專(zhuān)利名稱(chēng)：熱管砂輪工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與評(píng)價(jià)熱管砂輪啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與方法，適用于評(píng)價(jià)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能，屬于難加工材料高效磨削加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)諸如鈦合金、高溫合金等難加工材料零件的需求日益迫切，磨削加工由于可獲得較高的零件表面質(zhì)量，往往作為零件的最終加工工序。但對(duì)上述材料進(jìn)行磨削加工時(shí)，由于材料本身的導(dǎo)熱性能差，所消耗的能量大部分都以熱能的形式積聚在磨削弧區(qū)，如果不能及時(shí)將這些熱量疏導(dǎo)出去，磨削弧區(qū)的溫度會(huì)急速 上升，過(guò)高的磨削溫度會(huì)導(dǎo)致工件表面的熱損傷，此外，還造成砂輪工具磨損速度加快。因此，為保證上述難加工材料的加工質(zhì)量，其磨削加工效率往往很低。為了降低弧區(qū)溫度，常用的做法是向磨削弧區(qū)噴射大流量高壓磨削液，但由于砂輪高速回轉(zhuǎn)形成的氣障有效阻礙了磨削液進(jìn)入磨削弧區(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)其冷卻效果并不理想。在眾多的傳熱組件中，熱管的傳熱效率極高，有熱的“超導(dǎo)體”美稱(chēng)。目前已有人
將熱管技術(shù)運(yùn)用到磨削加工中的弧區(qū)強(qiáng)化冷卻，并研制出一種新型磨具------熱管砂輪，
其核心是基于環(huán)形回轉(zhuǎn)熱管的傳熱原理，使磨削弧區(qū)的熱量直接導(dǎo)入熱管蒸發(fā)端并經(jīng)熱管迅速疏導(dǎo)出去，使冷卻的重心由工件轉(zhuǎn)向砂輪，以達(dá)到強(qiáng)化弧區(qū)換熱效果，降低磨削溫度目的，從而極大地提高難加工材料的材料去除率。由于熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間與換熱性能受到諸如砂輪轉(zhuǎn)速、弧區(qū)熱流密度、工質(zhì)條件等多種因素的影響，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)熱管砂輪在不同條件下的啟動(dòng)時(shí)間與換熱性能，需要建立一套熱管砂輪工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置可定量模擬弧區(qū)熱源并準(zhǔn)確測(cè)量熱管砂輪熱端和冷端內(nèi)外壁溫度及熱管工作腔內(nèi)氣壓變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種熱管砂輪工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與方法，該裝置通過(guò)模擬弧區(qū)熱源，在熱管砂輪中依次布置有測(cè)溫?zé)犭娕?，特別適用于不同影響因素(砂輪轉(zhuǎn)速、弧區(qū)熱流密度、工質(zhì)條件等)條件下對(duì)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種用于熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括
一砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，包括一電動(dòng)機(jī)和經(jīng)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的旋轉(zhuǎn)軸，在該旋轉(zhuǎn)軸上固定有一熱管砂輪，在熱管砂輪熱端以及冷端的內(nèi)外壁分別設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕迹?br> 一高頻感應(yīng)加熱裝置，設(shè)置在所述的熱管砂輪熱端外壁；
一電刷集流環(huán)系統(tǒng)，包括集流環(huán)系統(tǒng)以及與之相對(duì)應(yīng)的電刷系統(tǒng)，其中集流環(huán)系統(tǒng)包括與所述測(cè)溫?zé)犭娕歼B接的導(dǎo)電環(huán)；所述的電刷系統(tǒng)包括軸向進(jìn)給裝置和電刷裝置，該電刷裝置包括與所述的導(dǎo)電環(huán)接觸的石墨棒；一壓力傳感器，設(shè)置在所述的熱管砂輪的熱管內(nèi)；
