авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МОЛДОВЫ УДК 621.791 КИСЕЛЕВ ЮРИЙ ЯКОВЛЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ...»

-- [ Страница 5 ] --

Техническая характеристика плазмотрона ПВ- Электрическая мощность, кВт 50 - Рабочий ток, А 200 - Рабочее напряжение, В 200 - Напряжение холостого хода, В Плазмообразующий газ воздух Расход воздуха, г/с 1- Давление воздуха, 10 Па 3- Охлаждение плазмотрона водяное Расход охлаждающей воды, кг/с 0,1 - 0, Давление охлаждающей воды, 105 Па не менее 1, Габариты;

диаметр, мм длина, мм Масса, кг 1, При изготовлении плазмотрона ПВ - 47 не требуются дорогостоящие материалы, такие как гафний или цирконий. Конструкция плазмотрона проста в изготовлении и удобна в эксплуатации. Подсоединение шлангов и кабелей предусмотрено с верхнего торца плазмотрона, что устраняет воздействие на них плазменной дуги. Нижняя часть плазмотрона выполнена заостренной для лучшего наблюдения за процессом резки и выполнения реза под острым углом к поверхности металла. Плазмотрон отличается малым количеством уплотнительных прокладок водоохлаждающего тракта. Интенсивная направленность потока плазмы, истекающей из сопла, обеспечивает хорошее качество реза: узкую щель, образующуюся при резке, чистые параллельные боковые кромки реза.

В сравнении с ранее разработанными плазмотронами, ПВ-47 отличается меньшими габаритными размерами, лучшими газодинамическими параметрами, большей устойчи востью и надежностью в работе, большей безопасностью при обслуживании.

5.1.3. Разработка плазмотрона с кольцевым электродом Электрическая дуга в плазмотроне с цилиндрическим внутренним электродом под действием стабилизирующего газа располагается по оси электрода. Причем опорное пятно дуги углубляется внутрь электрода и одновременно под действием газодинамических и электродинамических сил интенсивно перемещается тангенциально. Длина дуги внутри электрода устанавливается самопроизвольно под влиянием эффекта шунтирования и может в процессе работы изменяться в значительном диапазоне. Кроме того, относи тельно большая длина цилиндрического электрода по сравнению с его диаметром ограничивает возможности повышения эффективности газодинамического перемещения дугового пятна, так как по мере углубления газового вихря внутрь электрода танген циальная скорость пристеночного слоя снижается. И, наконец, значительное углубление дуги внутрь электрода приводит к снижению теплового к.п.д. плазмотрона и повышению рабочего напряжения дуги.

С целью улучшения стабилизации дуги и ограничения ее длины внутри плазмотрона была предложена новая конструкция режущего плазмотрона - с кольцевым (тороидальным) электродом /140 /.

Принципиальная схема плазмотрона приведена на рис.5.6. Плазменная дуга горит между кольцевым электродом и разрезаемым металлом 5, проходя через отверстие малого диаметра в сопловом электроде 4. С обеих сторон кольцевого электрода установлены завихрительные шайбы 5 и 6. Причем в последних сделаны тангенциальные отверстия, через которые в разрядную камеру плазмотрона подается плазмообразующий газ. В результате с обеих стopон кольцевого электрода создаются согласованные по направлению движения газовые вихри, которые интенсивно перемещают опорное пятно дуги по внутренней тороидальной поверхности электрода. Перечисленные детали плазмотрона размещены в металлическом корпусе 7.

Для исключения возможности перегрева кольцевого электрода и сопла теплом электрической дуги последние имеют водяное охлаждение и выполняются из меди, имеющей высокую теплопроводность. С целью повышения интенсивности перемещения радиального участка и опорного пятна дуги по поверхности кольцевого электрода нак ладывается внешнее магнитное поле. Использование электродинамического перемеще ния опорного пятна дуги совместно с газодинамическим позволяет уменьшить износ электрода приблизительно в два раза.

Рис. 5.6. Принципиальная схема плазмотрона с кольцевым электродом Запуск плазмотрона в работу осуществляется следующим образом. Вначале в плазмотрон подается охлаждающая проточная вода и сжатый воздух из заводских магистралей. Затем включается источник электропитания и одновременно замыкается контакт К (рис.5.6) в цепи вспомогательной (дежурной) дуги. Между кольцевым 2 и сопловым 4 электродами прикладывается напряжение холостого хода источника электро питания. С помощью осциллятора, не указанного на схеме, осуществляется высоко частотный электрический пробой промежутка между электродами, и под действием приложенного напряжения источника электропитания по каналу пробоя развивается вспомогательная дуга. Величина тока вспомогательной дуги ограничивается сопро тивлением Rб в пределах 40 - 80 А, чтобы нe допустить значительной эрозии соплового электрода.

После того как плазма вспомогательной дуги коснется поверхности разрезаемого изделия, развивается основная (рабочая) дуга, горящая между кольцевым электродом и разрезаемым изделием. Ток через сопловой электрод прекращает протекать, и контакт К разрывает цепь вспомогательной дуги.

Техническая характеристика плазмотрона ПВК- Электрическая мощность, кВт Рабочий ток дуги, A Рабочее напряжение, В Напряжение холостого хода, В Расход плазмообразующего воздуха, г/с 1- Давление сжатого воздуха,105 Па 2- Расход охлаждающей воды, кг/с 0, Давление воды,105 Па 2- Диаметр соплового отверстия, мм Габаритные размеры: диаметр, мм длина, мм Масса, кг 1, Электрическая дуга стабилизируется плазмообразующим воздухом строго по оси канала сопла. Под действием газодинамических и электродинамических сил опорное пятно дуги интенсивно перемещается по поверхности кольцевого электрода в зоне соприкосновения двух вихрей, поступающих с обеих сторон электрода. Дуга сохраняет внутри плазмотрона практически постоянную длину, меньшую, чем при цилиндрическом с дном электроде. Колебания напряжения при изменении местоположения опорного пятна дуги на кольцевом электроде не превышает (5 – 10) %. Рабочее напряжение уменьшается на (20 – 40) В за счет уменьшения общей длины дуги.

При разработке плазмотрона с кольцевым электродом учитывался опыт создания плазмотрона с цилиндрическим электродом. Более того, целесообразно максимально унифицировать новую конструкцию плазмотрона и применяемые в промышленности плазмотроны ПВ-47. Поэтому новый плазмотрон ПВК-7 выполнен в габаритных размерах и форме плазмотрона ПВ-47.

5.1.4. Разработка трехфазного плазмотрона Перспективность создания трехфазных режущих плазмотронов обусловлена неко торыми их существенными преимуществами по сравнению с плазмотронами постоянного тока. Как известно, при равной токовой нагрузке на электроды, электрическая мощность трехфазной плазменной дуги в 1,73 раза больше, что открывает возможность повышения электрической мощности режущих плазмотронов. Далее, трехфазная система токов позволяет путем асимметрирования изменять соотношение токов в фазах, например, увеличить ток в фазе, соединенной с разрезаемым металлом, что позволяет интенсифи цировать прорезающую способность плазменной дуги, и, наконец, источники питания трехфазных плазмотронов более просты и экономичны в эксплуатации. Однако применение трехфазного плазмотрона для резки металлов требует решения ряда серьезных проблем, связанных с прерывистостью горения дуги.

Существует большое разнообразие конструктивного исполнения трехфазных плазмотронов /39/. Наиболее приемлемы для плазменной резки металлов плазмотроны линейной схемы с переходящей на разрезаемый металл трехфазной дугой.

Исходные требования при разработке трехфазного режущего плазмотрона анало гичны требованиям при создании плазмотронов постоянного тока.

На рис.5.7 представлена принципиальная схема трехфазного режущего плазмо трона ПВТ-3.

Рис.5.7. Принципиальная схема трехфазного режущего плазмотрона Металлический корпус 1 является основной несущей частью плазмотрона. Внутри корпуса в изоляционном стакане 2 размещены соосно трубчатый с дном электрод 3 и кольцевой электрод 4. С обеих сторон последнего также соосно расположены завихри тельные втулки 5 и 6, изолирующие его от трубчатого с дном электрода 3 и от сопла 7.

Электроды и сопло имеют водоохлаждающие рубашки 8, 9 и 10. На плазмотроне установлены штуцера 11 и 12 подачи плазмообразующего воздуха. Герметизация водяных и воздушных трактов осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами.

Запуск плазмотрона в работу осуществляется следующим образом. Вначале подается охлаждающая вода в рубашки 8, 9 и 10, а через штуцеры 11 и 12 – плазмо образующий газ. Последний, проходя по тангенциальным каналам в завихрителях 5 и 6, поступает в межэлектродные полости 13 и 14, где образуются два вихревых потока, перемещающихся вдоль внутренних стенок трубчатого с дном и кольцевого электродов и истекающих из плазмотрона через сопловое отверстие. Затем к плазмотрону и разре заемому металлу 15 подается напряжение от источника питания трехфазного тока и одновременно при помощи синхронизированного осциллятора /145/ пробивается проме жуток между электродами. По ионизированному каналу развивается электрическая дуга.

Образованный ею факел плазмы проходит через сопловое отверстие и соприкасается с поверхностью разрезаемого металла, вызывая развитие электрических дуг 16 с электродов на металл. Образованные в межэлектродных полостях 13 и 14 газовые вихри интенсивно вращают радиальные участки и опорные пятна дуги по внутренним поверхностям электродов 3 и 4 и стабилизируют столб дуги по геометрической оси плазмотрона.

Основные технические данные плазмотрона ПВТ- Род тока переменный Число фаз Напряжение холостого хода, В Рабочее напряжение дуги, В Рабочий ток, А 300 - Мощность плазмотрона, кВт 90 - Диаметр сопла, мм 3,5 - Расход воздуха, г/с 1- Давление воздуха, 105 Па 2- Расход охлаждающей воды, кг/с 0,05 - 0, Давление охлаждающей воды,10 Па 2- Габариты: диаметр, мм длина, мм Масса, кг Разработанный плазмотрон имеет надежную электрическую изоляцию электродов, находящихся под сравнительно высоким потенциалом по отношению к разрезаемому металлу, хорошую герметичность системы охлаждения и воздушных коммуникаций.

