基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置

摘要

本发明公开了基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置，包括自适应对中夹紧式容纳组件、内嵌式无源加压型喷淋冷却组件和反向作用式冷凝收集风冷组件。本发明属于锰铝合金铸件成形及加工技术领域，本发明针对冷却液接触到高温的铝锰合金后会快速蒸发的问题，基于反向作用和事先防范的技术原理，同时结合兰克‑赫尔胥效应，利用高压气体流经涡流管后产生低温气体，低温气体通过事先设置好的进风气罩中，低温气体将冷却液蒸发后生成的水汽快速冷凝，同时低温气体沿着冷却仓向下流动，可以快速将冷凝后的冷却液再次吹落在铝锰合金构件上，实现了冷却液的高效利用，而且冷凝过程不借助传统的制冷单元，不存在有害气体的排放。

说明书

技术领域

本发明属于锰铝合金铸件成形及加工技术领域，具体是指基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置。

背景技术

在铝锰合金构件铸造过程中，将铝锰合金加热到一定温度后需要对其进行淬火冷却处理，对于厚壁空腔型的铝锰合金构件，喷淋淬火的处理效果较好，但是在喷淋淬火冷却过程中存在各种问题。

在喷淋淬火冷却过程中，需要将冷却液喷淋在铝锰合金构件表面，但是冷却液接触到高温的铝锰合金后一部分的冷却液会快速蒸发，蒸发后形成的水汽向外扩散时容易被周围的工作人员吸入，或者扩散至周围的金属零件上，久而久而之，不仅影响工作人员的身体健康，而且周围金属零件容易生锈损坏；现有的喷淋淬火技术，常需要工作人员手持喷淋头对铝锰合金构件进行喷淋淬火，工作人员需要不间断的移动位置来调节喷淋方向，这样不仅冷却效果差，而且耽误时间。

所以急需要一种铝锰合金铸造冷却装置来解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置，解决了铝锰合金铸造冷却过程中的各种问题。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出了基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置，包括自适应对中夹紧式容纳组件，自适应对中夹紧式容纳组件包括自适应对中夹紧式收缩装置和支撑容纳装置，自适应对中夹紧式收缩装置设于支撑容纳装置的下方；内嵌式无源加压型喷淋冷却组件，内嵌式无源加压型喷淋冷却组件设于支撑容纳装置上，内嵌式无源加压型喷淋冷却组件包括内嵌式喷淋冷却装置和供液装置，内嵌式喷淋冷却装置设于供液装置的上方；以及，反向作用式冷凝收集风冷组件，反向作用式冷凝收集风冷组件设于支撑容纳装置上，反向作用式冷凝收集风冷组件包括清洁无害化制冷装置和风冷式收集冷却装置，风冷式收集冷却装置设于清洁无害化制冷装置的上方。

作为本发明的一种优选方案，其中：自适应对中夹紧式收缩装置包括收缩立杆、限位横臂、顶部滑槽、侧壁滑道一、顶部滚轴、侧壁滑道二、底部滚轴、驱动臂、从动臂、底部滑槽、固定底座、固定铰接底座、移动铰接底座、液压缸一和隔温圆盘，顶部滑槽贯穿限位横臂的顶壁和底壁，侧壁滑道一贯穿限位横臂的两侧侧壁，收缩立杆穿过顶部滑槽，收缩立杆与顶部滑槽之间保持滑动连接，顶部滚轴转动连接设于收缩立杆上，顶部滚轴穿过侧壁滑道一，顶部滚轴与侧壁滑道一之间保持滚动连接，侧壁滑道二贯穿收缩立杆的底部两侧侧壁，底部滑槽设于收缩立杆的底部的一侧侧壁上，驱动臂的一端与收缩立杆的底端保持铰接，驱动臂的另一端与移动铰接底座保持铰接，底部滚轴转动连接设于从动臂的一端，底部滚轴穿过侧壁滑道二，底部滚轴与侧壁滑道二之间保持滚动连接，从动臂的另一端与固定铰接底座保持铰接，驱动臂的中间段与从动臂的中间段保持转动连接，固定铰接底座固定连接设于固定底座上，移动铰接底座设于液压缸一的底端，隔温圆盘设于液压缸一的顶端。

