获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法

摘要

本发明提供了一种用于获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法，该方法的步骤为：(1)利用平面三自由度机构实现喷油角度与距离调节；(2)通过改变压力与孔径调节喷油流量与速度；(3)均匀加热工件至预定温度，放入隔热套并固定于试验台；(4)用温度传感器测量工件在不同喷油参数下温度随时间的变化；(5)利用废液回收装置对喷出的润滑油进行回收再利用；(6)对比各喷油参数下工件的温度变化，得到不同喷油参数下工件的冷却性能。本发明综合考虑影响工件冷却性能的物理参数，通过控制变量，将喷油参数作为唯一变量，得到了不同喷油参数下工件的冷却性能，有效降低了获取工件在不同喷油参数下冷却性能的难度和成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法，尤其适用于喷油 角度、距离、流量、流速参数需要调节的情况下工件冷却性能的测试试验。

背景技术

目前获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试试验分为参数控制和温度测量两部分。 参数控制方面，大多数试验采用喷油嘴固定方法进行试验，尚未有比较成熟的任意角度、距 离参数控制方法；温度测量方法分为直接测量法和间接测量法，直接测量法即热电偶接触式 测量；间接测量法为红外热像技术，红外热像测温设备价格昂贵，控制方法复杂；必须需要 专业人员才能对其进行测量。

因此，目前尚缺乏一种低成本、简单方便、并且可以实现不同角度距离喷油参数控制， 获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对获取工件在不同喷油参数下冷却性能问题，综合考虑影响 工件冷却性能的物理参数，利用平面三自由度机构对喷油参数进行调节，实现了任意喷油角 度和距离参数控制，利用伯努利方程找到喷油出口压力与速度的关系实现了喷油出口速度控 制，根据流量与出口面积、速度的关系实现了油液流量控制，得到了不同喷油参数下工件冷 却时的温度变化的数据，提供了一种简便、较精确的喷油参数改变情况下工件冷却性能的测 试方法，有效降低了获取工件在不同喷油参数下冷却性能的难度和成本。

本发明的技术方案是：一种用于获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法，其特 征在于，该方法步骤如下：

步骤(1)、利用平面三自由度机构实现喷油角度与距离调节；

步骤(2)、通过改变压力与孔径调节喷油流量与速度；

步骤(3)、均匀加热工件至预定温度，放入隔热套并固定于试验台；

步骤(4)、用温度传感器测量工件在不同喷油参数下温度随时间的变化；

步骤(5)、利用废液回收装置对喷出的润滑油进行回收再利用；

步骤(6)、对比各喷油参数下工件的温度变化，得到不同喷油参数下工件的冷却性能。

进一步的，所述步骤(1)中的平面三自由度机构能够实现沿x、y轴移动及A轴转动， x轴为水平移动方向，y轴为垂直于x轴的竖直方向，A轴的旋转轴线垂直于y轴，具体的， x轴的移动利用滑块在平板上的凹槽中的移动来实现，y轴的竖直杆位于x轴的滑块上，y 轴上的移动利用y轴的竖直杆上的滑块实现，A轴的支杆与y轴的竖直杆上的滑块连接。

进一步的，所述步骤(1)中的喷油角度与距离调节方法是：通过调节喷油口与工件喷 点沿x方向的水平距离l和沿y方向的竖直距离h，控制喷油口到工件喷点的距离λ；沿A 轴转动喷油口调节喷油角度α。

进一步的，所述步骤(2)中利用伯努利方程找到喷油出口压力与速度的关系以控制出 口速度，

$p+\frac{\rho v^2}{2}+\mathrm{\rho gh}=C$

式中p为油液压强；v为油液流速；ρ为润滑油密度；g为重力加速度；h为油液高度； C为常量。

进一步的，所述步骤(2)中的流量调节方式是通过流量与出口面积、速度的关系控制 流量，即按照公式q＝s·v计算油液流量，式中q为流量；s为出口面积。

进一步的，所述步骤(3)中的加热方式为水浴加热，水浴加热的优点在于温度可控且 加热后工件内部温度分布均匀。

进一步的，所述步骤(3)中隔热套材料为泡沫板，隔离工件与试验台，减少热量损耗， 隔热效果好，并且能够排除其他因素的影响。

进一步的，所述步骤(4)中的传感器在试件上的布置位置是工件底面，且位于工件喷 点的正下方，避免喷油过程中油液接触传感器，减小实验误差，传感器位置在工件底面的中 心位置。

进一步的，所述步骤(4)中的测量是指：室温T0、润滑油温度T1、工件加热温度T、 喷点位置不变的情况下，测量不同喷油口到喷点距离λ、喷油角度α、喷油流量q、喷油流 速v条件下工件温度随时间变化的值。

