加強(qiáng)熱效應(yīng)設(shè)計(jì)在機(jī)電工程中的應(yīng)用

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摘要：機(jī)電工程實(shí)施過(guò)程中，熱效應(yīng)是一個(gè)不可回避的物理現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)熱效應(yīng)危害、治理基本策略的分析，認(rèn)為加強(qiáng)熱效應(yīng)設(shè)計(jì)在機(jī)電工程應(yīng)用和實(shí)踐中意義重大。

關(guān)鍵詞：加強(qiáng)熱效應(yīng)設(shè)計(jì);可靠性;機(jī)電工程

機(jī)電工程實(shí)施過(guò)程中熱效應(yīng)是一個(gè)不可回避的物理現(xiàn)象，熱效應(yīng)可直接導(dǎo)致變形甚至燃燒爆炸級(jí)的災(zāi)害，因此熱效應(yīng)問(wèn)題首要解決問(wèn)題就是其測(cè)量監(jiān)測(cè)問(wèn)題，其次其危害及控制問(wèn)題。機(jī)電工程實(shí)施過(guò)程中，熱效應(yīng)問(wèn)題是一個(gè)需要注重并且在實(shí)施過(guò)程中時(shí)時(shí)加以監(jiān)測(cè)的重要運(yùn)行質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)，其與設(shè)備運(yùn)行壽命，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性等指標(biāo)息息相關(guān)[1]。

1機(jī)電工程熱效應(yīng)的主要體現(xiàn)形式及形成機(jī)理

1）機(jī)械相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致摩擦發(fā)熱。在潤(rùn)滑不佳情形下，發(fā)熱加劇，又對(duì)潤(rùn)滑和密封形成反壓態(tài)勢(shì)進(jìn)一步劣化潤(rùn)滑，加劇發(fā)熱，其體現(xiàn)形式是機(jī)械磨損加劇，潤(rùn)滑失效明顯。2）電磁效應(yīng)必然導(dǎo)致電磁熱。電磁效應(yīng)必然存在損耗，損耗大部分導(dǎo)致發(fā)熱，該熱量由電磁能產(chǎn)生因此熱效應(yīng)躍升是指數(shù)形態(tài)發(fā)展，災(zāi)害發(fā)生時(shí)間短危害大是其基本災(zāi)害形式，發(fā)生時(shí)應(yīng)對(duì)時(shí)間短是其另一特色，不做事先必要專業(yè)培訓(xùn)和防護(hù)，災(zāi)難事所難免。3）化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的熱效應(yīng)。本文特指機(jī)電工程中所涉及的各種化學(xué)電池等機(jī)電工程中常用的類似產(chǎn)品，該熱效應(yīng)常常被忽視，因?yàn)閷?duì)于機(jī)電工程而言僅作為輔助直流電能的這類電池確實(shí)能量微不足道，但是“星星之火可以燎原”這一道理體現(xiàn)在化學(xué)電池的危害上非常貼切，更因?yàn)槠浒l(fā)熱機(jī)理的不確定性，所以危害放大效應(yīng)在其危害過(guò)程中體現(xiàn)更為明顯和可怕。4）核能發(fā)電導(dǎo)致的熱效應(yīng)。這里主要強(qiáng)調(diào)射線能量的累積，局部熱量的聚集效應(yīng)更加明顯，基因變異，器官損傷，“致人死地”于無(wú)形。

2機(jī)電工程中熱效應(yīng)測(cè)試及防護(hù)基本方法

1）對(duì)溫度不敏感性系統(tǒng)一般采用熱累積效應(yīng)方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和管理。2）對(duì)溫度敏感性系統(tǒng)采用溫度閾值法進(jìn)行測(cè)量和管理。以上二者控制原理和測(cè)量精度是不同，前者是一種模糊控制方式，測(cè)量精度等級(jí)低，響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)設(shè)備的保護(hù)性一般，用于不太精密的場(chǎng)合；后者是一種控制精度高，響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)設(shè)備的保護(hù)性好，用于較精密場(chǎng)合控制的先進(jìn)的熱效應(yīng)控制方法。系統(tǒng)熱效應(yīng)控制得當(dāng)對(duì)電氣、機(jī)械設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性一般起決定性的作用，電氣設(shè)備的熱效應(yīng)導(dǎo)致的直接后果是電氣絕緣等級(jí)的下降，機(jī)械設(shè)備熱效應(yīng)直接后果是潤(rùn)滑及密封部件質(zhì)量的不利影響，其最終結(jié)果是對(duì)機(jī)電工程裝備長(zhǎng)期穩(wěn)定性及壽命的劣化影響。

3熱效應(yīng)設(shè)計(jì)應(yīng)用機(jī)電工程系統(tǒng)實(shí)例

3.1在小容量機(jī)電工程系統(tǒng)中熱效應(yīng)設(shè)計(jì)

