УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ШТАМПОВКИ

Техническое решение относится к области электромагнитной обработки металлов и предназначено для использования в машиностроении при формообразовании операций электромагнитной штамповки: раздача, обжим, калибровка, сборка и другие операции, выполняемые на специальном оборудовании - магнитно-импульсных установках.
Известна установка для электромагнитной штамповки [Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. - М.: НТЦ «ИНФОРМТЕХНИКА», 1992. - 143 с., 25 с.], содержащая индивидуальные цепи формирования импульсов напряжения поджига для каждого коммутатора тока многоблочной установки. Количество цепей зависит от числа блоков емкостных накопителей.
Однако известное устройство обладает таким недостатком, как невозможность управления отдельными блоками емкостных накопителей, что необходимо для снижения энергоемкости установки.
5
Наиболее близкой, принятой за прототип, является магнитно-импульсная установка [А.с. 794855 СССР, МПК В21D 26/14, Бюл. №11, 1979], содержащая два трансформатора, два выпрямительных устройства, четыре нормально разомкнутых контакта, два нормально замкнутых контакта, три токоограничительных резистора, три корректирующих резистора, три управляющих конденсатора, три накопительных конденсатора, три игнитронных разрядника, индуктор, средства контроля рабочего напряжения на накопительных конденсаторах. Последние выполнены в виде подсоединенных к каждому накопительному
конденсатору индивидуальных задатчиков уровня энергии с индикаторными указателями состояния «заряд-разряд», питаемыми от источника постоянного тока и объединенными общей схемой для высвечивания заданных величин напряжения.
Эта установка обладает рядом недостатков. Так как напряжение на базе транзистора нарастает сравнительно медленно, то и сам транзисторный элемент будет закрываться медленно, а это может вызвать нежелательную перегрузку контактов исполнительных реле (дребезг, искрение, перегрев и, как следствие, обгорание и выход из строя), т.к. последние будут иметь на своей рабочей характеристике зону нестабильности. Кроме того, из-за температурной зависимости полупроводников возможно либо опережающее, либо отстающее от заданного времени срабатывание транзисторов (т.к. отсутствует схема температурной стабилизации), что повлияет на процесс заряда какого-либо блока конденсаторов и, как следствие, на повторяемость параметров изделий.
Задачей предложенного технического решения является повышение информативности, точности управления процессом, повышение повторяемости выпускаемой продукции, расширение технологических возможностей и повышение экономичности обработки, увеличение КПД процесса разряда емкостных накопителей.
Установка для электромагнитной штамповки содержит два трансформатора, два выпрямительных устройства, четыре нормально разомкнутых контакта, два нормально замкнутых контакта, три токоограничительных резистора, три корректирующих резистора, три управляющих конденсатора, три накопительных конденсатора, три игнитронных разрядника, индуктор, дополнительно введен блок управления разрядом накопительных конденсаторов, содержащий
генератор, счетчик, три задатчика времени, три ключевых устройства и блок управления зарядом, содержащий три задатчика напряжения, три прибора контроля напряжения заряда, три формирователя импульсов, три ключевых устройства, три высоковольтных контактора, три нормально разомкнутых контакта, управляемых высоковольтными контакторами, генератор, устройство управления счетчиками, два счетчика, два цифровых индикатора, причем, в блоке управления разрядом выход генератора соединен с входом счетчика, выход которого соединен с входами трех задатчиков времени, каждый выход которых соединен с входом соответствующего ему ключевого устройства, каждое из которых установлено в разрыв цепи заряда соответствующего управляющего конденсатора установки между общим проводом и выводом управляющего конденсатора, подсоединяемым к общему проводу. В блоке управления зарядом вход каждого задатчика напряжения соединен с плюсовым выводом соответствующего накопительного конденсатора установки. Каждый задатчик напряжения соединен с общим проводом установки. Один из выходов каждого задатчика напряжения соединен с входом одного из приборов контроля напряжения, второй выход каждого задатчика напряжения соединен с входом одного из формирователей импульсов, каждый выход которых соединен с соответствующим ему входом устройства управления счетчиками и с входом соответствующего ему ключевого устройства, устанавливаемого в разрыв цепи питания соответствующего контактора, управляющего соответствующим нормально разомкнутым контактом, устанавливаемым в разрыв цепи, соединяющей соответствующий игнитронный разрядник с выпрямительным устройством установки. Выход генератора блока заряда подключен к своему входу устройства управления счетчиками, имеющего два выхода, каждый из которых соединен с входом соответствующего
счетчика, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего ему цифрового индикатора.