一信號(hào)采集處理器，用于采集所述的熱電偶測(cè)溫點(diǎn)及壓力傳感器輸出的電勢(shì)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度或壓力信號(hào)。所述熱管砂輪包括砂輪基體、砂輪端蓋、內(nèi)密封圈、外密封圈、轉(zhuǎn)接頭以及堵頭，且所述熱管砂輪的外圓面為光滑面；所述砂輪端蓋通過(guò)所述內(nèi)密封圈、所述外密封圈以及兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與所述砂輪基體相連；所述轉(zhuǎn)接頭通過(guò)兩個(gè)徑向密封圈和一個(gè)端面密封圈安裝在砂輪基體背面；所述堵頭通過(guò)一個(gè)徑向密封圈安裝在轉(zhuǎn)接頭內(nèi)。所述高頻感應(yīng)加熱裝置采用交流電源，輸入功率(Γ6. 6KW，通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流，能夠向與熱管砂輪熱端相對(duì)的外圓壁面提供(TlOOW/mm2的熱流密度；所述感應(yīng)線(xiàn)圈采用雙回路方形紫銅管，與熱管砂輪熱端外壁間距為2mm。所述軸向進(jìn)給裝置由絲杠、手動(dòng)旋鈕、墊塊、固定板、螺紋套、導(dǎo)軌以及推桿組成， 所述螺紋套與所述推桿通過(guò)螺紋連接，且推桿左側(cè)開(kāi)設(shè)有一圓孔，所述絲杠直徑較大的一端裝入該圓孔內(nèi)且與圓孔底面有良好的貼合；所述推桿裝入所述導(dǎo)軌內(nèi)，所述固定板旋入所述絲杠上，并與所述導(dǎo)軌通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘實(shí)現(xiàn)連接；另外，所述絲杠直徑較小的一端銑成方形并通過(guò)所述墊塊和開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘固定在所述手動(dòng)旋鈕上。所述電刷裝置還包括膠木支架、銅導(dǎo)線(xiàn)、彈簧和定位螺釘，所述的石墨棒置于膠木支架內(nèi)，所述彈簧的一端與所述定位螺釘?shù)呐_(tái)階面貼合，另一端與所述石墨棒的底面貼合；所述銅導(dǎo)線(xiàn)的兩端分別錫焊在所述定位螺釘和所述石墨棒上。銅導(dǎo)線(xiàn)在焊接時(shí)應(yīng)保證銅導(dǎo)線(xiàn)處于較為松弛的狀態(tài)。所述集流環(huán)系統(tǒng)還包括膠木環(huán)，所述膠木環(huán)由兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘安裝在砂輪基體槽內(nèi)，且膠木環(huán)與基體端面相齊或略低于基體端面；所述黃銅環(huán)為五片，五片黃銅環(huán)安裝在膠木環(huán)與之相應(yīng)的五個(gè)槽內(nèi)，每片黃銅環(huán)由四個(gè)周向均布的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘鎖緊在膠木環(huán)上。所述測(cè)溫?zé)犭娕紴榭点~絲，五根康銅絲的另一端通過(guò)接線(xiàn)夾頭分別與所述集流環(huán)上與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。測(cè)溫方法采用半人工熱電偶法，其測(cè)量點(diǎn)包括熱管砂輪熱端外壁、與之相對(duì)的熱端內(nèi)壁、熱管砂輪冷端內(nèi)壁以及與之相對(duì)的冷端外壁，第五根康銅絲則焊在砂輪壁面上。另外，康銅絲安裝前在其表面涂一層AB膠以保證彼此絕緣，并且在熱管工作腔引出康銅絲用小孔及其周?chē)可螦B膠以保證熱管良好的氣密性。所述壓力傳感器安裝在砂輪基體的螺紋孔內(nèi)，與熱管工作腔連通，其上安裝有可保證熱管工作腔良好的氣密性的一端面密封圈，其輸入輸出信號(hào)線(xiàn)在測(cè)量壓力信號(hào)時(shí)也與所述集流環(huán)上與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)目的是提供采用上述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的方法，包括以下步驟
一、把熱管砂輪通過(guò)法蘭底座及法蘭蓋安裝在砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上；
二、調(diào)節(jié)電刷系統(tǒng)與熱管砂輪的相對(duì)位置，使得石墨棒與旋轉(zhuǎn)的熱管砂輪端面安裝的黃銅環(huán)表面實(shí)現(xiàn)良好貼合；