作为本发明的一种优选方案，其中：支撑容纳装置包括支撑柱、支撑底板、支撑横臂、冷却仓和喷淋口，支撑底板固定连接设于支撑柱的底部，支撑横臂固定连接设于支撑柱的顶端，支撑横臂环绕于冷却仓布置，喷淋口等间隔环绕布置设于冷却仓上，冷却仓的底壁与隔温圆盘保持固定连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：内嵌式喷淋冷却装置包括内置通道、文丘里通道、喷淋管道和冷却喷头，内置通道设于收缩立杆内，文丘里通道垂直与内置通道布置，喷淋管道设于收缩立杆的侧壁上，喷淋管道的一端与文丘里通道连接，喷淋管道的另一端与冷却喷头连接，冷却喷头正对于喷淋口布置。

作为本发明的一种优选方案，其中：供液装置包括冷却液储存箱、供液泵和供液软管，冷却液储存箱对称布置设于支撑底板上，供液泵设于冷却液储存箱的侧壁上，供液泵设有两组，供液软管的一端与供液泵连接，供液软管的另一端与收缩立杆的顶壁连接，供液软管的内部空间与内置通道的内部空间保持连通。

作为本发明的一种优选方案，其中：清洁无害化制冷装置包括高压气体储存桶、出气阀、供气管、涡流管、安装座、冷气软管和热气三通软管，高压气体储存桶设于支撑底板上，出气阀设于高压气体储存桶的顶壁上，供气管的一端与出气阀连接，供气管的另一端与涡流管连接，涡流管固定连接设于安装座上，安装座固定连接设于高压气体储存桶的顶壁上，涡流管的一端与冷气软管连接，涡流管的另一端与热气三通软管连接，热气三通软管与冷却液储存箱保持连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：风冷式收集冷却装置包括收集盖、进风气罩、L型固定臂和液压缸二，收集盖铰接设于冷却仓的顶端，进风气罩设于收集盖上，L型固定臂的一端与冷却仓保持固定连接，L型固定臂的另一端液压缸二保持铰接，液压缸二的另一端与收集盖保持铰接，进风气罩与冷气软管保持连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：涡流管包括气体容室、扩口长管、热气口、锥形塞和冷气口，冷气口和扩口长管设于气体容室的两侧，气体容室与供气管连接，锥形塞设于扩口长管内，热气口设于锥形塞与扩口长管的管壁之间，冷气口与冷气软管连接，扩口长管与热气三通软管连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：限位横臂与冷却仓保持固定连接，固定底座固定连接设于支撑底板上。

作为本发明的一种优选方案，其中：冷却喷头环绕于冷却仓布置。

优选地，支撑底板上设有中央控制器，辅助实现装置的冷却和收集等功能，中央控制器型号为STC12C6082。

本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的有益效果如下：

(1)针对冷却液接触到高温的铝锰合金后会快速蒸发的问题，本发明基于反向作用和事先防范的技术原理，同时结合兰克-赫尔胥效应，利用高压气体流经涡流管后产生低温气体，低温气体通过事先设置好的进风气罩中，低温气体将冷却液蒸发后生成的水汽快速冷凝，同时低温气体沿着冷却仓向下流动，可以快速将冷凝后的冷却液再次吹落在铝锰合金构件上，实现了冷却液的高效利用，而且冷凝过程不借助传统的制冷单元，不存在有害气体的排放。

(2)当液压缸一收缩时，可以带动移动铰接底座向上移动，铰接底座带动从动臂的顶端沿着侧壁滑道二向上滑动，从而使四个收缩立杆同时向靠近冷却仓的方向移动，以此来改变冷却喷头与冷却仓内铝锰合金构件的距离，利用环形布置的冷却喷头对铝锰合金构件进行喷淋淬火，同时由于各个喷淋头之间的距离可以改变，所以本发明可以适应不同尺寸的铝锰合金构件。

(3)从涡流管中流出的热气，可以通过热气三通软管流入到冷却液储存箱中，对冷却液进行适当加热，将冷却液温度控制在一定的范围内,防止冷却液因为热量流失导致温度下降，使冷却液可以保持恒温。

(4)从进风气罩流入的冷气将冷却液冷凝后，冷却液顺着风流的方向流向冷却仓的底部，此过程中向下流动的冷却液可以接触到空腔型铝锰合金构件的内部空腔，可以有效加快铝锰合金构件的冷却速度。

