Климов А.С., Смирнов И.В. Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки

Подождите немного. Документ загружается.

121

Педально-грузовой и пружинный механизмы (рис. 4.21 а) применяют

при сварке с простейшей циклограммой нагружения и усилиями до 2500 Н.

Преимущества – простота в работе и обслуживании. Недостатки – низкая про-

изводительность и развиваемые давления.

Пневматический привод (рис. 4.21 б) применяется в большинстве машин

для контактной сварки. Преимущества – высокая производительность, удобство

в работе, высокие развиваемые усилия и их большой диапазон, возможность

обеспечения любой формы циклограммы нагружения. Недостатки – сложность

обслуживания.

Электромагинтный привод (рис. 4.21 в) – усилие сжатия создаётся элек-

тромагнитом при включении его катушки в питающую сеть или цепь сварочно-

го тока. Преимущества: низкая себестоимость работы и простота в обслужива-

нии и настройке. Недостатки: малый ход поршня и сложность организации ра-

боты привода по сложным циклограммам, зависимость усилия сжатия от изно-

са электрода.

Рис. 4.21. Приводы сжатия контактных точечных машин: а) педальный; б) пнев-

матический; в) электромагнитный; г) пневмогидравлический; д) гидравличе-

ский

Пневмогидравлический привод (рис. 4.21 г) применяется в подвесных

клещах. Обеспечивает значительные сварочные усилия при малых массе и га-

баритах подвесных элементов. При подаче сжатого воздуха в верхнюю камеру

цилиндра поршень перемещается, и в стакане цилиндра создаётся давление

122

значительно большее, чем давление сжатого воздуха. Увеличение давления

достигается за счёт разности площадей поршней. Маслонакопитель служит для

восполнения утечки масла из системы.

Гидравлический привод (рис. 4.21 д) применяется в многоточечных

машинах, где нужно обеспечивать большие сварочные усилия. Благодаря зна-

чительному давлению, развиваемому в гидравлической системе, цилиндр имеет

небольшой диаметр.

4.3.5. Зависимость стабильности сварочного усилия

от различных факторов

Анализ работы механизмов сжатия показывает, что обычно номинальное

заданное сварочное усилие

св

, прикладываемое к деталям до включения тока,

изменяется в процессе сварки в достаточно широких пределах (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Изменение сварочного усилия в процессе

контактной точечной сварки:

1 – обычная схема нагружения; 2 – сварка с за-

клиниванием верхней головки

В частности, для пневматического привода имеем:

iинтрпсв

FFFGgFF

−

, (4.23)

где

– усилие, действующее на поршень;

G – масса подвижных частей машины;

g – ускорение свободного падения;

тр

– сила трения подвижных частей;

– усилие отталкивания из-за взаимодействия противоположно направ-

ленных токов в консолях:

hlIF

свi

, (4.24)

где

– магнитная проницаемость среды, H/А

;

l и h – размеры сварочного контура машины;

ин

– сила инерции подвижных элементов механизма:

123

GaF

ин

, (4.25)

где

а – ускорение, вызванное быстрым перемещением подвижных масс от теп-

лового расширения металла, м/с

Обычно

ин

не превышает 3 %, F

– 1 % от F

св

. В общем случае F

тр

и F

ин

значительной степени не определены и непостоянны, поэтому для повышения

стабильности усилия сжатия их необходимо уменьшать. Для снижения величи-

ны

тр

и F

ин

применяют аппаратуру автоматического смазывания (лубрикато-

ры), уменьшают эксцентриситет между осью электродов и ползуна, используют

направляющие трения качения, уменьшают вес подвижных частей.

Если при обычной или повышенной жёсткости силового контура машины

приложить начальное небольшое усилие сжатия

F=(0,2…0,3)F

св

и сразу засто-

порить подвижную сварочную головку, то тепловое расширение металла вызо-

вет резкое (в 2…3 раза) увеличение

св

. Чем сильнее нагрев и больше ядро, вы-

ше жёсткость закрепления и силового контура, тем больше эффект самосжатия

и конечное усилие. Несмотря на малые начальные усилия сжатия, ядро форми-

руется до необходимых размеров и без выплесков.

