Расчёт параметров режима, элементов сварочного контура и трансформатора машины для контактной точечной сварки

МВО   РФ

 

ТГУ   АМИ

 

Кафедра” Оборудование  и технология сварочного производства”

Курсовая работа

Вариант 12-4-3-3

Студент :              Сафьянов Е. А.

Преподаватель : Климов А. С.

Группа:                Т – 307

1. Введение


                     Контактная сварка - термомеханический процесс образования неразъёмного соединения металлов вследствие соединения их атомов, при котором локальный нагрев свариваемых деталей протекающим электрическим током в зоне соединения сопровождается пластической деформацией, развивающейся под действием сжимающего усилия. Особенность контактной сварки – значительная скорость нагрева, для чего необходимы машины большой электрической мощности.

                   Цель работы – приобретение навыка расчёта параметров режима, элементов сварочного контура и трансформатора машины для контактной точечной сварки .   

2. Описание конструкции изделия и его материала

Решётка – аллюминевая.

Материал – Амг6 : Al-94%, Mg-6%

Температура плавления –  Тпл = 620 С°

Удельный вес – γ = 2,8 г/см⊃3;

Коэффициент аккумуляции тепла -  =2,35 Дж/см⊃2;·С°·с

Температуропроводность – а = 0.7 см⊃2;/с

Теплопроводность – λ = 1,7  Дж/см·С°·с

Предел текучести – σт = 2500 кг/см⊃2;

Удельное электросопротивление при Тпл  - ρт = 7,1·10‾⊃2; Ом·см

Технические условия

1.   Соединение группы А

2.   Ставить по одной точки в перекрестии

                                                 40                     20

                   40

                                                                                                180

                                                                            

                                                                                                             

180

Рис 1. Свариваемая деталь

                                 1,2                  8

                                                                                                       2,.4

                                                                                                        2,4

                                                                                          0,48

Рис 2. Конструкция сварной токи

S = 2,4 мм

h = 0,2...0,7∙S =0,5∙2,4= 1,2 мм

g = 0,2∙S =0,2∙2,4= 0,48 мм

d = 8 мм

t = 30 мм

c = 36 мм


3. Расчет электродов

             1.  Определение материала электрода

Кадмиевая бронза  БрКд

легирующие элементы ------------------------------------  (0,9…1,2)% Cd

твёрдость  ---------------------------------------------------   (95…115) HB

электропроводность, % к  отожженной меди   ------   (85…90)%

            2. Определение конструктивной формы электрода

Выбираем пальчиковый электрод

            3. Определяем размер электрода

 

3.1.Определяем размер рабочей поверхности электрода

dэ = 2∙S + 3 = 2∙2,4+3 =7,8  - диаметр рабочей поверхности электрода

3.2.Определяем остальные размеры электрода

- диаметр средней части электрода --------------------- D = 20 мм

- диаметр охлаждающего канала --------------- d0 = (0.5…0,6) D=0,6∙20=12 мм

- расстояние от рабочей части до дна охлаждающего канала

h = (0,75…0,8) D= 0,8∙20=16 мм

- длина электрода --- L= 55 мм

- длина посадочной части --- l1=1,2D=1,2∙20=24 мм

- конусность 1:10

                                                        12  


                                                                          24

                                      20


                                                                                      55

 

                                 10         


                                                                                               

                                                       7,8


Рис 3. Конструкция сварочного электрода


4. Расчет режима сварки

4.1.Определяем форму циклограммы в зависимости от материала детали

                               tк                            

                                                           Fк                                          

                                                                                                        

                  Fсв                                                                                 

                                              Iсв

                                                                                                                   t

                                

                               tсв

4.2.Находим сварочное давление Fсв кгс в зависимости от толщины и материала

Fсв=(200...250)∙S=250∙2,4=600 кгс

4.3.Определяют расчётное значение сварочного тока из критерия М.В. Кирпичёва

Iсв=d

ρтзначение удельного сопротивления при Тпл, Ом∙см

С – значение критерия Кирпичёва , С=20

Iсв – сварочный ток, А

Iсв=0,8=43590,93 А

4.4.Находим продолжительность импульса сварочного тока

tсв=

tсв – продолжительность импульса сварки, сек

σт – предел текучести металла в холодном состоянии, кг/см⊃2;

