Разработка установки контактной сварки на базе суперконденсаторов
|
АННОТАЦИЯ 4
СОДЕРЖАНИЕ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 7
1.1 Устройство машин для контактной сварки 7
1.2 Классификация сварочных машин 7
1.3 Анализ сварочных машин 9
2 РЕЖИМЫ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ 18
3 ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В УСТАНОВКАХ
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 22
3.1 Принцип действия 22
3.2 Материалы, используемые в суперконденсаторах 22
3.3 Применение суперконденсаторов в сварочных устройствах 23
3.4 Устройство и принцип действия установок контактной сварки на базе
суперконденсаторов 25
4 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА УСТАНОВКИ КОНТАКТНОЙ
СВАРКИ ЦЕПЕЙ 28
5 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИНВЕРТОРА 37
6 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ 41
6.1 Структурная схема управления установки для контактной сварки 41
6.2 Выбор типа контроллера 43
7 АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 47
8 РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРЕХФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 49
9 ВЫБОР ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ 53
10 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА СВАРКИ В ПО
ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ 55
11 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 60
11.1 Краткое описание производственного цеха 60
11.2 Анализ всех производственных и экологических опасностей 61
11.3 Выбор нормативных значений, факторов рабочей среды и рабочего
процесса 63
11.4 Охрана труда 65
11.5 Производственная санитария 67
11.6 Эргономика и производственная эстетика 71
11.7 Противопожарная и взрывобезопасность 71
11.8 Экологическая безопасность 73
11.9 Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
СОДЕРЖАНИЕ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 7
1.1 Устройство машин для контактной сварки 7
1.2 Классификация сварочных машин 7
1.3 Анализ сварочных машин 9
2 РЕЖИМЫ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ 18
3 ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В УСТАНОВКАХ
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 22
3.1 Принцип действия 22
3.2 Материалы, используемые в суперконденсаторах 22
3.3 Применение суперконденсаторов в сварочных устройствах 23
3.4 Устройство и принцип действия установок контактной сварки на базе
суперконденсаторов 25
4 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА УСТАНОВКИ КОНТАКТНОЙ
СВАРКИ ЦЕПЕЙ 28
5 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИНВЕРТОРА 37
6 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ 41
6.1 Структурная схема управления установки для контактной сварки 41
6.2 Выбор типа контроллера 43
7 АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 47
8 РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРЕХФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 49
9 ВЫБОР ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ 53
10 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА СВАРКИ В ПО
ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ 55
11 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 60
11.1 Краткое описание производственного цеха 60
11.2 Анализ всех производственных и экологических опасностей 61
11.3 Выбор нормативных значений, факторов рабочей среды и рабочего
процесса 63
11.4 Охрана труда 65
11.5 Производственная санитария 67
11.6 Эргономика и производственная эстетика 71
11.7 Противопожарная и взрывобезопасность 71
11.8 Экологическая безопасность 73
11.9 Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Сварка давно стала неотъемлемой частью нашей жизни, с ее помощью изготавливают изделия из металлов, а также некоторых неметаллических материалов (стекла, керамики, пластмасс). Модифицируя режимы сварки, и подбирая различные сварочные материалы можно сваривать металлы различных толщин и различного состава и получать требуемые механические свойства, предъявляемые к сварному изделию. С применением сварки создаются технически сложные и уникальные машины, конструкции и сооружения. Сварка внесла коренные изменения в конструкцию и технологию производства многих изделий, что позволило увеличить производительность и уменьшить стоимость изготовления. При изготовлении металлоконструкций, прокладке трубопроводов, установке технологического оборудования, на сварку приходится четвертая часть всех строительно - монтажных работ. В настоящее время достаточно часто встречаются виды работы, требующие для своего выполнения оборудования, работающего от АКБ, поэтому на предприятиях стали чаще использовать накопительные устройства называемые суперконденасторами. К перспективным областям применения суперконденсаторов (СК) можно отнести точечную контактную сварку, контактную сварку сопротивлением, а также импульсно-дуговую сварку, где они могут использоваться как модуляторы сварочного тока.
В некоторых сварочных процессах весьма эффективно применять импульсные электрические накопители энергии. Это в первую очередь относится к точечной контактной сварке, контактной сварке сопротивлением, приварке шпилек, а также импульсно-дуговой сварке в защитных газах, где они используются в качестве импульсных модуляторов.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение качества сварки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- сравнить отечественные и передовые зарубежные технологии и решения;
- рассмотреть режимы сварки оплавлением;
- рассмотреть принцип работы и применение суперконденсаторных батарей в установках для контактной сварки;
- разработать функциональную схему электрооборудования установки;
- выбрать силовой трансформатор для установки контактной сварки;
- рассмотреть систему управления установкой;
- рассчитать и выбрать трехфазный выпрямитель;
- выбрать датчики напряжения и тока;
- разработать математическую модель процесса сварки в ПО для моделирования;
- рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности.
Объект: установка контактной сварки на базе суперконденсаторов
Предмет: электрооборудование установки.