进一步的，所述步骤(5)中的废液回收装置的收集方法是在试验台底部设置油槽，并 倾斜一定角度使油液集中，在试验台上放置防护罩防止油液飞溅，将小型抽油泵抽油管放入 油槽中，回油管放入喷油泵，进行油液回收，油槽在工件底面下方的四周，以及防护罩在工 件底面侧方的四周。

进一步的，所述步骤(5)中的废液回收装置的过滤方法是在小型抽油泵抽油管口包裹 滤网，过滤废液中的杂质。

进一步的，所述步骤(6)中进行对比是指将喷油口到工件喷点的距离λ、喷油角度α、 喷油流量q、喷油流速v等参数改变的条件下工件冷却时的温度变化绘制成曲线进行比较。

本发明的原理：利用平面三自由度机构调节试验台工件喷点到喷油口的水平距离l与竖 直距离h，控制喷油口到工件喷点的直线距离λ，调节喷油角度α，利用伯努利方程找到喷 油出口压力与速度的关系以控制出口速度v，根据流量与出口面积、速度的关系控制流量q， 利用温度传感器对不同喷油参数下工件表面温度进行测量，获取工件在不同喷油参数下冷却 性能。

本发明与现有技术相比的有益效果是：首先，应用本发明不需要价格昂贵的测量设备和 专业的测量人员，有效降低了获取工件在不同喷油参数下冷却性能的成本；其次，目前尚未 有较成熟的任意角度、距离参数控制方法，应用本发明只需简单操作，即可实现喷油角度参 数调节，使得工件在不同喷油参数下的冷却性能获取更加简单方便。

附图说明

图1为平面三自由度机构原理图。

图2为隔热套与工件位置示意图，其中1为隔热套，2为工件。

图3为传感器位置示意图，其中(a)为上视轴测图，图中1为隔热套，2为工件，A为 喷点；(b)为下视轴测图，图中1为隔热套，B为传感器布置位置。

图4为油槽及防护罩示意图，其中1为隔热套，2为工件，3为油槽，4为防护罩，5为 抽油管进口。

图5为不同喷油角度工件温度变化。

图6为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

本发明一种用于获取工件在不同喷油参数下冷却性能的测试方法，其方法流程如下：

(1)利用平面三自由度机构实现喷油角度与距离调节；

(2)通过改变压力与孔径调节喷油流量与速度；

(3)均匀加热工件至预定温度，放入隔热套并固定于试验台；

(4)用温度传感器测量工件在不同喷油参数下温度随时间的变化；

(5)利用废液回收装置对喷出的润滑油进行回收再利用；

(6)对比各喷油参数下工件的温度变化，得到不同喷油参数下工件的冷却性能。

所述步骤(1)中的平面三自由度机构能够实现沿x、y轴移动及A轴转动，机构原理 图如图1所示。

所述步骤(1)中的喷油角度与距离调节方法是：通过调节喷油口与工件喷点沿x方向 的水平距离l和沿y方向的竖直距离h，控制喷油口到工件喷点的距离λ；沿A轴转动喷油 口调节喷油角度α。

所述步骤(2)中利用伯努利方程找到喷油出口压力与速度的关系以控制出口速度。

$p+\frac{\rho v^2}{2}+\mathrm{\rho gh}=C$

式中p为油液压强；v为油液流速；ρ为润滑油密度；g为重力加速度；h为油液高度； C为常量。

所述步骤(2)中的流量调节方式是通过流量与出口面积、速度的关系控制流量，即按 照公式q＝s·v计算油液流量，式中q为流量；s为出口面积。

所述步骤(3)中的加热方式为水浴加热，水浴加热的优点在于温度可控且加热后工件 内部温度分布均匀。

所述步骤(3)中隔热套材料为泡沫板，隔离工件与试验台，减少热量损耗，隔热效果 好，并且能够排除其他因素的影响。

所述步骤(4)中的传感器在试件上的布置位置是工件底面，且位于工件喷点的正下方， 避免喷油过程中油液接触传感器，减小实验误差，传感器位置如图3(a)、(b)所示。其中 图3(a)为上视轴测图，图中1为隔热套，2为工件，A为喷点；图3(b)为下视轴测图， 图中1为隔热套，B为传感器布置位置。图3(a)、(b)说明传感器与工件及隔热套的相对 位置关系，且表明传感器位置位于工件表面喷点正下方。

所述步骤(4)中的测量是指：室温T0、润滑油温度T1、工件加热温度T、喷点位置 不变的情况下，测量不同喷油口到喷点距离λ、喷油角度α、喷油流量q、喷油流速v条件 下工件温度随时间变化的值。

