超低溫加工用液氮傳輸調(diào)控系統(tǒng)研制.pdf

1、超低溫冷卻加工技術(shù)具有改善材料切削加工性能、延長刀具壽命、提高工件表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在難加工材料的切削加工方面具有巨大的潛力。液氮射流作為冷卻介質(zhì)，其流量大小、氣液相比例等射流參數(shù)對(duì)超低溫冷卻加工有顯著影響，相關(guān)設(shè)備的研制已成為超低溫冷卻加工技術(shù)進(jìn)一步研究和推廣的關(guān)鍵。作為一種低溫流體，液氮沸點(diǎn)低且蒸發(fā)潛熱小，在管路中流動(dòng)時(shí)極易汽化形成氣液兩相流，低溫流體氣液兩相流的受熱流動(dòng)過程極其復(fù)雜，使液氮的穩(wěn)定傳輸和流量調(diào)控十分困難。本文為研制出用

2、于超低溫冷卻加工的液氮傳輸調(diào)控系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)液氮低氣相比例穩(wěn)定傳輸?shù)臈l件及液氮射流流量控制方法進(jìn)行探索性研究。
　　針對(duì)低溫流體在管路內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)沸騰過程中其傳熱、壓降等參數(shù)隨流型變化的現(xiàn)象，選取符合要求的關(guān)鍵元件及管道，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主體管路部分；根據(jù)液氮傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)了液氮傳輸?shù)目刂品椒ā?br>　　采用 AMESim建立了主體管路系統(tǒng)的受熱管道氣液兩相流動(dòng)傳熱數(shù)值模型，通過仿真計(jì)算分析了系統(tǒng)在不同的入口壓力和閥門開口量下液氮射流

3、的傳輸情況，驗(yàn)證了主體管路系統(tǒng)方案的可行性。
　　設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制單元及供電單元，研制出用于超低溫冷卻加工的液氮傳輸調(diào)控系統(tǒng)；根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)擬合出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)并整定PID控制參數(shù)，在此基礎(chǔ)上建立可根據(jù)輸入信號(hào)在線整定PID參數(shù)的模糊控制規(guī)則，設(shè)計(jì)出以“代數(shù)積-加法-重心法”為反模糊推理方法的模糊PID控制器。
　　通過液氮穩(wěn)定傳輸性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)仿真結(jié)果與管路系統(tǒng)；編寫采用PID控制方法和模糊PID控制方法的STM32