4.4. Пневматический привод контактных машин

В настоящее время наиболее распространённым типом привода сжатия

контактных машин благодаря своей простоте, универсальности и широкому

диапазону развиваемых усилий является пневматический привод сжатия.

4.4.1. Общие сведения

Пневматические приводы контактных машин классифицируют следую-

щим образом:

1. По давлению питания:

- нормального давления (до 0,63 МПа);

- повышенного давления (до 1,6 МПа);

- низкого давления (до 0,16 МПа).

2. По характеру развиваемого усилия:

- с постоянным усилием;

- со ступенчатым изменением усилия;

- с непрерывным изменением усилия;

- с импульсным изменением усилия и т.

д.

3. По виду передачи к рабочему органу машины:

- прессового типа;

- радиального типа;

- с промежуточной передачей.

4. По виду силового элемента:

- поршневые;

- диафрагменные;

124

- комбинированные.

5. По числу и назначению камер рабочего цилиндра:

- двухкамерные без проковки;

- двухкамерные с проковкой;

- двухкамерные с разгрузочной камерой;

- с дополнительной камерой;

- с буферной камерой;

- многокамерные.

6. По величине рабочего хода:

- без дополнительного хода;

- с дополнительным ходом.

7. По конструкции рабочих поршней:

- с одним рабочим поршнем

;

- с последовательно расположенными поршнями;

- с коаксиально расположенными поршнями.

Общие требования к приводам контактных машин:

- должны обеспечивать необходимые усилия и скорости рабочих органов

машин;

- экономичность;

- надёжность;

- долговечность;

- требуемое быстродействие;

- безопасность работы.

Специальные требования к приводам контактных машин:

- должны работать при номинальном давлении воздуха питающей сети,

равном

0,63 МПа. Исключение составляют специальные привода и элементы

автоматики, питающиеся от автономных компрессорных станций;

- должны обеспечивать требуемые технические показатели при отклоне-

ниях давления питания в пределах –15…+5 % от номинального значения и со-

хранять работоспособность при падении давления до 60 % от номинального

значения;

- должны развивать номинальные усилия сжатия и осадки при рабочем

давлении

на входе в пневмоцилиндр, не превышающем 80 % от номинального

давления питающей сети.

- фактические усилия, развиваемые приводом, не должны отличаться от

заданных значения более чем на

±8 %.

- должны допускать регулирование развиваемых усилий в пределах 4:1.

125

4.4.2. Работа силовых элементов пневматического

привода контактных машин

Силовые элементы пневматического привода: поршни и гибкие диафраг-

мы.

В поршневом приводе (рис. 4.23) усилие, передаваемое на сварочный

электрод, регулируют давлением воздуха в камерах пневмоцилиндра. Если по-

давать сжатый воздух в рабочую

1 и вспомогательную камеру 2, то поршень 3

переместится вниз с усилием

св

, определяемым разностью его площадей со

стороны рабочей и вспомогательной камер (рис. 4.23 а). Такой режим работы

используется при приложении сварочных усилий. Если при подаче сжатого

воздуха в рабочую камеру вспомогательную камеру соединить с атмосферой,

на поршне разовьётся повышенное усилие

ков

, определяемое площадью порш-

ня со стороны рабочей камеры (рис. 4.23 б). Такой режим работы пневмоци-

линдра используется для приложения к свариваемым деталям ковочного усилия

или их предварительного обжатия. Если рабочую камеру пневмоцилиндра со-

единить с атмосферой, а во вспомогательную камеру подавать сжатый воздух,

то на поршне разовьётся усилие

обр

обратного хода, определяемое площадью

поршня со стороны вспомогательной камеры (рис. 4.23 в). При этом происхо-

дит разжатие сварочных электродов при условии, что

обр

тр

+gG, где F

тр

–

силы трения подвижных частей привода;

G – их масса.

Преимущества поршневого привода: увеличенный ход, высокая надёж-

ность. Недостатки: большие размеры камер, низкое быстродействие, значи-

тельные силы трения.

