CN107490227B - 一种液氮冷却设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氮冷却设备。所述液氮冷却设备包括：液氮箱(1)，用于容纳液氮；以及料道(2)，其安装至所述液氮箱(2)并贯穿所述液氮箱(1)，且相对于所述液氮箱(1)密封设置，所述料道(2)用于浸泡在所述液氮箱(1)内的液氮中，以对经过料道(2)输送的工件(8)进行冷却。本发明的液氮冷却设备能够避免工件直接与液氮接触，从而不会带出液氮，操作人员不会直接接触到液氮，由此有效避免操作人员的冻伤，消除安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，特别是涉及一种液氮冷却设备，尤其是用于冷却发动机中导管和座圈的液氮冷却设备。
背景技术
在发动机缸盖加工过程中，导管和座圈的压装是关键工序。导管或座圈压装质量的好坏对发动机质量有着直接的影响。为提高压装质量，通常对导管和座圈采用液氮冷却后进行压装。
在现有技术中，采用料道部分地浸入液氮中，使得导管和座圈直接浸入液氮中的技术方式。此种技术方式有下述缺点：工件直接浸入液氮中，在冷却后输出工件时，工件上会带有残留的液氮，容易导致操作人员被冻伤。此外，液氮箱为敞口结构，当在生产结束或修理或保养设备时，液氮箱里液氮会快速挥发，液氮箱恢复常温，产生大量水蒸气，液氮箱里的座圈或导管都会产生生锈的现象。再次生产时，需把液氮箱里面的生锈座圈或导管清空，不仅造成物料的浪费，而且浪费工时。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
发明内容
座圈、导管的压装：座圈、导管与各自底孔的尺寸配合方式为过盈配合，在压装前，首先对座圈、导管采用液氮冷却的方式，以便于实现压装，并提高座圈与导管各自的压装质量。
本发明的目的在于提供一种液氮冷却设备来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
为实现上述目的，本发明提供一种液氮冷却设备，所述液氮冷却设备包括：
液氮箱，用于容纳液氮；
料道，用于输送工件，所述料道安装至所述液氮箱并贯穿所述液氮箱，且相对于所述液氮箱密封设置，所述料道用于浸泡在所述液氮箱内的液氮中，以对经过料道输送的工件进行冷却，所述料道在所述液氮箱内水平延伸，且直线设置。
优选地，所述料道的横截面为封闭形状，且所述料道的上壁设置有氮气口，所述氮气口通过氮气管与所述液氮箱的上部空间连通，且所述氮气管的上端的高度高于所述液氮箱中设定液面的高度。
优选地，所述氮气口的数量为一个，且临近所述料道的出料端设置。
优选地，所述料道的进料端和出料端设置有可开闭式的密封门。
优选地，所述料道的进料端和出料端处的密封门枢转设置，且所述密封门的打开方向顺着料道的输送方向，所述密封门被弹性加载而保持在关闭位置，由料道输送工件的推力开启。
优选地，在所述料道的进料端的外侧设置有进料推送装置，用于沿着料道的长度方向推送工件，其中，所述进料推送装置的行程是可调的，以使得所述进料推送装置的行程设置为恰好将料道内的最邻近出料端的工件推送出所述料道。
优选地，所述料道以可拆卸方式安装至所述液氮箱。
优选地，所述料道以耐低温导热材料制成。
优选地，所述液氮冷却设备包括：
液氮供应装置，用于向所述液氮箱提供液氮；
液位计，用于检测液氮箱中的液氮液位；
进液控制阀，其连接在所述液氮供应装置与所述液氮箱之间；
控制模块，其与所述液位计和所述进液控制阀通讯连接，在所述液位计检测到的液氮箱中的液氮液位低于设定值时，控制所述进液控制阀开启；
安全阀，其设置在所述液氮箱与大气之间，在所述液氮箱内的气体压力超过设定值时开启泄压。
优选地，所述液氮冷却设备包括：
氮气转换装置，其与所述液氮供应装置连通，用于将液氮转换为加压氮气；
单向电磁阀，且设置在所述氮气转换装置与所述液氮箱之间；以及
温度传感器，用于检测所述液氮箱和/或料道的温度，
其中，在所述液氮冷却设备停止进行冷却时，所述控制模块使得所述单向电磁阀开启，以向所述液氮箱内供应加压氮气，直到所述温度传感器检测到的温度与环境温度之差小于设定值。
优选地，所述液氮箱为密封保压装置。
优选地，所述液氮冷却设备包括机械排气阀，所述机械排气阀设置在所述液氮箱与大气之间，用于将所述液氮箱中的压力降低至与大气压力相同。
优选地，所述工件为座圈和/或导管。
本发明的液氮冷却设备能够避免工件直接与液氮接触，从而不会带出液氮，操作人员不会直接接触到液氮，由此有效避免操作人员的冻伤，消除安全隐患。
