超声振动自动除冰装置及方法技术领域
本发明涉及自动化低温介质输送领域，特别是涉及一种用于低温介质输送系统的
除冰装置及方法。
背景技术
在航天、航空、LNG等领域中，低温介质输送系统广泛应用于将低温介质(液氢、液
氧、液态天然气等)输送至运载火箭贮箱、汽车LNG气瓶等容器中。在低温输送过程中，在低
温介质的作用下，自然环境中的水分很容易在输送系统中的加注器、连接器、加液枪、活门
等设备表面产生结霜、结冰现象，影响低温介质输送系统的正常脱离。此外，当低温介质输
送系统出现严重结冰现象时，需通过操作人员通过机械外力方式敲除冰块，除冰效率低，影
响二次对接流程，并且容易导致爆炸等安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超声振动自动除冰装置及方法，具有除冰效
果好，效率高，操作简单，使用安全，通用性强等特点。
本发明中的超声振动自动除冰装置，包括呈环形的保持架，所述保持架上固定设
有至少两个气缸，所述气缸沿保持架的中心周向均匀排列，所述气缸的活塞杆朝向保持架
的中心布置，所述活塞杆上固定连接有超声振动器。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述保持架呈圆环形，所述保持架上固
定设有六个气缸。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述超声振动器包括架体，所述架体上
固定连接有变幅杆，所述变幅杆的前端固定连接有振动头，变幅杆的后端固定连接有压电
换能器，所述架体固定连接在活塞杆上。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述架体固定连接在活塞杆上的方式
为，所述架体上开设有螺纹孔，所述活塞杆的端头设有螺纹，架体通过所述螺纹孔连接在活
塞杆端头，所述活塞杆端头还螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述架体相贴紧。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述保持架上固定设有气缸的方式为，
保持架上固定设有与气缸数量相同的底板，所述底板沿保持架中心周向均匀排列，所述气
缸与底板一一相对固定。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述保持架上固定设有安装板，所述安
装板上开设有安装孔，所述安装板用来安装所述保持架。
本发明中的使用上述超声振动自动除冰装置的除冰方法，包括以下步骤：
超声振动自动除冰装置与低温介质输送系统对中；
各气缸的正腔供气口通气，自动推进超声振动器直至其振动头端面与所述低温介
质输送系统的外表面接触；
所述超声振动器交替循环工作，使所述低温介质输送系统产生圆周方向的谐波变
形效果；
除冰一段时间后，根据除冰效果调整各气缸正腔供气压力，直至完成低温介质输
送系统除冰；
各超声振动器停止工作，各气缸的反腔供气口通气，各超声振动器自动反向退出
低温介质输送系统，完成超声振动自动除冰。
本发明中的除冰方法，其中所述超声振动器交替工作的时间为0.5s～5s，超声振
动器工作频率范围为20kHz～30kHz，振幅范围为0.005mm～0.03mm。
本发明中的除冰方法，其中当超声振动器的数量为大于等于4的偶数时，沿保持架
中心相对设置的两个超声振动器为一组，每组超声振动器交替循环工作，交替工作的时间
为0.5s～5s，超声振动器工作频率范围为20kHz～30kHz，振幅范围为0.005mm～0.03mm。
本发明中的除冰方法，其中各气缸的正腔供气口通气时，供气压力范围为0.05MPa
～0.6MPa。
本发明超声振动自动除冰装置及方法与现有技术不同之处在于本发明中的超声
振动自动除冰装置在使用的时候，将其与低温介质输送系统对中，之后各气缸正腔供气口
通气，调节活塞杆的伸出长度，使固定在活塞杆上的超声振动器与低温介质输送系统相接
触，之后再使超声振动器交替循环工作，这样做的目的是使低温介质输送系统产生圆周方
向的谐波变形效果，加速低温介质输送系统表面冰块破裂，再通过调整气缸正腔供气压力，
控制超声振动器与低温介质输送系统的作用力及除冰速度，有效解决了低温介质输送系统
除冰的问题，并且除冰效果好，效率高，操作简单，使用安全，通用性强。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明中的超声振动自动除冰装置的结构示意图；
图2为本发明中的气缸和超声振动器的结构示意图；
图3为本发明中的超声振动自动除冰装置的工作状态图。
具体实施方式
如图1所示，本发明中的超声振动自动除冰装置包括呈环形的保持架1，所述保持
架1上固定设有至少两个气缸2，气缸2包括缸体21和活塞杆22，活塞杆22安装于缸体21内，
气缸2为现有技术，在此对其结构及工作原理不予赘述。所述气缸2沿保持架1的中心周向均
匀排列，所述气缸2的活塞杆22朝向保持架1的中心布置，所述活塞杆22上固定连接有超声
振动器3。
所述保持架1呈圆环形，所述保持架1上固定设有六个气缸2。本发明中的保持架1
还可以设计为其他形状的环形，只要能够将保持架1套在低温介质输送系统上对其进行除
冰操作即可。当然，气缸2的数量也可以为其他个数，根据实际需要来确定即可。