Полная разбираемость плазмотрона, возможность сравнительно быстро заменить изнашивающиеся детали: электроды, завихрители;

малый вес и габариты при относи тельно большой мощности дуги характеризует его высокие технические и эксплуата ционные качества.

5.1.5. Создание рационального ряда режущих плазмотронов с медными электродами Выполненные во второй и третьей главах исследования и оптимизация конструк тивных и режимных параметров режущих плазмотронов позволили разработать наиболее рациональный ряд их типоразмеров, обеспечивающий эффективную разделительную резку металлов в диапазоне толщин от 5 мм до 200 мм.

Общий вид режущих плазмотронов с медным полым электродом, входящих в рациональный ряд, показан на рис.5.8, а их технические данные приведены в табл.5.1.

Рис. 5.8. Рациональный ряд режущих плазмотронов с медным полым электродом Таблица 5. Рациональный ряд режущих плазмотронов с медным электродом Типоразмеры плазмотронов Параметры плазмотронов ПВ-150 ПВ-315 ПВ- Электрическая мощность, кВт 50 100 Рабочий ток дуги, А 150 315 Рабочее напряжение дуги, В 330 320 Расход плазмообразующего воздуха, г/с 1 1,5 Расход охлаждающей воды, кг/с 0,05 0,1 0, Диаметр соплового отверстия, мм 2,5 4 Длина соплового отверстия, мм 5 8 Диаметр внутренней полости электрода, 12 15 мм Габаритные размеры: диаметр, мм 55 65 длина, мм 100 120 Масса, кг 1 1,4 5.2. Разработка установок плазменно-дуговой резки на базе дроссельного источника питания Установка плазменно-дуговой резки металлов в общем случае представляет собой комплекс оборудования, состоящий из плазмотрона, источника питания, аппаратуры контроля и управления, технологических устройств, например, машины для перемещения плазмотрона и приспособлений для размещения разрезаемого изделия, системы водо - и воздухоподачи, устройств, обеспечивающих необходимый комфорт и безопасность обслуживающего персонала.

Современная промышленность требует создания установок плазменно-дуговой резки с широким диапазоном технологических возможностей. Толщина разрезаемого металла может изменяться в диапазоне от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, требуется разрезать не только сталь, но и цветные металлы и их сплавы, не только листовой металл, но и другие виды проката, а также разнообразное литье.

Поэтому важной является задача создания установок в целом и плазмотронов, в частности, с контролируемыми и управляемыми параметрами, что позволяет оптими зировать работу установки в тех или иных технологических условиях.

5.2.1. Блок-схема установки ПРОВ- Комплекс плазменного режущего оборудования с использованием в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха (ПРОВ) представлен в виде блок-схемы на рис.5.9. Составными элементами этого комплекса являются: силовой трансформатор I, дроссель насыщения II, выпрямительный блок III, трансформатор питания цепей управления и автоматики IV, блок управления и автоматики V, блок инициирования плазменной дуги VI, блок перемещения плазмотрона над разрезаемым металлом VII, релейный блок запуска системы автоматики VIII, блок ограничения тока дежурной дуги IX, блок ограничения рабочего тока X, плазмотрон XI, разрезаемый металл ХII, система подвода и отвода охлаждающей воды ХIII, система подачи, сжатого воздуха ХIV, блок вентиляции ХV.

Перед началом работы к плазмотрону подается охлаждающая вода и сжатый воздух из заводской магистрали, включается система отсасывающей вентиляции. Затем подается напряжение на трансформаторный блок питания цепей управления и автоматики IV, который преобразует величину напряжения до требуемых значений для питания Рис.5.9. Блок-схема установки ПPОВ- машины перемещения плазмотрона и систем регулирования режима управления комплек сом оборудования.

При наличии питания блок управления и автоматики позволяет подавать вручную управляющую команду на включение и отключение силового трансформатора, настройку величины тока управления дросселя насыщения, включение блока инициирования плазменной дуги и ручное управление машиной перемещения плазмотрона.

При включении силового трансформатора I напряжение 380 В подается через дроссель насыщения II к выпрямительному блоку III и от него через блоки ограничения тока дежурной IX и рабочей X дуги к плазмотрону XI. Выпрямленное напряжение 500 В, приложенное к внутреннему электроду и сопловому наконечнику плазмотрона, является недостаточным для электрического пробоя промежутка между ними и развития дугового разряда. Поэтому с пульта управления подается кратковременно питание на блок инициирования VI, представляющий собой осциллятор мощностью 200 Вт, генерирующий серию импульсов напряжения 20 кВ и частотой 200 кГц. При воздействии таких импульсов происходит пробой межэлектродного промежутка, и по высоко частотному разрядному каналу под действием приложенного напряжения источника электропитания развивается вспомогательная дуга. Величина тока вспомогательной дуги ограничивается сопротивлениями блоков IX и X в пределах 40-60 А. Как только плазмен ный факел вспомогательной дуги, выходящий из сопла плазмотрона, коснется разрезаемого металла ХП, начнется развитие рабочей дуги, горящей между внутренним электродом и металлом. При протекании рабочего тока токовое реле блока запуска системы автоматики VIII подаст команду на включение автоматики вывода плазмотрона на рабочий режим. С заданной выдержкой времени подается команда на размыкание цепи дежурной дуги IX, шунтирования сопротивления рабочей дуги X, увеличения тока подмагничивания дросселя II и запуск машины VII перемещения плазмотрона над разрезаемым листом металла. После окончания вырезки детали рабочая дуга плазмотрона обрывается, блок VII запуска автоматики подаст команду на приведение системы автоматики в начальное состояние.

5.2.2. Принципиальная электрическая схема Общая электрическая схема (рис.5.10) содержит все основные элементы установки воздушно-плазменной резки металлов за исключением машины для перемещения плазмо трона и устройств системы отсасывающей вентиляции. В принципе для перемещения плазмотрона может быть использована любая из выпускаемых серийно газорезательных машин, обеспечивающая перемещение плазмотрона над разрезаемым листом металла.

Рис. 5.10. Принципиальная электрическая схема установки ПРОВ- Схема содержит автоматический выключатель QF, позволяющий при необходи мости вручную полностью снимать напряжение с установки и автоматически отключать ее в аварийных случаях. Контактор KM1 служит для оперативного включения и отключения источника питания плазмотрона в процессе работы установки. Силовой трехфазный трансформатор TC1 мощностью 160 кВ·А, изготовленный в сухом исполне нии, имеет напряжение 380/360 В. Дроссель насыщения LL типа ДТН-600 используется для создания крутопадающей внешней статической характеристики, что обеспечивает стабильное горение дуги. Он состоит из двух соединенных встречно-последовательно реакторных обмоток на каждую фазу и обмотки подмагничивания, служащей для регулирования сопротивления дросселя, а, следовательно, изменения рабочего тока плазмотрона. Устройство регулирования тока подмагничивания состоит из двух понижающих трансформаторов ТС2 и ТСЗ, двух автотрансформаторов TA1 и ТА2 и однофазного двухполупериодного выпрямительного моста 2VD, собранного на кремниевых диодах ВК2-25-8. Регулирование независимой составляющей тока подмаг ничивания осуществляется автотрансформатором TA1, а зависимой составляющей автотрансформатором ТА2. Увеличение тока подмагничивания производится также переключением схемы выпрямления с однополупериодной на двухполупериодную. Ток подмагничивания измеряется амперметром РА2. С целью стабилизации тока параллельно обмотке подмагничивания включен конденсатор C10 ёмкостью 10 мкФ.

Силовой выпрямительный блок 1VD собран по схеме Ларионова на кремниевых диодах VD1 - VD6 типа ВКВ2-500-9 с водяным охлаждением. Для защиты от коммута ционных перенапряжений параллельно диодам подключены цепочки RC (R1- R6 и C1 С6), размещенные в непосредственной близости от диодов. Кроме того, на дросселе насыщения также установлены цепочки RС (R7 - R9 и С7 - С9). Применение кремниевых диодов на номинальное напряжение 900 В и наличие цепочек RС обеспечивает, как показала практика, необходимую надежность работы силового выпрямителя в условиях частых и интенсивных обрывов дуги в плазмотроне.

Нормальная работа установки контролируется амперметром PA1 на 500 А с шунтом RS, включенным в цепи подвода тока к разрезаемому изделию, а также вольтметром РV на 600 В, подключенному к обоим полюсам источника питания.

Параллельно вольтметру подсоединен конденсатор С11, стабилизирующий показания вольтметра и защищающий его от коммутационных перенапряжений. При включении плазмотрона в работу из-за малой начальной длины дуги в зазоре между внутренним электродом и сопловым наконечником, а, следовательно, малого начального сопротив ления дуги, происходит бросок рабочего тока. Для ограничения пускового тока плазмотрона в начальный момент работы в установке предусмотрены токоограни чивающие балластные сопротивления R10 и R11.

Ток дежурной дуги ограничивается сопротивлением R10 равным 1 Ом в течение 0,1 с. Увеличение рабочего тока достигается за счет последующего шунтирования сопротивления R11 равного 0,1 Ом. Параметры балластных сопротивлений определены по условиям допустимого нагрева на открытом воздухе.

Коммутация цепи дежурной дуги осуществляется контактором КМ2, а шунтирование сопротивления в цепи рабочего тока – контактором KM3.

Для запуска системы автоматического выхода плазмотрона на рабочий режим применено токовое реле КА прямого включения, первичная обмотка которого включена в силовую цепь рабочего тока после цепи дежурной дуги. Реле срабатывает при достижении тока в рабочей цепи значений 80 - 100 А.

Блок управления и автоматики содержит реле времени РВ, а также промежуточное реле КМ4. Включение и отключение источника питания осуществляется кнопками управления SР1 и SР2. Кнопка управления SРЗ обеспечивает возможность запуска системы автоматики без включения источника питания и плазмотрона при ее наладке и настройке. В цепи управления силовым контактором KM1 включены контакты реле давления воздуха SQ1 и расхода охлаждающей воды SQ2. Цепь питания блока управления защищается предохранителем.

