ИМПУЛЬСНАЯ СХЕМА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ШТАНГ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК H03K5/24 C21D1/10 

Изобретение относится к импульсной технике и применимо, например, для упрочнения металлических штанг в металлургической промышленности для термообработки металлических изделий с помощью токов высокой частоты (ТВЧ).

Известна схема для упрочнения металлических изделий содержащая индуктор, спреер, заключенный внутри емкости с охлаждающей жидкостью и регулируемым управлением (а.с. N 353986).

Известна схема автоматического управления нагревом в проходной индукционной печи, включающая индукционную печь, сигнализаторы наличия детали, дифференциаторы, формирователи импульсов, триггер, усилитель с несколькими входами, высокочастотный генератор и проходящую трубку (а.с. N 367163).

Известна импульсная схема устройства для регулировки температуры нагрева, содержащая индуктор, счетчик потребления печью энергии, блоки задания величины дозирования энергии формирования команд на выдачу нагретых заготовок, сравнения температуры детали с верхним допустимым и нижним пределами температуры нагрева, блоки задания верхнего и нижнего пределов нагрева, датчика температуры заготовки, толкатель заготовки и логические элементы "И" и "ИЛИ" (а.с. N 396394).

Известна схема для непрерывно-последовательной обработки цилиндрических изделий, содержащая индуктор, спрейер с подводящими патрубками, бесконтактные датчики температуры, механизм вращения, задающий блок, импульсную схему сравнения, усилитель и исполнительный механизм (а.с. N 1696506).

Известна схема для отжига проволоки с регулированием температуры по Пат США N 3515848, в котором величина тока нагрева на подвижной паре роликов регулируется с помощью обратной связи по напряжению на них с сохранением нулевого напряжения и следовательно, заданного повышения температуры.

Известны способ и схема индукционной закалки поверхности, содержащая катушку индуктивности, посылающую на поверхность по меньшей мере два импульса с регулируемым временным интервалом и определенной длительностью (реле времени) и систему контроля положения и местонахождения детали (з. Великобритании N 1490735).

В качестве прототипа выбрана схема по авторскому свидетельству СССР N 396394, 1970 г.

Анализ известного уровня техники в данной области показал, что преимущества непрерывно-последовательного способа закаливания металлических штанг бурового инструмента при индукционном нагреве могут быть реализованы только путем автоматического регулирования режима нагрева.

Недостатками аналогов и прототипа является невозможность нагрева изделия по определенной заданной кривой; невозможность регулирования напряжения на индукторе без изменения коэффициента в случае изменения типоразмера нагреваемого изделия (например: штанги бурового инструмента);
возможные аварийные режимы при изменении параметров нагрузки (в случае выхода буровой штанги из индуктора).

Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков.

Сущность изобретения поясняется чертежом на котором приведена импульсная схема преимущественно для упрочнения металлических штанг бурового инструмента, которая обеспечивает программированное регулирование напряжения индукционного нагрева.

Предлагаемое устройство содержит высокочастотный генератор 1, конденсатор настройки 2, понижающий закалочный трансформатор 3, индуктор 4 с деталью 5, тиристорный преобразователь 6, систему импульсно-фазового управления 7, регулятор 8 напряжения тиристорного преобразователя, регулятор напряжения индуктора 9, датчики 10 и 11 и блок программного регулирования 12.

Устройство работает следующим образом. С помощью регулятора 8 стабилизируется выходное напряжение тиристорного преобразователя 6. Выходное напряжение регулятора 8 является управляющим напряжением системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 9. Выходное напряжение U_d тиристорного преобразователя 6, подаваемое на индуктор 4, пропорционально U_y.

Заданное значение U_d определяется величиной выходного напряжения регулятора 9. На вход регулятора 8 подается два напряжения выходное напряжение датчика 10, пропорциональное U_d и сигнал рассогласования с выхода регулятора 9.

В момент пуска возрастает выходное напряжение регулятора 9, выходное напряжение регулятора 8 и величина напряжения U_d.

По мере возрастания U_d, возрастает выходное напряжение датчика 10 и уменьшается выходное напряжение регулятора 8, пропорциональное разности выходного напряжения U₉ регулятора 9, и напряжения равного выходному напряжению датчика 10 U₁₀. В момент их сравнения прекращается изменение выходного напряжения регулятора 8, U_y и U_d.

Регулятор 9 формирует сигнал задания напряжения для регулятора 8. На вход регулятора подаются два сигнала; выходной сигнал блока 12 программного регулирования напряжения U_БН, и сигнал обратной связи по напряжению индуктора 4 , где выходное напряжение индуктора 4 с датчика 11).

Регулятор 9 работает также, как регулятор 8.

После включения устройства в работу, с входа блока программного регулирования напряжения 12, подается сигнал, пропорциональный заданному напряжению индуктора 4 U_и.

По мере роста U_БН возрастают U₉, U_y, U_d и U_и и уменьшается разность напряжений на входе регулятора 9, т.к. и U_БН направлены встречно.

В тот момент, когда величина U_и достигает заданного значения на входе регулятора 9, разность , прекращается изменение напряжения на входе регулятора 9, на выходе регулятора 8, U_d и U_и, т.е. наступает статический режим с заданным выходным напряжением U_и.

Через некоторое (заданное) время от блока программного регулирования напряжения 12, поступит задание на новое значение U_и большее или меньшее.

Таким образом приведенная схема обеспечивает выходное напряжение U_и по заданной программе.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в обеспечении индукционного нагрева детали по заданной технологической кривой, обеспечении возможности регулирования напряжения на индукторе без изменения коэффициента трансформации в случае изменения типоразмера нагреваемой детали (например: металлической буровой штанги), и в предотвращении аварийного режима при изменении параметров нагрузки в случае выхода детали (металлической буровой штанги) из индуктора.

Использование: импульсная техника, металлургия, для закаливания штанг бурового инструмента. Сущность: устройство содержит высокочастотный генератор, конденсатор настройки, понижающий закалочный трансформатор, индуктор с помещаемой в него металлической деталью (штангой), тиристорный преобразователь, систему импульсно-фазового управления, регулятор напряжения тиристорного преобразователя, регулятор напряжения индуктора, два датчика и блок программного регулирования, включенные определенным образом. 1 ил.

Импульсная схема преимущественно для упрочнения металлических штанг бурового инструмента, содержащая генератор высокой частоты, подключенный через понижающий трансформатор к индуктору с деталью, первую цепь обратной связи, включающую датчик и блок сравнения, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена вторая цепь обратной связи и блок программного регулирования напряжения, при этом в качестве датчиков применены датчики напряжения, первый из которых включен в первую цепь обратной связи между выходом генератора и через соединенные последовательно регулятор напряжения тиристорного преобразователя в качестве блока сравнения, блок импульсно-фазового управления и тиристорный преобразователь входом генератора, второй датчик включен между входом индуктора и через регулятор напряжения индуктора в качестве блока сравнения второй цепи обратной связи входом регулятора напряжения тиристорного преобразователя, выход блока программного регулирования напряжения соединен с входом регулятора напряжения индуктора.