В некоторых сварочных процессах весьма эффективно применять импульсные электрические накопители энергии. Это в первую очередь относится к точечной контактной сварке, контактной сварке сопротивлением, приварке шпилек, а также импульсно-дуговой сварке в защитных газах, где они используются в качестве импульсных модуляторов.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение качества сварки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- сравнить отечественные и передовые зарубежные технологии и решения;
- рассмотреть режимы сварки оплавлением;
- рассмотреть принцип работы и применение суперконденсаторных батарей в установках для контактной сварки;
- разработать функциональную схему электрооборудования установки;
- выбрать силовой трансформатор для установки контактной сварки;
- рассмотреть систему управления установкой;
- рассчитать и выбрать трехфазный выпрямитель;
- выбрать датчики напряжения и тока;
- разработать математическую модель процесса сварки в ПО для моделирования;
- рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности.
Объект: установка контактной сварки на базе суперконденсаторов
Предмет: электрооборудование установки.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы было установлено, что автомат стыковой сварки оплавлением КСЦО-1203 имеет ряд преимуществ над своими аналогами. Основными преимуществами данной установки является, что КСЦО-1203 могут работать в широком диапазоне токов, что позволяет использовать их для сварки различных материалов и толщин металла, также, машины постоянного тока способны обеспечивать более высокую скорость сварки и более высокую производительность благодаря более эффективному использованию энергии.
Основными элементами данной установки являются: источник питания, контроллер, панель оператора, датчики тока, напряжения, конечные выключатели прижима, а также сварочный трансформатор.
Использование суперконденсаторных батарей в установках показало, что их применение повышает мощность сварки на 20-30%, что, в свою очередь, ускоряет процесс сварки и повышает качество соединения. Это позволяет получить очень короткий импульс тока, который может быть управляемым, что очень важно для контактной сварки, стоит отметить, что суперконденсаторы не нуждаются в перезарядке, что снижает время на настройку и обслуживание оборудования.
Для установки контактной сварки был выбран трансформатор ТВК- 75УХЛ4. Для построения внешних характеристик контактной машины был проведен расчет, по которому было определено, что при параллельном соединении вторичных витков максимальное значение вторичного тока достигает 19 кА, что в два раза меньше требуемого тока осадки, а последовательное соединение витков позволило увеличить ток на восьмой ступени с 19 кА до 27,3 кА, а при увеличении частоты увеличивается вторичный ток при частоте 100 Гц I2 = 25,6 кА, при частоте 150 Гц I2 = 34,1 кА, при частоте 200 Гц I2 = 40,5 кА, что несколько выше расчетного значения тока осадки, равного 40 кА.
Контроль напряжения, тока и мощности контактной сварки с помощью контроллера CPU 686-CAN позволяет получать высококачественные сварочные соединения. Предусмотренные режимы блокировок аварийных ситуаций обеспечивают надежную работу установки.
В одном из разделов работы была разработана математическая модель процесса сварки в ПО для моделирования. В разработанной модели имеется возможность напрямую следить за изменением площади сечения, скоростью оплавления, массой ядра. С помощью этого в модели рассчитывается точное время процесса сварки, время начала оплавления. Управление сваркой по энергии пятна сварки по сравнению с управлением по времени обеспечивает снижение затрат электроэнергии на 10% и сокращение времени процесса на 15% .
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» рассмотрены вопросы эксплуатации установки стыковой контактной сварки цепей. Разработаны меры для уменьшения вредного воздействия, меры безопасности при эксплуатации, предложены мероприятия по организации рабочего места и предотвращения возникновения пожара.
Основными элементами данной установки являются: источник питания, контроллер, панель оператора, датчики тока, напряжения, конечные выключатели прижима, а также сварочный трансформатор.
Использование суперконденсаторных батарей в установках показало, что их применение повышает мощность сварки на 20-30%, что, в свою очередь, ускоряет процесс сварки и повышает качество соединения. Это позволяет получить очень короткий импульс тока, который может быть управляемым, что очень важно для контактной сварки, стоит отметить, что суперконденсаторы не нуждаются в перезарядке, что снижает время на настройку и обслуживание оборудования.
Для установки контактной сварки был выбран трансформатор ТВК- 75УХЛ4. Для построения внешних характеристик контактной машины был проведен расчет, по которому было определено, что при параллельном соединении вторичных витков максимальное значение вторичного тока достигает 19 кА, что в два раза меньше требуемого тока осадки, а последовательное соединение витков позволило увеличить ток на восьмой ступени с 19 кА до 27,3 кА, а при увеличении частоты увеличивается вторичный ток при частоте 100 Гц I2 = 25,6 кА, при частоте 150 Гц I2 = 34,1 кА, при частоте 200 Гц I2 = 40,5 кА, что несколько выше расчетного значения тока осадки, равного 40 кА.
Контроль напряжения, тока и мощности контактной сварки с помощью контроллера CPU 686-CAN позволяет получать высококачественные сварочные соединения. Предусмотренные режимы блокировок аварийных ситуаций обеспечивают надежную работу установки.
В одном из разделов работы была разработана математическая модель процесса сварки в ПО для моделирования. В разработанной модели имеется возможность напрямую следить за изменением площади сечения, скоростью оплавления, массой ядра. С помощью этого в модели рассчитывается точное время процесса сварки, время начала оплавления. Управление сваркой по энергии пятна сварки по сравнению с управлением по времени обеспечивает снижение затрат электроэнергии на 10% и сокращение времени процесса на 15% .
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» рассмотрены вопросы эксплуатации установки стыковой контактной сварки цепей. Разработаны меры для уменьшения вредного воздействия, меры безопасности при эксплуатации, предложены мероприятия по организации рабочего места и предотвращения возникновения пожара.