气动钉枪内部流场PIV实验测量系统的设计

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1、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

2、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(

3、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

4、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

5、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，嵌入堆焊层及枪体中，其余的7mm平整部分用来安装，通过2mm的1气动钉枪结构改进设计橡胶平垫片加以密封。内窥镜通过堆焊凸台上的气动钉枪具有风道截面小、结构复杂、气压高、孔安装到枪体

6、上，通过O形橡胶密封圈加以密封。枪体壁面薄等特点，在结构改进的设计过程中要综1．2气动钉枪结构改进后的PIV观测视野合考虑光路、视窗、测量区域等核心问题。气动钉分析枪结构的合理设计是成功测量气动钉枪内部流场假设相机内窥镜的拍摄角度为50。，并且内窥的关键所在j。收稿日期：2011—07—08作者简介：徐晓初(1987一)，男，浙江乐清人，浙江工业大学硕士研究生，主要从事实验流体力学及工程方面的学习研究。·应用研究·徐晓初章巧芳彭伟等气动钉枪内部流场PIV实验测量系统的设计65l视图一·激光孔加工要求示意图且、-1f

7、弋jl＼咖13通孔视图二内窥镜孔加-E要求示意图光孔图1气动钉枪结构和改上进装一示意图镜镜头的拍摄点与气动钉枪的外壳内壁平齐，根据前面的设计方案，以A处为例，由于气动钉枪内部的结构特点，如气缸对激光的阻挡等，使得该位置PIV测试只能观测到径向15．1mm、轴向21．0mm视图三各加工孔俯视示意图的流场空间，如图3所示。用同样的方法分析可知，B处能观测到径向12．8mm、轴向2：3．0mm的图2气动钉枪A处PIV视窗设计加工示意图流场空间；C处能观测到径向10．9rnm、轴向2．1mm的流场空间。＼悌敲图3气动钉枪A

8、处PIV视窗观测视野示意图钉过程中枪体振动强烈，甚至产生一定的位移，这2气动钉枪固定装置的设计就使得在测量时，PIv、坝lJ量设备和气动钉枪之间不由于气动钉枪正常工作时冲击力比较大，在打能有效稳定地对齐，直接影响测量结果，因此需要2012年1月中国制造业信息化第4l卷第1期设计一个固定装置，以减少气动钉枪在打钉过程中3．2自动打钉装置打钉频率的控制的振动，不