一种基于冷热循环原理消除工件残余应力的应力均化装置

摘要

一种基于冷热循环原理消除工件残余应力的应力均化装置，它包括综合控制箱，制冷箱体，加热箱体，运动机构和总体支撑结构；与综合控制箱通过数据线连接的器件包括制冷箱体的低温温度传感器、液压控制系统、液氮制冷系统、加热箱体的高温温度传感器、液压控制系统、电阻丝加热管、运动机构的水平方向运动牵引电机、竖直方向运动牵引电机、两个行程限位开关以及总体支撑结构上的两个行程限位开关；制冷箱体和加热箱体的底部分别通过地脚螺栓和地面连接；运动机构通过齿轮与总体支撑结构中带有齿条的导轨啮合运动，并通过四个脚轮与带有限位槽的运动辅助导轨接触和支撑；总体支撑结构的龙门支架底部与地面固接。本发明在工业生产实际中有着应用前景。

主权项

一种基于冷热循环原理消除工件残余应力的应力均化装置，其特征在于：该装置包括综合控制箱（1），制冷箱体（2），加热箱体（3），运动机构（4）和总体支撑结构（5）；与综合控制箱（1）通过数据线连接的器件包括制冷箱体（2）的低温温度传感器（27）、液压控制系统（25）、液氮制冷系统（28）、加热箱体（3）的高温温度传感器（38）、液压控制系统（36）、电阻丝加热管（31）、运动机构（4）的水平方向运动牵引电机（48）、竖直方向运动牵引电机（42）、两个行程限位开关（422）以及总体支撑结构（5）上的两个行程限位开关（51）；制冷箱体（2）和加热箱体（3）的底部分别通过地脚螺栓和地面连接；运动机构（4）通过齿轮（413）与总体支撑结构（5）中带有齿条的导轨（52）啮合运动，并通过四个脚轮（415）与带有限位槽的运动辅助导轨（53）接触和支撑；总体支撑结构（5）的龙门支架（54）底部与地面固接；所述综合控制箱（1）呈长方体，其内部装有型号为ARK‑7480的工控主机，其功能是对整个装置进行综合控制，包括采集高、低温数据，控制制冷箱体（2）的低温和加热箱体（3）的高温，分别控制液压控制系统（25）和（36）使相应的箱体盖（210）和（39）开闭，控制运动机构（4）的水平和竖直运动，接收行程限位开关（422）和（51）的位置信号；所述制冷箱体（2）是由制冷箱内箱体（21）、保温材料层（22）、制冷箱外箱体（23）、箱体盖支撑导轨（24）、液压控制系统（25）、支撑部件（26）、低温温度传感器（27）、液氮制冷系统（28）、箱体盖滑轮（29）和箱体盖（210）组成；制冷箱内箱体（21）、保温材料层（22）和制冷箱外箱体（23）通过铆钉连接；箱体盖支撑导轨（24）与制冷箱体连接；液压控制系统（25）与支撑部件（26）连接，并通过螺钉与制冷箱外箱体（23）固定；低温温度传感器（27）通过螺纹孔与制冷箱外箱体（23）固定，并深入到制冷箱内箱体（21）的通孔边缘；液氮制冷系统（28）深入到制冷箱体（2）底部；箱体盖（210）通过六个箱体盖滑轮（29）受到箱体盖支撑导轨（24）的支撑，并且通过连接机构与液压控制系统（25）相连；该制冷箱内箱体（21）为金属板，材料为不锈钢，氩弧焊制作而成，其功能是连接外部部件；该保温材料层为聚胺脂硬质发泡，其功能是保温，有效地防止制冷箱体内部温度因外界传热而升高；该制冷箱外箱体（23）为金属板，材料为45号钢，焊接制作而成，其功能是支撑和连接内外各部件；该箱体盖支撑导轨（24）材料为45号钢，其功能是支撑箱体盖（210）；该液压控制系统（25）为定制，液压缸型号为OGS250X800，其功能是实现支撑箱体盖（210）的开闭；该支撑部件（26）根据液压缸形状定制，材料为碳钢，其功能是支撑液压缸；该低温温度传感器（27）是型号为HN111的半导体温度敏感型传感器，其功能是测量制冷箱内箱体（21）内的温度，转化成电压信号并返回给综合控制箱（1）；该液氮制冷系统（28）为制冷源，与制冷箱外箱体（23）的液氮管道连接，用来向箱体内注入或放出液氮以便控制低温