ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД МАШИНЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к приводу сжатия электродов машин контактной сварки.
Известны машины контактной сварки, в которых приводом сжатия электродов служит пневмоцилиндр. Пневматический привод нашел широкое распространение в машинах контактной сварки промышленного применения, т.к. позволяет этим машинам работать в автоматическом режиме и с хорошим быстродействием. Для работы таких машин на малых предприятиях, не имеющих пневмосети, приходится к машине покупать еще и компрессор. Т.е. добавляется элемент, который стоит денег и требует обслуживания.
Известны машины контактной точечной сварки с ножным приводом сжатия электродов, где усилие сжатия электродов создается усилием оператора, который нажимает на педаль и с помощью рычажного механизма сжимает электроды. Эти машины не требуют пневмосети или компрессора, но обладают невысоким быстродействием - до нескольких сварок в минуту. Кроме того невозможна работа таких машин в автоматическом режиме, также оператор физически устает. Поэтому машины с ножным приводом используются там, где не требуется выполнять большие объемы работ.
Для того, чтобы сохранить достоинства пневматического привода сжатия электродов - высокое быстродействие, возможность работы в автоматическом режиме, при сохранении достаточной простоты конструкции, настройки и обслуживания, а также достоинство ножного привода - независимость от наличия пневмосети или компрессора, для сжатия электродов в машинах контактной сварки предлагается использовать электромагнитный привод, состоящий из соленоида и пружинного механизма.
Усилие, развиваемое соленоидом, увеличивается по мере втягивания подвижной части сердечника в катушки. Зависимость усилия от зазора между подвижной и неподвижной частями сердечника соленоида нелинейная, сначала усилие очень маленькое, затем оно интенсивно растет по мере втягивания сердечника, особенно это заметно на последних 3-7 мм зазора между подвижной и неподвижной частями сердечника соленоида.
Если передавать усилие к электродам от соленоида напрямую, то получится, что нужна постоянная, очень точная настройка механизма сжатия электродов в зависимости от толщины свариваемых деталей и степени износа электродов. Это создает много неудобств оператору при работе с машиной контактной сварки с таким приводом.
Для сварки металла большей толщины требуется большее усилие сжатия электродов. А характеристика соленоида обратная - если между электродами вставить пластины металла, то при жесткой связи «соленоид - электроды» сердечник соленоида втянется меньше, зазор между подвижной и неподвижной частями сердечника увеличится, что приведет к значительному уменьшению тяги привода.
Поэтому, для согласования потребного усилия сжатия электродов и усилия, реально выдаваемого соленоидом, между механизмом сжатия электродов и соленоидом устанавливается пружинный механизм.
Конструкция такого привода представлена на схеме. Привод состоит из соленоида, состоящего из неподвижной части сердечника 1, закрепленной внутри корпуса машины контактной сварки, с катушками 2, подвижной части сердечника 3, связанной с пружинным механизмом 4, в котором может быть как одна, так и несколько пружин, рычажной системы 5, передающей усилие на электроды 6, винта, регулирующего усилие
сжатия 7. На подвижную часть привода наклеена немагнитная прокладка 8, выполненная из прочной резины.
Установка пружинного механизма в корне меняет ситуацию. Сердечник соленоида всегда втягивается до упора, а пружины передают усилие на механизм сжатия электродов.
При подаче напряжения на катушки соленоида подвижная часть сердечника втягивается в катушки, происходит сближение электродов. Когда электроды сомкнулись, продолжается втягивание подвижной части сердечника в катушки. При этом происходит сжатие пружин пружинного механизма, по мере сжатия пружин нарастает усилие на электродах. Когда сердечник электромагнита втягивается до упора, пружины пружинного механизма сжимаются до уровня, установленного регулятором усилия сжатия 7. Это и будет номинальное усилие сжатия электродов. Усилие сжатия автоматически увеличивается с увеличением толщины свариваемых деталей. Теперь, если сваривать детали большей толщины, то сжатие пружин увеличится, что приведет к увеличению усилия сжатия на электродах, что требуется. Также не нужна очень точная настройка привода, и можно без всякой перенастройки сваривать пластины из стали толщиной как 0.5+0.5 мм, так и 5+5 мм, что невозможно или технически сложно без применения пружинного механизма.
Меняя количество пружин, потребитель может сам подобрать для себя оптимальные характеристики привода.
Пример по реально изготовленной машине контактной точечной сварки с вылетом электродов 600 мм:
Отношение плеч рычажной системы: 626/360. Длинное плечо - расстояние от подшипника до середины пятна контакта электрода, короткое плечо - расстояние от подшипника до центра винта регулировки усилия сжатия.
Соленоид: сечение сердечника - 20 см2, максимальная тяга - 412 кг.
Пружинный механизм: 5 пружин с максимальным ходом 18 мм, максимальное усилие сжатия каждой - 70 кг. Максимальная суммарная тяга пружин - 350 кг.
Если настроить привод так, чтобы при сжатии электродов без материала между ними усилие сжатия составляло 134 кг, что соответствует сжатию пружин на 12 мм, то получится:
при сварке стали 1+1 мм, усилие сжатия составит 147 кг,
при сварке стали 2+2 мм, усилие сжатия составит 160 кг,
при сварке стали 3+3 мм, усилие сжатия составит 173 кг,
при сварке стали 4+4 мм, усилие сжатия составит 186 кг,
при сварке стали 5+5 мм, усилие сжатия составит 199 кг, при этом пружины сожмутся уже на 17.8 мм.
Т.е получается, что на всем этом диапазоне толщин свариваемого материала машина контактной сварки будет работать без перенастройки привода, что создает достаточное удобство для работы.
Для сварки деталей большей толщины нужен больший сварочный ток и большее усилие сжатия. На машине контактной сварки с электромагнитным приводом такой конструкции усилие сжатия увеличивается автоматически, в зависимости от толщины деталей, что дает даже некоторое преимущество по сравнению с пневматическим приводом сжатия электродов.
Быстродействие привода зависит от системы управления и от толщины немагнитной прокладки между подвижной и неподвижной частями сердечника. Прокладка устанавливает минимальный немагнитный зазор между частями сердечника при полном втягивании подвижной части в катушки, а заодно она смягчает удары частей сердечника
друг о друга. Если прокладку не ставить, то привод с сечением сердечника 20 см2 продолжает удерживать нагрузку в 400 кг в течение времени более 1 секунды после выключения тока в катушках соленоида.
Если катушки содержат по 2000 витков провода диаметром 0.8 мм, то при напряжении 220 В сила постоянного тока, необходимого для сжатия электродов, при тяге 400 кг, составляет 7-8 ампер, а ток удержания соленоида в сжатом состоянии при такой нагрузке - менее 0.5 А. Но даже если сначала сжать привод, а затем перевести его в режим удержания на токе 0.5 А, то все равно привод будет удерживаться в сжатом состоянии достаточно долго после выключения тока - немногим менее 1 секунды.
Установка немагнитной прокладки между подвижной и неподвижной частями сердечника соленоида и установка минимально допустимого тока удержания позволяют довести темп сварки машины контактной точечной сварки до трех сварок в секунду (180 сварок в минуту), что ставит машину с электромагнитным приводом в один ряд с пневматическими машинами по быстродействию.