，使用不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)無法有效的進行橫向加載下管翅式換熱器波紋翅片垂向強度的測量的問題，提供一種橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，使其利用先進的高精度三相動力儀模擬翅片彎曲成形時的下壓條件及摩擦條件，可以精確控制下壓力，并可以實時觀測變化結(jié)果的換熱器橫向加載條件下翅片垂向強度的測量方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括3軸數(shù)控銑床刀柄、試件固定盒、模具或塑料隔膜、模具固定臺、3相動力儀壓電傳感器平臺、數(shù)控銑床工作臺、電荷放大器以及配有A/D采集卡的計算機。3相動力儀壓電傳感器平臺固定在數(shù)控銑床工作臺上，通過信號線連接電荷放大器和配有A/D采集卡的計算機。模具或塑料隔膜固定在模具固定臺上，模具固定臺固定在3相動力儀壓電傳感器平臺上，保證好摩擦工作面板固定臺的水平度。試件固定盒緊固在3軸數(shù)控銑床刀柄上，并將3軸數(shù)控機床刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。
所述3軸數(shù)控銑床刀柄控制試件固定盒的運動。
所述試件固定盒是一個帶柱狀柄的槽形件，通過柄與軸數(shù)控銑床刀柄進行連接，槽兩側(cè)各開有一個比試件銅管直徑稍寬的槽。
所述模具，是一個與彎曲模具材質(zhì)相同的方薄件。
所述模具固定臺，其結(jié)構(gòu)為帶有螺紋孔的矩形塊，通過螺紋連接固定模具或塑料隔膜。
所述3相動力儀壓電傳感器平臺是長寬比模具固定臺長寬稍大的矩形塊，其內(nèi)部裝有壓電傳感器，實時感應試件所受正壓力和摩擦力的作用，并在配有A/D采集卡的計算機實時顯示出來。
所述電荷放大器，把壓電片產(chǎn)生的電荷信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并輸出到配有A/D采集卡的計算機。
實驗時，將制成的換熱器試件，放在模具或塑料隔膜上；將試件固定盒通過數(shù)控機床的刀柄連接在數(shù)控機床主軸上，利用數(shù)控機床主軸控制固定盒下降，使待測試件固定在試件固定盒內(nèi)，確保換熱器下表面與模具或塑料隔膜完全緊密接觸。在測量時，機床控制試件以一定的速度的下壓，并模擬換熱器彎曲時的橫向載荷，使機床主軸沿模具以一定的速度運動，直到翅片產(chǎn)生壓潰，用3相動力儀的壓電傳感原理，通過A/D采集計算機以及相應數(shù)據(jù)采集的程序，實時獲得正壓力，并實時計算出翅片的垂向強度。這個裝置可以通過改變橫向速度載荷的大小來模擬換熱器彎曲加工時的速度，同時還可以通過改變模具表面的潤滑狀態(tài)或?qū)⒛＞邠Q成塑料隔膜來模擬彎曲加工過程中的換熱器翅片側(cè)面與模具之間的各種摩擦狀態(tài)，可以實現(xiàn)對彎曲成形過程摩擦條件的模擬。此外，該裝置在測得橫向加載下翅片的垂向強度的同時，還可以通過3相動力儀的壓電傳感測得翅片側(cè)面與模具表面的摩擦力，加上所測正壓力，即可實時計算出彎曲條件下翅片側(cè)面與模具表面各種摩擦狀態(tài)的動摩擦系數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明彌補了現(xiàn)有強度測量方法及裝置無法有效測量在換熱器彎曲加工過程中波紋翅片的垂向強度。通過模擬換熱器彎曲加工中不同彎曲速度和摩擦狀態(tài)，可以測量出換熱器波紋翅片在不同條件橫向加載(彎曲過程中)下的垂向強度，找出其中最好的加工狀態(tài)，使翅片在彎曲過程中的垂向強度最大，來有效減少換熱器整體彎曲加工中的翅片壓潰現(xiàn)象，提高彎曲加工的效果。以中央空調(diào)室外機換熱器整體彎曲工藝為例為防止翅片壓潰，國內(nèi)企業(yè)目前需要兩道工序，首先彎曲單層散熱器，然后再進行疊加組裝。