三、接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流以控制線(xiàn)圈輸出的熱流密度q，同時(shí)由四對(duì)測(cè)溫?zé)犭娕挤謩e測(cè)得該熱流密度下熱管砂輪熱端外壁溫度T1、與之相對(duì)的熱端內(nèi)壁溫度T2、熱管砂輪冷端內(nèi)壁溫度T3以及與之相對(duì)的冷端外壁溫度T4，根據(jù)砂輪結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)可計(jì)算出該熱流密度q對(duì)應(yīng)的熱管砂輪等效換熱系數(shù)Λ ；
四、將壓力傳感器的四根輸入輸出信號(hào)線(xiàn)分別與集流環(huán)系統(tǒng)中與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連，接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，重復(fù)獲得步驟三所述線(xiàn)圈輸出的熱流密度q ;同時(shí)由壓力傳感器測(cè)得每種熱流密度下熱管工作腔內(nèi)氣體壓力P隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)，由此判斷熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間；
五、改變砂輪轉(zhuǎn)速或者改變工質(zhì)性質(zhì)，重復(fù)步驟三和步驟四，可定量分析砂輪轉(zhuǎn)速以及工質(zhì)性質(zhì)對(duì)熱管砂輪啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的影響。根據(jù)以上技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)以下有益效果
I、本發(fā)明通過(guò)對(duì)熱管砂輪熱端和冷端內(nèi)外壁溫度的檢測(cè)以及熱管內(nèi)壓力的變化，實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)熱管砂輪的換熱過(guò)程，可以有效模擬磨削過(guò)程中弧區(qū)熱量在熱管砂輪內(nèi)部的傳遞。2、所述發(fā)明裝置中壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱管工作腔內(nèi)氣壓變化，由此判斷出熱管砂輪在不同工作條件下的啟動(dòng)時(shí)間。
3、由于砂輪結(jié)構(gòu)可反復(fù)拆裝，通過(guò)本發(fā)明所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與方法，可實(shí)現(xiàn)不同影響因素(砂輪轉(zhuǎn)速、弧區(qū)熱流密度、工質(zhì)性質(zhì)等)條件下對(duì)熱管砂輪的換熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。


圖I是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意 圖2是熱管砂輪的主視 圖3是圖2的A-A向剖視 圖4是圖3的E部放大示意 圖5是圖3的B-B向剖視 圖6是電刷集流環(huán)系統(tǒng)示意 圖7是圖6的C-C向視 圖8是圖6的D-D向視 圖9是本發(fā)明P- t之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。圖中各標(biāo)號(hào)的名稱(chēng)熱管砂輪I ;法蘭蓋2 ;電刷系統(tǒng)3 ;高頻感應(yīng)加熱裝置4 ;砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)5 ;法蘭底座6 ;外密封圈7 ;砂輪端蓋8 ;內(nèi)密封圈9 ;膠木環(huán)10 ;黃銅環(huán)11 ;壓力傳感器12 ;后端蓋13 ;康銅絲14 ;砂輪基體15 ;堵頭16 ;轉(zhuǎn)接頭17 ;墊塊18 ;絲杠19 ;手動(dòng)旋鈕20 ;固定板21 ;螺紋套22 ;推桿23 ;導(dǎo)軌24 ;石墨棒25 ;銅導(dǎo)線(xiàn)26 ;彈簧27 ;定位螺釘28;膠木支架29，計(jì)算機(jī)30，信號(hào)采集卡31。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作詳細(xì)的描述。如圖I至圖9所示，本發(fā)明所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，用于評(píng)價(jià)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能。