气动钉枪内部流场PIV实验测量系统的设计.pdfVIP

2012年 1月 中国制造业信息化 第41卷 第 1期 气动钉枪内部流场 PIV实验测量系统的设计 徐晓初，章巧芳，彭 伟，宫林林，翁金学 (特种装备制造与先进加工技术教育部 ／浙江省重点实验室(浙江工业大学)，浙江杭州 摘要：在气动钉枪气动原理研究的基础上，根据中国某款气动钉枪的结构特点和PIV光路布置的 需要，设计并制作出一款可供 PIV测试的气动钉枪。另外，为确保实验的精度和可操作性，实验 还设计一些辅助装置，包括固定装置、自动打钉装置以及同步控制系统等。探索出一套适合气动 钉枪 内部流场 PIV测试研 究的实验 系统。 关键词：PlV；气动钉枪结构改进；固定装置；自动打钉装置 ；同步控制 中图分类号：TS914．5 文献标识码：A 文章编号：1672—1616(2012)01—0064—04 气动钉枪 内部气体的流动情况对于气动钉枪 1．1 气动钉枪 PIV视窗位置的选择和设计 性能的影响至关重要。传统的实验方法 由于受测 加 工 量精度、模型尺寸、实验周期等问题的局限，对气动 气动钉枪 PIV视窗位置的选择，不仅要有代 钉枪内部复杂流场分析研究很难实现，只能依靠数 表性能反映内部流场特性，而且要符合 PIV设备 值方法进行模拟分析。随着粒子 图像测速技术 的测量特点。由气动钉枪流道结构和工作原理的 (PIV)的成熟和发展_1J，对气动钉枪 内部流场进行 分析可知，平衡阀、外气室、阻尼孔以及通风槽等部 准确可靠的实验研究成为可能。示踪粒子颗粒通 件附近空间的流场变化比较重要 叫J。考虑到气 过发生器随着高压气体进入气动钉枪并均匀撒布 动钉枪 内部空间狭小和可拍摄性，选择3处内部空 在内部流场中，用脉冲激光片光源照射被测流场区 间相对较大的关键部位——平衡阀下侧空间(A 域，同时在与激光片光垂直方向通过成像系统在极 处)、阻尼孔附近空间(B处)、通气槽附近空间(C 短时间内连续两次或多次曝光得到粒子图像，运用 处)，在被测位置相互垂直的两侧分别加工用于激 相关性算法分析粒子图像，获得每一小区域 中粒子 光器照射的激光孔和用于CCD相机内窥镜拍摄的 图像的平均位移，进而算出被测区域流场速度分 内窥镜孔，具体位置如图1所示。 布。 如图2所示，以A处的PIV视窗开设为例，在 运用PIV测量技术研究气动钉枪 内部流场的 需要加工激光孔和内窥镜孔的部位进行堆焊，以增 过程中，气动钉枪结构的改进和一些辅助装置的设 加枪体强度和安装部位的厚度。激光视窗安装位 计对于实验测量研究来说至关重要。本文主要根 置需堆焊出40mm×35ram 的凸台，厚度方 向保证 据气动钉枪流道结构和 PIV测量系统的相关测试 堆焊的厚度大于 lOmm，内窥镜安装位置需堆焊 原理，在已有气动钉枪的基础上设计改造出适合 35mm×30ram的凸台。在堆焊凸台上加工一个 PIV测量的结构，构建一套适合气动钉枪内部流场 4ram×21ram的视窗方孔用于激光照射视窗，以及 PIV测试研究的实验测量系统。 安装用的M3螺纹孔 4个。选用 25mm厚度有机 玻璃，其上加工 18mm的凸台，嵌入堆焊层及枪体 1 气动钉枪结构改进设计 中，其余的7mm平整部分用来安装，通过2mm的