d – диаметр сварной точки, см

h – высота сварной точки, см

Тпл – температура плавления металла, Сº

 - коэффициент аккумуляции тепла, Дж/см⊃2;·С°·с

Fсв – давление сварки, кг

К – критерий технологического подобия, К=50

tсв=  = 0,27 сек

4.5.Определяем дополнительные параметры режима сварки Fk

Fк=1,5∙ Fсв=1,5∙600=900 кгс

4.6.Определение тока шунтирования

- Рассчитываем активное сопротивление горячей точки rт, Ом

rт =  =  = 3,4∙10 Ом

- Рассчитываем падение напряжения на этом сопротивлении, В

Uш =  rтIс в= (3,4∙10)∙43590,93 = 0,15 В

- Значение критерия Неймана χ

χ = =  =  0,46

- Определяют электрическое сопротивление постоянному току обеих пластин, Ом

R===12∙10 Ом

- Активное , индуктивное  и полное сопротивления ветви шунтирования

Rш= R(1+0,6∙ χ∙ )=0,00012∙(1+0,6∙0,46∙)=14∙10 Ом

Xш= R∙0,84∙χ=0,00012∙0,84∙0,46=4,6∙10 Ом

Zш===15∙10 Ом

- Определяем ток шунтирования

Iш===1000 А

4.7.Определяют расчётный вторичный ток

I=Iсв+ Iш45000 А

 

 

 

 

 

4.8.Сводная таблица значений параметров режима сварки и циклограмма сварки

Таблица 1.

 

Обозначение

Iсв,

А

Fсв,

кгс

tсв,

сек

Fк,

кгс

Iш,

А

Uш,

В

Zш,

Ом

I,

А

Размерность 43590,93 600 0,27 900 1000 0,15

15∙10

45000

 

 

 

                            0,3 сек                         

                                                    900 кгс                                                

                                                                                                        

            600 кгс                                                                                        

                                               43590,93 А

                                                                                                                   t

                                

                        0,27 сек

Рис 4. Циклограмма точечной сварки


5. Расчёт вторичного контура

 

 

5.1.Конструктивно вычерчиваем схему сварочного (вторичного) контура

 

 

 

 

                                                

 

 

                                                                                                                     370

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

                                                 600

 

 

Рис 5. Схема вторичного контура

 

5.2.По габаритам сварочного контура конструктивно определяют его раствор Hср и вылет электродов lср

lн=lср=200 мм

Hср= 370 мм

l=600 мм

5.3.Расчитываем сечение основных элементов вторичного контура (свечей, гибких шин, вторичного витка, хобота)

F1...n=

где i – допустимая плотность тока А/мм⊃2; для данного сечения

Свеча

F1==1250 мм⊃2;

Гибкая шина

F2==8000 мм⊃2;

Вторичный виток

F3==6700 мм⊃2;

Хобот

F4==5000 мм⊃2;

5.4.Определяем диаметр нижнего хобота

dn=9∙=9∙=45 мм⊃2;

 

Е – модуль продольной упругости меди Е=(1,1…1,3)∙10 кгс/мм⊃2;

5.5.Находим коэффициент поверхностного эффекта для каждого элемента вторичного контура

 

 

 

Свеча

R1= Ом

=25 < 180

где     f – частота тока f=50 Гц

           R – сопротивление  100 м проводника данного сечения Fn

К1=∙10=1,08

Гибкая шина

R2= Ом

=70 < 180

К2=∙10=1,23

Вторичный виток

R3= Ом

=65 < 180

К3=∙10=1,21

 

Хобот

 

R4= Ом

=56 < 180

К4=∙10=1,18

Таблица 2.

Значение

Наимено-

ание элемента

Fn,

мм⊃2;

Rn,

Ом

Кn

ln,

м

Свеча 1250 0,08 1,08 0,248
Гибкая шина 8000 0,01 1,23 0,33
Втор. виток трансформатора 6700 0,012 1,21 1,375
Хобот 5000 0,016 1,18 0,550

 

 

 

 

 

5.6.Находим активное сопротивление токоведущих частей вторичного контура

R=

ρ1, ρ2,…, ρn – удельное сопротивление материала, Ом∙мм

l1, l2,…, ln – длина элементов вторичного контура по схеме контура, см

R=

 Ом

5.7.Находим активное сопротивление контактных соединений

Rкон = nnRn.к.+ nнRн.к.

nn – число подвижных контактов  nn=2

Rn – сопротивление подвижного контакта Rn=1,5 Ом

nн – число неподвижных контактов nн=9

Rн.к. – сопротивление неподвижного контакта Rн.к.=15 Ом

Rкон =13,8 Ом

5.8.Определяем активное сопротивление участка электрод-электрод

Rэ-э=9 Ом

5.9.Находим индуктивное сопротивление вторичного контура

Х2=

L – индуктивность, мкГн

l – вылет электродов, м

Н – раствор электродов, м

f – частота тока, Гц

Х2= Ом

5.10.Расчитываем полное сопротивление сварочного контура

Z==

==

=77 Ом

 