；该箱体盖滑轮（29）是对箱体盖（210）支撑和导向；该箱体盖（210）为长方体金属板，其功能是用于箱体密封和保温；所述加热箱体（3）与制冷箱体结构相似，是由电阻丝加热管（31）、加热箱内箱体（32）、保温材料层（33）、加热箱外箱体（34）、箱体盖支撑导轨（35）、液压控制系统（36）、支撑部件（37）、高温温度传感器（38）和箱体盖（39）组成；15根电阻丝加热管（31）分别安装在加热箱内箱体（32）的底面和两个垂直于箱体盖（39）运动方向的侧面，每个面5根，安装方式为每根两端均用螺钉与加热箱内箱体（32）相连接；加热箱内箱体（32）、保温材料层（33）和加热箱外箱体（34）通过铆钉连接；箱体盖支撑导轨（35）与加热箱体连接；液压控制系统（36）与支撑部件（37）固接，并通过螺钉与加热箱外箱体（34）固定；高温温 度传感器（38）通过螺纹孔与加热箱外箱体（34）固定，并深入到加热箱内箱体（32）的通孔边缘；箱体盖（39）通过六个箱体盖滑轮（29）受到箱体盖支撑导轨（35）支撑，并且通过连接机构与液压控制系统（36）相连；该电阻丝加热管（31）为不锈钢管，两端有带孔的安装面，内部采用0Cr27Al7Mo2高电阻合金电阻丝，同时填充压实具有良好绝缘导热性能的氧化镁砂，其功能是产生热量，并均匀传递到加热箱内部；该加热箱内箱体（32）为高级不锈钢SUS304镜面板，制作时留有膨胀缝，防止因受热膨胀导致箱体开裂，其功能是连接外部部件；该保温材料层（33）为超细玻璃纤维绵，其功能是保温，有效地防止高温加热箱体内部热量流失使温度降低；该加热箱外箱体（34）为金属板，材料为45号钢，焊接制作而成，其功能是支撑和连接内外各部件；该箱体盖支撑导轨（35）材料为45号钢，其功能是支撑箱体盖（39）；该液压控制系统（36）为定制，液压缸型号为OGS250X800，其功能是实现支撑箱体盖（39）的开闭；该支撑部件（37）根据液压缸形状定制，材料为碳钢，其功能是支撑液压缸；该高温温度传感器（38）是型号为WRN‑191热电偶温度传感器，其功能是测量加热箱内箱体（32）内的温度场，转化成电压信号并返回给综合控制箱（1）；该箱体盖（39）为长方体金属板，其功能是用于箱体密封和保温；所述运动机构（4）是由运动牵引板（41）、竖直方向运动牵引电机（42）、联轴器（43）、轴承及支座（44）、绕钢丝绳套筒（45）、固定在运动牵引板的定滑轮（46）、定滑轮支架（47）、水平方向运动牵引电机（48）、联轴器（49）、轴承及支座（410）、主动齿轮轴（411）、被动大齿轮（412）、齿轮（413）、轴承及支座（414）、脚轮（415）、挡板（416）、固定杆（417）、运动箱体盖（418）、平衡杆（419）、运动箱体动滑轮（420）、滑轮支架（421）、行程限位开关（422）、工作筐（423）和横杆（424）组成；两个固定杆（417）分别在两端使用螺钉连接运动牵引板（41）和挡板（416）；竖直方向运动牵引电机（42）使用螺钉固定在运动牵引板（41）上；绕钢丝绳套筒（45）的轴通过轴承及支座（44）支撑，与竖直方向运动牵引电机（42）的轴使用联轴器（43）相连；钢丝绳一端固定在绕钢丝绳套筒（45）上，穿过对称分布的一对固定在运动牵引板的定滑轮（46），中间悬挂运动箱体动滑轮（420），另一端固定在运动牵引板（41）的吊环（41A）上；水平方向运动牵引电机（48）使用螺钉固定在运动牵引板（41）上；主动齿轮轴（411）通过轴承及支座（410）支撑，与水平方向运动牵引电机（48）的轴使用联轴器（49）相连；主动齿轮轴（411）上的小齿轮与被动大齿轮（412）啮合；被动大齿轮（412）与齿轮（413）装在同一个轴上，该轴受轴承及支座（414）支撑；四个脚轮（415）固定在运动牵引板（41）上；四根平衡杆（419）固定在运动箱体盖（418）上，并穿过运动牵引板（41