空调室外机电子膨胀阀出液管断管分析与优化.pdf
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1、Articles论文52 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423空调室外机电子膨胀阀出液管断管分析与优化Analysis and optimization of liquid outlet pipe break of electronic expansion valve of air conditioner outdoor unit穆晓佳 单联瑜 吴俊鸿 彭光前 夏增强MU Xiaojia SHAN Lianyu WU Junhong PENG Guangqian XIA Zengqiang小米科技(武汉)有限公司 湖北武汉 430000Xiaomi Technology(Wuha
2、n)Co.,Ltd.Wuhan 430000摘 要:在某款家用空调室外机项目开发阶段的模拟运输扫频振动实验中,电子膨胀阀出液管根部出现断管现象,通过有限元仿真分析,原方案在77 Hz频率处电子膨胀阀组件存在整体上下模态,是导致断管的主要原因。针对此断管问题,提出了加强管焊接位置的优化方案,仿真得出优化后在实验频率范围内未出现整体上下模态,且在原断管位置处的应力相比原管路方案降低了73.1%。经实验验证,该加强管优化方案有效,可避免该款机型的电子膨胀阀出液管断管问题。关键词:家用空调;室外机;模拟运输;扫频振动;断管Abstract:In the simulation transportatio
3、n sweep frequency vibration experiment of a household air conditioning outdoor unit project in the development stage,the phenomenon of tube breaking occurred at the root of the liquid outlet pipe of the electronic expansion valve.Through finite element simulation analysis,it was found that the elect
4、ronic expansion valve assembly in the original scheme had an overall up and down mode at the frequency of 77 Hz,which was the main cause of tube breaking.In order to solve this problem,an optimization scheme to strengthen the welding position of the pipe is proposed.The simulation results show that
5、no overall up and down modes appear within the experimental frequency range after optimization,and the stress at the original broken pipe position is reduced by 73.1%compared with the original pipe scheme.The experimental results show that the reinforced pipe optimization scheme is effective and can
6、 avoid the problem of broken pipe of the electronic expansion valve outlet pipe of this model.Keywords:Household air conditioning;External machine;Simulated transportation;Sweep frequency vibration;Broken tube 中图分类号:TB6;TB53 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.04.0080 引言随着人们生活水平的提高,越来越多的空调产品进入市场,空调的质