Осциллятор для инициирования дуги в плазмотроне состоит из трансформатора ТС4 типа ТГ-101 номинальной мощностью 120 Вт и напряжением 220/10000 В, искрового промежутка ЕР, образованного торцевыми плоскостями вольфрамовых прутков диамет ром 4 мм, конденсаторов C13 и C14, высокочастотного трансформатора связи ТС5, изготовленного на ферритовых сердечниках. Первичная обмотка трансформатора имеет два витка из высоковольтного провода и является индуктивностью колебательного контура. Вторичная обмотка из четырех витков, рассчитанная на номинальный ток 400 А, включена в цепь рабочего тока, подводимого к внутреннему электроду плазмотрона. Для обеспечения цепи протекания тока высокой частоты в схеме предусмотрен конденсатор C12. Включение осциллятора осуществляется кнопкой управления SР4, при этом загора ется сигнальная лампа HL5.

Разработанный осциллятор позволяет получать на межэлектродном зазоре плазмотрона напряжение до 20 кВ при частоте 100 - 150 кГц. Этого напряжения доста точно для пробоя промежутка между электродами 2 мм при любой интенсивности вихреобразования плазмообразующего воздуха в разрядной камере.

Работа схемы осуществляется следующим образом. Вначале к плазмотрону и силовому выпрямителю подается охлаждающая вода и плазмообразующий воздух из заводских магистралей. При этом гидравлическое и воздушное реле замыкают свои контакты SQ1 и SQ2 в цепи управления контактором KM1. Затем включается автомат QF и, тем самым, подается питание на цепи управления установкой. Загорается сигнальная лампа HL1, показывающая наличие напряжения в цепи управления. Через размыкающий контакт 1KM4 получает питание катушка контактора КМ2, он включается и силовыми контактами КМ2 замыкает цепь дежурной дуги, подготавливая ее к работе. Одновременно через регулятор напряжения TA1, трансформатор ТС2 и выпрямитель 2VD ток протекает по обмотке подмагничивания LZ дросселя насыщения. Величина этого тока устанав ливается в требуемых пределах по показанию амперметра РА2 с помощью регуляторов напряжения TA1 и ТА2.

Причем вследствие разрыва контактом 4КМ4 одного из плечей выпрямительного моста происходит однополупериодное выпрямление и величина тока подмагничивания примерно в два раза меньше номинального.

При нажатии кнопки SР1 получает питание катушка контактора KM1. Замыкаются его силовые контакты в цепи силового трансформатора TC1, а также блокконтакт KMl в цепи самопитания катушки. Трехфазное напряжение силовой цепи 380 В подается через трансформатор TC1 и дроссель насыщения LL на силовой выпрямительный блок 1VD. От него выпрямленное напряжение 500 В подводится к внутреннему полому электроду плазмотрона от одного полюса и одновременно к сопловому электроду плазмотрона и изделию от другого полюса выпрямителя. Величина напряжения холостого хода источника питания контролируется по вольтметру PV. На источнике питания загораются сигнальные лампы HL2, HL3, HL4, показывающие наличие напряжения на источнике питания и плазмотроне.

Далее кнопкой SР4 включается осциллятор, к зазору между внутренним электродом Э и сопловым электродом С прикладывается высокое напряжение высокой частоты, зазор пробивается и по образованному ионизированному каналу под действием напряжения 500 В источника питания развивается разряд вспомогательной дуги.

Осциллятор в этом случае может быть отключен отпусканием кнопки SP4.

Ток вспомогательной дуги протекает по цепи: вывод выпрямителя 1VD, измери тельный шунт RS, сопротивления R11 и R10, замкнутый силовой контакт контактора КМ2, сопловой электрод С, внутренний электрод Э, вторичная обмотка трансформатора ТС5, второй вывод выпрямителя 1VD.

Во время горения вспомогательной дуги внутри плазмотрона из сопла С выдувается струя плазмы. Плазмотрон обычно устанавливается над разрезаемым изделием И, и как только струя плазмы коснется его, загорается рабочая дуга между электродом и изделием. Ток рабочей дуги протекает по цепи: вывод выпрямителя 1VD, измерительный шунт RS, сопротивление R11, токовое реле КА, изделие И, внутренний электрод Э, вторичная обмотка трансформатора ТС5, второй вывод выпрямителя 1VD.

Сопротивление этой цепи меньше сопротивления цепи вспомогательной дуги на величину балластного сопротивления R10.

При появлении рабочего тока срабатывает реле KA, которое своим замыкающим контактом включает реле времени KТ. С заданной выдержкой времени (0,1 - 0,2 с), необходимой для развития рабочей дуги, замыкается контакт КТ и включается промежу точное реле КМ4. Размыкающими контактами 1KM4 снимается питание с контактора КМ2. Своими силовыми контактами контактор КМ2 разрывает цепь вспомогательной дуги. Одновременно замыкающими контактами 2КМ4 подается питание на контактор КМЗ, который, включаясь, шунтирует балластное сопротивление R11 в рабочей цепи плазмотрона, вследствие чего ток режущей дуги возрастает. Контактами 3КМ включается машина перемещения плазмотрона, а контактами 4КМ4 выпрямитель 2VD переключается с однополупериодной схемы выпрямления на двухполупериодную, что вызывает увеличение тока подмагничивания и постепенное нарастание рабочего тока дуги до номинального. Плазмотрон выходит на установившийся режим резки.

После окончания вырезки детали рабочая дуга обрывается. Реле КА теряет питание, вся схема возвращается в начальное положение, перемещение плазмотрона прекращается.

Отключение установки производится нажатием кнопки SP2. При этом отключается силовой контактор KM1 и напряжение с силовой цепи снимается. Для полного снятия напряжения с установки необходимо отключить автомат QF. В случае аварийного режима работы, например, прекращения подачи воды или воздуха в плазмотрон, установка отключается автоматически.

5.2.3. Система водо - и воздухоснабжения Охлаждающая вода и сжатый воздух подаются к плазмотрону и диодам из заводских магистралей (рис.5.11).

Включение и регулирование подачи охлаждающей воды осуществляется гидравли ческим вентилем ВГ, установленным на отводе от питающей магистрали. Протекающая промышленная вода сначала охлаждает последовательно все диоды VD1-VD6, а затем поступает к плазмотрону. Для упрощения коммуникаций от осциллятора до плазмотрона прокладывается кабель-шланг КШ1, по которому одновременно подводится рабочий ток и охлаждающая вода. После охлаждения плазмотрона вода отводится по сливному шлангу, на котором установлено реле гидравлическое SQ1, отключающее установку в случае исче зновения воды.

Рис.5.11. Схема водо - и воздухоснабжения Включение подачи плазмообразующего воздуха от заводской магистрали осуществляется вентилем ВВ. По шлангу сжатый воздух подается к пульту резчика, на котором размещены игольчатый вентиль ИВ для плавной регулировки расхода воздуха через плазмотрон, манометр М, показывающий давление воздуха на входе в плазмотрон, и реле давления SQ2, не допускающее включение установки в случае отсутствия плазмообразующего воздуха или отключающее установку при прекращении подачи воздуха в процессе работы. Далее воздух по кабель-шлангу КШ2 поступает к плазмотрону и в виде высокотемпературного ионизированного дугой потока истекает через сопловое отверстие на разрезаемый металл.

Перед запуском установки в работу через плазмотрон подается номинальный расход воды и воздуха. Вспомогательная и рабочая дуги устойчиво развиваются при полном расходе воздуха, поэтому в схеме не предусмотрены электромагнитные клапаны или другие устройства автоматического изменения расхода воздуха.

5.2.4. Система вентиляции В процессе резки металлов плазменным способом образуется значительное количество металлической пыли и дыма. Для их удаления необходима эффективная отсасывающая вентиляция, наиболее важным элементом которой является устройство вентиляционных отводов под разрезаемым листом металла.

Поскольку разрезаемый лист имеет длину до 6 м, а ширину до 2,5 м, то для улучшения вентиляции предусмотрено секционирование вентиляционных отводящих ка налов и автоматическое открывание и закрывание отсасывающих шлюзов в зависимости от места нахождения режущего плазмотрона.

Общий вид устройства отсасывающей вентиляции показан на рис.5.12.

Рис.5.12. Устройство системы отсасывающей вентиляции Разрезаемый лист металла укладывается на металлический стол размером 6000 х 2500 х 500 мм. Сварной корпус 9 стола выполнен из швеллеров. Съемные секционные пластины 3 размером 2500 х 500 х 2 мм устанавливаются в специальных пазах внутренней поверхности корпуса стола, разделяя его на три секции. Кроме того, для укладки листа предусмотрены съемные пластины 8 размером 2500 х 150 х 10 мм, также размещенные в пазах внутри корпуса стола.

От вентиляционной отсасывающей трубы 10 к каждой секции стола подходят отсасывающие шлюзы, перекрываемые пластинчатыми заслонками. К ходовой каретке машины для перемещения плазмотрона, движущейся по рельсам 7, прикреплена профильная лыжа 2. Ее форма выполнена так, что при передвижении каретки вдоль разрезаемого листа ролик 1, катясь, перемещается вверх, увлекая через тягу 5, скользящую в направляющей втулке 6, заслонку шлюза. Опускание заслонки вниз при прохождении лыжи осуществляется под действием силы тяжести.

Размеры лыжи 2 и ее расположение относительно каретки выбраны такими, чтобы обеспечивать открывание шлюза той секции стола, над которой работает плазмотрон.

Остальные шлюзы в это время перекрыты, и отсасывание дыма и пыли при резке происходит интенсивно. Если резка листа выполняется на границе между секциями, то одновременно не полностью открываются два шлюза и удаление продуктов горения производится через оба шлюза.

С целью симметрирования подвода тока к разрезаемому листу и уменьшения отклонения дуги, переходящей на металл, под действием собственного магнитного поля присоединение питающего кабеля к столу осуществляется в нескольких точках.