 

5.11.Вторичное напряжение сварочного контура

U= I Z=45000∙0,00077=34 В

5.12.Потребляемая номинальная мощность

P= U I=34∙45000=1530 кВА

5.13.Коэффициент мощности машины в процессе сварки

cosφсв==

=

 

6. Расчёт силового трансформатора

 

6.1.Исходные данные для электрического расчёта трансформатора

U1=380 В                                     I=4000 А                    f=50 Гц

U=34 В                                      I=45000 А                   ПВ=20 %

U2max=1,1 U1=37,4 В

U2min==18,7 В

6.2.Расчёт числа витков и сечение трансформатора

1. Рассчитываем число витков в первичной обмотке

w1=                     

 

2. Рассчитываем эквивалентные токи на номинальной ступени

I2экв.н.= IкА         I1экв.н.= IкА

3. Определяем сечение первичной обмотки

мм⊃2;

iн=2,8…3,2 А/мм⊃2;

4. Определяем общее сечение вторичного витка

мм⊃2;

iн=4…5,5 А/мм⊃2;    w2=2

 

 

6.3.Расчет сердечника трансформатора

1. Фактическое сечение трансформатора

см⊃2; = 906мм⊃2;

В=(10000 – 14000) Гс ------- магнитная индукция

Кс=0,92 – 0,93 ---------------- коэффициент, учитывающий не плотность сборки

2. Геометрические размеры сердечника

 мм                    мм

3. Геометрические размеры окна трансформатора

мм⊃2;

Кзо – коэффициент заполнения окна

 мм                      мм

4. Вес трансформатора

=362200 г = 362,2 кг

вес железа

кг

вес меди

кг

      292

                                                                                                                   425

                                 144              213               144

Рис 6. Общий вид магнитопровода трансформатора

 

6.4.Проверочный расчёт трансформатора

 

6.4.1.Расчёт потерь тока холостого хода

 

1. Определить потери холостого хода в железе трансформатора, Вт

Рж=qжGж=2∙917=1834 Вт

qж  - удельные потери в железе, Вт/кг . Они зависят от марки трансформаторной стали, толщины, качества сборки и индукции

 

2. Определяем активную составляющую тока х.х., А

 

Ia=А

 

3. Определяем реактивную составляющую тока х.х., А

 А

lср=2(a+b+c)=2(14,4+21,3+29,2)=130 cм – средняя длина магнитного потока

nз,∆з – число и величина зазоров в магнитной цепи

 

4. Определяем полный ток х.х., А

А

5. Сравниваем полученное значение тока х. х. с допустимым

  при  А

 < 10%

6.4.2Расчёт нагрева магнитопровода трансформатора

 

1. Определяем поверхность магнитопровода не закрытую обмотками

Sм=2b(2a+c+2b)+2h(c+2a+3b)+4ac=

==

= 15489 см⊃2;

 

 

 

 

2. Проверка допустимой удельной тепловой нагрузки

 Вт/см⊃2;

 Вт/см⊃2;

6.4.3.Расчёт нагрева обмоток трансформатора

 

1. Средняя длина витка первичной и вторичной обмоток

 см

2. Активное сопротивление первичной обмотки

 Ом

 

3. Активное сопротивление вторичного витка

Ом

4. Потери мощности на нагрев в первичной и вторичной обмотках

Вт

Вт

Вт

 

5. Расход воды для охлаждения трансформатора

 см⊃3;/сек

6. Диаметр труб для охлаждения

 см

Список литературы

 

1.   Баннов М. Д. Конспекты лекций “Контактная сварка” часть I, Тольятти , ТГУ, 1998. – 100 с.

2.   Рыськова З. Ф. Трансформаторы для контактных электросварочных машин, “Энергия” 1975. 280 с.

3.   Кабанов Н. С. Сварка на контактных машинах. В-Ш. М. 1973. – 255 с.

4.   Оборудование для контактной сварки : Справочное пособие / Под ред. В.В. Сирнова – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2000. – 848 с.


Оглавление

1.   Введение                                                                                                1

 

2.   Описание конструкции изделия и его материала                         2


3.   Расчёт электродов                                                                                3

 

4.   Расчёт режима сварки                                                                         4


5.   Расчёт вторичного контура                                                                7

 

6.   Расчёт силового трансформатора                                                    11


Список литературы                                                                           15