將熱管砂輪I通過(guò)法蘭底座6及法蘭蓋2安裝在砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)5上，所述熱管砂輪包括砂輪基體15、砂輪端蓋8、內(nèi)密封圈9、外密封圈7、轉(zhuǎn)接頭17以及堵頭16，且所述熱管砂輪的外圓面為光滑面。所述砂輪端蓋8通過(guò)所述內(nèi)密封圈9、所述外密封圈7以及兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與所述砂輪基體15相連；所述轉(zhuǎn)接頭17通過(guò)兩個(gè)徑向密封圈和一個(gè)端面密封圈安裝在砂輪基體15背面；所述堵頭16通過(guò)一個(gè)徑向密封圈安裝在轉(zhuǎn)接頭17內(nèi)，轉(zhuǎn)接頭17和堵頭16共同實(shí)現(xiàn)熱管砂輪I的抽真空、注液與密封。在砂輪基體15前端面安裝有所述集流環(huán)系統(tǒng)和電刷系統(tǒng)3，其中所述集流環(huán)系統(tǒng)還包括膠木環(huán)10和黃銅環(huán)11 ;所述膠木環(huán)10由兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘安裝在砂輪基體槽內(nèi)，且膠木環(huán)10與基體端面相齊或略低于基體端面；所述黃銅環(huán)11為五片，五片黃銅環(huán)安裝在膠木環(huán)10與之相應(yīng)的五個(gè)槽內(nèi)，每片黃銅環(huán)由四個(gè)周向均布的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘鎖緊在膠木環(huán)10上(五片黃銅環(huán)11在安裝前表面應(yīng)用細(xì)粒度金相砂紙打磨，使得表面粗糙度Ra小于I. 6 _)。與集流環(huán)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的是電刷系統(tǒng)3，且電刷系統(tǒng)3由軸向進(jìn)給裝置和電刷裝置兩部分通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘相連接。所述軸向進(jìn)給裝置由絲杠19、手動(dòng)旋鈕20、墊塊18、固定板21、螺紋套22、導(dǎo)軌24以及推桿23組成；所述螺紋套22與所述推桿23通過(guò)螺紋連接，且推桿左側(cè)開(kāi)設(shè)有一圓孔，所述絲杠19直徑較大的一端裝入該圓孔內(nèi)且與圓孔底面有良好的貼合；所述推桿23裝入所述導(dǎo)軌24內(nèi)，所述固定板21旋入所述絲杠 19上，并與所述導(dǎo)軌24通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘實(shí)現(xiàn)連接；另外，所述絲杠19直徑較小的一端銑成方形并通過(guò)所述墊塊18和開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘固定在所述手動(dòng)旋鈕20上。所述電刷裝置還包括膠木支架29、銅導(dǎo)線(xiàn)26、彈簧27和定位螺釘28，所述的石墨棒25置于膠木支架29內(nèi)，所述彈簧27的一端與所述定位螺釘28的臺(tái)階面貼合，另一端與所述石墨棒25的底面貼合；同時(shí)，彈簧27的壓縮量應(yīng)保證當(dāng)電刷裝置工作時(shí)在5 10mm，確保彈簧27能始終補(bǔ)償石墨棒25的磨損量；所述銅導(dǎo)線(xiàn)26的兩端分別錫焊在所述定位螺釘28和所述石墨棒25上，銅導(dǎo)線(xiàn)在焊接時(shí)應(yīng)保證銅導(dǎo)線(xiàn)處于較為松弛的狀態(tài)。調(diào)節(jié)電刷系統(tǒng)3中石墨棒25與集流環(huán)系統(tǒng)中黃銅環(huán)11的相對(duì)位置，使得兩者一一對(duì)應(yīng)，且兩者表面在熱管砂輪I高速旋轉(zhuǎn)時(shí)處于良好貼合狀態(tài)；由電刷系統(tǒng)3采集到的熱電偶測(cè)溫點(diǎn)及壓力傳感器輸出的電勢(shì)信號(hào)通過(guò)信號(hào)采集卡導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度或壓力信號(hào)。所述高頻感應(yīng)加熱裝置4采用交流電源，輸入功率(Γ6. 6KW，通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流，能夠向與熱管砂輪I熱端相對(duì)的外圓壁面提供(TlOOW/mm2的熱流密度；所述感應(yīng)線(xiàn)圈采用雙回路方形紫銅管，與熱管砂輪熱端外壁間距為2mm。