膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统技术方案

本发明专利技术公开了膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括低温气体产生装置，所述低温气体产生装置通过谐波齿轮减速器减速后连接纳米流体微量润滑供给系统，所述低温气体产生装置与气体分配控制阀相连，所述纳米流体微量润滑供给系统还与外混合喷嘴相连，所述气体分配控制阀用于控制气体流量；该系统装置可以有效的减少磨削热损伤，提高被加工工件的表面完整性和加工精度，具有更强的冷却性能和优异摩擦学特性，表面，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷与机械加工领域磨削介质供给系统，具体是一种膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统。
技术介绍
纳米粒子射流微量润滑磨削加工是一种绿色环保、清洁节能的磨削加工技术。基于固体换热能力大于液体，液体换热能力大于气体的强化换热理论，将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中生成纳米流体，通过高压空气将纳米流体进行雾化，并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用；微量润滑油主要起润滑作用；纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力，起到了冷却作用，同时，纳米粒子具有良好的抗磨减摩性能特性和高的承载能力。但是，纳米流体射流微量润滑虽然能在一定程度上降低磨削温度，但是相对于浇注式磨削仍然有很大的差距，对于难加工材料加工仍然存在这磨削烧伤现象。经检索，李长河专利技术了低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统(专利号：ZL201310180218.5)；袁松梅设计了一种低温微量润滑系统(专利号：201010128275.5)；张宝专利技术了一种低温准干式微量润滑冷却装置(专利号：201620263903.3)。但是现有技术中，微量润滑系统微量润滑装置和低温气体产生装置都只是在一定的基础上进行组装，没有从制冷原理和结构中进行深入改进。并且，现有技术中，微量润滑泵多采用气动泵，而气动泵需要由气体频率发生器控制，所提供的频率有限，气动泵输出的动力较小，当润滑液中加入纳米粒子之后会导致润滑液粘度增大，流动性变差，出现供气动力不足而导致气动泵无法工作。低温气体产生装置需要巨大的压缩空气消耗量，而在生产实践中，空气压缩机不仅要驱动磨床等大型机床工作，而且还要驱动多个低温气体产生装置和多个气动泵，进一步增加了空气压缩机运行负担。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，为了既能够降低磨削区的温度避免磨削烧伤现象，又能够保证工件表面完整性，本专利技术将低温冷却与纳米粒子射流微量润滑进行了有效的耦合，利用低温气体代替原来纳米粒子射流微量润滑所需要的高压空气。本方案具有纳米粒子射流微量润滑所有的优点，并且弥补了磨削温度过高的缺点。最大限度地发挥低温气体的冷却性能与纳米粒子射流微量润滑优异的摩擦学特性。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括低温气体产生装置，所述低温气体产生装置通过谐波齿轮减速器减速后连接纳米流体微量润滑供给系统，所述低温气体产生装置与气体分配控制阀相连，所述纳米流体微量润滑供给系统还与外混合喷嘴相连，所述气体分配控制阀用于控制气体流量；所述低温气体产生装置的电磁涡流制动器和加工设备通过计算机连接构成闭环系统，当计算机检测到加工设备需要改变供油流量时，自动调节电磁涡流制动器从而调节低温气体产生装置主轴转速，所述低温气体产生装置输出的能量驱动纳米流体微量润滑供给系统进行微量供油，所述纳米流体微量润滑供给系统将纳米流体变为脉冲液滴，从外混合喷嘴处喷出。进一步的，所述低温气体产生装置，简称膨胀机。