在經(jīng)常、大量使用的機(jī)電工程系統(tǒng)中容量一般為15kW以下電機(jī)容量系統(tǒng)中使用，瞬時(shí)過(guò)載、波動(dòng)量大、頻繁啟動(dòng)停止等原因造成熱效應(yīng)瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象非常突出，業(yè)界技術(shù)人員群策群力，實(shí)現(xiàn)了一種規(guī)避機(jī)電工程中主要器件損壞，又能容錯(cuò)熱效應(yīng)瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象，而且不影響機(jī)電工程設(shè)備正常使用的模糊熱效應(yīng)管理運(yùn)行模式———熱效應(yīng)累積效應(yīng)模式，缺點(diǎn)是多次瞬時(shí)熱效應(yīng)瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期壽命確實(shí)有較大影響。其輔助觸點(diǎn)：常閉輔助觸點(diǎn)接到控制回路中，當(dāng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)熱到一定程度時(shí)，熱效應(yīng)檢測(cè)元件動(dòng)作其常閉輔助觸點(diǎn)將打開(kāi)，控制回路中控制線圈將失電，控制主控回路中的接觸器將打開(kāi)，主用電回路處于斷路狀態(tài)，這樣由于運(yùn)行過(guò)程中熱累積超標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)了工作回路的斷開(kāi)，保護(hù)了設(shè)備因熱效應(yīng)導(dǎo)致的機(jī)電工程設(shè)備損害現(xiàn)象的進(jìn)一步延續(xù)。

3.2機(jī)電工程中電子儀器所用直流電池?zé)嵝?yīng)

iphone-5s無(wú)線通訊設(shè)備靠近熱源時(shí)，例如喝水杯外殼接觸到iphone-5s無(wú)線通訊設(shè)備機(jī)殼幾分鐘后，iphone-5s無(wú)線通訊設(shè)備就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入不工作狀態(tài)，熱源消失，系統(tǒng)繼續(xù)閉鎖一小時(shí)以后，iphone-5s無(wú)線通訊設(shè)備即進(jìn)入自恢復(fù)狀態(tài)，使用iphone-5s無(wú)線通訊設(shè)備時(shí)即可正常使用。這就是iphone-5s公司對(duì)系統(tǒng)用鋰電池設(shè)計(jì)的熱保護(hù)，如果有如此完善的保護(hù)電路和思想，三星GalaxyNOTE7自燃爆炸事件發(fā)生就不會(huì)發(fā)生，電池自燃爆炸事件是電池?zé)嵝?yīng)極端現(xiàn)象，說(shuō)明短時(shí)間內(nèi)熱累積量巨大，大的熱效應(yīng)產(chǎn)生巨大的變形動(dòng)力，所以爆炸，必須采用閾值法對(duì)電池?zé)嵝?yīng)實(shí)行管理。如圖2所示為化學(xué)電池?zé)嶙冃螌?shí)物圖，其發(fā)生原因僅為存電過(guò)程速度過(guò)快，沒(méi)有熱效應(yīng)保護(hù)造成的物理變形事例，實(shí)質(zhì)上化學(xué)電池存放電過(guò)程是一復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程其機(jī)理還有人類未掌握領(lǐng)域，所以我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)慎而慎之。

3.3傳感器回路中串接限流電阻對(duì)傳感器及系統(tǒng)

采集模塊的保護(hù)傳感器供電回路一般為直流24V回路，但是因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境相對(duì)苛刻，事故原因比較復(fù)雜，一般不僅造成傳感器損壞而且造成系統(tǒng)采集模塊的進(jìn)一步損壞，筆者通過(guò)增強(qiáng)熱效應(yīng)保護(hù)設(shè)計(jì)理念，在傳感器回路中串接一阻止位100Ω的電阻作為限流電阻使用，當(dāng)工作電流超越工作電流值時(shí)，限流電阻瞬時(shí)熔斷，作為保護(hù)器件斷開(kāi)傳感器上的熱效應(yīng)產(chǎn)生源，避免對(duì)傳感器的損壞，

3.4MCU系統(tǒng)熱效應(yīng)保護(hù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

MCU系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備發(fā)展的最新水平，其集成化和智能化水平極高，因此直接測(cè)量工作電流工作電壓的能力極強(qiáng)，計(jì)算和保護(hù)回路較好，這樣為熱效應(yīng)保護(hù)提供了新的模式和新的方式提供了可能，通過(guò)熱效應(yīng)安全值推算法提前預(yù)知系統(tǒng)過(guò)熱閾值，實(shí)現(xiàn)精確熱效應(yīng)控制，為我們?cè)鰪?qiáng)熱效應(yīng)保護(hù)設(shè)計(jì)在機(jī)電工程設(shè)備中的應(yīng)用提供了全新的理念和模式，值得我們借鑒和推廣。

4結(jié)語(yǔ)

熱效應(yīng)是機(jī)電工程裝備在運(yùn)行過(guò)程中必然的副產(chǎn)品，現(xiàn)在許多工業(yè)場(chǎng)合熱效應(yīng)的測(cè)量、測(cè)試及保護(hù)控制成為產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵，從設(shè)計(jì)思想上必須慎之又慎，在應(yīng)用上堅(jiān)持“熱累積效應(yīng)法”與“熱效應(yīng)閾值法”并重的原則，以增強(qiáng)熱效應(yīng)保護(hù)為突破口，實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程裝備能可靠長(zhǎng)壽命工作的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]TonyKordyban.笑談熱設(shè)計(jì)[M].李波，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

作者:姜小桃 郭建珠 單位:山西工程技術(shù)學(xué)院 太原理工大學(xué)