所述測(cè)溫?zé)犭娕紴榭点~絲14，五根康銅絲的另一端通過(guò)接線(xiàn)夾頭分別與所述集流環(huán)上與每片黃銅環(huán)11對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。測(cè)溫方法采用半人工熱電偶法，其測(cè)量點(diǎn)包括熱管砂輪熱端外壁、與之相對(duì)的熱端內(nèi)壁、熱管砂輪冷端內(nèi)壁以及與之相對(duì)的冷端外壁，第五根康銅絲焊在砂輪壁面上。另外，康銅絲14安裝前在其表面涂一層AB膠以保證彼此絕緣，并且在熱管工作腔引出康銅絲用小孔及其周?chē)可螦B膠以保證熱管良好的氣密性。所述壓力傳感器12安裝在砂輪基體15的螺紋孔內(nèi)，與熱管工作腔連通，其上安裝有可保證熱管工作腔良好的氣密性的一端面密封圈，其輸入輸出信號(hào)線(xiàn)在測(cè)量壓力信號(hào)時(shí)也與所述集流環(huán)系統(tǒng)上與每片黃銅環(huán)11對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)目的是提供采用上述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的方法，包括以下步驟
一、把熱管砂輪通過(guò)法蘭底座及法蘭蓋安裝在砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上；二、調(diào)節(jié)電刷系統(tǒng)與熱管砂輪的相對(duì)位置，使得石墨棒與旋轉(zhuǎn)的熱管砂輪端面安裝的黃銅環(huán)表面實(shí)現(xiàn)良好貼合，為了提高信號(hào)采集的穩(wěn)定性，在試驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)讓石墨棒與旋轉(zhuǎn)的黃銅環(huán)對(duì)磨l(T20s的時(shí)間；
三、接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流以控制線(xiàn)圈輸出的熱流密度q，同時(shí)由四對(duì)測(cè)溫?zé)犭娕挤謩e測(cè)得該熱流密度下熱管砂輪熱端外壁溫度T1、與之相對(duì)的熱端內(nèi)壁溫度T2、熱管砂輪冷端內(nèi)壁溫度T3以及與之相對(duì)的熱管砂輪冷端外壁溫度T4，根據(jù)砂輪結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)可計(jì)算出每種熱流密度q對(duì)應(yīng)的熱管砂輪等效換熱系數(shù)1
四、將壓力傳感器的四根輸入輸出信號(hào)線(xiàn)分別與集流環(huán)系統(tǒng)中與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連，接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，重復(fù)獲得步驟三所述線(xiàn)圈輸出的熱流密度q ;同時(shí)由壓力傳感器測(cè)得每種熱流密度下熱管工作腔內(nèi)氣體壓力P隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)(見(jiàn)圖9)，由此判斷熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間；
五、改變砂輪轉(zhuǎn)速或者改變工質(zhì)性質(zhì)，重復(fù)步驟三和步驟四，可定量分析砂輪轉(zhuǎn)速以及 工質(zhì)性質(zhì)對(duì)熱管砂輪換熱性能的影響。熱管砂輪啟動(dòng)時(shí)間的判定方法為接通高頻感應(yīng)加熱設(shè)備電源的時(shí)間，記為;熱管工作腔內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)，氣壓逐漸上升，直至工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡(即為穩(wěn)態(tài))，此時(shí)時(shí)間記為G ,則熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間為( -h.)。下面是熱管砂輪等效換熱系數(shù)λ的計(jì)算方法?？紤]到電磁輻射以及感應(yīng)線(xiàn)圈發(fā)熱帶來(lái)的熱量損耗，由下式確定通過(guò)高頻感應(yīng)加熱在砂輪外圓壁面產(chǎn)生的熱量β
