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关于管路运输应力应变的影响因素总结分析报告 检测中心 温展泉 贺春辉 编号：(1407)FXBG-43-009 摘要： 目前空调管路系统由于振动引起应力过大而导致管路疲劳断裂的问题较为突出，针对空调室外机包装运输过程中管路疲劳断裂问题，运输管路应力应变试验是作为对样机管路抗振能力进行验证的主要检测手段之一，其准确性一直以来运输管路应力应变试验也一直困扰实验室，本文讲述了运输管路应力应变试验原理，并针对影响运输管路应力应变试验的因素进行试验总结分析并提出改善建议，以减少不良因素对管路运输应力应变试验的影响。此报告也可作为后续生产过程中样机结构检查的依据，从生产源头开始控制，杜绝影响管路结构抗振能力的不良因素产生。 关键词：运输应力应变、断裂、设计、装配、材料、测试； 引言: 运输管路应力应变试验是振动试验的升级，在运输振动过程检测管路的应变值以确定管路抗振能力，从而评估管路的可靠性，由于运输管路应力应变是在外部激振力提供的振动台上完成测试的，影响运输管路应力应变测试因素除了振动台构造参数影响外，管路的设计、生产过程的装配、测试使用的材料仪器、以及测试操作的偏差都可能会影响实验结果。 正文 一、运输管路应力应变限值的理论依据 根据《机械工程材料》教材中所述，对于铜等有色金属材料，通常取循环次数108次所对应的应力作为疲劳极限。因此，在拉应力、弯曲应力、切应力时，工程上经常采用将应力控制在运行次数108次所对应的值以下，来保证试件的可靠性（实际上还需要考虑缺陷和一致性等问题）。铜的弹性模量E = 1.10 ×1011 Pa（公司取应力限定值基于铜的弹性模量E=1.12╳1011Pa），空调使用的铜管并非金属原材，要达到使用要求，需经过了拉拔、热处理、弯曲以及焊接，所以工程上常采用S-N曲线进行疲劳分析，它反映的是一个试件在一定应力的反复作用下，对应能循环多少次的一条曲线，其中纵坐标是应力，横坐标是循环次数，如下图： 图1 铜管的S-N（应力-循环次数）曲线（日本大金公司） 从S-N曲线可以看出，铜受应力作用108次所对应的应力略小于40MPa(也有资料推荐为41.2MPa)。而运输管路应力应变试验是扫频定频试验衍生而来，冲击次数取18000次，对应的疲劳极限，它的疲劳极限若在77.0MPa～ε=σ/E，应变值则在690μ~780μ，目前标准采用690μ判定。 二、影响运输管路应力应变的因素可以通过以下鱼骨图进行分解： 图2 管路应力影响因素鱼骨图 （1）、设计方面： 问题1：管路走向、管径设计不合理影响。 典型案例：机型：GWH28QE-K1NTA1B（内部管路结构如下图3、4），在测试管路运输应力试验时，发现冷进管第一支管根部侧面应力值超标：1246.91/-1148.02μ布点位置以及测试数据如下（图5、6所示） 图3实物图 图4三维图 图5冷进管根部布点位置 图6冷进管根部应力最大值 整改后：四通阀的整体高度降低60mm，冷凝器进管增加下沉“U”形设计，更改管径：φ16改为φ12，增加管路的柔性（如下图7所示），此时冷进管第一支管根部应力最大值为：459/-445με。 图7整改后内部管路结构 图8冷进管根部应力最大值 总结分析：四通阀、冷进管设计不合理；压缩机、四通阀是主要的振动源，在测试过程中四通阀有明显很大的晃动，而四通阀C管连接冷凝器这一段管路缓冲结构未起到作用，反而形成了杠杆形式，导致最大应力值都集中在冷进根部，更改管路后应变数据下降非常明显，可见管路管径大小、走向的设计非常重要，应尽量多采用“U”型结构，增加管路柔性，以起到缓冲的效果，避免共振现象，且喇叭口位置应该多采用二次缩口，加强强度。 问题2：压缩机脚垫影响，压缩机脚垫磨损，脚垫软、变形等，导致管路运输应力应变超标； 图9 压缩机脚垫变形 图10 压缩机脚垫磨损 典型案例：机型：GWH28QE-K1NTA1B 测试管路运输应力应变试验时： A、压缩机脚垫状态：完好 管路运输应力应变最大数值为：516/-619μ（数据如下图11-1）； B、压缩机脚垫状态：磨损（如上图10所示）管路运输应力应变最大数值为：807/-840μ（如图11-2）； C、压缩机脚垫状态：严重变形（如上图9所示）管路运输应力应变最大数值为：1234.84/-1173.89μ如图11-3。 图11-1完好时最大应力值 图11-2磨损时最大应力值 图11-3变形时最大应力值 总结分析