附图说明
图1是现有技术中的液氮冷却设备的示意图。
图2是根据本发明一实施例的液氮冷却设备的示意图。
图3是图2所示液氮冷却设备中的一种液氮箱结构的示意图。
图4是图2所示液氮冷却设备中的另一种液氮箱结构的示意图。
图5是图4所示液氮箱结构的示意性横截面剖视图，其中剖切面垂直于料道的长度方向。
图6a至图6h是示出根据本发明一实施例的料道进料与出料结构的工作方式的示意图。
附图标记：
| 1 | 液氮箱 | 9 | 推杆 |
| 2 | 料道 | 21 | 进料端 |
| 3 | 液氮供应装置 | 22 | 出料端 |
| 4 | 进液控制阀 | 23 | 氮气口 |
| 5 | 单向电磁阀 | 24 | 氮气管 |
| 6 | 氮气转换装置 | 25 | 进料端密封门 |
| 7 | 集气罐 | 26 | 出料端密封门 |
| 8 | 工件 |
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图2是根据本发明一实施例的液氮冷却设备的示意图。图3是图2所示液氮冷却设备中的一种液氮箱结构的示意图。氮的沸点是77°K(-196℃)，在正常大气压下温度低于零下196摄氏度就会形成液氮，如果加压，可以在比较高的温度下得到液氮。
参见图2和图3，本发明的液氮冷却设备包括液氮箱1和料道2。液氮箱1用于容纳液氮。有利的是，液氮箱1以耐低温与绝热材料制造。在图示实施例中，液氮箱1的形状大体为长方体。但是本发明不限于此。在液氮箱1的两侧设置有开口，用于安装料道2。液氮箱1在两侧开口处与料道2密封配合。从而，液氮箱1整体上是密封的。至少而言，在液氮箱1与料道2的结合部位处是密封的。
料道2安装至液氮箱1并在液氮箱1的两侧开口处贯穿液氮箱1。在工作时，料道2完全或者至少部分地浸泡在所述液氮箱1内的液氮中，以对经过料道2输送的工件8进行冷却。如前所述，料道2相对于液氮箱1密封设置。在本发明中，“料道相对于液氮箱密封设置”，是指在正常使用状态下，液氮箱中的液氮不会进入到料道中。也就是说，在本发明中，“料道相对于液氮箱密封设置”，至少包括两种具体实施例方式。第一种实施方式如图3所示，料道限定的腔室(用于容纳工件)，与液氮箱是不连通的。第二种实施方式如图4所示，料道限定的腔室与液氮箱连通，但是不允许液氮箱中的液氮进入到料道内，或者说，在正常使用状态下，不允许液氮箱中的液氮进入到料道内。
由于料道2相对于液氮箱1密封设置，一方面，液氮箱1中的液氮不会进入到料道2中，从而工件8不会直接与液氮接触，更不会被工件8带出而冻伤操作人员；另一方面，避免了液氮箱1中的液氮飞溅出来的危险。
参见图3，料道2在液氮箱1内水平延伸，且直线设置。此种结构有利于工件8在料道2内的输送。但是本发明不限于此种结构。例如，料道2可以上下倾斜延伸，或者圆弧延伸，或者呈水平U形延伸或竖直U形延伸。在一个可选实施例中，在液氮箱1内设置有两条平行设置的料道2。
在一个优选的实施例中，在料道2的进料端的外侧设置有进料推送装置，用于沿着料道的长度方向推送工件，其中，所述进料推送装置的行程是可调的，以使得所述进料推送装置的行程设置为恰好将料道内的最邻近出料端的工件推送出所述料道。此种方式，尤其适用于直线延伸料道的料道形式。
需要指出的是，倾斜料道或圆弧料道无法直接连接料道口，需经过水平料道的平稳过渡，等待时间长短依据送料机构节拍确定。从而，经过深度冷却的工件需要等待一段时间才能输出。这实际上降低了冷却效果。而平直料道消除了此种缺点。
在图示的实施例中，料道2横截面的外轮廓为封闭矩形，可以理解的是，也可以采用其他的封闭形状。在一个可选的实施例中，料道2内没有设置滚轮、滑轨等附加构件。也就是说，料道2为矩形管。一方面降低了制造成本，另一方面，有利于工件8与料道2接触而进行热量的传导，从而提高冷却效率与冷却效果。
在一个可选实施例中，料道2以可拆卸方式安装至液氮箱1。从而，能够将料道2拆卸下来进行维修与更换。与现有技术中料道焊接至液氨箱的技术方案相比，本发明的可拆卸结构具有更便于维护的优点，既有利于对料道的维护，也有利于对液氮箱的维护。具体地，料道2可以通过螺纹连接、卡扣连接等方式安装至液氮箱1。此外，在液氨箱1与料道2的配合处设置密封结构。密封结构可以包括密封圈、密封垫等。
为提高冷却效果，料道2以耐低温导热材料制成，例如以钛合金制成。
