Способ индукционного нагрева ферромагнитных заготовок в методической многопозиционной установке Советский патент 1983 года по МПК H05B6/06 

isp

о: Изобретение относится к электротермии и может быть использовано при термической обработке ферромагнитных :материалов перед лластической дефорi мацией в машиностроении, металлургии и т.д. В переходных режимах работы методического нагревателя ферромагнитных заготовок, связанных с пуском, аварийными остановками и т.д., возника(ОТ существенные отклонения мощности нагрева от значения а установившемся режиме, вызванные отклонением границы зоны магнитных превращений, что Приводит к изменению эквивалентного сопротивления системы ийдуктор - металл. Отклонение границы зоны магнитных превращений (границы между заготовками, нагретыми ниже и выше точки Кюри) ведет к затягиванию переходных режимов, а в ряде случаев не позволяет провести полную автоматизацию процесса индукционного нагрева, так как требует присутствия человека в моменты пуска, смены темпа и т«Д. К тому же в односекционном индукторе невозможно управлять нагревом отдельных заготовок.«Это приводит к дополнительным ограничениям на, темп и мощность нагрева, связанных с опасностью перегрева металла, что Также затягивает переходные режимы. Известен способ нагреву в индукторе, снабженном дополнительной коаксиальной подвижной катушкой, поЗ воляющей в небольших пределах перераспределять температуру вдоль столба заготовок ,1 1. Этот способ не позволяет контролиpoвatь отклонение границы зоны магнитных превращений по длине индуктора в переходных режимах от установившегося значения и осуществлят корректировку мощности соответствен но в холодном и горячем столбах загрузки.. Наиболее близким к .предлагаемому является способ ИНДУКЦИОННОГО нагрева ферромагнитных заготовок в методимеСкой многопозиционной установке, при котором с заданным темпом загружают в индуктор холодные заготовки, с помощью датчика определяют положения зоны магнитных превращений в столбе заготовок относительно заданного положения ее в установившемся режиме, и при наличии с датчика сигнала рассогласования изменяют мощность в индукторе до устранения сигнала рассогласования t О В известном способе возможно поддержание зоны магнитных превращений в заданном интервале лишь при небольших ее отклонениях, связанных с изменениями темпа подачи и выдачи заготовок, колебаниями питающего напряжения. Значительные отклонения темпа выдачи, например, остановки технологического оборудования (процесса штампа), пуск установки при смене сортамента, аварийные остановки, занимающие в общей сложности до 30 рабочего времени, в известном способе автоматически не срабатываются, что приводит к снижению про иЗводительности из-за затягивания переходных процессов. Цель изобретения - повышение произ&одительности установки путем сокращения времени переходных процессов. Указанная цель достигается тем, что согласно.способу индукционного нагрева ферромагнитных заготовок в методической многопозиционной установке при котором с заданным темпом последовательно загружа1ют в индуктор холодные заготовки, с помощью датчика определяют положение зоны магнитных превращений в столбе заготовок относительно заданного положения ее в установившемся режиме и при наличии с датчика сигнала рассогласования изменяют мбщность в индукторе для устранения рассогласования, положение зоны магнитных превращений определяют после загрузки в установку каждой холодной заготовки с помощью перемещаемого вдоль индуктора датчика, выполненного в вИде катушки, коаксиальной индуктору, а изменение мощности производят подэмей питания на катушку датчика. Питание на катушку датчика подают или согласно с индуктором, если зона магнитных превращений сдвинута в сто-, ррну выхода заготовок из индуктора, т.е когда распределение температуры отстает от заданного .в установившемся режиме, или встречно, когда распределение температуры опережает распределение в установившемся режиме. В качестве примера рассмотрим работу установки для нагрева цилиндрических стальных заготовок из стали Л5 диаметром 5 мм, перемещаемых через индуктор в виде неподвижной катушки, охватывающей одновременно 8 заготовок длиной 137 мм и создающей на их поверхности магнитное поле напряженностью lO-SO тыс. А/м. На фиг.Т показана блок-схема усТЙН00КИ; на фиг12 - вариант выполнения синхронизатора. Заготовки размещают в неподвижной kaTytiiKe индуктора 1, вдоль которой перемещается коаксиальная ей катушка датчика 2 установленная на тележке 3 и жестко соединенная с одной стороны с валом электродвигателя 4, а с другой стороны с пружиной 5 крепленной к неподвижной ondpe 6, Питание подается от источника 7 литания через, регулятор 8 на катушку t и через аналогичный регулятор 9 на катушку 2. Температуру ёыходящей за готовки контролирует с понощыо дат чика JO температуря например пирометра, вход которого подведен к каTyui.ke I световодон, nponytn HHbiM через витки. В установившемся режиме катушка 2 занимает положение, OTiiteченное пунктиром, в котором она ео«динёна с датчиком 11 темпердту н., выход которого через радмыкакмций контакт iZf реле 13 соединен с ляющим входом рег улятора 9- Замыка } щий контакт 1 реле 13 соединяет бход Электродвигателя k с силовым преобразователем .15. Реле 11 снабжено замыкающим контактом 1б и кнопкой 17 луска. Контакт 18 реле 19 блокирует реле t3, а контакт 20 подключает реле , к источнику 21 питания, реле 22 и 23. Счетчик 2 связан выходом с с реле 19, а входом - с6 схемой 25 совпадения. Реле 22 П{жсоединено вхддом к инверсному выходу S-триггера 26 и управляет контактом 27. Реле 23 присоединено к.