7、量显得尤为重要。而空调室外机压缩机管路系统作为空调的重要部件之一,自厂商至消费者手中需要经过一定的运输过程,在此期间空调室外机管路系统可能会由于振动出现变形甚至断裂的风险1。因此空调器在试制完成后需要根据企业标准和国家标准2进行定频扫频振动、跌落等实验,以模拟空调实际运输过程中,空调室外机的管路结构抗振动能力及包装对内装物的保护能力。许多学者及工程师在项目开发阶段,针对空调模拟运输中的管路的风险问题作出了仿真和实验研究。吴佳钉等人3利用有限元方法作者简介:穆晓佳,硕士学位。研究方向:空调器噪声振动仿真与实验研究开发。地址:湖北省武汉市洪山区九峰一路66号,小米科技(武汉)有限公司。E-mail
8、:。仿真了不同工况对空调运输中的跌落变形影响,并且通过和跌落实验对比,验证了仿真模型的准确性。尔驰玛等人4采用大质量法仿真了空调室外机运输中的应力变化,并通过实验验证发现可以利用仿真指导空调管路的设计。李彬等人5针对售后反馈的空调在运输过程中出现的冷进管路断裂问题,结合有限元仿真和扫频振动实验发现模态共振是导致该断管问题的主要原因。王振等人6针对运输跌落实验中出现的吸气管碰管现象,提出了优化方案,并进行了仿真对比分析,最终经跌落实验验证,发现优化方案有效。目前针对空调运输过程中跌落的仿真分析较多,而针对运输过程中扫频振动的断管问题的仿真研究较少。Articles论文 53家电科技 Vol.4
9、2023 Issue 423笔者针对某款家用空调室外机,在其项目开发阶段参考企业家用空调器包装运输试验标准和相关国家标准2规定的参数(如表1所示)进行了3100 Hz的模拟运输扫频振动测试。实验的扫频速率为1 oct/min,要求样品按工作位置在三个相互垂直的轴线上依次振动,每个轴线方向振动10分钟。表1 扫频振动实验参数设置频率范围(Hz)位移幅值(mm)每一轴线上扫描循环次数3550.553551000.153扫频振动实验过程中,在电子膨胀阀组件出液管根部出现断管现象,如图1所示。图1 某机型原管路方案的断管位置本文针对此电子膨胀阀组件出液管断管问题进行了模态仿真分析,并提出优化方案,进一
10、步通过实验验证了优化方案的有效性。1 电子膨胀阀组件仿真1.1 简化模型的建立根据图1中扫频振动实验中出液管断管位置,初步定位压缩机管路系统中的电子膨胀阀组件,如图2所示,包括小截止阀、小截止阀管路、小阻尼块、大阻尼块、过滤器、电子膨胀阀、线圈、出液管和加强管。其中,小截止阀管的U弯采用小阻尼块包裹吸收振动;电子膨胀阀与小截止阀管之间接有1个过滤器、电子膨胀阀与出液管之间接有1个过滤器;大阻尼块包裹电子膨胀阀、过滤器及管路,用以吸收振动。将图2的电子膨胀阀组件模型提取出来,并将加强管与出液管的焊接简化为约束面1,同时将小截止阀与钣金件的固定装配简化为约束面2,进一步简化为图3所示的仿真模型。采
11、用图3所示的电子膨胀阀简化模型做仿真时在约束面1和约束面2处添加固定约束,分别模拟实际管路系统中加强管与出液管的焊接、小截止阀与钣金件的固定装配。1.2 仿真参数设定根据仿真模型中各个零部件的材料本身性质,以及它们的实际重量,设定的仿真模型的材料参数如表2所示。其中,各段管路和过滤器的材料为紫铜,其密度为8900 kg/m3。表2 各零部件的仿真参数设置零部件重量m(kg)杨氏模量E(Pa)泊松比c电子膨胀阀0.0412h10110.3线圈0.0992h10110.3管路及过滤器/1.08h10110.33大阻尼块0.081.7h1060.48小阻尼块0.061.7h1060.48仿真模型中各
12、个零部件采取自适应的方法划分网格,它们的网格大小如表3所示。其中,电子膨胀阀阀体、管路及过滤器的网格大小为2 mm,线圈、大阻尼块、小阻尼块的网格尺寸为5 mm。1.3 仿真结果分析采用简化的仿真模型进行仿真计算,得到电子膨胀阀组件原方案在100 Hz以内的全部模态结果有4个,如表4所示;对应变形量云图图2 某机型电子膨胀阀组件示意图图3 简化的电子膨胀阀组件仿真模型Articles论文54 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423如图4图7所示。从表4中可以看出,电子膨胀阀组件的出液管根部在77 Hz频率处存在比100 Hz以内的其他三阶模态明显的变形,分析得知在77 Hz频率处,
13、原管路方案的电子膨胀阀组件存在整体上下振动模态,是导致断管的主要原因。表4 原方案100 Hz以内的全部模态结果阶数固有频率模态振型119 Hz前后振动227 Hz左右振动377 Hz上下振动485 Hz前后、上下振动表3 各零部件的网格尺寸设置零部件网格尺寸(mm)电子膨胀阀2线圈5管路及过滤器2大阻尼块5小阻尼块5图4 优化前第1阶模态(前后振型)图5 优化前第2阶模态(左右振型)图6 优化前第3阶模态(上下振型)图7 优化前第4阶模态(前后、上下振型)2 优化方案设计与仿真2.1 优化方案设计根据分析得到的原管路方案断管原因,本文利用原管路方案基于仿真实验的“模态振型出液管根部变形量”和
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