所述膨胀机包括叶轮、蜗壳、膨胀机喷嘴。所述叶轮、膨胀机喷嘴、蜗壳同轴，所述叶轮和喷嘴之间留有一定的间隙，喷嘴和蜗壳间隙配合，并且之间有密封垫片，膨胀机喷嘴出气口和蜗壳之间有密封垫片；所述叶轮为半开式径-轴流叶轮，所述叶轮与膨胀机主轴连接，半开式径-轴流式叶轮为径向进气轴向出气，通过半开式径-轴流式叶轮推动膨胀机主轴旋转对外输出功；所述蜗壳对压缩空气进行导流，使压缩空气能够均匀的流到各膨胀机喷嘴。进一步的，所述膨胀机还包括迷宫密封及螺旋迷宫密封组合；所述迷宫密封为非接触式密封，所述螺旋迷宫密封组合包括螺旋迷宫密封定子和螺旋迷宫密封转子两部分，螺旋迷宫密封定子与膨胀机壳体过渡配合连接，螺旋迷宫密封转子与膨胀机壳体过盈配合连接；螺旋迷宫转子一端加工有多头螺纹，另一端加工轴肩与螺旋迷宫密封形成甩油腔，螺旋迷宫密封转子轴肩与螺旋密封定子和轴承挡圈均留一定的间隙，甩油腔锥角α应满足45°≤α≤75°，甩油腔下方设置有甩油出口；其中螺旋迷宫密封定子与螺旋迷宫密封转子螺旋方向相反，螺旋迷宫定子的旋向与进油的方向相同，即当油从右方进入，则螺旋转子为左旋螺纹，螺旋迷宫定子为右旋螺纹；进一步的，所述膨胀机还包括膨胀机壳体，所述膨胀机壳体设置有壳体进油口流道、壳体轴承油流道、壳体出油口流道、法兰孔；膨胀机运行时，从壳体进油口流道进油，油经壳体轴承流道分别供给到两侧的深沟球轴承中，对轴承进行充分的润滑和降温，大部分油从第二出油口流出，少部分油进入到螺旋迷宫密封甩油腔，从壳体第一及第三出油口流出。进一步的，所述膨胀机还包括电磁涡流制动器及谐波齿轮减速器，所述电磁涡流制动器安装到膨胀机止动端，通过电磁涡流制动器与外界电磁涡流制动自动测控系统连接，可以通过人机交互界面来设置系统参数，将电磁涡流制动器在实验时的工作状态转化为可被检测的电信号，最终输出测试结果，在计算机界面上绘制出相应性能曲线，在膨胀机运行过程中，电磁涡流制动器起到对膨胀机主轴进行减速和消耗能量；谐波齿轮减速器通过谐波齿轮减速器键与膨胀机主轴相连，谐波齿轮减速器通过纳米流体微量润滑供给系统凸轮轴键与纳米流体微量润滑供给系统凸轮轴相连，所述谐波齿轮减速器与膨胀机主轴实现同轴度连接，所述谐波齿轮减速器将膨胀机主轴速度降低后传递到纳米流体微量润滑系统。进一步的，所述纳米流体微量润滑供给系统，简称MQLSS，包括泵体和活塞，活塞与泵体配合实现脉冲供油功能，通过泵体和活塞的周期性相对运动，把纳米流体按照一定的脉冲频率的排出，通过输油管路输送到外混合喷嘴处被低温气体雾化。优选的，泵体内设置泄气孔，泄气孔提供吸气、泄气通道，防止活塞冲程时不排气，则导致活塞腔气体被压缩压力过高气有可能导致泵体整体脱离。进一步的，所述MQLSS还包括出油口，出油口设置弹簧槽，来固定单向阀弹簧，进而固定单向阀堵头；所述MQLSS根据不同需油量，在弹簧槽的周边等分均匀的设置多个出油口流道，出油口侧面开设螺纹孔，用于泵体通过出油口定位螺钉定位连接。进一步的，所述MQLSS还包括固定板，固定板用来固定泵体和上箱体，上箱体与下箱体固定连接封闭凸轮轴箱，凸轮轴箱内设置有凸轮轴；所述凸轮轴安装在轴承座上，通过凸轮轴的升程和回程来驱动活塞进行冲程和回程，实现活塞的往复运动；在同一凸轮轴上可以加工多个凸轮来和多个活塞、泵体配合提供多路纳米流体，每路提供的纳米流体量根据凸轮的升程量不同而不同；活塞和泵体之间设有活塞弹簧，凸轮轴和活塞进行力闭合，活塞一直贴合在凸轮轴上，能够进行稳定供油。进一步的，所述气体分配控制阀，简称GDCV，GDCV壳体设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀；控气阀和GDCV壳体之间设有O型密封圈。进一步的，所述GDCV壳体的上设置有壳体进气口，壳体进气口主流道为圆形通道，气体分流道沿中心等分均匀圆形布置，可以使进入的气体均匀的进入到各流道，控气阀分布在GDCV壳体的左右两个面上；所述控气阀接头上设置外螺纹和内螺纹，外螺纹与GDCV壳体连接，内螺纹与控气阀螺柱连接。进一步的，所述外混合雾化喷嘴，简称喷嘴，包括喷嘴喷针、喷嘴固定块、喷嘴进气管、喷嘴套筒。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，包括低温气体产生装置，所述低温气体产生装置通过谐波齿轮减速器减速后连接纳米流体微量润滑供给系统，所述低温气体产生装置与气体分配控制阀相连，所述纳米流体微量润滑供给系统还与低温油气外混合喷嘴相连，所述气体分配控制阀用于控制气体流量；所述低温气体产生装置的电磁涡流制动器和加工设备通过计算机连接构成闭环系统，当计算机检测到加工设备需要改变供油流量时，自动调节电磁涡流制动器从而调节低温气体产生装置主轴转速，所述低温气体产生装置输出的能量驱动纳米流体微量润滑供给系统进行微量供油，所述纳米流体微量润滑供给系统将纳米流体变为脉冲液滴，从低温油气外混合喷嘴处喷出。