采用本發(fā)明測量后，根據(jù)測量結(jié)果對模具的側(cè)向運動關(guān)系和運動速度進行調(diào)整，可以采用兩層或三層換熱器一次彎曲成形。該工藝在保證翅片成形質(zhì)量的前提下，減少了工件裝夾和成形加工時間，使空調(diào)換熱器加工時間提高加工效率提高2倍以上。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括3軸數(shù)控銑床刀柄1、試件固定盒2、模具或塑料隔膜4、模具固定臺5、3相動力儀壓電傳感器平臺6、數(shù)控銑床工作臺7、電荷放大器8以及配有A/D采集卡的計算機9。3相動力儀壓電傳感器平臺6通過螺栓連接固定在數(shù)控銑床工作臺7上，并通過信號線連接電荷放大器8，電荷放大器8連接到配有A/D采集卡的計算機9。模具或塑料隔膜4以螺釘連接固定在模具固定臺5上，模具固定臺5以螺釘固定在3相動力儀壓電傳感器平臺6上，保證好摩擦工作面板固定臺的水平度。試件固定盒2緊固在3軸數(shù)控銑床刀柄1上，并將3軸數(shù)控機床刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。
所述3軸數(shù)控銑床刀柄1其功能主要是連接固定試件固定盒2，并控制試件固定盒的運動。
所述試件固定盒2是一個帶柱狀柄的槽形件，通過柄與3軸數(shù)控銑床刀柄1進行連接，槽兩側(cè)各開有一個比試件銅管直徑稍寬的槽，使換熱器在運動時不會在與運動方向垂直的方向上竄動，其功能組主要是按照換熱器彎曲時的狀態(tài)固定換熱器試件。
所述模具4，是一個與彎曲模具材質(zhì)相同的方薄件，其功能為測試提供換熱器彎曲是的摩擦狀態(tài)。
所述模具固定臺5，其結(jié)構(gòu)為帶有螺紋孔的矩形塊，其功能主要是通過螺紋連接固定模具或塑料隔膜4。
所述3相動力儀壓電傳感器平臺6是長寬比模具固定臺5長寬稍大的矩形塊，其內(nèi)部裝有壓電傳感器，實時感應試件所受正壓力和摩擦力的作用，并在配有A/D采集卡的計算機9實時顯示出來。
所述數(shù)控銑床工作臺7，為普通的機床工作臺，其功能主要是為測試試驗提供工作臺。
所述電荷放大器8，其功能是把壓電片產(chǎn)生的電荷信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⑤敵龅脚溆蠥/D采集卡的計算機9。
測量前，利用砝碼對3相動力儀進行校準，預先按照試驗要求準備好試件。測量時，將模具或塑料隔膜4用螺釘固定在模具固定臺5上。將試件放于模具或塑料隔膜4表面上，操作數(shù)控機床，使3軸數(shù)控銑床刀柄1下降從而可知試件固定盒下降，將試件固定于試件固定盒2內(nèi)，并下壓試件使試件下表面與模具或塑料隔膜4表面緊密接觸。啟動A/D采集卡的計算機9，實時顯示3相動力儀壓電傳感器平臺6輸出的試件受力大小，微調(diào)試件固定盒2下降高度，使正壓力達到預先設(shè)定的水平，記錄試件固定盒2的高度，按照此高度對數(shù)控機床進行設(shè)定。預先按照模具或塑料隔膜4與換熱器的摩擦狀態(tài)設(shè)置好摩擦條件，然后控制機床沿模具的方向以一定的速度載荷帶動試件在模具或塑料隔膜4上做相對運動，同時控制試件固定盒2的下壓量，使之慢慢下壓，直到壓潰為止，A/D采集卡可以實時記錄下壓過程中正壓力和摩擦力的變化，并實時計算出翅片在該橫向加載條件下的垂向強度和動摩擦系數(shù)。通過改變試件與模具或塑料隔膜4的相對運動速度以及它們之間的摩擦狀態(tài)來模擬不同的彎曲條件進行測試，不斷獲得不同彎曲條件下的翅片垂向強度。
本實施例在測量中，基于材料抗壓強度的測試原理以及摩擦系數(shù)μ＝N/f(N為正壓力，f為摩擦力)的基本原理，通過改變機床主軸的運動速度和各接觸表面的摩擦狀態(tài)來模擬換熱器彎曲加工條件，并采用3相動力儀實現(xiàn)正壓力及摩擦力的測量從而根據(jù)上述原理得出換熱器彎曲加工時的正壓力、翅片垂向強度、摩擦力和摩擦系數(shù)。動力儀基于壓電晶體的壓電效應，能將正向壓力與摩擦力等力信號轉(zhuǎn)化成電信號，靈敏度和分辨率高、動態(tài)響應頻帶寬，動態(tài)誤差小。動力儀產(chǎn)生的電信號由高速采集卡采集，經(jīng)由程序校正濾波后顯示出正壓力、翅片垂向強度、摩擦力以及正壓力與摩擦力的比值摩擦系數(shù)。