(5)供液软管的长度较长，冷却液通过供液软管的过程中，由于管壁的摩擦力的存在，会消耗掉冷却液的一部分动能，当冷却液从供液软管中流出进入到文丘里通道时，在文丘里通道的最窄处，动态压力达到最大值，液体流速加快，可以适当加快冷却液的流动速度。

(6)隔温圆盘可以防止冷却仓的底壁与液压缸一之间产生热交换，有效避免液压缸一内的液压油的温度频繁发生改变，从而影响液压缸一的工作状态。

(7)液压缸二收缩时可以带动收集盖绕着底部的铰接处转动，使收集盖脱离冷却仓，方便将铝锰合金构件放入冷却仓内，液压缸二伸长时可以使收集盖贴紧冷却仓的顶端，对喷淋淬火时产生的水汽进行阻拦和冷凝。

(8)收缩立杆上的顶部滚轴，可以减小收缩立杆沿着顶部滑槽滑动期间受到的摩擦阻力，有利于收缩立杆快速调整自身位置。

(9)从动臂上的底部滚轴，可以减小从动臂的顶端沿着底部滑槽滑动时受到的摩擦阻力。

附图说明

图1为本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的整体结构示意图A；

图2为本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的整体结构示意图B；

图3为图2的A部分的局部放大图；

图4为本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的俯视图；

图5为本发明提出的自适应对中夹紧式收缩装置的整体结构示意图；

图6为图5的B部分的局部放大图；

图7为本发明提出的供液装置的整体结构示意图；

图8为本发明提出的内嵌式喷淋冷却装置的整体结构示意图；

图9为图8的C部分的局部放大图；

图10为本发明提出的清洁无害化制冷装置的整体结构示意图；

图11为本发明提出的涡流管的整体结构示意图；

图12为本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的原理框图；

图13为本发明提出的基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置的模块电路图。

其中，1、自适应对中夹紧式容纳组件，11、自适应对中夹紧式收缩装置，110、收缩立杆，111、限位横臂，112、顶部滑槽，113、侧壁滑道一，114、顶部滚轴，115、侧壁滑道二，116、底部滚轴，117、驱动臂，118、从动臂，119、底部滑槽，1110、固定底座，1111、固定铰接底座，1112、移动铰接底座，1113、液压缸一，1114、隔温圆盘，12、支撑容纳装置，120、支撑柱，121、支撑底板，122、支撑横臂，123、冷却仓，124、喷淋口，2、内嵌式无源加压型喷淋冷却组件，21、内嵌式喷淋冷却装置，210、内置通道，211、文丘里通道，212、喷淋管道，213、冷却喷头，22、供液装置，220、冷却液储存箱，221、供液泵，222、供液软管，3、反向作用式冷凝收集风冷组件，31、清洁无害化制冷装置，310、高压气体储存桶，311、出气阀，312、供气管，313、涡流管，3130、气体容室，3131、扩口长管，3132、热气口，3133、锥形塞，3134、冷气口，314、安装座，315、冷气软管，316、热气三通软管，32、风冷式收集冷却装置，320、收集盖，321、进风气罩，322、L型固定臂，323、液压缸二。

在图13的中央控制器的电路图中，+5V为电路的供电电源，GND为接地端，XTAL1为晶振，C1和C2为晶振的起振电容。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的一个新的实施例，如图1和图2所示，本发明提出了基于兰克赫尔胥效应的无害化铝锰合金铸造冷却装置，包括自适应对中夹紧式容纳组件1，自适应对中夹紧式容纳组件1包括自适应对中夹紧式收缩装置11和支撑容纳装置12，自适应对中夹紧式收缩装置11设于支撑容纳装置12的下方；内嵌式无源加压型喷淋冷却组件2，内嵌式无源加压型喷淋冷却组件2设于支撑容纳装置12上，内嵌式无源加压型喷淋冷却组件2包括内嵌式喷淋冷却装置21和供液装置22，内嵌式喷淋冷却装置21设于供液装置22的上方；以及，反向作用式冷凝收集风冷组件3，反向作用式冷凝收集风冷组件3设于支撑容纳装置12上，反向作用式冷凝收集风冷组件3包括清洁无害化制冷装置31和风冷式收集冷却装置32，风冷式收集冷却装置32设于清洁无害化制冷装置31的上方。