【技术特征摘要】
1.膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，包括低温气体产生装置，所述低温气体产生装置通过谐波齿轮减速器减速后连接纳米流体微量润滑供给系统，所述低温气体产生装置与气体分配控制阀相连，所述纳米流体微量润滑供给系统还与低温油气外混合喷嘴相连，所述气体分配控制阀用于控制气体流量；所述低温气体产生装置的电磁涡流制动器和加工设备通过计算机连接构成闭环系统，当计算机检测到加工设备需要改变供油流量时，自动调节电磁涡流制动器从而调节低温气体产生装置主轴转速，所述低温气体产生装置输出的能量驱动纳米流体微量润滑供给系统进行微量供油，所述纳米流体微量润滑供给系统将纳米流体变为脉冲液滴，从低温油气外混合喷嘴处喷出。2.如权利要求1所述的膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，所述低温气体产生装置，简称膨胀机，所述膨胀机包括叶轮、蜗壳、膨胀机喷嘴，所述叶轮、膨胀机喷嘴、蜗壳同轴，所述叶轮和喷嘴之间留有一定的间隙，喷嘴和蜗壳间隙配合，并且之间有密封垫片，膨胀机喷嘴出气口和蜗壳之间有密封垫片；所述叶轮为半开式径-轴流叶轮，所述叶轮与膨胀机主轴连接，半开式径-轴流式叶轮为径向进气轴向出气，通过半开式径-轴流式叶轮推动膨胀机主轴旋转对外输出功；所述蜗壳对压缩空气进行导流，使压缩空气能够均匀的流到各膨胀机喷嘴。3.如权利要求2所述的膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，所述膨胀机还包括迷宫密封及螺旋迷宫密封组合；所述迷宫密封为非接触式密封，所述螺旋迷宫密封组合包括螺旋迷宫密封定子和螺旋迷宫密封转子两部分，螺旋迷宫密封定子与膨胀机壳体过渡配合连接，螺旋迷宫密封转子与膨胀机壳体过盈配合连接；螺旋迷宫转子一端加工有多头螺纹，另一端加工轴肩与螺旋迷宫密封形成甩油腔，螺旋迷宫密封转子轴肩与螺旋密封定子和轴承挡圈均留一定的间隙，甩油腔锥角α应满足45°≤α≤75°，甩油腔下方设置有甩油出口；其中螺旋迷宫密封定子与螺旋迷宫密封转子螺旋方向相反，螺旋迷宫定子的旋向与进油的方向相同，即当油从右方进入，则螺旋转子为左旋螺纹，螺旋迷宫定子为右旋螺纹。4.如权利要求2或3所述的膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，所述膨胀机还包括膨胀机壳体，所述膨胀机壳体设置有壳体进油口流道、壳体轴承油流道、壳体出油口流道、法兰孔；膨胀机运行时，从壳体进油口流道进油，油经壳体轴承流道分别供给到两侧的深沟球轴承中，对轴承进行充分的润滑和降温，大部分油从第二出油口流出，少部分油进入到螺旋迷宫密封甩油腔，从壳体第一及第三出油口流出。5.如权利要求2或3所述的膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征是，所述膨胀机还包括电磁涡流制动器及谐波齿轮减速器，所述电磁涡流制动器安装到膨胀机止动端，通过电磁涡流制动器与外界电磁涡流制动自动测控系统连接，可以通过人机交互界面来设置系统参数，将电磁涡流制动器在实验时的工作状态转化为可被检测的电信号，最终输出测试结果，在计算机界...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国涛，李长河，卢秉恒，翟眀戈，张彦彬，杨敏，张仙朋，王要刚，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37