本實施例能模擬換熱器彎曲時的各種速度載荷及各接觸表面的各種摩擦狀態(tài)；正壓力可以實時連續(xù)地增減，可以模擬不同彎曲力矩下的測量；可以實時獲得正壓力和摩擦力，并實時計算出換熱器與模具的摩擦系數(shù)，結(jié)果穩(wěn)定且不會引起摩擦表面的溫升。
權(quán)利要求
1.一種橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征在于，包括3軸數(shù)控銑床刀柄(1)、試件固定盒(2)、模具(4)、模具固定臺(5)、3相動力儀壓電傳感器平臺(6)、數(shù)控銑床工作臺(7)、電荷放大器(8)以及配有A/D采集卡的計算機(9)，其中3相動力儀壓電傳感器平臺(6)通過固定在數(shù)控銑床工作臺(7)上，并通過信號線連接電荷放大器(8)，電荷放大器(8)連接到配有A/D采集卡的計算機(9)，模具(4)固定在模具固定臺(5)上，模具固定臺(5)固定在3相動力儀壓電傳感器平臺(6)上，試件固定盒(2)緊固在3軸數(shù)控銑床刀柄(1)上，并將3軸數(shù)控機床刀柄(1)的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述試件固定盒(2)是一個帶柱狀柄的槽形件，通過柄與3軸數(shù)控銑床刀柄(1)進行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述槽形件，其槽兩側(cè)各有一個比試件銅管直徑寬的槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述模具(4)是一個與彎曲模具材質(zhì)相同的方薄件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述模具固定臺(5)為帶有螺紋孔的矩形塊，通過螺紋連接固定模具(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述3相動力儀壓電傳感器平臺(6)，是長寬比模具固定臺(5)長寬大的矩形塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述3相動力儀壓電傳感器平臺(6)，其內(nèi)部裝有壓電傳感器，實時感應試件所受正壓力和摩擦力，并在配有A/D采集卡的計算機(9)實時顯示出來。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其特征是，所述電荷放大器(8)，把壓電片產(chǎn)生的電荷信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并輸出到配有A/D采集卡的計算機(9)。
全文摘要
一種材料加工技術(shù)領(lǐng)域的橫向加載下?lián)Q熱器波紋翅片垂向強度的測量裝置，其中，3相動力儀壓電傳感器平臺固定在數(shù)控銑床工作臺上，通過信號線連接電荷放大器和配有A/D采集卡的計算機。模具或塑料隔膜固定在模具固定臺上，模具固定臺固定在3相動力儀壓電傳感器平臺上，保證好摩擦工作面板固定臺的水平度。試件固定盒緊固在3軸數(shù)控銑床刀柄上，并將3軸數(shù)控機床刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。本發(fā)明能模擬換熱器彎曲時的條件；正壓力可以實時連續(xù)地增減，可以模擬不同彎曲力矩下的測量；可以實時獲得正壓力和摩擦力；測量結(jié)果穩(wěn)定，精確度高。
文檔編號G01N3/12GK101074898SQ200710042300
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者彭穎紅, 唐鼎, 李大永, 張鵬, 尹忠慰 申請人:上海交通大學