如图5和图6所示，自适应对中夹紧式收缩装置11包括收缩立杆110、限位横臂111、顶部滑槽112、侧壁滑道一113、顶部滚轴114、侧壁滑道二115、底部滚轴116、驱动臂117、从动臂118、底部滑槽119、固定底座1110、固定铰接底座1111、移动铰接底座1112、液压缸一1113和隔温圆盘1114，顶部滑槽112贯穿限位横臂111的顶壁和底壁，侧壁滑道一113贯穿限位横臂111的两侧侧壁，收缩立杆110穿过顶部滑槽112，收缩立杆110与顶部滑槽112之间保持滑动连接，顶部滚轴114转动连接设于收缩立杆110上，顶部滚轴114穿过侧壁滑道一113，顶部滚轴114与侧壁滑道一113之间保持滚动连接，侧壁滑道二115贯穿收缩立杆110的底部两侧侧壁，底部滑槽119设于收缩立杆110的底部的一侧侧壁上，驱动臂117的一端与收缩立杆110的底端保持铰接，驱动臂117的另一端与移动铰接底座1112保持铰接，底部滚轴116转动连接设于从动臂118的一端，底部滚轴116穿过侧壁滑道二115，底部滚轴116与侧壁滑道二115之间保持滚动连接，从动臂118的另一端与固定铰接底座1111保持铰接，驱动臂117的中间段与从动臂118的中间段保持转动连接，固定铰接底座1111固定连接设于固定底座1110上，移动铰接底座1112设于液压缸一1113的底端，隔温圆盘1114设于液压缸一1113的顶端。

如图1、图4和图5所示，支撑容纳装置12包括支撑柱120、支撑底板121、支撑横臂122、冷却仓123和喷淋口124，支撑底板121固定连接设于支撑柱120的底部，支撑横臂122固定连接设于支撑柱120的顶端，支撑横臂122环绕于冷却仓123布置，喷淋口124等间隔环绕布置设于冷却仓123上，冷却仓123的底壁与隔温圆盘1114保持固定连接。

如图7-图9所示，内嵌式喷淋冷却装置21包括内置通道210、文丘里通道211、喷淋管道212和冷却喷头213，内置通道210设于收缩立杆110内，文丘里通道211垂直与内置通道210布置，喷淋管道212设于收缩立杆110的侧壁上，喷淋管道212的一端与文丘里通道211连接，喷淋管道212的另一端与冷却喷头213连接，冷却喷头213正对于喷淋口124布置。

如图7所示，供液装置22包括冷却液储存箱220、供液泵221和供液软管222，冷却液储存箱220对称布置设于支撑底板121上，供液泵221设于冷却液储存箱220的侧壁上，供液泵221设有两组，供液软管222的一端与供液泵221连接，供液软管222的另一端与收缩立杆110的顶壁连接，供液软管222的内部空间与内置通道210的内部空间保持连通。

如图4和图10所示，清洁无害化制冷装置31包括高压气体储存桶310、出气阀311、供气管312、涡流管313、安装座314、冷气软管315和热气三通软管316，高压气体储存桶310设于支撑底板121上，出气阀311设于高压气体储存桶310的顶壁上，供气管312的一端与出气阀311连接，供气管312的另一端与涡流管313连接，涡流管313固定连接设于安装座314上，安装座314固定连接设于高压气体储存桶310的顶壁上，涡流管313的一端与冷气软管315连接，涡流管313的另一端与热气三通软管316连接，热气三通软管316与冷却液储存箱220保持连接。

如图3所示，风冷式收集冷却装置32包括收集盖320、进风气罩321、L型固定臂322和液压缸二323，收集盖320铰接设于冷却仓123的顶端，进风气罩321设于收集盖320上，L型固定臂322的一端与冷却仓123保持固定连接，L型固定臂322的另一端液压缸二323保持铰接，液压缸二323的另一端与收集盖320保持铰接，进风气罩321与冷气软管315保持连接。

如图10和图11所示，涡流管313包括气体容室3130、扩口长管3131、热气口3132、锥形塞3133和冷气口3134，冷气口3134和扩口长管3131设于气体容室3130的两侧，气体容室3130与供气管312连接，锥形塞3133设于扩口长管3131内，热气口3132设于锥形塞3133与扩口长管3131的管壁之间，冷气口3134与冷气软管315连接，扩口长管3131与热气三通软管316连接。