неинверсному выходу триггера 26 tt управляет контактом 28. Ечетный йход триггера 26 соединен, с вторичной обмоткой импуль ного трансформатора §, первичная обмотка кото| ого через шлярям тель 30 KOHfакты 31, управляемые синхронизатором 32, связана б катушкой 2. . Синхронизатор может быть выполнен на релейных элементах, он включен че рез автоматические выключ« тeйи 33 и 3. и управляет контактон 20 Конечные выключате г 35 и 36 установлены на рельtax, по которым перемещается тележка ЗУ входа и выхода 1 и связаны с преобразователем tS. . Конечнй виктчатель 37 закреплен в месте расположения магнитных превращений в установйбшемся режиме И управляет контактами 38-41. Контакты 38 VI kl соединяют J и К-входы триггера 26 с источником 21 питания, а контакты 39 и 40 - те же входы с точкой нулевого-потенциала, t и К-вхо- ды триггера 26 соединены с входами схемы 25 совпадения. Выход датчика 10 температуры соединен с разрешающим входомсинхронизатора, 32. Вторичная обмотка импульсного трансформатора 29 соединена с коман с ын входом синхронизатора 32. Ов состоит КЗ реле 42 с контактами 43 и i, per яе 5, контакт которого расгюложен в чад1и толкателя заготовок, реле, 6 времени с контактом 47, реле 48 с контактами 30 и 31. Контракты 49-51 размыкаются при движении толкателя. Реле 52 с контактами 53-54 соединено с импульсным трансформатором 29. Установка работает следующим образси 1.. . При пуске установки с холодными заготовками при нажатии на кнопку t/ питание подается на реле 13, которое, замыкая контакт 16, встает на с м«1итание н размыкает контакт 12 в lienn регулятора 9, подготавливая его к; работе с максимал&ной мкэдностью на выходе, а также замыкает контакт 14, . подавая напряжение от преобразователя 15 на йкорь двигателя 4. Двигатель 4 развивает момент на своем валу, достаточный для преодоления сопротивления пружины 5 При перемещении катушки 2 вдоль индуктора Y С постоянной скоростью справа Налево При достижении тележкой 3 конечного выключателя 35 подается команда в преобразователь 15 на снижение напряжения до нуля, тележка 3 начинает двигаться слева направо под действием пружины 5. При достижении тележке 3 конечного выключателя 36 вновь подается команда в преобразователь 15 на реверс и вновь начинается движение справа налево. При нажатии на кнопку 33 подается питание на синхронизатор 32, который дает команду на включение источника 7 питания, так как подает питание на реле 42 однО &ременно -замыкаются кОнтакты 43 и 44, подготавливая к рабо;Те реЛе 45 и запуская реле 46 ере- . №ни, которое, отсчитав время, равное циклу нагрева, замыкает контакт 47 Реле 48 окаагывается включенным, благодаря замкнутомуконтакту 54, а реле 52 выключено. Этим синхронизатор 32 обеспечивает замыкание контактов 31, подключая импульсный трансформатор 29 через выпрямитель 30 к катушке 2. Перемещаясь вдоль неподвижной катушки индуктора 1, в которой ведется нагрев первой партии за-отовок, катушка 2, работая в режиме датчика границы зоны магнитных превращений, в этом случае не обнаружит этой границы,- т.е. все заготовки находятся в одинаковых условиях, и весь столб заготовок одновременно перейдет из магнитного в немагнитное состояние. При достижении температурой выходной заготовки заданного значения с датчика 10 температуры сигнал идет в синхронизатор 32 (на реле 5), разрешая выгрузку первой заготовки и загрузку очередной холодной. Операция загрузки - выгрузки выполняется толкателем от реле 5. После загрузки очередной холодной заготовки распределение температуры по длине индуктора оказывается oneрежающим по отношению к распределению в установившемся режиме, так как все заготовки, кроме одной, имеют температуру равную заданной. Граница зоны магнитных превращений лежит левее конечного выключателя 37. Катушка 2, работающая в режиме датчика, определяет место положения границы. Возможность определения местоположения границы связано со еледующими физическими предпосылками, так как ток в катушке индуктора 1 одинаков ПО всей длине, и число витков, приходящее на единицу длины индуктора, равномерно, напряженность поля на поверхности заготовок одинакова по всей длине. При одной и то , же напряженности из-за различных свойств материала заготовок (слева, от границы они ферромагнитные, а ciip ва - немагнитные) магнитный поток слева от грайицы больше, так как их магнитное оопрртиление меньше. Следо вательн о, часть потока выходит через обмотку индуктора наружу, а длинный индуктор, заполненный заготовками с различными свойствами, представляет собой как бы комбинацию коротких маг нитносвязанных индукторов. В связи с этим в катушке датчика 2 при пересечении ею границы зоны магнитных превращений, т.е. пересечении части потока, вышедшего через индуктор наружу, наводится импульс ЭДС, который через трансформатор 29 подается на синхронизатор 32. Синхронизатор 32 включает реле 52, которое через контакт S обеспечивает включение реле 48, которое размыкает контакты 31 и замыкает контакт 20, обеспечивая подачу питания на реле 22, 23 и 19- Этот.же импульс поступит на счетный вход триггера 2б. Состояние его выходов Q и Q определяется в зависимости от ситуации на I и К-входах. Эта ситуация в свою очередь определяется контактами 38-41 выключателя 37. При нахождении тележки 3 слева от выключателя 57 его головка находится в таком положении, что обеспечивает единичные сигналы на входе К и выходе Q и нулевой на входе I. Это приводит к срабатыванию реле 23, которое через контакт 28 подает питание на катушку 2, включенную в данном случае встречно по отношению к катушке 1. Катушка начинает работать в качестве дополнительной катушки индуктора. Катушка 2 благодаря соответствующей установке конечного выключателя 36 не достигает при своем движении выходной заготовки, которая продолжает обрабатываться по локально-оптимальному алгоритму, все же остальные за готовки находятся под действием ослабленного поля за счет встречного включения катушек 1 и 2. Это увеличивает скорость движения границы зоны магнитных превращений и всего температурного поля по длине индуктора в нужном направлении в 2-3 раза. При загрузке в индуктор новой заготовки толкатель разомкнет контакты 40,50 и 51 что приведет к включению реле 52 и после окончания загрузкивыгрузки, к включению реле 48, которое размыкает свой контакт 20, лишая питания реле 19, 22 и 23, что приводит к снятию питания с катушки 2, а также замыкает контакты 31, вновь f подключая к ней трансформатор 29. Катушка 2 вновь переводится в режим датчика. В случае, если температурное распределение загрузки отстает от установившегося режима, граница зоны магнитных превращений смещена вправо от переключателя 37, и при прохождении через него катушки 2 будут замкнуты контакты 38 и 42, а разомкнуты 39 и 41, что приведет к срабатыванию реле 22 и замыканию контактов 27, т.е. включению катушки 2 в режим нагрева согласно с катушкой индуктора 1. Синхронизатор ра ботает в той же последовательности, что и в предыдущем случае.