如图2所示，所述超声振动器3包括架体34，所述架体34上固定连接有变幅杆32，所
述变幅杆32的前端固定连接有振动头31，变幅杆32的后端固定连接有压电换能器33，所述
架体34固定连接在活塞杆22上。超声振动器为现有技术，在此对其具体的工作原理不予赘
述。超声振动器3与气缸2的活塞杆22固定连接，通过气缸2正腔供气口23通气，调节活塞杆
22的伸出长度，本发明中的超声振动自动除冰装置可自动适应不同尺寸规格的低温介质输
送系统5。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述架体34固定连接在活塞杆22上的方
式为：所述架体34上开设有螺纹孔，所述活塞杆22的端头设有螺纹，架体34通过所述螺纹孔
连接在活塞杆端头，所述活塞杆端头还螺纹连接有锁紧螺母4，所述锁紧螺母4与所述架体
34相贴紧。设置在活塞杆端头的锁紧螺母4经过旋转后与连接在活塞杆端头的架体34相贴
紧，这样能够防止架体34与活塞杆端头之间发生松动，使其连接更稳固。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述保持架1上固定设有气缸2的方式
为：保持架1上固定设有与气缸2数量相同的底板6，所述底板6沿保持架1中心周向均匀排
列，所述气缸2与底板6一一相对固定。气缸2通过底板6可实现与保持架1的快速安装连接。
本发明中的超声振动自动除冰装置，其中所述保持架1上固定设有安装板7，所述
安装板7上开设有安装孔，所述安装板7用来安装所述保持架1，通过安装板7能够方便地将
保持架1与其他设备实现快速安装连接。
本发明中的使用上述超声振动自动除冰装置的除冰方法，包括以下步骤：
超声振动自动除冰装置与低温介质输送系统5对中；
各气缸2的正腔供气口23通气，自动推进超声振动器3直至其振动头31端面与所述
低温介质输送系统5的外表面接触；
所述超声振动器3交替循环工作，使所述低温介质输送系统5产生圆周方向的谐波
变形效果；
除冰一段时间后，根据除冰效果调整各气缸2正腔供气压力，直至完成低温介质输
送系统5除冰；
各超声振动器3停止工作，各气缸2的反腔供气口24通气，各超声振动器3自动反向
退出低温介质输送系统5，完成超声振动自动除冰。
本发明中的除冰方法，其中所述超声振动器3交替工作的时间为T＝0.5s～5s，这
里的交替工作时间指的是：第1个超声振动器3工作T秒后停止，之后第2个超声振动器3接着
工作，第2个超声振动器3也是在工作T秒后停止，接着第3个超声振动器3开始工作……直至
最后一个超声振动器3也在工作T秒后停止，接下来就是重复上述工作过程，即在最后一个
超声振动器3停止工作后，第1个超声振动器3接着开始工作……如此往复循环。上述每个超
声振动器3不间断工作，即上一个超声振动器3停止工作的瞬间，下一个超声振动器3立刻开
始工作，中间不停顿。在超声振动器3工作过程中，超声振动器3工作频率范围为20kHz～
30kHz，振幅范围为0.005mm～0.03mm。
为了使低温介质输送系统5在圆周方向产生更好的谐波变形效果，当超声振动器3
的数量为大于等于4的偶数时，沿保持架1中心相对设置的两个超声振动器3为一组，每组超
声振动器3交替循环工作，交替工作的时间为T＝0.5s～5s，超声振动器3工作频率范围为
20kHz～30kHz，振幅范围为0.005mm～0.03mm。
如图3所示，以保持架1上设置6个(大于4的偶数)超声振动器3来说明，按顺时针方
向，6个超声振动器3分别以A、B、C、D、E、F表示，沿保持架1中心相对设置的两个超声振动器3
为一组，即A、D一组，B、E一组，C、F一组，工作的时候，A、D一组工作T秒后停止，之后B、E一组
接着工作T秒后停止，再接着C、F一组工作T秒后停止，接下来重复上述工作过程，即在C、F一
组停止工作后，A、D一组接着工作T秒……如此往复循环。上述每组超声振动器3不间断工
作，即上一组超声振动器3停止工作的瞬间，下一组超声振动器3立刻开始工作，中间不停
顿。
本发明中的除冰方法，其中各气缸2的正腔供气口23通气时，供气压力范围为
0.05MPa～0.6MPa。
超声波是一种频率高于20kHz的声波，具有频率高、传播方向强好、穿透能力强和
易于获得集中声能等优点，当超声波在介质中传播时，对介质产生机械效应、热效应等，使
介质内部颗粒升温并产生高频振动，活性增强。本发明即是利用上述超声波的优点，将其用
于低温介质输送系统5的除冰工作。
本发明中的超声振动自动除冰装置在使用的时候，将其与低温介质输送系统5对
中，之后各气缸2正腔供气口23通气，调节活塞杆22的伸出长度，使固定在活塞杆22上的超
声振动器3与低温介质输送系统5相接触，之后再使超声振动器3交替循环工作，这样做的目
的是使低温介质输送系统5产生圆周方向的谐波变形效果，加速低温介质输送系统5表面冰
块破裂，再通过调整气缸2正腔供气压力，控制超声振动器3与低温介质输送系统5的作用力
及除冰速度，有效解决了低温介质输送系统5除冰的问题，并且除冰效果好，效率高，操作简
单，使用安全，通用性强。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范
围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方
案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。