如图4所示，限位横臂111与冷却仓123保持固定连接，固定底座1110固定连接设于支撑底板121上。

优选地，冷却喷头213环绕于冷却仓123布置。

优选地，支撑底板121上设有中央控制器，辅助实现装置的冷却和收集等功能，中央控制器型号为STC12C6082。

具体使用时，用户首先将高温铝锰合金构件放入冷却仓123内，液压缸一1113收缩，液压缸一1113带动移动铰接底座1112向上移动，驱动臂117绕着与收缩立杆110的铰接处向上转动，由于固定铰接底座1111保持固定不动，所以驱动臂117带动从动臂118绕着固定铰接底座1111向上转动，从动臂118向上转动的同时，从动臂118顶端的底部滚轴116沿着侧壁滑道二115向上滚动，从动臂118的顶端沿着底部滑槽119向上滑动，当从动臂118向上转动时，收缩立杆110与冷却仓123之间的距离会减小，收缩立杆110上的冷却喷头213会逐渐靠近喷淋口124，最终通过喷淋口124进入到冷却仓123内；当冷却喷头213移动到合适的位置后，启动供液泵221，供液泵221将冷却液储存箱220内的冷却液输送至供液软管222中，供液软管222中的冷却液依次流入内置通道210、文丘里通道211和喷淋管道212，最终从冷却喷头213中喷出，对冷却仓123内的高温铝锰合金构件进行喷淋淬火冷却，由于供液软管222的长度较长，冷却液通过供液软管222的过程中，由于管壁的摩擦力的存在，会消耗掉冷却液的一部分动能，当冷却液从供液软管222中流出进入到文丘里通道211时，在文丘里通道211的最窄处，动态压力达到最大值，液体流速加快，可以适当加快冷却液的流动速度；与此同时，液压缸二323伸长，带动收集盖320绕着底部的铰接处转动，使收集盖320与冷却仓123的顶端保持平齐，出气阀311打开，高压气体储存桶310内的高压气体通过供气管312流入到涡流管313内的气体容室3130中，根据兰克-赫尔胥效应(由于气流层之间的摩擦，使动能从涡流的中心部分向边缘部分传输，涡流中心部分因能量输出而温度降低，其边缘部分则因能量输入而温度升高)，气体容室3130内的高压气体会优先扩散到尺寸较大的扩口长管3131中并形成高速旋转的涡流，此时靠近管道中心的气流角速度最大，靠近管壁的气流角速度最小，内外圈的涡流由于角速度不同会发生摩擦，开始时内圈高速旋转的涡流在自身动力和摩擦力的作用下会带动外圈的涡流低速旋转，在这个过程中，内圈涡流为了保持旋转，会不断的将自身内能转换成维持旋转需要的动能，造成内能减少，内圈涡流温度逐渐降低，而外圈涡流可以通过由摩擦获得的动能不停旋转，而且内能不断增加，温度升高，当内圈涡流和外圈涡流同时涌向锥形塞3133时，外圈涡流可以通过热气口3132流出，内圈涡流会受到锥形塞3133的阻挡从而越聚越多，导致压强升高，最终内圈涡流开始反向流动，从冷气口3134流出，冷气口3134流出的内圈低温涡流随后流入到冷气软管315中，然后进入到进风气罩321中，流经进风气罩321的冷气从冷却仓123的顶部流向底部，此过程中，可以将冷却液接触到高温铝锰合金形成的高温水汽拦截住，并将水汽进行冷凝，使冷凝后的冷却液重新落在铝锰合金构件上，而且向下流动的冷却液可以接触到空腔型铝锰合金构件的内部空腔，可以有效加快铝锰合金构件的冷却速度，实现了冷却液的高效利用，而且冷凝过程不借助传统的制冷单元，不存在有害气体的排放，而从涡流管313中流出的外圈涡流，可以通过热气三通软管316流入到冷却液储存箱220中，对冷却液进行适当加热，将冷却液温度控制在一定的范围内,防止冷却液因为热量流失导致温度下降，使冷却液可以保持恒温；隔温圆盘1114可以防止冷却仓123的底壁与液压缸一1113之间产生热交换，有效避免液压缸一1113内的液压油的温度频繁发生改变，从而影响液压缸一1113的工作状态，以上便是本发明整体的工作流程，下次使用时重复此步骤即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。