Пристрій для індукційного розпресовування деталей

Пристрій для індукційного розпресовування циліндричних деталей, який включає індуктор, з'єднаний із джерелом живлення, який відрізняється тим, що має розміщену у внутрішній порожнині індуктора знімну секціоновану вимірювальну обмотку з додатковими виводами, виконану у вигляді соленоїда для розміщення на зовнішній поверхні деталі, що нагрівається, а крок намотування індуктора вибраний з умови рівності електрорушійних сил, наведених у секціях вимірювальної обмотки. Винахід належить до пристроїв індукційного нагрівання деталей і може бути використаний при розпресовуванні з'єднань, виконаних посадкою з натягом. Відомий пристрій для теплового збирання й розбирання деталей, що містить змонтовані на станині кільцевий індукційний нагрівач із магнітопроводами, механізм замикання магнітопроводів, а також механізм центрування, що має закріплений на станині кільцевий корпус [патент SU МПК 8 В23 Р19/02 №556023, 30.04.77]. Недолік пристрою полягає в його складній конструкції, обумовленій використанням індукційного нагрівача з магнітопроводами, механізму замикання магнітопроводів, а також механізму центрування з кільцевим корпусом. Пристрій не містить елементів, що контролюють рівномірність нагрівання бандажа. Внаслідок чого можливе нагрівання його окремих локальних зон, що призводить до збільшення потужності джерела живлення, необхідної для реалізації технологічної операції. Найбільш близьким технічним рішенням є пристрій для індукційного розпресовування циліндричних деталей (втулки і валу), з'єднаних посадкою з натягом, виконаних з однорідних електроп ровідних матеріалів, що містить з'єднаний із джерелом живлення знімний індуктор з рівномірним кроком намотування, виконаний у вигляді соленоїда, що охоплює втулку рівної з ним довжини [Випанасенко Н.С. Індукційне нагрівання циліндричних з'єднань деталей при їхньому демонтажі //Гірнича електромеханіка та автоматика. Збірник наукових праць НГУ. 2006. - с.129-135]. Недолік пристрою полягає в тому, що при рівномірному кроці намотування індуктора по всій його довжині (в окремому випадку при суцільному намотуванні) внаслідок виникаючих при нагріванні втулки кінцевої довжини крайових ефектів, розподіл джерел тепла в поверхневому шарі втулки уздовж її довжини нерівномірно. Нерівномірність розподілу джерел тепла в поверхневому шарі тонкостінної втулки призводить до нерівномірного нагрівання внутрішньої поверхні втулки уздовж її довжини. Ліквідація натягу посадки з'єднання втулки з валом і створення необхідного для розпресовування деталей зазору відбувається при досягненні у всіх точках поверхні сполучення деталей необхідної різниці температур ∆tT між температурою внутрішньої поверхні втулки й температурою поверхні валу. При нерівномірному нагріванні вну (19) UA (11) 94621 (13) C2 (21) a200902585 (22) 23.03.2009 (24) 25.05.2011 (46) 25.05.2011, Бюл.№ 10, 2011 р. (72) ПІВНЯК ГЕННАДІЙ ГРИГОРОВИЧ, ДРЕШПАК НАТАЛІЯ СТАНІСЛАВІВНА (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ" (56) US 4506131; 19.03.1985 SU 400061; 03.10.1973 SU 1504266 A1; 30.08.1989 US 5059762; 22.10.1991 RU 2256303 C2; 10.07.2005 SU 1343566 A1; 07.10.1987 RU 2121420 C1; 10.11.1998 SU 1152096 A; 23.04.1985 3 трішньої поверхні втулки необхідні значення ∆tT у різних точках поверхні сполучення деталей досягаються неодночасно. Запізнювання в досягненні необхідних значень ∆tT в окремих зонах нагрівання призводить до того, що в інших зонах з випереджальними темпами нагрівання досягнутий рівень різниці температур ∆t перевищує необхідне значення ∆tT, тобто відбувається перегрів цих зон. В результаті такого нагрівання ліквідація натягу посадки і розпресовування деталей відбувається в режимі перегріву окремих зон з'єднаних деталей. Додаткове підвищення різниці температур у цих зонах досягається при підвищеному споживанні потужності від джерела живлення установки. При цьому номінальна потужність джерела живлення, необхідного для реалізації процесу розпресовування, зростає. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення пристрою для розпресовування деталей, в якому шляхом включення нових елементів, використання особливостей їхнього конструктивного виконання, а також взаємного розташування досягається вирівнювання електромагнітного поля індуктора й, за рахунок цього, забезпечується зниження номінальної потужності джерела живлення, що сприяє зниженню його вартості. Задача вирішується тим, що відомий пристрій для індукційного розпресовування циліндричних деталей, який включає індуктор, з'єднаний із джерелом живлення, згідно в винаходом, має розміщену у внутрішній порожнині індуктора знімну секціоновану вимірювальну обмотку з додатковими виводами, виконану у вигляді соленоїда для розміщення на зовнішній поверхні деталі, що нагрівається, а крок намотування індуктора обраний з умови рівності електрорушійних сил, наведених у секціях вимірювальної обмотки. На фіг. 1 наведена схема запропонованого пристрою. Пристрій складається зі знімного індуктора 1, з'єднаного