В настоящее время уже создано большое количество моделей магнитно-импульсных установок, отличающихся друг от друга в основном уровнем используемой энергии, электрической емкостью накопителей и собственной частотой разрядного тока. С целью повышения КПД установок наметилась тенденция к усложнению их электрических схем, а также перспективности использования многоблочных магнитно-импульсных установок с более сложной системой управления процессами заряда и разряда отдельных модулей емкостных накопителей, обеспечивающих достаточно высокую точность и надежность.
Предлагаемая установка для электромагнитной штамповки, в которой реализовано новое схемное решение, позволяет повысить гибкость оборудования, улучшить точность и синхронность срабатывания модулей, а также контроль и управляемость системы в целом.
Предлагаемое техническое решение представляет собой систему управления, подключаемую к МИУ, в которой отсутствуют отдельные недостатки, имеющиеся в предыдущих системах управления зарядом и разрядом магнитно-импульсных установок. Предлагаемая система управления магнитно-импульсной установкой компактна, позволяет эффективнее контролировать амплитуду разрядного тока, варьировать интервалами времени в пределах микросекунд между разрядом отдельных блоков емкостных накопителей, повышает экономичность, надежность, точность и информативность процессов управления как зарядом, так и разрядом отдельных модулей емкостных накопителей магнитно-импульсной установки. Это расширяет технологические возможности электромагнитной штамповки для применения ее в условиях мелкосерийного производства и предприятий различных форм
собственности.
Таким образом, достигается требуемый технический результат - повышение гибкости оборудования, улучшение точности и синхронности срабатывания модулей, а также контроля и управляемости системы в целом.
Для пояснения работы описываемого технического решения приведена схема управления процессом заряда - разряда магнитно-импульсной установки.
Предлагаемая схема управления магнитно-импульсной установкой, представлена на Фиг.
Установка для электромагнитной штамповки содержит блок управления разрядом и блок управления зарядом, в которых размещены три идентичных канала управления разрядом и зарядом отдельных блоков емкостных накопителей 16, 17, 18. Выход генератора 51 соединен с входом счетчика 52, выход которого соединен с входами трех задатчиков времени 19, 20, 21, выход задатчика времени 19 соединен с входом ключевого устройства 22, которое установлено в разрыв замкнутой электрической цепи, содержащей последовательно соединенные управляющий конденсатор 25 и токоограничительный резистор 45 таким образом, что один из выводов ключевого устройства 22 подключен к общему проводу, а второй вывод, подсоединенный к выводу управляющего конденсатора 25, соединен с одним из выводов нормально замкнутого контакта 42, второй вывод которого соединен с выводом управляющего конденсатора 26, с выводом ключевого устройства 23 и с одним из выводов нормально замкнутого контакта 43, другой вывод которого подсоединен к выводу управляющего конденсатора 27, к выводу ключевого устройства 24, к выводу нормально разомкнутого контакта 54, второй вывод которого соединен с общим проводом и к выводу
нормально разомкнутого контакта 44, второй вывод которого соединен с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 40, первичная обмотка которого подключена через нормально разомкнутый контакт 58 к сети переменного напряжения 220 вольт. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 40 соединен с анодом выпрямительного устройства, катод которого подключен к общему проводу. Соединенные вместе вывод управляющего конденсатора 25 и вывод токоограничительного резистора 45 подсоединены к одному из выводов корректирующего резистора 48, второй вывод которого соединен с управляющим входом разрядника 28, включенного в замкнутую электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных накопительного конденсатора 16 и индуктора 53. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 16 и вывод индуктора 53 подсоединены к общему проводу. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 16 и вывод разрядника 28 подсоединены к одному из выводов нормально разомкнутого контакта 13, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного устройства 55, анод которого соединен с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 56, первичная обмотка которого подключена через нормально разомкнутый контакт 57 к сети переменного напряжения 220 вольт. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 56 соединен с общим проводом. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 16, вывод разрядника 28 и вывод нормально разомкнутого контакта 13 подсоединены к входу задатчика напряжения 1, соединенного с общим проводом. Один из двух выходов задатчика напряжения 1 соединен с входом прибора контроля напряжения 37. Второй выход задатчика напряжения 1 соединен с входом формирователя импульсов 4, выход которого соединен с соответствующим ему входом устройства
управления счетчиками 32 и с входом ключевого устройства 7, включенного в разрыв цепи питания переменным напряжением 220 вольт контактора 10, управляющего нормально разомкнутым контактом 13. Отдельный вход устройства управления счетчиками 32 соединен с выходом генератора 31. Один из двух выходов устройства управления счетчиками 32 соединен с входом счетчика 33, выход которого соединен с входом цифрового индикатора 35. Второй выход устройства управления счетчиками 32 соединен с входом счетчика 34, выход которого соединен с входом цифрового индикатора 36.