Рис. 4.23. Работа поршневого привода сжатия

Диафрагменный привод (рис. 4.24) имеет следующие преимущества: про-

стота конструкции, отсутствие смазки, минимальное трение, малые размеры

рабочей

1 и вспомогательной 2 камер, высокая производительность. Недостат-

ки: имеет малый (до 20 мм) ход штока

3, закреплённого на диафрагме 4. Для

дополнительного хода электродов необходимо предусмотреть особое пневма-

126

тическое или механическое устройство; усилие сжатия остаётся постоянным

только в определённом диапазоне деформаций диафрагмы (около её нейтраль-

ного положения); в ходе работы диафрагма стареет. Как и поршневой, диа-

фрагменный привод может работать в двух диапазонах усилий в зависимости

от наличия или отсутствия воздуха в рабочей и вспомогательной камерах.

Рис. 2.24. Работа диафрагменного привода сжатия

Поршневой привод на универсальных машинах может содержать трёхка-

мерный цилиндр (рис. 4.25). Такой цилиндр помимо рабочей

1 и вспомогатель-

ной

2 камер имеет дополнительную камеру 3, а так же нижний 4 и верхний 5

поршни. На штоке верхнего поршня находится регулировочная гайка

6, которая

в крайнем положении упирается в верхнюю крышку пневмоцилиндра.

Рис. 4.25. Работа трёхкамерного пневмоцилиндра

В процессе сварки дополнительная камера

3 заполнена нередуцирован-

ным сжатым воздухом сетевого давления

(обычно 6 атмосфер), поэтому

127

верхний поршень 5 находится в крайнем положении, зависая на гайке 6, кото-

рая упирается в верхнюю крышку пневмоцилиндра. При подаче в рабочую ка-

меру

1 и вспомогательную камеру 2 воздуха рабочего давления p нижний пор-

шень

4 опускается вниз с усилием F

св

, определяемым разностью площадей

поршня со стороны рабочей и вспомогательной камер (рис. 4.25 а). При соеди-

нении вспомогательной камеры с атмосферой на нижнем поршне развивается

повышенное усилие

ков

(рис. 4.25 б). При соединении рабочей камеры с атмо-

сферой и подаче воздуха давления

p во вспомогательную камеру, нижний пор-

шень поднимается вверх с усилием

обр

до упора в верхний поршень, при этом

сварочные электроды раздвигаются (рис. 4.25 в). При соединении дополнитель-

ной камеры с атмосферой нижний поршень подпирает верхний поршень и пе-

ремещается вместе с ним вверх до упора в крышку пневмоцилиндра, что при-

водит к дополнительному разжатию электродов (дополнительный ход)

(рис. 4.25 г). Так же при

этом освобождается регулировочная гайка, положение

которой относительно штока верхнего поршня становится возможным изме-

нить и тем самым регулировать объём рабочей камеры и раствор сварочных

электродов.

Для повышения производительности сварочных машин возможно приме-

нение комбинированного привода сжатия, в котором вместо нижнего поршня

установлена диафрагма (рис. 4.26). Минимальные размеры рабочей и вспомога-

тельной

камер, их быстрое заполнение и освобождение позволяют увеличить

темп сварки до 600 точек в минуту, при этом приложение ковочного усилия

происходит практически мгновенно, что в свою очередь, повышает стабиль-

ность качества соединений.

Рис. 2.26. Работа комбинированного привода сжатия

быстроходных точечных машин

128

4.4.3. Принципиальные схемы приводов сжатия контактных машин

Управление работой пневматического привода сжатия осуществляется

пневматической аппаратурой: электропневматическими клапанами, редуктора-

ми и дросселирующими клапанами. Вспомогательные элементы служат для

подготовки воздуха и представлены фильтрами и лубрикаторами (маслораспы-

лителями).

Электропневматические клапаны используют для управления подачей

воздуха в камеры и выходом его в атмосферу. Подключение и работа клапана

КЭП происходит по следующей схеме (рис. 4.27): при установке клапана к не-

му подводят напряжение и воздух: рабочий – к отверстию

П, управляющий – к

отверстию

. Каналы Ц

и Ц

соединяются с полостями цилиндра, а каналы В

– с атмосферой.