Работа устройства продолжается а описанной последовательности вплоть до достижения установившегося режима. При этом граница зоны магнитных превращений расположена под переключателем 37, приведет к появлению импульса во вторичной обмотке трансформатора .29 в момент, когда разомкнуты все контакты , так как I и К-вхрды триггера 26 никуда не подключены и на них будут потенциалы, равные половине напряжения источника питания, 4to эквивапентно единичным сигналам ДЛЯ; 25 совпадения. Произойдет срабатывание схемы 25 при поступлений импульса с трансформатора 29, при этом состояние счетчика 2 :изменится на единицу. При повторении г этой ситуации N раз, где М - число (Максимальной границы счета счетчика 24, он выдаст сигнал на реле Т9, которое разомкнет контакт 18 в цепипитания реле 13- Это приведёт к размыканию контактов 14 и 16 и замыкани контакта 12. При этом снимается питание с двигателя k и подключается датчик П к управляющему входу регулятора 9. После этого катушка 2 занимает положение, отмеченное пунктиром, а положение головки.переключателя 37 обеспечивает включение катушки 2 согласно с катушкой индуктора 16, что соответствует установившемуся режиму работы, где катушка 2 используется в качестве второй неподвижной и автономной управляемой в функции температуры от датчика 11 секции.

Предлагаемый способ позволяет быстрее в 2-3 раза вывести устаноёку установившийся режим при аварийных остановках, пусках, смене номенклатуры заготовок за счет ускорения процесса достижения заданного распределения температуры и исключения отбраковки недогретых или перегретых заготовок.

ui,i