Разработанная система вентиляции и особенно устройство автоматического открывания и закрывания секционных отсасывающих шлюзов отличается простотой конструкции, надежностью в работе и обеспечивает эффективное удаление продуктов сгорания металла и нормальные условия работы оператору плазменной резки.

5.3. Разработка установок с использованием конденсаторного источника питания 5.3.1. Блок-схема установки ПРОВ- Установка плазменно-дуговой резки металлов плазмотронами с медным электродом, разработанная на базе конденсаторного источника электропитания представ лена в виде блок-схемы на рис.5.13.

Наиболее важными элементами плазменного режущего оборудования являются плазмотрон и источник питания. Остальные системы можно считать вспомогательными, поскольку они обеспечивают работу и управление основных элементов. Однако следует подчеркнуть, что все элементы установки плазменной резки взаимосвязаны, и их необходимо рассматривать в комплексе.

Составными элементами установки ПРОВ-3 являются: силовой трансформатор I, конденсаторный блок II, выпрямительный блок III, трансформатор питания цепей управления и автоматики IV, блок управления и автоматики V, осциллятор VI, устройство перемещения плазмотрона над разрезаемым металлом VII, релейный блок запуска системы автоматики VIII, блок сглаживания пульсаций рабочего тока дуги IX, блок ограничения тока дежурной дуги X, плазмотрон XI, разрезаемый металл ХII, системы снабжения охлаждающей водой ХIII и сжатым воздухом XIV, блок вентиляции ХV.

Последовательность работы блоков и их взаимосвязь во многом аналогичны установке ПРОВ-2. Существенное отличие заключается в том, что для создания крутопадающей характеристики используется конденсаторная батарея (блок II). Кроме того, при включении конденсаторного источника питания отсутствуют броски рабочего тока, поэтому в схеме нет блока его ограничения. Однако, как рассматривалось в главе 4, при работе конденсаторного источника питания наблюдаются существенные колебания тока дуги, поэтому в схеме предусмотрен блок сглаживания пульсаций рабочего тока дуги IX.

Рис. 5.13. Блок-схеме установки ПРОВ- 5.3.2. Принципиальная электрическая схема На принципиальной электрической схеме установки (рис.5.14) показаны практически все системы за исключением системы перемещения плазмотрона и вентиляции.

В схеме предусмотрен автоматический выключатель QF, предназначенный для автоматического отключения установки в аварийных режимах, а также ее ручного включения и отключения в нормальном режиме работы. Для оперативного дистан ционного включения и отключения источника питания применен магнитный пускатель KM1.

Рис. 5.14. Принципиальная электрическая схема установки на базе источника электропитания с конденсаторами В качестве силового трансформатора TC1 применен трехфазный трансформатор типа ТС3П-160 с коэффициентом трансформации 380/360 В. В нейтраль вторичной обмотки трансформатора включены конденсаторные батареи CB1 и СВ2 из косинусных конденсаторов типа КС2-50-0,38. Конденсаторы зашунтированы разрядными сопротив лениями R11-R14 с целью обеспечения безопасности их эксплуатации. Регулирование рабочего тока осуществляется ступенчато, путем включение и отключения контактором QRl дополнительной конденсаторной батареи СВ2.

Силовой выпрямительный блок выполнен аналогично выпрямительному блоку установки ПРОВ-2. Однако, для защиты этого блока от перенапряжений, возникающих в установке ПРОВ-3 при пробое любого из диодов, в схеме применено реле максимального напряжения KV, подключенное к выходу схемы через делитель напряжения R15 и R16.

При повышении напряжения на выходе выпрямителя размыкающий контакт KV в цепи промежуточного реле КМ3 отключит установку. Делитель напряжения R15 и R обеспечивает стабилизацию показаний вольтметра PV.

Инициирование дежурной дуги осуществляется осциллятором, схема которого описана в предыдущем параграфе.

Для уменьшения пульсаций рабочего тока дуги, что характерно, как было показано в главе 4, конденсаторному источнику электропитания, в установке ПРОВ-3 применен дроссель LL индуктивностью 2·10-3 Гн, включенный в цепь выпрямленного тока.

Подготовка к работе схемы осуществляется следующим образом. К плазмотрону и диодам силового выпрямителя подается охлаждающая вода, а к первому также и сжатый воздух из заводских магистралей. При этом гидравлическое и воздушное реле замыкают свои контакты SQ1 и SQ2 в цепи питания катушки промежуточного реле КМ3. Затем включается вручную автоматический выключатель QF и напряжение 220 В подается к цепям управления. Загорается сигнальная лампа HL показывающая наличие напряжения в цепи управления. Одновременно, через замкнутый контакт КМ4 получает питание катуш ка контактора КМ2, который включается и силовыми контактами КМ2 замыкает цепь дежурной дуги, подготавливая ее к работе.

Запуск установки в работу осуществляется при нажатии на кнопку SР1. В этом случае замыкается цепь питания промежуточного реле КМ3, которое, включаясь, замыкает контактом КМ3 цепь питания силового контактора KM1. Последний, замыкая силовые контакты KM1, подает напряжение на силовой трансформатор и выпрямитель ный мост. Выпрямленное напряжение прикладывается к промежутку между внутренним Э и сопловым С электродами режущего плазмотрона. Одновременно, при нажатии на кнопку SP1, замыкается цепь питания трансформатора ТС2 осциллятора, который выра батывает импульсы высокого напряжения и частоты, прилагаемые к межэлектродному промежутку. При этом происходит электрический пробой промежутка, и под действием приложенного от источника питания напряжения по каналу высокочастотного разряда зажигается дежурная дуга, которая затем переходит в рабочую режущую дугу. Когда ток рабочей дуги достигает 60 - 80 А, срабатывает токовое реле РА, которое своим контактом замыкает цепь питания промежуточного реле КМ4. Последний, контактом 1KM4 отклю чает контактор КМ2, и цепь дежурной дуги разрывается, а контактом 2КМ4 шунтирует кнопку SР1, и, после прекращения нажатия на кнопку SР1, установка продолжает работать в автоматическом режиме.

Отключение установки происходит при нажатии на кнопку SP2 или автоматически после завершения резки. В последнем случае, как только завершается резка, дуга обрывается, токовое реле КА обесточивается, его контакт КА в цепи промежуточного реле КМ4 размыкается, и далее контакт 2KМ4 разрывает цепь питания КМ3 а, следовательно, контактор KM1 отключит установку. Таким образом, разработанная схема не допускает режима холостого хода установки, что регламентировано ГОСТ 12.2.007.8-75.

На рис. 5.15 приведены экспериментальные вольт-амперные характеристики Рис. 5.15. Вольт-амперные характеристики источника электропитания с конденсаторами при разных их рабочих токах, А: 1 - 150;

2 - 200;

3 – конденсаторного источника питания при разных значениях рабочих токов. Как следует из графика, в диапазоне рабочих напряжений режущей дуги 250 - 320 В характеристики имеют крутизну 2 - 5 В/А, что обеспечивает достаточную стабильность тока дуги.

5.3.3. Компоновка оборудования Установки с конденсаторными источниками питания разработаны в двух модификациях. В первой из них (рис.5.16) источник питания изготовлен в виде трех отдельных блоков.

В блоке 1 расположены автоматический выключатель А 3720 Б, магнитный пуска тель ПA-512 и шесть конденсаторов КС2-50-0,38. Блок 2 представляет собой серийно выпускаемый трансформатор ТСЗВ-160/0,5 с номинальным первичным напряжением 380 В и вторичным напряжением 360 В.

Рис. 5.16. Общий вид конденсаторного источника питания первой модификации Блок 3 выполнен в виде пульта управления, в котором размещены силовой выпрямитель, осциллятор, аппаратура управления, измерения и сигнализации. В частности, на лицевой панели пульта управления смонтированы вольтметр и амперметр для измерения напряжения и тока режущей дуги, кнопки управления SР1 и SР2, сигнальная лампа HL, а также манометр для контроля давления сжатого воздуха и игольчатый кран для регулирования его расхода.

Во второй модификации источник питания собран в одном блоке. В его нижней части смонтированы конденсаторы и силовой трансформатор, а в верхней - аппаратура управления, измерения и сигнализации, а также силовой выпрямитель и коммутирующие аппараты. Измерительные приборы, сигнальные лампы и кнопки управления размещены на одной из боковых панелей источника питания. Две противоположно расположенные открывающиеся панели обеспечивают легкий доступ и осмотр оборудования и аппаратуры, размещенной внутри шкафа.

Установки с конденсаторными источниками питания отличаются простотой конструкции, большой надежностью в работе и высокими эксплуатационными характеристиками.

Техническая характеристика установки Напряжение питающей сети (трехфазной), В Частота, Гц Режим работы, ПВ % Рабочий ток, А 100, 200, Напряжение холостого хода, В Рабочее напряжение дуги, В 250 - Мощность плазмотрона, кBт 40 - Расход воздуха, г/c 1- Расход охлаждающей воды, кг/с 0,1 - 0, Толщина разрезаемого металла, мм 6 - Габариты, мм плазмотрона 64 х источника питания 1500x800x Масса, кг плазмотрона 1, источника питания Выводы 1. Впервые создан надежный в эксплуатации режущий плазмотрон с цилиндри ческим внутренним электродом, использующий сжатый воздух в качестве плазмообра зующего газа, позволяющий работать на обратной полярности тока и не имеющий ограничений на количество запусков.

2. Достигнуто повышение ресурса работы электрода в два-три раза за счет интенсивного электродинамического вращения радиального участка и опорного пятна дуги по поверхности внутренней полости электрода, путем размещения последнего внутри охватывающей его цилиндрической токоподводящей спирали.

3. Обеспечено оптимальное заглубление опорного пятна дуги в полость цилиндри ческого электрода под действием аксиальной составляющей газодинамической силы потока плазмообразующего воздуха, поступающего в разрядную камеру, а также пондеро моторной силы при подключении токоподвода к переднему торцу электрода.

4. На основании рассмотренных в третьей главе исследований проведена оптими зация конструктивных параметров плазмотрона, особенно разрядной камеры и сопла, позволившая улучшить газодинамику потока плазмы режущей дуги, повысить ресурс работы электродной системы, обеспечить удобство промышленной эксплуатации плаз мотрона.