Рис. 4.27. Схема подключения пневматического клапана

До подачи напряжения на катушку управляющий воздух заперт, рабочий

воздух из полости

П через канал Ц

подаётся в нижнюю камеру цилиндра, а

верхняя камера через канал

и отверстие канала В

сообщается с атмосферой

– электроды разжатые. При подаче напряжения с катушки клапана управляю-

щий воздух начинает поступать через отверстие

, воздух со входа П через ка-

нал

начинает поступать в верхнюю камеру цилиндра, а нижняя соединяется

с атмосферой – электроды сжимаются. В управляющий клапан

воздух пода-

ётся непосредственно из сети от ответвления, выполненного до регулятора дав-

ления.

Редукционные клапаны применяются для регулирования и поддержания

давления сжатого воздуха в пределах от 0 до 6 атм. Применяют редукционные

клапаны с ручной и автоматической дистанционной настройкой рабочего дав-

ления. Наиболее распространены редукторы с ручной настройкой давления.

Дросселирующие клапаны применяются

для регулирования скорости пе-

ремещения подвижных элементов пневматического привода сжатия. Они хо-

129

рошо пропускают воздух в одном направлении и тормозят его выход в проти-

воположном направлении.

Лубрикаторы (маслораспылители) используются для смазки манжет

пневматического цилиндра и электропневматического клапана. Лубрикатор

ставится в пневматическую систему контактной машины после редуктора дав-

ления.

Фильтры используют для очистки воздуха, поступающего в пневмоси-

стему контактной машины, от пыли и влаги

. Фильтр устанавливается сразу по-

сле вентиля перед редуктором давления.

Ресивер (воздухосборник) предназначен для накопления давления возду-

ха и его стабилизации при работе сварочных машин.

В подвесных клещах с пневматическим мембранным приводом сжатия

используется простейшая схема (рис. 4.28): воздух поступает в пневматическую

систему машины через вентиль

1, проходит через фильтр 2 и редукционный

клапан

3, далее через лубрикатор 4 поступает в электропневматический клапан

5. При отключенной катушке управления клапана рабочий воздух заперт, и

мембранный привод

6 под упругим действием мембраны разжимает электроды.

При подаче напряжения на управляющую катушку клапана он переключается и

подаёт воздух в верхнюю полость привода

6, происходит сжатие сварочных

электродов.

Рис. 4.28. Простейшая схема пневматического привода сжатия, применяемая в

подвесных клещах

В стационарных контактных точечных машинах применяют схемы при-

водов, содержащие трёхкамерные пневмоцилиндры (рис. 4.29).

130

Такой привод включает в себя силовой пневмоцилиндр 11, рабочий пор-

шень

14, дополнительный поршень 13 с регулировочной гайкой 12, направ-

ляющее устройство

16, упругий элемент 15, пневмораспределители с электроп-

невматическим управлением (электропневматические клапаны)

7 и 20, выхлоп-

ной клапан

17, дроссели 9 и 19 с обратными клапанами 10 и 18, редукционный

клапан

3, фильтр-влагоотделитель 2, маслораспылитель 5, сетевой ресивер 22,

промежуточный ресивер

21, манометры 1 и 4, трёхходовой кран 8 и вентиль 23.

С помощью крана

8 воздух с нередуцированным давлением подаётся в

верхнюю камеру пневмоцилиндра, благодаря чему дополнительный поршень

13 прижимается вниз и уменьшает размер центральной рабочей камеры. Поло-

жение поршня

13 и рабочий ход привода можно регулировать с помощью гайки

12. При переключении трёхходового крана 8 происходит снятие давления в

верхней камере, и привод получает возможность переключаться на дополни-

тельный ход. Это используется при установке деталей и приспособлений, заме-

не и зачистке электродов.

Для изменения усилия в процессе сварки по любой требуемой программе

применяются следящие пневматические приводы с аналоговым электропневма-

тическим управлением (рис. 4.30). Привод включает в

себя пневмоцилиндр 3 с

постоянным подпором, электропневматический преобразователь

1, датчик уси-

лия на электродах

4, редукционный клапан давления подпора 5 и клапан вклю-

чения дополнительного хода привода 6. Программирование усилий и управле-

ние машиной производится посредством микропроцессорного блока 2.

12 345

Рис. 4.29. Принципиальная схема пневматического привода сжатия