Выход задатчика времени 20 соединен с входом ключевого устройства 23, которое установлено в разрыв замкнутой электрической цепи, содержащей последовательно соединенные управляющий конденсатор 26 и токоограничительный резистор 46 таким образом, что один из выводов ключевого устройства 23 подключен к общему проводу, а второй вывод, подсоединенный к выводу управляющего конденсатора 26, соединен с одним из выводов нормально замкнутого контакта 42, второй вывод которого соединен с выводом управляющего конденсатора 25, с выводом ключевого устройства 22 и с одним из выводов нормально замкнутого контакта 43, другой вывод которого подсоединен к выводу управляющего конденсатора 27, к выводу ключевого устройства 24, к выводу нормально разомкнутого контакта 54 и к выводу нормально разомкнутого контакта 44. Соединенные вместе вывод управляющего конденсатора 26 и вывод токоограничительного резистора 46 подсоединены к одному из выводов корректирующего резистора 49, второй вывод которого соединен с управляющим входом разрядника 29, включенного в замкнутую электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных накопительного конденсатора 17 и индуктора 53. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора
17 и вывод индуктора 53 подсоединены к общему проводу. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 17 и вывод разрядника 29 подсоединены к одному из выводов нормально разомкнутого контакта 14, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного устройства 55. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 17, вывод разрядника 29 и вывод нормально разомкнутого контакта 14 подсоединены к входу задатчика напряжения 2, соединенного с общим проводом. Один из двух выходов задатчика напряжения 2 соединен с входом прибора контроля напряжения 38. Второй выход задатчика напряжения 2 соединен с входом формирователя импульсов 5, выход которого соединен с соответствующим ему входом устройства управления счетчиками 32 и с входом ключевого устройства 8, включенным в разрыв цепи питания переменным напряжением 220 вольт контактора 11, управляющего нормально разомкнутым контактом 14.
Выход задатчика времени 21 соединен с входом ключевого устройства 24, которое установлено в разрыв замкнутой электрической цепи, содержащей последовательно соединенные управляющий конденсатор 27 и токоограничительный резистор 47 таким образом, что один из выводов ключевого устройства 24 подключен к общему проводу, а второй вывод, подсоединенный к выводу управляющего конденсатора 27, соединен с выводом нормально замкнутого контакта 43, с выводом нормально разомкнутого контакта 54 и с выводом нормально разомкнутого контакта 44. Соединенные вместе вывод управляющего конденсатора 27 и вывод токоограничительного резистора 47 подсоединены к одному из выводов корректирующего резистора 50, второй вывод которого соединен с управляющим входом разрядника 30, включенного в замкнутую электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных накопительного конденсатора 18 и
индуктора 53. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 18 и вывод индуктора 53 подсоединены к общему проводу. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 18 и вывод разрядника 30 подсоединены к одному из выводов нормально разомкнутого контакта 15, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного устройства 55. Соединенные вместе вывод накопительного конденсатора 18, вывод разрядника 30 и вывод нормально разомкнутого контакта 15 подсоединены к входу задатчика напряжения 3, соединенного с общим проводом. Один из двух выходов задатчика напряжения 3 соединен с входом прибора контроля напряжения 39. Второй выход задатчика напряжения 3 соединен с входом формирователя импульсов 6, выход которого соединен с соответствующим ему входом устройства управления счетчиками 32 и с входом ключевого устройства 9, включенным в разрыв цепи питания переменным напряжением 220 вольт контактора 12, управляющего нормально разомкнутым контактом 15.
Предложенная установка работает следующим образом.
Как только в процессе заряда накопительных конденсаторов всех блоков магнитно-импульсной установки уровень сигнала на выходе задатчика напряжения 1, 2, 3 какого-либо из каналов управления достигнет порога срабатывания формирователя импульсов 4, 5, 6, на выходе последнего появляется крутой фронт сигнала.
Этот сигнал переключит ключевое устройство 7, 8, 9, управляющее работой соответствующего высоковольтного контактора 10, 11, 12, который разомкнет цепь заряда отдельного блока накопительных конденсаторов, управляемую рассматриваемым каналом. Напряжение на накопительных конденсаторах 16, 17, 18 можно проконтролировать приборами 37, 38, 39.