Q = ψιΑ(I)
式中
^為感應(yīng)加熱系數(shù)(o〈 V〈I)；
4為線(xiàn)圈加熱面積，由線(xiàn)圈截面尺寸決定。已知熱管砂輪熱端壁厚4，則熱端壁面熱傳導(dǎo)為
T-T
Q = AK^t^(2)
' B1
由(I)和(2)可得熱端導(dǎo)熱系數(shù)A
_ Vqbl
—〒〒Co；
h - h
熱管內(nèi)部對(duì)流換熱可由下式確定
Q = , 為(1T2-Ti)(4)
式中
權(quán)利要求
1.一種用于熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括 一砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，包括一電動(dòng)機(jī)和經(jīng)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的旋轉(zhuǎn)軸，在該旋轉(zhuǎn)軸上固定有一熱管砂輪，在熱管砂輪熱端以及冷端的內(nèi)外壁分別設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕迹? 一高頻感應(yīng)加熱裝置，設(shè)置在所述的熱管砂輪熱端外壁； 一電刷集流環(huán)系統(tǒng)，包括集流環(huán)系統(tǒng)以及與之相對(duì)應(yīng)的電刷系統(tǒng)，其中集流環(huán)系統(tǒng)包括與所述測(cè)溫?zé)犭娕歼B接的導(dǎo)電環(huán)；所述的電刷系統(tǒng)包括軸向進(jìn)給裝置和電刷裝置，該電刷裝置包括與所述的導(dǎo)電環(huán)接觸的石墨棒； 一壓力傳感器，設(shè)置在所述的熱管砂輪的熱管內(nèi)； 一信號(hào)采集處理器，用于采集所述的熱電偶測(cè)溫點(diǎn)及壓力傳感器輸出的電勢(shì)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度或壓力信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述熱管砂輪包括砂輪基體、砂輪端蓋、內(nèi)密封圈、外密封圈、轉(zhuǎn)接頭以及堵頭，且所述熱管砂輪的外圓面為光滑面；所述砂輪端蓋通過(guò)所述內(nèi)密封圈、所述外密封圈以及兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與所述砂輪基體相連；所述轉(zhuǎn)接頭通過(guò)兩個(gè)徑向密封圈和一個(gè)端面密封圈安裝在砂輪基體背面；所述堵頭通過(guò)一個(gè)徑向密封圈安裝在轉(zhuǎn)接頭內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述電刷裝置還包括膠木支架、銅導(dǎo)線(xiàn)、彈簧和定位螺釘，所述的石墨棒置于膠木支架內(nèi)，所述彈簧的一端與所述定位螺釘?shù)呐_(tái)階面貼合，另一端與所述石墨棒的底面貼合；所述銅導(dǎo)線(xiàn)的兩端分別錫焊在所述定位螺釘和所述石墨棒上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述集流環(huán)系統(tǒng)還包括膠木環(huán)，所述膠木環(huán)由兩圈周向均布的內(nèi)六角圓柱頭螺釘安裝在砂輪基體槽內(nèi)，且膠木環(huán)與基體端面相齊或略低于基體端面；所述黃銅環(huán)為五片，五片黃銅環(huán)安裝在膠木環(huán)與之相應(yīng)的五個(gè)槽內(nèi)，每片黃銅環(huán)由四個(gè)周向均布的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘鎖緊在膠木環(huán)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述五片黃銅環(huán)的表面粗糙度Ra小于1.6
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述測(cè)溫?zé)犭娕紴榭点~絲，五根康銅絲的另一端通過(guò)接線(xiàn)夾頭分別與所述集流環(huán)上與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述壓力傳感器安裝在砂輪基體的螺紋孔內(nèi)，與熱管工作腔連通，其上安裝有可保證熱管工作腔良好的氣密性的一端面密封圈，其輸入輸出信號(hào)線(xiàn)在測(cè)量壓力信號(hào)時(shí)也與所述集流環(huán)上與每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述高頻感應(yīng)加熱裝置采用交流電源，輸入功率(Te. 6KW，通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流，能夠向與熱管砂輪熱端相對(duì)的外圓壁面提供(TlOOW/mm2的熱流密度，所述感應(yīng)線(xiàn)圈采用雙回路方形紫銅管，與熱管砂輪熱端外壁間距為2mm。