为了提高冷却效果，料道2的进料端21和出料端22设置有可开闭式的密封门。从而，在进行物料输送时，所述封闭门开启，而且停止物料输送时，封闭门关闭。封闭门的密封性要求可以不是很好，只要能大致封闭料道2的进料端21和出料端22即可。密封门可以由弹簧加载而保持在关闭位置，在进行物料输送时，通过物料挤压密封门，而使得密封门开启或部分开启。在一个可选实施例中，密封门为柔性门帘。在另一个可选实施例中，密封门为刚性的门板。
在一个可选实施例中，料道2的进料端21和出料端22处的密封门枢转设置，且所述密封门的打开方向顺着料道的输送方向，所述密封门被弹性加载而保持在关闭位置，由料道输送的工件的推力开启。例如，在料道上设置有工件托盘来固定工件，或者设置有孔、凹槽、定位柱等定位结构来对输送的工件进行定位。一方面，确保工件与料道的输送部分同步运动；另一方面，为推开密封门提供驱动力。可以理解的是，密封门的密封力(弹性加载力)设置在较小的值，以减小工件对密封门的推力要求。
图6a至图6h是示出根据本发明一实施例的料道进料与出料结构的工作方式的示意图。进料端密封门25和出料端密封门26分别枢转设置在料道2的进料端21和出料端22处。在进料端处设置有推杆9。推杆9由直线驱动装置驱动，而沿着料道的长度方向(图3、图4、图6a-6h中的左右方向)往复运动。通过图6b至图6h所示的各状态，而完成工件的推出与工件的添加。具体地，将工件A推出了料道2，并将工件B添加至料道2中。可以理解的是，图示的结构与步骤仅仅是示例性的，并不构成对本发明保护范围的限制。
在一个可选实施例中，料道2在所述液氮箱1内水平延伸，且直线设置。在所述料道2的进料端的外侧设置有进料推送装置，用于沿着料道的长度方向推送工件。进料推送装置例如包括上述的推杆9。有利的是，所述进料推送装置的行程是可调的，以使得所述进料推送装置的行程设置为恰好将料道内的最邻近出料端的工件推送出所述料道。从而，可以根据工件的大小(特别是在料道长度方向上的尺寸)来调节进料推送装置的行程。
需要指出的是，也可以设置驱动装置来驱动密封门，使之在开启与关闭位置之间运动。
在另一个可选实施例中，料道的底部为平坦表面，工件直接放置在料道的底面上，且在料道的长度方向上，一个接一个地放置。
参加图4，料道2上设置有氮气口23，所述氮气口23通过氮气管24与所述液氮箱1的上部空间连通，且氮气管24的上端的高度高于所述液氮箱1中设定液面的高度。所述设定液面的高度，是指正常工作时液氮箱内液氮的液面的高度。有利的是，该高度在一定范围内波动。当液氮逐渐蒸发而使得所述高度低于最低液面时，向液氮箱内补充液氮，直到达到最高液面，然后停止补充液氮。
从而，可以通过液氮箱1向料道内2供应氮气。也就是说，始终从液氮箱1向料道2吹入氮气，以避免外部空气(含有水蒸气)进入到料道2内。这有利于避免在料道2的进料端21和出料端22处结霜，此种结霜有可能会将工件冻结在料道上。从而，此种设置氮气口和氮气管的方式能够提高整个冷却设备的工作可靠性。
在一个可选实施例中，氮气管24的上端与液氮箱顶板内侧之间的距离小于等于1cm。
在图4中，示出了三个氮气口23和一根氮气管24需要指出的是，每个氮气口23对应一根氮气管。也就是说，为了更清楚地示出氮气口23而省略了两根氮气管。
在图4中，在料道2上侧设置了3个氮气口。在另一个可选实施例中，仅仅在料道2上侧中部处设置一个氮气口，相应地，氮气管的数量也为一个。为了更好地实现防止结霜，所述氮气口临近所述料道的出料端设置。
有利的是，液氮箱1为密封保压装置。也就是说，可以将液氮箱1内的压力设置在一个相对恒定的范围之内，例如，使得液氮箱1内的压力略高于外部大气压。
参见图2，所述液氮冷却设备包括：液氮供应装置3、液位计(未图示)、进液控制阀4。液氮供应装置3用于向液氮箱提供液氮，具体形式可以为液氮存储罐等。液位计用于检测液氮箱中的液氮液位。进液控制阀4连接在液氮供应装置3与液氮箱1之间。
所述液氮冷却设备进一步设置有控制模块(未图示)。所述控制模块与液位计和进液控制阀通讯连接。在液位计检测到的液氮箱中的液氮液位低于设定值时，控制所述进液控制阀开启，向液氮箱中补充液氮，直到达到最高液面，然后停止补充液氮。
为了避免液氮箱内的压力过高，设置有安全阀(未图示)。安全阀设置在液氮箱1与大气之间，在液氮箱1内的气体压力超过设定值时自动开启泄压。安全阀可以采用任何适当的结构。有利的是，安全阀为机械式减压阀。
再次参见图2，所述液氮冷却设备还包括：氮气转换装置6和单向电磁阀5和温度传感器。氮气转换装置6与液氮供应装置3连通，用于将来自液氮供应装置3的液氮转换为加压氮气。单向电磁阀5设置在氮气转换装置6与液氮箱1之间。温度传感器用于检测所述液氮箱和/或料道的温度。