）及挡板（416）上的导向孔（416A）；运动箱体动滑轮（420）通过滑轮支架（421）固定在运动箱体盖（418）上；行程限位开关（422）固定在运动箱体盖（418）上；工作筐（423）顶端焊接在运动箱体盖（418）上；横杆（424）放置在工作筐（423）开口一侧的锁环中；该运动牵引板（41）材料为铝合金，带有复数个凸台和凹槽的方框状，其中（41A）为连接钢丝绳的吊环，（41B）为定滑轮支架（47）的紧固螺纹孔，（41C）为水平方向运动牵引电机（48）的紧固螺纹孔，（41D）为轴承及支座（410）的紧固螺纹孔，（41E）为主动齿轮轴（411）上小齿轮开的槽，（41F）为轴承及支座（44）的紧固螺纹孔,（41G）为竖直方向运动牵引电机（42）的紧固螺纹孔，运动牵引板（41）的功能是支撑运动相关零件；该竖直方向运动牵引电机（42）是型号为PA100/200KG铜芯电葫芦，其功能是带动绕钢丝绳套筒（45）旋转完成工作筐（423）的升降；该联轴器（43）、轴承及支座（44）、绕钢丝绳套筒（45）、固定在运动牵引板的定滑轮（46）、定滑轮支架（47）、运动箱体动滑轮（420）和滑轮支架（421）根据竖直方向运动牵引电机（42）配套设计和选购，其功能是实现竖直运动的双绳方案；水平方向运动牵引电机（48）是型号为51K90GU‑CFW减速电机，其功能是为运动结构（4）水平运动提供动力；该联轴器（49）、轴承及支座（410）、主动齿轮轴（411）根据水平方向运动牵引电机（48）配套设计和选购；该被动大齿轮（412）、齿轮（413）、轴承 及支座（414）根据运动结构（4）实现水平运动的需要进行配套设计和选用；该脚轮（415）是直径为50mm的滑轮，共四个，其功能是有效地降低运动过程中的振动和阻力，同时起到了整个运动机构支撑和导向的作用；该挡板（416）为长方体金属板，中心开截面尺寸为300mm*200mm的槽，以及4个直径为8mm的导向孔（416A），其功能是辅助工作筐（423）竖直方向运动；该固定杆（417）截面为圆形，共两个，两端有厚4mm的安装面，其功能是连接运动牵引板（41）和挡板（416）；该运动箱体盖（418）呈长方体带有凸台，具体尺寸需要与制冷箱体（2）或者加热箱体（3）的顶部边缘尺寸配合，其功能是为工作筐（423）在制冷箱体（2）或者加热箱体（3）内部时密封，起到保温作用；该平衡杆（419）呈圆柱状，共四根，其功能是配合导向孔（416A）对工作筐（423）的竖直运动进行引导，保持工作筐稳定；该行程限位开关（422）是一种弹簧式短按钮型行程开关，其功能是对工作筐极限位置进行反馈，起到限位作用；该工作筐（423）为4mm宽的钢丝网焊接而成，厚度为2mm，材料为45号钢，其功能是承装时效工件；该横杆（424）截面为方形，其功能是配合工作筐（423）对时效工件进行阻拦，防止工件从筐中滑落；所述总体支撑结构（5）是由行程限位开关（51）、带有齿条的导轨（52）、运动辅助导轨（53）和龙门支架（54）组成；行程限位开关（51）通过螺钉与运动辅助导轨（53）固连；带有齿条的导轨（52）和运动辅助导轨（53）的两端分别用螺钉与龙门支架（54）上的支撑板紧固；该行程限位开关（51）与行程限位开关（422）相同；该带有齿条的导轨（52）截面为工字型，共两根，其功能是与齿轮（413）啮合引导运动机构（4）进行水平运动；运动辅助导轨（53）截面为工字型，上部带有凹槽，共两根，其功能是与四个脚轮（415）配合辅助运动机构（4）进行水平运动；该龙门支架（54）的钢管所有截面为“回”字型，支撑侧面为梯子形状，底部与工字型钢管焊接保持稳定，顶部与支撑板焊接，其功能是起总体支撑作用；该装置中的接口插头为标准六芯插头，用于连接各个设备的数据线间的接口，型号为HZ‑8500；软件程序为C++程序语言开发，其功能是用于冷热循环过程相关数据进行分析和处理。