5. Разработан рациональный ряд режущих плазмотронов ПВ-150, ПВ-315, ПВ-500 с цилиндрическими медными электродами. Электрическая мощность этих плазмотронов охватывает диапазон 50 - 200 кВт и значительно расширяет область промышленного применения режущих плазмотронов.

6. Впервые разработаны режущие плазмотроны с кольцевым медным электродом и трехфазные плазмотроны мощностью 90 - 120 кВт, позволяющие повысить эффектив ность плазменно-дуговой резки металлов.

7. Созданы новые экспериментальные и опытно-промышленные установки плаз менно-дуговой резки металлов с использованием дроссельных источников питания (ПРОВ-2) и конденсаторных источников питания (ПРОВ-3), обеспечивающие автомати ческую машинную резку стального проката толщиной до 0,2 м. Установки отличаются широким диапазоном технологических возможностей, увеличенной в полтора-два раза производительностью резки, надежностью в эксплуатации и высоким уровнем автоматизации работы.

ГЛАВА 6. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЖУЩИХ ПЛАЗМОТРОНОВ С МЕДНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ НА ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ ТОКА 6.1. Плазменно-дуговая резка листового проката толщиной до 0,1 м 6.1.1. Оптимизация скорости разделительной резки Оптимизация процесса плазменно-дуговой разделительной резки металла, как и любого технологического процесса, прежде всего, требует создания соответствующей модели этого процесса и принятия критериев, по которым оптимизация производится.

Одним из наиболее важных критериев оценки эффективности рассматриваемого процесса является линейная скорость образования разделительного реза, которая зависит от большого количества факторов и их взаимодействий таких как: параметры режима работы плазмотрона, толщина разрезаемого металла, конструктивные параметры плазмотрона и др.

Выполненные производственные исследования позволили установить ряд зависи мостей между технологическими параметрами и параметрами плазмотрона.Зависимости скорости резки от толщины малоуглеродистой и нержавеющей сталей, а также алюминия при разных значениях тока приведены на рис 6.1. Там же для сравнения представлены кривые 4 и 5, соответствующие режимам резки газокислородным способом для малоугле родистой стали /109/ и кислородно-флюсовым способом для нержавеющей стали.

Как видно из рисунков, для одинаковых значений тока дуги скорость резки листа металла плазмотроном с медным электродом превышает скорость резки плазмотронами с термохимическими катодами соответственно: по алюминию на (60 – 85) % по нержаве ющей стали на (35 – 80) % и по малоуглеродистой стали на (50 – 80) %.

Рис. 6.1. Зависимость скорости резки малоуглеродистой стали (а), нержавеющей стали (б) и алюминия (в) от толщины листа при разных значениях тока дуги, А:1 - 200;

2 - 300;

3 - 400;

4 - газокислородная резка;

5 - кислородно-флюсовая резка /109/.

Повышенные значения скорости резки для плазмотрона с медным электродом обусловливаются главным образом большим значением напряжения дуги. Это позволяет увеличить теплосодержание, скорость истечения и, в конечном счете, динамический напор плазменной режущей дуги.

Из графиков видно, что при одинаковых значениях тока дуги и толщины металла наибольшая скорость наблюдается при резке алюминия (рис.6.1,в) и наименьшая при резке нержавеющей стали (рис.6.1,б). Более высокие скорости резки для алюминия обусловлены, вероятно, меньшими значениями его температуры плавления и плотности.

Скорость резки малоуглеродистой стали (рис.6.1,а) несколько выше скорости резки нержавеющей стали. Это связано с выделением дополнительного количества тепла в полости реза за счет экзотермических реакций окисления железа кислородом, содержа щимся в плазмообразующем воздухе.

На рис.6.2. показано влияние расхода воздуха на скорость резки, полученное при диаметре сопла 3,5 мм, рабочем токе 315 А, толщине разрезаемого листа нержавеющей стали 42 мм.

Рис. 6.2. Влияние расхода воздуха на скорость резки (1), электрическую мощность (2), рабочее напряжение (З), и погонную энергию (4) График показывает экстремальную зависимость скорости резки от расхода плазмообразующего воздуха. Многочисленные эксперименты подтвердили эту закономер ность и дают основание считать, что для заданных конструктивных и режимных парамет ров существует максимум скорости резки при изменении расхода воздуха. Здесь же приведены графики изменения рабочего напряжения и мощности дуги в зависимости от расхода воздуха. Эти зависимости прямолинейно возрастающие. Удельный расход электроэнергии на образование 1 м реза практически не зависит от изменения расхода воздуха При оценке качества плазменной резки металлов важным критерием является перпендикулярность кромок реза к поверхности разрезаемого листа.

Неперпендикулярность реза определяется геометрией сопла и параметрами режима работы, скоростью резки, толщиной разрезаемого металла, способом стабилизации плаз менной режущей дуги, расстоянием между плазмотроном и разрезаемым металлом, а также конфигурацией разрезаемых заготовок.

В случае прямолинейной резки неперпендикулярность устраняется строго вертикальным расположением режущего плазмотрона над разрезаемым металлом и выбором соответствующей скорости перемещения плазмотрона.

Следует отметить, что в процессе вырезки круглых заготовок плазмотроном с вихревой стабилизацией дуги наблюдался значительный разброс величины неперпенди кулярности и существенное её возрастание с уменьшением диаметра заготовки и увеличением толщины металла. Причем диаметр нижней части круга превышал диаметр его верхней части. Такое явление обусловливается воздействием электромагнитных и газодинамических сил на поток газоразрядной плазмы, истекающей из сопла. Плазмотрон можно перемещать по окружности согласно или встречно вихревому потоку, истекаю щему из сопла. Было выявлено, что при согласном вращении плазмотрона и вихревого потока неперпендикулярность в 1,5 – 2 раза больше, чем при встречном. Поэтому для уменьшения конусности было выбрано встречное направление движения плазмотрона.

На конусность влияет также асимметрия собственного магнитного поля столба дуги и неравномерное растекание тока в изделии. Асимметрия собственного магнитного поля имеет место, когда плазмотрон расположен под углом над разрезаемым листом. При этом электромагнитные силы отклоняют столб дуги в сторону тупого угла, образуемого осевой линией и поверхностью изделия.

Весьма эффективным способом устранения неперпендикулярности является умень шение тангенциальной составляющей скорости потока плазмы на выходе из канала сопла плазмотрона.

Многочисленными опытами установлено, что при правильно выбранных режимах резки неперпендикулярность кромок реза малоуглеродистой стали, соответствует 1 и классу ГОСТ.

Анализ шероховатости поверхности реза для различных металлов показал, что наименьшая шероховатость, соответствующая 1 классу ГОСТ, имеет место при резке малоуглеродистой стали. При резке нержавеющей стали, шероховатость соответствует классу ГОСТ. Наибольшая величина шероховатости наблюдалась при резке алюминия.

В реальных условиях эксплуатации установок плазменной резки металлов выбор оптимальных режимов работы плазмотрона наиболее просто осуществлять по номограм мам, выражающим взаимосвязь конструктивных параметров плазмотрона, толщины прорезаемого металла и режима работы установки.

Используя полученные в главе 2 экспериментальные результаты, построим номограмму, позволяющую определить глубину прорезания в зависимости от величины рабочего тока и скорости перемещения плазмотрона или, наоборот, определить необходимую скорость перемещения плазмотрона при заданном значении рабочего тока и толщины разрезаемого стального листа.

Для построения номограммы /115/ уравнение (2.10) приводится к каноническому виду + =, где = 4,8Х1;

= – 13,6Х6 + 6,2Х62;

(6.1) = – 66.

Полученное каноническое уравнение разрешается номограммой из выравненных точек. Уравнения трех шкал этой номограммы y = 48Х1;

у = – 22,9 + 3,7(–13,6Хб + 6,2Хб2);

(6.2) у = – 16,7 + 2,7( – 66).

Абсциссы шкал: Х = 0;

X = 100 мм;

X = 73 ММ. Построенная номограмма приведена на рис.6.3. По ней легко определить требуемые режимы работы плазмотрона при резке нержавеющей стали толщиной от 60 мм до 100 мм при токах от 250 А до 400 А.

При практическом применении плазменно-дуговой резки металлов значительный интерес представляет выбор режимов резки листовой стали толщиной от 30 мм до 60 мм.

В этом случае, очевидно, диапазон регулирования скорости перемещения существенно возрастает. По экспериментальным данным, приведенным в табл. 2.8, построена номо Рис. 6.3. Номограмма для определения режимов резки нержавеющей стали толщиной (60 – 100) мм (ключ Х1Х6) грамма (рис.6.4) для выбора режимов резки нержавеющей стали толщиной до 60 мм. В отличие от предыдущей номограммы здесь учтено также влияние расхода плазмообра зующего воздуха, поскольку непосредственно в процессе плазменно-дуговой резки металла регулируемыми технологическими параметрами являются скорость перемещения плазмотрона, величина рабочего тока и расход плазмообразующего воздуха. Другие переменные факторы (диаметр соплового отверстия и длина цилиндрической части сопла) при построении номограммы были приняты на оптимальном уровне соответственно 4 мм и 10 мм.

Рис. 6.4. Номограмма для определения режимов резки нержавеющей стали толщиной (20-60) мм (ключ Х1 Х3;

Х6) Следует отметить практическую ценность построенных номограмм, позволяющих для заданной толщины разрезаемого металла принять рациональные режимы процесса резки.


6.1.2. Сравнительные испытания режущих плазмотронов ПВ-47 и ПВР- Целью испытаний являлось определение технико-экономических показателей работы плазмотрона ПВ-47 и сравнение их с показателями серийно выпускаемого режущего плазмотрона ПВР-402, что необходимо для принятия решения о целесо образности серийного выпуска установок плазменно-дуговой резки металлов плазмотронами с медным полым электродом.

Испытаниями предусматривалось:

- определение производительности резки листового проката низкоуглеродистой и легированной (13Х8Н10Т) сталей на токах 200, 315 и 400 А;

- проведение ресурсных испытаний электродов.