9.一種采用權(quán)利要求I所述熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的方法，其特征在于包括以下步驟一、把熱管砂輪通過(guò)法蘭底座及法蘭蓋安裝在砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上；二、調(diào)節(jié)電刷系統(tǒng)與熱管砂輪的相對(duì)位置，使得石墨棒與旋轉(zhuǎn)的熱管砂輪端面安裝的黃銅環(huán)表面實(shí)現(xiàn)良好貼合；三、接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈電流以控制線(xiàn)圈輸出的熱流密度q，同時(shí)由四對(duì)測(cè)溫?zé)犭娕挤謩e測(cè)得該熱流密度下熱管砂輪熱端外壁溫度T1、與之相對(duì)的熱端內(nèi)壁溫度T2、熱管砂輪冷端內(nèi)壁溫度T3以及與之相對(duì)的冷端外壁溫度T4,根據(jù)砂輪結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)可計(jì)算出該熱流密度q對(duì)應(yīng)的熱管砂輪等效換熱系數(shù)A ;四、將壓力傳感器的四根輸入輸出信號(hào)線(xiàn)分別與集流環(huán)系統(tǒng)中與 每片黃銅環(huán)對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘相連，接通高頻感應(yīng)加熱裝置的電源，重復(fù)獲得步驟三所述線(xiàn)圈輸出的熱流密度q ;同時(shí)由壓力傳感器測(cè)得每種熱流密度下熱管工作腔內(nèi)氣體壓力P隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)，由此判斷熱管砂輪的啟動(dòng)時(shí)間；五、改變砂輪轉(zhuǎn)速或者改變工質(zhì)性質(zhì)，重復(fù)步驟三和步驟四，可定量分析砂輪轉(zhuǎn)速以及工質(zhì)性質(zhì)對(duì)熱管砂輪啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于熱管砂輪的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置與評(píng)價(jià)熱管砂輪啟動(dòng)時(shí)間和換熱性能的方法，其中監(jiān)測(cè)裝置包括一砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，包括一電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸，在該旋轉(zhuǎn)軸上固定有一熱管砂輪，在熱管砂輪熱端以及冷端的內(nèi)外壁分別設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕?；一高頻感應(yīng)加熱裝置，設(shè)置在熱管砂輪熱端外壁；一電刷集流環(huán)系統(tǒng)，包括集流環(huán)系統(tǒng)以及與之相對(duì)應(yīng)的電刷系統(tǒng)；一壓力傳感器，設(shè)置在熱管砂輪的熱管內(nèi)；一信號(hào)采集處理器，用于采集熱電偶測(cè)溫點(diǎn)及壓力傳感器輸出的電勢(shì)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度或壓力信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)熱管砂輪熱端和冷端內(nèi)外壁溫度的檢測(cè)以及熱管工作腔內(nèi)壓力的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱管砂輪的換熱過(guò)程，可以有效模擬磨削過(guò)程中弧區(qū)熱量在熱管砂輪內(nèi)部的傳遞。
文檔編號(hào)B24B49/14GK102962770SQ20121047036
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者傅玉燦, 陳琛, 赫青山, 陳佳佳, 張瑋 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)