在所述液氮冷却设备停止进行冷却时，所述控制模块使得单向电磁阀5开启，以向液氮箱1内供应加压氮气。从而，可以避免在所述液氮冷却设备停止进行冷却时，水蒸气进入料道，导致工件生锈。
进一步地，可以设置压力传感器来检测液氮箱内液氮的压力。在检测到的压力低于设定值时，开启单向电磁阀5，向液氮箱内供应加压氮气；或者，开启进液控制阀4，向液氮箱内供应液氮。
在一个可选实施例中，所述液氮冷却设备包括机械排气阀，机械排气阀设置在所述液氮箱与大气之间，用于将所述液氮箱中的压力降低至与大气压力相同。也就是说，在机械排气阀开启时，液氮箱与环境空气直接连通。
优选地，所述工件为座圈和/或导管。
本发明的液氮冷却设备能够避免工件直接与液氮接触，从而不会带出液氮，操作人员不会直接接触到液氮，由此有效避免操作人员的冻伤，消除安全隐患。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种液氮冷却设备，其特征在于，包括：
液氮箱(1)，用于容纳液氮；
料道(2)，用于输送工件，所述料道(2)安装至所述液氮箱(1)并贯穿所述液氮箱(1)，且相对于所述液氮箱(1)密封设置，所述料道(2)用于浸泡在所述液氮箱(1)内的液氮中，以对经过料道(2)输送的工件(8)进行冷却，所述料道(2)在所述液氮箱(1)内水平延伸，且直线设置,
所述料道的横截面为封闭形状，且所述料道(2)的上壁设置有氮气口(23)，所述氮气口(23)通过氮气管(24)与所述液氮箱(1)的上部空间连通，且所述氮气管(24)的上端的高度高于所述液氮箱(1)中设定液面的高度。
2.如权利要求1所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述氮气口(23)的数量为一个，且临近所述料道(2)的出料端设置。
3.如权利要求1-2中任一项所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述料道(2)的进料端(21)和出料端(22)设置有可开闭式的密封门。
4.如权利要求3所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述料道(2)的进料端(21)和出料端(22)处的密封门枢转设置，且所述密封门的打开方向顺着料道的输送方向，所述密封门被弹性加载而保持在关闭位置，由料道输送工件的推力开启。
5.如权利要求4所述的液氮冷却设备，其特征在于，在所述料道(2)的进料端的外侧设置有进料推送装置，用于沿着料道的长度方向推送工件，其中，所述进料推送装置的行程是可调的，以使得所述进料推送装置的行程设置为恰好将料道内的最邻近出料端的工件推送出所述料道。
6.如权利要求1-2中任一项所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述料道(2)以可拆卸方式安装至所述液氮箱(1)。
7.如权利要求1-2中任一项所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述料道(2)以耐低温导热材料制成。
8.如权利要求1-2中任一项所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述液氮冷却设备包括：
液氮供应装置(3)，用于向所述液氮箱提供液氮；
液位计，用于检测液氮箱中的液氮液位；
进液控制阀(4)，其连接在所述液氮供应装置(3)与所述液氮箱(1)之间；
控制模块，其与所述液位计和所述进液控制阀通讯连接，在所述液位计检测到的液氮箱中的液氮液位低于设定值时，控制所述进液控制阀开启；
安全阀，其设置在所述液氮箱与大气之间，在所述液氮箱内的气体压力超过设定值时开启泄压。
9.如权利要求8所述的液氮冷却设备，其特征在于，所述液氮冷却设备包括：
氮气转换装置(6)，其与所述液氮供应装置(3)连通，用于将液氮转换为加压氮气；
单向电磁阀(5)，且设置在所述氮气转换装置与所述液氮箱之间；以及
温度传感器，用于检测所述液氮箱和/或料道的温度，
其中，在所述液氮冷却设备停止进行冷却时，所述控制模块使得所述单向电磁阀开启，以向所述液氮箱(1)内供应加压氮气，直到所述温度传感器检测到的温度与环境温度之差小于设定值。
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