- определение энергетических характеристик сравниваемых плазмотронов.

В соответствии с методикой испытаний производительность процесса резки листового металла оценивалась по максимальной и минимальной скоростям резки. Для пояснения этих понятий на рис.6.5 рассмотрен принцип разделительной плазменной резки листового металла. Плазмотрон 1 с истекающей из сопла плазменной дугой 2 переме щается над разрезаемым листом металла 3. В зависимости от скорости перемещения плазмотрона струя 4 отработанных газов и расплавленных частиц выходит из полости реза под разным наклоном. При малых скоростях подачи плазмотрона угол между вертикальной осью плазмотрона и струей мал, а при больших, наоборот, максимален и может приближаться к 90°. Оператор плазменной установки при резке листового проката регулирует скорость перемещения плазмотрона, а, следовательно, и скорость резки, по наклону выходящей из полости реза струи плазмы и частиц металла, учитывая требования технологического процесса. Если осуществляется прямолинейный рез относительно большой длины, то скорость перемещения плазмотрона можно принять максимальной, соответствующей углу наклона струи близкому к 90°. И только при окончании вырезки заготовки следует уменьшить скорость перемещения плазмотрона для того, чтобы устра нился скос лобовой кромки реза, и она стала вертикальной.

При выполнении фигурных резов или резов малой длины, для обеспечения хорошего качества кромок реза целесообразно выдерживать скорость перемещения плазмотрона, а, следовательно, и скорость резки, минимальной, соответствующей углу наклона струи, близкому к нулю.

На основании опыта промышленного применения плазменной резки металлов и проведенных экспериментов за максимальную скорость резки принята скорость, соответ ствующая углу наклона струи 75°, а за минимальную - 15° (рис.6.5).

Результаты выполненных исследований максимальной и минимальной скоростей резки листового проката малоуглеродистой стали толщиной (14 - 55) мм при токах 200, 315 и 400 А приведены на рис.6.6. Здесь же показан график изменения скорости плазмен ной резки высоколегированной стали толщиной (12 - 55) мм при токе 315 А.

Рис. 6.5. Принцип определения максимальной и минимальной скоростей резки металла Из графиков следует, что в идентичных условиях скорости резки как максималь ная, так и минимальная, для плазмотрона ПВ-47 на (20 – 40) % выше скоростей резки плазмотроном ПВР-402 при всех рабочих токах. Следует отметить, что приблизительно на столько же больше оказалась электрическая мощность плазмотрона ПВ-47 при одинако вых значениях рабочего тока.

Скорость разделительной резки листового проката нелинейно уменьшается с увеличением толщины листа. При увеличении рабочего тока скорость резки и предельная толщина разрезаемого листа возрастают. В заключении следует подчеркнуть, что характер изменения максимальной и минимальной скоростей резки при разных значениях рабочего тока и разных металлах остается идентичным. Максимальная скорость в 1,4 - 1,8 раз больше минимальной скорости резки.

При выполнении экспериментов по резке листового проката малоуглеродистой и высоколегированной сталей фиксировались также электрические параметры плазмо тронов и, в частности, рабочее напряжение плазменной дуги при разных значениях рабочего тока, расхода плазмообразующего воздуха, диаметра канала сопла и толщины разрезаемого металла.

в) г) Рис. 6.6. Изменение максимальной (1, 2, 5, 6, 9, 10, 13, 14) и минимальной (3, 4, 7, 6, 11, 12, 15, 16) скоростей резки в зависимости от толщины листового проката малоуглеродистой (а, б, в) и высоколегированной (г) сталей при разных значениях тока, А: а - 200;

б, г - 315;

в - На рис.6.7. представлены в сравнении зависимости изменения рабочего напря жения режущей дуги плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 в зависимости от указанных параметров. Следует отметить, что характер изменения рабочего напряжения практически одинаков для обоих типов плазмотронов, но количественные значения напряжения различны. Рабочее напряжение режущей дуги плазмотрона ПВ-47 на (30 – 50) % больше, чем у плазмотрона ПВР-402. Соответственно больше и электрическая мощность плазмо трона ПВ-47.

Рис. 6.7. Изменение рабочего напряжения плазменной дуги в зависимости:

а) - от рабочего тока при разных расходах плазмообразующего воздуха, г/c:

1 -1;

2 и 4 -1,5;

3 - 2;

5 - 2,5;

6 - 3,5;

б) - от расхода плазмообразующего воздуха при разных диаметрах сопла,мм: 7 и 11 - 3,5;

8 и 12 - 4;

9 - 4,5;

10 3;

в) - от диаметра сопла при разных толщинах металла, мм: 13 и 16 -14;

и 17 - 25;

15 и 18 - 35;

г) - от толщины разрезаемого металла при разных рабочих токах, А: 19 и 22 - 200;

20 и 23 - 315;

21 и 24 - Рабочее напряжение режущей дуги обоих типов плазмотронов мало зависит от величины тока при любых значениях расхода плазмообразующего воздуха рис.6.7,а. С увеличением расхода воздуха напряжение режущей дуги возрастает (рис.6.7,б), а увеличе ние диаметра канала сопла приводит к уменьшению напряжения режущей дуги (рис.6.7,в).

Некоторый рост напряжения дуги наблюдается с увеличением толщины разрезаемого листа металла (рис.6.7,г).

Изменение мощности плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 при варьировании режим ными и конструктивными параметрами показано на рис.6.8. Как следует из приведенных графиков, электрическая мощность плазмотрона с медным электродом на (30 – 50)% больше, чем у плазмотрона с термохимическим электродом.

Рис. 6.8. Изменение мощности плазмотронов В зависимости а) - от рабочего тока дуги при разных расходах плазмообразующего воздуха, г/с: 1 - 1, 2 и 4 -1,5;

3 - 2;

5 - 2,5;

6 - 3,5;

б) - от расхода плазмообразующего воздуха при разных диаметрах сопла, мм: 7 и 11 - 3,5;

8 и 12 - 4;

9 - 4,5;

10 - 3;

в) - от диаметра сопла при разных толщинах металла, мм:13 и 16 -14;

14 и 17 - 25;

15 и 18 - 36;

г) - от толщины разрезаемого металла при разных рабочих токах, А: 19 и 22 - 200;

20 и 23 - 315;

21 и 24 - Важным технико-экономическим показателем при сравнении различных типов режущих плазмотронов является погонная энергия, показывающая затраты электрической энергии на образование погонного метра реза. Этот показатель выражает экономичность использования электрической энергии в процессе разделительной резки металлов.

На рис.6.9 показано изменение погонной энергии в зависимости от толщины разрезаемого листа металла для максимальной и минимальной скоростей резки.

Рис. 6.9. Изменение погонной энергии в зависимости от толщины разреза емого металла при максимальной(1) и минимальной (2) скорости резки С увеличением толщины разрезаемого листа металла погонная энергия нелинейно возрастает. Причем ее величина приблизительно одинакова для плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402. В опытах наблюдается значительный разброс данных при резке больших толщин листового металла, что обусловлено большой дисперсией экспериментальных результатов скоростей резки. Величина погонной энергии при минимальной скорости резки в 1,4 - 1,8 раза больше, нежели при максимальной скорости резки.

При сравнительных испытаниях плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 было выполнено также калориметрирование потерь тепла в электроде и сопле и выполнен расчет к.п.д.

плазмотронов. Калориметрические измерения выполнялись при длительной работе плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 с дугой, переходящей на медный водоохлаждаемый вращающийся диск. Величина рабочего тока во всех опытах была равна 315 А. Конструк тивные параметры сопла и электрода приняты оптимальными по условиям производи тельности резки. Расстояние между плазмотроном и поверхностью вращающегося диска выдерживалось таким, чтобы рабочее напряжение дуги оставалось равным рабочему напряжению дуги при оптимальных условиях резки металла.

На рис.6.10 представлены результаты экспериментов. Как следует из графиков к.п.д. плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 практически не зависит от расхода плазмообразу ющего воздуха. Величина к.п.д. плазмотрона ПВ-47 находится в пределах от 0,81 до 0,84, а плазмотрона ПВР-402 от 0,91 до 0,94. Меньшее на 10 % значение к.п.д. плазмотрона ПВ-47 обусловлено большими потерями тепла во внутренний полый медный электрод, по оси которого находится часть режущей дуги, а также более высоким падением напряжения в дуговом пятне, обегающем внутреннюю поверхность полого медного электрода, по сравнению с дуговым пятном на термохимическом катоде.

Рис. 6.10. Тепловой к.п.д. плазмотронов ПВ-47 (1) и ПВР-402 (2) при рабочем токе 315 А Для увеличения к.п.д. плазмотрона с медным электродом необходимо уменьшать длину внутренней части режущей дуги, что в принципе возможно осуществить до некоторой степени путем конструктивных решений разрядной камеры. Однако с уменьшением длины дуги снижается электрическая мощность режущего плазмотрона.

Сравнительные ресурсные испытания плазмотронов ПВ-47 и ПВР-402 проводились при рабочем токе 315 А и других режимных и конструктивных параметрах, соответ ствующих оптимальным условиям процесса резки. В экспериментах определялось число включений плазмотрона в работу до полного износа электрода при разной длительности включения 5, 15 и 30 с. Каждый опыт повторялся трижды, и ресурсное число включений определялось как среднее по трем опытам.


Результаты экспериментов графически изображены на рис.6.11. Ресурс работы гафниевого катода находился в пределах от 360 до 596 включений. Среднее значение ресурса катода по девяти проведенным опытам равнялось 430 включениям. Следует отметить, что плазмотрон ПВР-402 работал не с серийным источником питания АПР-402, а с источником питания установки ПРОВ-1, представляющим собой выпрямитель с дросселем насыщения и системой обратной связи, обеспечивающей плавное без бросков нарастание рабочего тока при включении плазмотрона.

Как следует из рис.6.11. ресурсное число включений плазмотрона ПВР- практически мало зависит от продолжительности включения.