所述步骤(5)中的废液回收装置的收集方法是在试验台底部设置油槽，并倾斜一定角 度使油液集中，在试验台上放置防护罩防止油液飞溅，将小型抽油泵抽油管放入油槽中，回 油管放入喷油泵，进行油液回收，油槽及防护罩如图4所示。

所述步骤(5)中的废液回收装置的过滤方法是在小型抽油泵抽油管口包裹滤网，过滤 废液中的杂质。

所述步骤(6)中进行对比是指将喷油口到工件喷点的距离λ、喷油角度α、喷油流量 q、喷油流速v等参数改变的条件下工件冷却时的温度变化绘制成曲线进行比较。

具体的，本发明的流程图如图6所示。下面以发明人自行设计的一个获取工件在不同喷 油角度下冷却性能的测试试验台为例，具体说明本发明方法，但本发明的保护范围不限于下 述实例：

步骤(1)：利用平面三自由度机构实现喷油角度与距离调节；

利用平面三自由度机构调节喷油口与工件喷点沿x方向的水平距离l和沿y方向的竖直 距离h，控制喷油口到工件喷点的距离λ为600mm；沿A轴转动喷油口依次调节喷油角度α 为30°、45°、60°。

步骤(2)：通过改变压力与孔径调节喷油流量与速度；

利用伯努利方程找到喷油出口压力与速度的关系以控制出口速度。

$p+\frac{\rho v^2}{2}+\mathrm{\rho gh}=C$

式中p为油液压强；v为油液流速；ρ为润滑油密度；g为重力加速度；h为油液高度； C为常量。由于润滑油从油泵喷出的过程中喷油口与油泵高度差较小，所以喷油过程可视为 润滑油在管路中的等高流动，伯努利方程可化为，

$p_1+\frac{\rho {v_1}^2}{2}=p_2+\frac{\rho {v_2}^2}{2}$

式中p₁为润滑油初始压力，0.31MPa；v₁为初始速度，0m/s；p₂为喷油出口压力，0 MPa；v₂为出口速度；ρ为润滑油密度，890Kg/m³。计算得出喷油出口速度为26.39m/s。

通过流量与出口面积、速度的关系控制流量，即按照公式q＝s·v计算油液流量，式中 q为流量；s为出口面积；喷油口半径r＝0.5mm，出口面积s＝π·r²；v＝v₂，计算得流量 为20.72ml/s。

步骤(3)：均匀加热工件至预定温度，放入隔热套并固定于试验台；

布置温度传感器于工件底面，将贴有温度传感器的工件放到水浴池中加热，工件贴有 温度传感器的面向上，在水浴池中放置支架，避免液面没过工件表面的传感器；加热到50℃ 后，用工具钳夹持工件放入隔热套中固定在试验台上。

步骤(4)：用温度传感器测量工件在不同喷油参数下温度随时间的变化；

接通喷油箱电源开始喷油，初始条件为：室温T0为20℃、润滑油温度T1为20℃、工 件加热温度T为50℃、喷油口到工件喷点距离λ为600mm、喷油速度v为26.39m/s、喷油 流量q为20.72ml/s、工件喷点位置不变，测量喷油角度α为30°、45°、60°时工件表面温度 随时间变化的值，每10s记录一次数据，记录总时间为10min，各喷油角度进行多组试验。

步骤(5)：利用废液回收装置对喷出的润滑油进行回收再利用；

将废液回收装置抽油泵抽油管用滤网包好，放入油槽中，回油管放入喷油箱中，打开抽 油泵电源，进行油液回收。

步骤(6)：对比各喷油参数下工件的温度变化，得到不同喷油角度下工件的冷却性能。

将不同喷油角度下各组试验数据进行处理，每个喷油角度下的多组数据取平均值，各数 据平均值如下各表所示；然后将各喷油角度下温度变化绘制成曲线进行对比，曲线图如图5 所示。

表1喷油角度为30°时工件表面温度值

表2喷油角度为45°时工件表面温度值

表3喷油角度为60°时工件表面温度值

对比不同喷油角度下工件温度变化曲线，得出结论：保持喷油口到喷点距离λ、喷油流 量q、喷油流速v不变的条件下，随着喷油角度减小，工件表面温度降低的速率加快，工件 的冷却性能提高。

总之，本发明针对获取工件在不同喷油参数下冷却性能问题，综合考虑影响工件冷却性 能的物理参数，利用平面三自由度机构对喷油参数进行调节，实现了任意喷油角度和距离参 数控制，利用伯努利方程找到喷油出口压力与速度的关系实现了喷油出口速度控制，根据流 量与出口面积、速度的关系实现了油液流量控制，得到了不同喷油参数下工件冷却时的温度 变化的数据，提供了一种简便、较精确的喷油参数改变情况下工件冷却性能的测试方法，有 效降低了获取工件在不同喷油参数下冷却性能的难度和成本。