[发明专利]热管砂轮工作状态监测装置与评价热管砂轮启动时间和换热性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热管砂轮的工作状态监测装置与方法，适用于评价热管砂轮的启动时间和换热性能，属于难加工材料高效磨削加工领域。

背景技术

随着航空航天技术的飞速发展，对诸如钛合金、高温合金等难加工材料零件的需求日益迫切，磨削加工由于可获得较高的零件表面质量，往往作为零件的最终加工工序。但对上述材料进行磨削加工时，由于材料本身的导热性能差，所消耗的能量大部分都以热能的形式积聚在磨削弧区，如果不能及时将这些热量疏导出去，磨削弧区的温度会急速上升，过高的磨削温度会导致工件表面的热损伤，此外，还造成砂轮工具磨损速度加快。因此，为保证上述难加工材料的加工质量，其磨削加工效率往往很低。为了降低弧区温度，常用的做法是向磨削弧区喷射大流量高压磨削液，但由于砂轮高速回转形成的气障有效阻碍了磨削液进入磨削弧区，实验结果发现其冷却效果并不理想。 

在众多的传热组件中，热管的传热效率极高，有热的“超导体”美称。目前已有人将热管技术运用到磨削加工中的弧区强化冷却，并研制出一种新型磨具------热管砂轮，其核心是基于环形回转热管的传热原理，使磨削弧区的热量直接导入热管蒸发端并经热管迅速疏导出去，使冷却的重心由工件转向砂轮，以达到强化弧区换热效果，降低磨削温度目的，从而极大地提高难加工材料的材料去除率。

由于热管砂轮的启动时间与换热性能受到诸如砂轮转速、弧区热流密度、工质条件等多种因素的影响，为了准确评价热管砂轮在不同条件下的启动时间与换热性能，需要建立一套热管砂轮工作状态监测装置，该装置可定量模拟弧区热源并准确测量热管砂轮热端和冷端内外壁温度及热管工作腔内气压变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种热管砂轮工作状态监测装置与方法，该装置通过模拟弧区热源，在热管砂轮中依次布置有测温热电偶，特别适用于不同影响因素（砂轮转速、弧区热流密度、工质条件等）条件下对热管砂轮的启动时间和换热性能进行评价。

为实现以上技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种用于热管砂轮的工作状态监测装置，包括：

一砂轮回转试验机，包括一电动机和经一传动机构连接的旋转轴，在该旋转轴上固定有一热管砂轮，在热管砂轮热端以及冷端的内外壁分别设置有测温热电偶；

一高频感应加热装置，设置在所述的热管砂轮热端外壁；

一电刷集流环系统，包括集流环系统以及与之相对应的电刷系统，其中集流环系统包括与所述测温热电偶连接的导电环；所述的电刷系统包括轴向进给装置和电刷装置，该电刷装置包括与所述的导电环接触的石墨棒；

一压力传感器，设置在所述的热管砂轮的热管内；

一信号采集处理器，用于采集所述的热电偶测温点及压力传感器输出的电势信号并转换成相应的温度或压力信号。

所述热管砂轮包括砂轮基体、砂轮端盖、内密封圈、外密封圈、转接头以及堵头，且所述热管砂轮的外圆面为光滑面；所述砂轮端盖通过所述内密封圈、所述外密封圈以及两圈周向均布的内六角圆柱头螺钉与所述砂轮基体相连；所述转接头通过两个径向密封圈和一个端面密封圈安装在砂轮基体背面；所述堵头通过一个径向密封圈安装在转接头内。

所述高频感应加热装置采用交流电源，输入功率0~6.6KW，通过调节感应线圈电流，能够向与热管砂轮热端相对的外圆壁面提供0~100W/mm²的热流密度；所述感应线圈采用双回路方形紫铜管，与热管砂轮热端外壁间距为2mm。

所述轴向进给装置由丝杠、手动旋钮、垫块、固定板、螺纹套、导轨以及推杆组成，所述螺纹套与所述推杆通过螺纹连接，且推杆左侧开设有一圆孔，所述丝杠直径较大的一端装入该圆孔内且与圆孔底面有良好的贴合；所述推杆装入所述导轨内，所述固定板旋入所述丝杠上，并与所述导轨通过内六角圆柱头螺钉实现连接；另外，所述丝杠直径较小的一端铣成方形并通过所述垫块和开槽盘头螺钉固定在所述手动旋钮上。

所述电刷装置还包括胶木支架、铜导线、弹簧和定位螺钉，所述的石墨棒置于胶木支架内，所述弹簧的一端与所述定位螺钉的台阶面贴合，另一端与所述石墨棒的底面贴合；所述铜导线的两端分别锡焊在所述定位螺钉和所述石墨棒上。铜导线在焊接时应保证铜导线处于较为松弛的状态。

所述集流环系统还包括胶木环，所述胶木环由两圈周向均布的内六角圆柱头螺钉安装在砂轮基体槽内，且胶木环与基体端面相齐或略低于基体端面；所述黄铜环为五片，五片黄铜环安装在胶木环与之相应的五个槽内，每片黄铜环由四个周向均布的开槽盘头螺钉锁紧在胶木环上。