Рис. 6.11. Ресурсное число включений плазмотронов ПВ-47(1) и ПВР- 402 (2) в зависимости от продолжительности включения Это подтверждает известное положение о том, что определяющее влияние на износ гафниевой вставки оказывают пусковые режимы, когда переходы расплавленной пленки гафния в твердое состояние, и наоборот, происходят с интенсивным разбрызгиванием материала.

Из графика следует также, что с уменьшением продолжительности включения ресурсное число включений плазмотрона ПВ-47 (кривая 1) возрастает. Следовательно, для плазмотрона с медными электродами число включений не является существенным с позиции ресурса работы, а определяющую роль здесь играет общая продолжительность горения дуги. Такая особенность ресурсной характеристики подтверждает, что основное влияние на ресурс работы электрода оказывает электрическая эрозия при горении дуги.

Число допустимых по условию ресурса включений плазмотрона ПВ-47 достигает 2 - 10 тысяч длительностью (30 - 6) с, что в 5 - 30 раз превышает число включений плазмо трона ПВР-402. Особенно большие преимущества по ресурсу имеет плазмотрон ПВ-47 в режиме большого числа коротких пусков.

6.1.3. Исследование минимальной и максимальной скорости резки Для построения математических моделей минимальной и максимальной скорости резки малоуглеродистой стали, выполнена серия экспериментов, в которой варьировались наиболее влияющие факторы: величина рабочего тока, расход плазмообразующего воздуха, диаметр канала сопла и толщина разрезаемого металла. Пределы изменения факторов приведены в табл.6.1.

Таблица 6. Технологические факторы и пределы их варьирования Уровни Наименование факторов Код Нижний Основной Верхний (-1) (0) (+1) Величина рабочего тока, А Х1 230 315 Расход плазмообразующего воздуха, Х2 1 1.5 г/c Диаметр канала сопла, мм Х3 3,5 4 4, Толщина разрезаемого листа, мм Х21 14 25 В табл.6.2 представлен план Бокса-Бенкена на четыре фактора и результаты опытов по определению скорости резки малоуглеродистой стали.

~ Переход от истинных значений Xi к кодированным Xi осуществляется по формуле ~ ~ ~ Xi = (Xi – X0i)/Xi, (6.3) ~ ~ где Xi - истинное значение переменной;

X0i – истинное значение переменной на основном уровне;

Xi - интервал варьирования;

Xi - кодированное обозначение переменной.

Расчет коэффициентов модели второго порядка производится по формулам /28/ k B0 = N'[X0] + а'[Xii];

Bi = [Xi]/a;

(6.4) Bij = [Xij]/p;

k Bii = a'[X0] + (r' – p')[Xii] + p'[Xii], где квадратные скобки означают скалярное произведение столбца наблюдений и соответствующего столбца матрицы независимых переменных;

B - оценки коэффициентов регрессии;

N', a', p', r', a, p - коэффициенты, принимаемые по /28/.

Для принятого плана N' = 0,33333;

a' = – 0,16667;

г' = 0,1875;

р' = 0,0625.

Получены следующие уравнения регрессии для скорости резки в мм/с:

а) для минимальной скорости Vmin= 24,3+3,3Х1+ 0,95Х2 – 0,13Х3 – 15,5Х21 – 0,33Х1Х2 + 0,67X1X3 – 1,33X1X21 + 0,42Х2Х3 – 3,39Х2Х21 – 0,5Х3Х21 – 2,47X12 – 4,7Х22 – 1,39X32 + 2,52X212;

(6.5) б) для максимальной скорости Vmax = 35 – 6,15Х1 – 0,78Х2 – 0,78Хз –24,2X21+ + 0,03X1X2 – 0,067Х1Х3 – 5,25X1X21 + 0,47X2Х3 – 1,75Х2Х21 + 2,8Х3Х21 –,07Х12 – 5,39X22 – 3,92Х32 + 6,05 Х212. (6.6) Для выяснения вопроса о статистической значимости коэффициентов моделей Вj определяется при заданном уровне значимости доверительный интервал I = 2 разброса среднего значения каждого из коэффициентов. Если половина доверительного интервала превысит значение коэффициента, то такой коэффициент незначим и исключается из математической модели, в противном случае коэффициент считается значимым.

Таблица 6. План эксперимента типа Бокса-Бенкена и результаты определения скорости резки малоуглеродистой стали плазмотроном ПВ- Рабочий Расход Диаметр Толщина Скорость резки, мм/с № ток, А воздуха, сопла,мм листа,мм п/п X1 г/c X2 Х3 Х min max 1 + + 0 0 20,8 36, 2 – + 0 0 13,2 23, 3 + – 0 0 21,2 38, 4 – – 0 0 15,8 23, 5 + 0 + 0 22,2 31, 6 – 0 + 0 15,7 20, 7 + 0 – 0 20,8 31, 8 – 0 – 0 17,0 23, 9 0 + + 0 21,7 27, 10 0 – + 0 20,7 26, 11 0 + – 0 19,0 27, 12 0 – – 0 20,0 27, 13 0 0 + + 10,7 16, 14 0 0 – + 10,7 12, 15 0 0 + – 39,7 56, 16 0 0 – – 41,7 64, 17 + 0 0 + 13,2 21, 18 – 0 0 + 8,3 14, 19 + 0 0 – 45,8 78, 20 – 0 0 – 34,7 50, 21 0 + 0 + 6,0 6, 22 0 – 0 + 6,2 7, 23 0 + 0 – 45,0 63, 24 0 + 0 – 31,7 56, 25 0 0 0 0 24,8 36, 26 0 0 0 0 23,2 30, 27 0 0 0 0 25,0 38, I = 2 = {Bj – Bi Bj + }, (6.7) где Вi - неизвестное истинное значение коэффициента регрессии;

Bj - расчетное значение коэффициента регрессии;

- полуинтервал разброса среднего значения коэффициента регрессии.

Величина полуинтервала определяется по формуле = S{Bj} tf = TjS {V} tf, (6.8) где Тj - коэффициент, принятый по /19/;

S{V} - среднее квадратическое отклонение скорости резки, определяемое при значениях факторов на основном уровне;

tf - критерий Стъюдента при заданном уровне значимости и числе степеней свободы f.

Число степеней свободы определяется по формуле f = n0 - I, где n0 - число парал лельных опытов проведенных на основном уровне факторов. Уровень значимости принимается = 0,05.

Дисперсия воспроизводимости S2 {V} и среднее квадратичное отклонение S{V} составляют а) при минимальной скорости S2{Vmin} = 0,062;

S{Vmin} = 0,248;

б) при максимальной скорости резки S2{Vmаx} = 0,367;

S{Vmax} = 0,605, Дисперсия для минимальной скорости резки определена по трем опытам, поставленным в центре плана (табл.6.2), поэтому число степеней свободы f = 2.

Дисперсия для максимальной скорости резки определена по десяти опытам, поставленным в центре плана. Результаты опытов следующие (мм/с): 36,7;

50,3;

38;

33,5;

35,2;

31;

33;

31,7;

31,8;

34,7. Число степеней свободы равно 9.

Критерий Стъюдента при числе степеней свободы f = 2 и = 0,05 равен t = 4,3, при f = 9 и = 0,05 равен t = 2,26. Коэффициенты имеют следующие значения [19] То= 0,57735;

Тi = 0,28868;

Тij = 0,5;

Тii = 0,43301 /19/.

Получены следующие значения полуинтервалов:

а) для минимальной скорости резки 0 = 0,151;

i = 0,077;

ij = 0,133;

ii = 0,112;

б) для максимальной скорости резки 0 = 0,192;

i = 0,097;

ij = 0,167;

ii = 0,145.

После сравнения значений доверительных полуинтервалов со значениями рассчи танных коэффициентов регрессии и отбрасывания незначимых получены следующие полиномиальные модели:

а) для минимальной скорости резки Vmin = 24,3 + 3,3Х1 – 15,5Х21–3,39Х2Х21 – 2,47Х12 – 4,7Х22 +2,52Х221;

(6.9) б) для максимальной скорости резки Vmax = 35 + 6,15X1 – 24,2X21 – 5,25X1X21 +2,8X3X21 –5,39X22 – 3,92 Х32 + 6,05Х212. (6.10) Адекватность эксперименту полученных математических моделей оценивается с помощью критерия Фишера Fоп = S2на/S2{V}, (6.11) где S2на - дисперсия неадекватности.

Если опытное значение критерия Фишера окажется меньше теоретического, то модель считается адекватной, если больше, то - неадекватной.

Дисперсия неадекватности определяется по формуле Sна =(Vi' – Vi оп)2 /(N – d), (6.12) I= где V'i - рассчитанные по полученной модели значения функции отклика;

Vi оп - опытные значения скорости;

N - число строк в матрице планирования;

d - число значимых коэффи циентов уравнения регрессии;

i - номер строки плана эксперимента.

Теоретическое значение критерия Фишера определяется для уровня значимости = 0,05 и числа степеней свободы в числителе f1 = N – d и в знаменателе f2 = n0 - 1.

Получены следующие значения опытных и теоретических значений критерия Фишера а) для минимальной скорости резки Fоп = 7,027 Fт = 19 (f1 = 20;

f2 = 2;

= 0,05), (6.13) б) для максимальной скорости резки Fоп = 2,27 Fт = 8,98 (f1=19;

f2 = 9;

= 0,05). (6.14) Полученные неравенства позволяют сделать вывод, о том, что математические модели адекватно описывают процесс плазменной резки и могут быть использованы для его оптимизации.

По величине коэффициентов регрессии можно сделать вывод о том, что толщина разрезаемого металла (X21) оказывает наибольшее влияние на производительность процесса. Чем больше толщина, тем меньше скорость резки при одном и том же значении рабочего тока (коэффициенты со знаком минус). На втором месте по значимости находится рабочий ток Х1. С ростом величины тока скорость резки также увеличивается.

Линейные эффекты факторов X2 и Х3 незначимы.

В модели (6.9) для минимальной скорости резки имеется одно значимое взаимодействие X2X21. Так как знак коэффициента отрицательный, то увеличения скорости можно достигнуть при больших толщинах листа за счет снижения расхода воздуха, а при малых толщинах 25 мм - за счет увеличения его расхода.