При включении магнитно-импульсной установки происходит заряд
управляющих конденсаторов 25, 26, 27 через зарядный трансформатор 40, выпрямительное устройство 41, нормально замкнутые контакты 42, 43, нормально разомкнутый контакт 44 и токоограничительные резисторы 45, 46, 47 до напряжения 2.5 кВ.
Плюсовые выводы указанных конденсаторов через корректирующие резисторы 48, 49, 50 подключаются к управляющим электродам игнитронных разрядников 28, 29, 30.
По команде «ЗАРЯД» с пульта управления оператора начинается процесс заряда всех блоков емкостных накопителей МИУ до напряжений, установленных задатчиками 1, 2, 3, как было рассмотрено выше. По команде «РАЗРЯД» прямоугольные импульсы частотой 1 МГц с генератора 51 начинают поступать на вход счетчика 52. Выход счетчика подсоединен к задатчикам интервалов времени 19, 20, 21, выходы которых соединены каждый со своим ключевым устройством 22, 23, 24. Каждый задатчик времени имеет на приборной панели переключатель со шкалой, проградуированной в микросекундах. По этой шкале устанавливается интервал времени между разрядом отдельных блоков емкостных накопителей.
По команде «РАЗРЯД» блок автоматики магнитно-импульсной установки размыкает контакты 42, 43, 44. Счетчик 52 начинает считать импульсы с генератора, и как только он досчитает до заданного каким-либо переключателем положения, активизируется соответствующее ключевое устройство 22, 23, 24, которое подключит минусовой вывод своего управляющего конденсатора 25, 26, 27 к общему проводу установки. После этого указанный конденсатор начинает разряжаться через свой корректирующий резистор 48, 49, 50 на соответствующий разрядник 28, 29, 30, включая его. Происходит разряд отдельного блока емкостных накопителей соответствующего канала на индуктор 53. Так
активизируются все три канала разряда поочередно или вместе, в зависимости от того, на какое время были установлены переключатели блока 19, 20, 21, которые в свою очередь подключают заряженные блоки емкостных накопителей МИУ к индуктору 53.
Контакт 54 замыкается только после того, как сработают все ключевые устройства 22, 23, 24, и производит подключение выводов конденсаторов МИУ 25, 26, 27 к общему проводу установки. Контакт 44 при этом также размыкается.
С началом разряда накопительных конденсаторов 16, 17, 18 происходит переключение формирователей импульса 4, 5, 6 в последовательности, заданной устройством управления разрядом. Сигналы с формирователей поступают на устройство управления счетчиками 32. По команде «РАЗРЯД» импульсы с генератора 31 поступают на вход устройства управления счетчиками 32. При разряде первого блока накопительных конденсаторов включается счетчик 33 и начинает считать импульсы с генератора 31. С началом разряда второго блока счетчик 33 переходит в режим хранения информации, которая в цифровом виде отображается на цифровом индикаторе 35. Тут же включается счетчик 34 и начинает считать импульсы с генератора 31, а затем, с началом разряда третьего блока накопительных конденсаторов на индуктор, счетчик 34 переходит в режим хранения. Информация со счетчика 34 высвечивается на цифровом индикаторе 36. Цифровая информация может сохраняться на индикаторах длительное время (до следующего разряда емкостных накопителей или до отключения магнитно-импульсной установки).
Таким образом, предлагаемая и реализованная установка для электромагнитной штамповки представляет собой новое схемное решение модификации магнитно-импульсной установки. Она позволяет повысить
гибкость оборудования, улучшить точность и синхронность срабатывания модулей МИУ, а также контроль и управляемость системы в целом, повышает КПД процесса разряда емкостных накопителей МИУ, что важно при использовании больших энергий; обеспечивает высокую надежность и синхронность срабатывания коммутаторов тока МИУ при параллельном включении необходимого количества емкостных накопителей МИУ, подключенных к одной или нескольким нагрузкам, а также позволяет снизить энергоемкость операции и контролировать работу каждого отдельного модуля емкостных накопителей МИУ с выводом информации на пульт оператора.
Предлагаемое техническое решение, т.е. установка для магнитно-импульсной штамповки, позволяет эффективнее контролировать амплитуду разрядного тока, варьировать интервалами времени в пределах микросекунд между разрядами отдельных блоков емкостных накопителей МИУ, повышает экономичность, надежность, точность и информативность процессов управления как зарядом, так и разрядом отдельных модулей емкостных накопителей магнитно-импульсной установки, что расширяет технологические возможности электромагнитной штамповки для применения ее в условиях мелкосерийного производства и предприятий различных форм собственности.