Для максимальной скорости резки значимыми оказались эффекты взаимодействий X1X21 и X3X21. Так как коэффициент при Х1Х21 имеет отрицательный знак, то одновремен ное пропорциональное увеличение и силы тока (X1) и толщины листа (X21) приводит к уменьшению скорости резки и наоборот.

Коэффициент при X3X21 положительный, поэтому одновременное увеличение, начиная с основного уровня, диаметра сопла (Х3) и толщины листа (X21) приводит к незначительному увеличению скорости. Такое же увеличение возможно при уменьшении от основного уровня и диаметра сопла и толщины листа.

В модели для минимальной скорости квадратичный эффект фактора Х1 значим.

Отрицательный знак при квадратичных эффектах факторов Х2 и X21 позволяет сделать вывод, что при основных уровнях этих факторов достигается наибольшая скорость резки.

Квадратичный эффект Х21 положительный, поэтому с изменением его от - 1 до + интенсивность уменьшения скорости все время падает.

В модели (6.10) незначим квадратичный эффект фактора X1, следовательно, интенсивность возрастания скорости резки при увеличении рабочего тока изменяется незначительно. Знак при Х2Х3 отрицательный, а при X21 - положительный, поэтому характер изменения скорости резки аналогичен ранее описанному для минимальной скорости.

Номограммы, построенные по математическим моделям, адекватно описывающим технологический процесс плазменной резки металлов, позволяют легко, быстро и с достаточной степенью точности определить значение выходного параметра в зависимости от заданных технологических параметров. В связи с тем, что номограммами может пользоваться и невысококвалифицированный персонал, они могут быть с успехом применены в производственных условиях.

Построение номограмм производится по методике, изложенной в /115/.

Исходная математическая модель для максимальной скорости резки приведена ранее (6.10). Так как линейные эффекты факторов Х2 (расход воздуха) и Х3 (диаметр сопла) незначимы, а их квадратичные эффекты имеют отрицательный знак, то максимальное значение выхода при варьировании этими факторами достигается в центре плана эксперимента. Поэтому с учетом сказанного и из технологических соображений при построении номограммы эти факторы фиксируются на основном уровне, т.е. Х2 = 0 (Х'2 = 1,5 г/с): и Х3 = 0 (Х'3 = 4 мм). В этом случае математическая модель (6.11) принимает вид Vmax = 35 + 6,15X1 – 24,2X21 – 6,25X1X21 + 6,05Х212. (6.15) Для построения номограммы задаемся следующими значениями скорости резки (мм/c) 16,7;

25;

33,3;

42;

58,3;

66,6;

75. При фиксированном значении скорости, например 16,7 мм/с меняем значение кодированного фактора X1 от –1 до +1 через интервал равный 0,4 и решаем полученные уравнения относительно X21.

Например, скорость резки Vmax = 16,7 мм/с, X1 = – 1, тогда уравнение (6.15) примет вид 6,05Х212 – 18,98X21 + 12.17 = 0, (6.16) откуда X21 = 15.

Строим номограмму в координатах X1 X21 (рис.6.12). По оси абсцисс откладываем истинные значения фактора X1.Для перехода от кодированных значений к истинным пользуемся выражением (6.3), а по оси ординат – истинные значения факторов X21.

Значения Х21, получаемые при решении уравнения (6.16) при Vmax = 16,7 мм/с и X = –1;

–0,6;

–0,2;

+0,2;

+0,6;

+1, наносим на номограмму и соединяем плавной кривой. Это будет кривая для значения Vmax = 16,7 мм/с.

Аналогично осуществляется построение и для других значений скорости резки.

Исходная математическая модель для минимальной скорости резки имеет вид (6.9). Так как квадратичный эффект фактора Х2 отрицательный, то максимальное значение выходного параметра при изменении этого фактора достигается в центре плана эксперимента. Поэтому этот фактор фиксируется на основном уровне: Х2 = 0 (Х2' =1,5г/с).

Математическая модель принимает вид Vmin = 24,3 +3,3X1 – 15,5X21 – 2,47X12 + 2,52X212. (6.17) Номограмма по уравнению (6.17) строится таким же образом, как и для описанного выше случая. Готовая номограмма представлена на рис. 6.13.

Рабочий ток, А Рис. 6.12. Номограмма для определения максимальной скорости резки малоуглеродистой стали плазмотроном ПВ-47 в зависимости от рабочего тока и толщины разрезаемого листа (на кривых обозначена скорость в мм/с) Из номограммы видно, что с увеличением рабочего тока скорость резки непре рывно возрастает. С увеличением толщины листа скорость уменьшается вначале быстро, затем медленно. Аналогично изменяется и минимальная скорость резки в зависимости от рабочего тока и толщины разрезаемого металла (рис.6.13).

Рабочий ток, А Рис. 6.13. Номограмма для определения минимальной скорости резки малоуглеродистой стали плазмотроном ПВ-47 в зависимости от рабочего тока и толщины разрезаемого листа (на кривых обозначена скорость в мм/с) 6.1.3. Технология резки и особенности эксплуатации установки Плазменное режущее оборудование ПРОВ-2 и ПРОВ-3 предназначено для машин ной резки листового проката сталей и цветных металлов толщиной до 100 мм. Оно может быть применено на различных металлообрабатывающих предприятиях для резки металла по прямолинейному и криволинейному контуру. Размер вырезаемых деталей зависит от типа машины, на которой устанавливается плазмотрон.

Перед началом резки выполняются подготовительные работы. Лист разрезаемого металла укладывается горизонтально на стол. Плазмотрон устанавливается на суппорте машины. Подсоединяются водяные и воздушные шланги, а также питающие кабели. Затем открывается кран на водяной магистрали, и охлаждающая вода подается к выпрями тельному блоку и плазмотрону. Необходимо проверить отсутствие попадания воды через уплотнительное кольцо в разрядную камеру, а также отсутствие течи воды в местах подсоединения шлангов. Открывается кран на воздушной магистрали и проверяется отсутствие утечки воздуха в местах соединения воздушного шланга. Включается отсасывающая вентиляционная система установки.

В соответствии с требуемым размером вырезаемой детали устанавливается или задается программа резки.

Вручную включается автоматический выключатель, и цепи управления установкой получают питание. При этом загорается сигнальная лампа на источнике питания. С пульта резчика производился настройка размещения плазмотрона по высоте, обычно (10 - 15) мм до разрезаемого металла. Проверяется при необходимости направление движения машины. Плазмотрон устанавливается либо над кромкой листа при врезании с края, либо над местом пробивки отверстия.

В зависимости от толщины разрезаемого металла по номограмме определяются и устанавливаются параметры, обеспечивающие рациональный режим резки:

а) рабочий ток дуги с помощью регулятора напряжения в цепи подмагничивания дросселя насыщения источника питания;

б) скорость перемещения плазмотрона с помощью регулятора напряжения на пульте резчика;

в) расход воздуха через плазмотрон с помощью игольчатого вентиля на пульте резчика.

После этого установка полностью подготовлена к выполнению работы.

Проведение резки оператор начинает, находясь за щитом пульта резчика и наблюдая за плазмотроном через светофильтр, с включения установки кнопкой SР1. При этом возбуждается дежурная, а затем режущая дуга и установка автоматически выходит на рабочий режим.

В процессе резки оператор может при необходимости регулировать:

а) скорость перемещения плазмотрона с помощью регулятора напряжения.

Оптимальной скоростью резки является такая скорость, при которой струя плазмы выходит из полости реза под углом примерно 15° к вертикали в сторону, противо положную движению плазмотрона. При чрезмерно большой скорости перемещения дуга не проплавляет металл на всю толщину. При малой скорости перемещения ухудшается качество реза, и дуга может погаснуть.

б) расстояние от плазмотрона до листа металла включением кнопок "вверх" или "вниз" двигателя суппорта. При очень больших зазорах между плазмотроном и листом металла несколько повышается ширина реза и уменьшается его глубина. При зазорах менее 10 мм возрастает возможность соприкасания сопла с листом металла, особенно в случае наличия на сопловом наконечнике оплавленных частиц или вследствие отсутствия строгой горизонтальности поверхности листа металла.

в) расход воздуха с помощью воздушного игольчатого крана на пульте резчика.

Следует отметить, что проходящая через сопло дуга оказывает сопротивление воздуш ному потоку, вследствие этого, как только зажигается рабочая дуга, самопроизвольно возрастает давление на плазмотроне. Нормальный расход воздуха равен (1 - 2) г/с.

В процессе выполнения резки оператор должен следить:

а) за наклоном выходящей из полости реза струи плазмы, определяющей опти мальность скорости перемещения плазмотрона;

б) за постоянством расстояния между плазмотроном и разрезаемым листом;

В конце резки необходимо уменьшить скорость перемещения плазмотрона для обеспечения полного отрезания детали.

При случайных обрывах дуги следует произвести повторное зажигание рабочей дуги и продолжить резку.

После окончания вырезания детали рабочая дуга самопроизвольно гаснет, источник питания отключается, машина останавливается автоматически, и оператор может приступать к подготовке и настройке машины на вырезание следующей детали.

При прекращении работы на продолжительное время (перерыв, окончание смены и т.п.) необходимо вручную выключить автоматический выключатель на силовом пункте, перекрыть вентили подачи воздуха и воды, выключить вентилятор.

Работа установки плазменно-дуговой резки листового проката ПРОВ-2 носит циклический характер. Изменение основных параметров режима ее работы в течение полного цикла представлено на рис.6.14. На осциллограмме процесс во времени протекает слева направо. Отсчет по ординате всех величин производится от нулевой линии. Ввиду линейности цепей осциллографирования масштаб по ординате постоянен для каждой кривой в любой момент времени.

Рис. 6.14. Осциллограмма изменения параметров режима работы установки ПРОВ-2: 1 - напряжение;

2 - рабочий ток;

3 - давление сжатого воздуха на входе в плазмотрон;

4 - ток управления;

а - период холостого хода;

б - горение дуги с включенным сопротивлением в цепи рабочего тока;



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.