із джерелом живлення 2, що забезпечує протікання в індукторі 1 змінного синусоїдального струму. Індуктор 1 виконаний у вигляді соленоїда, у внутрішній порожнині якого розташована втулка 3, посаджена на вал 4 посадкою з натягом. По всій довжині втулки 3 на її поверхні розташована знімна секціонована вимірювальна обмотка 5 у вигляді соленоїда з виводами a, d, що має суцільне намотування і додаткові виводи b, с для виміру електрорушійних сил, наведених у кожній секції, за допомогою вольтметра 6, що має виводи e, f. Кожна з послідовно включених секцій обмотки 5 має однакову кількість витків W тонкого ізольованого дроту. На поверхні втулки розташовують декілька (n) секцій рівної довжини L (на рисунку показані три секції - 7, 8, 9). Індуктор 1 і втулка 3 мають однакову довжину. Це обумовлено тим, що у більшості конструктивних рішень, які використовують розглянуте з'єднання втулки 3 з валом 4, втулка 3 виконує роль бурту або бандажа, і тому в безпосередній близькості від неї можуть розміщуватися інші конструктивні елементи, які перешкоджають збільшенню розмірів індуктора 1. У роботі пристрою виділяють два етапи. На першому етапі забезпечують однозначний зв'язок 94621 4 між кроком намотування індуктора 1 на ділянках, що збігаються з розташуванням секцій вимірювальної обмотки, і значеннями ЭРС, що наводяться в цих секціях. Другий етап пов'язаний з нагріванням втулки 3. Перший етап виконують у наступній послідовності. Розташовують витки індуктора 1, виконаного гнучким дротом, рівномірно по всій його довжині. При цьому забезпечується однаковий крок намотування індуктора 1 на всіх його ділянках, що збігаються з розташуванням рівних по довжині (L) секцій вимірювальної обмотки 5. Крок намотування індуктора на і-ій ділянці дорівнює L/W i, де W i кількість витків індуктора на і-ій ділянці (і=1........n). Таким чином, W 1=W 2=...=Wi=...=W n. Підключають індуктор 1 до джерела живлення 2. По обмотці індуктора 1 протікає змінний синусоїдальний струм, що наводить електрорушійні сили (ЭРС) у поверхневому шарі втулки 3 і в секціях вимірювальної обмотки 5. За допомогою вольтметра 6, підключаючись виводами e, f до виводів секцій вимірювальної обмотки 5 (а, b потім b, с потім c, d) вимірюють значення ЭРС (eі) кожної секції. Значення наведених ЭРС (eі) однозначно пов'язані з напруженостями електричного і магнітного полів, що діють на поверхні втулки 3 у відповідних зонах розташування секцій вимірювальної обмотки. Так, наприклад, напруженість електричного поля в зоні і-ої секцій Ei знаходять, користуючись залежністю: Ei=eі/2RW, де R - зовнішній радіус втулки 3. Питомі (відносяться до одиниці площі поверхні втулки 3) значення активної поверхневої потужності в різних зонах індукційного нагрівання однозначно пов'язані зі значеннями напруженостей електричного поля у цих зонах Ei. Тому при рівномірному розподілі джерел тепла уздовж довжини втулки значення Ei і отже, ЭРС (eі) у всіх секціях вимірювальної обмотки 5 повинні бути однаковими: eі=e2=...=eі=...=en, (1) Таким чином, шляхом зміни кроків намотування індуктора 1 на його окремих ділянках, що відповідають розташуванню секцій вимірювальної обмотки 5, можна досягти рівності ЭРС у всіх секціях вимірювальної обмотки і забезпечити рівномірність розподілу джерел тепла. Процедуру зміни кроків намотування індуктора 1 на його окремих ділянках виконують у такий спосіб. Знаходять середнє значення ЭРС, наведених у секціях вимірювальної обмотки 1 і виміряних вольтметром 6: 1 n (2)  ei, n i1 Потім, змінюючи розташування витків індуктора 1, реалізують розрахункове значення кількості витків W ip на кожній ділянці індуктора 1, що збігається з розташуванням відповідної секції вимірювальної обмотки 5. Розрахункове значення W ip обчислюють по формулі: eср (3) Wip  Wi  , ei eср  5 Таким чином, якщо еср перевищує eі, та кількість витків W ip на ділянці індуктора 1, що відповідає розташуванню і-ой секції обмотки 5, збільшують. У противному випадку - зменшують. Причому зміну кількості витків здійснюють пропорційно відношенню еср/eі. У практиці така зміна відбувається завдяки переміщенню витків гнучкого дроту індуктора 1 з однієї ділянки, що характеризується їхньою надмірністю, на іншу ділянку, де кількість витків необхідно збільшити. Після завершення операції в загальному випадку одержимо W1p≠W 2p≠...≠Wip≠...≠W np. Це значить, що кроки намотування індуктора 1 на і-их його ділянках будуть різними (L/W ip). Індуктор 1 з нерівномірним кроком намотування підключають до джерела живлення 2. При правильному виконанні процедури зміни кроку намотування ЭРС, наведені в секціях вимірювальної обмотки 5, повинні бути рівними по величині, тобто повинна виконуватися умова (1). Збільшення числа секцій п вимірювальної обмотки 5 і, відповідно, ділянок індуктора 1, що мають нерівномірний крок намотування, призводить до більшого вирівнювання напруженостей полів, що діють на поверхні на поверхні втулки 3. Загальне число витків індуктора 1: n n i1 i1 W0   Wi   Wip . Його вибирають, виходячи з умови узгодження параметрів нагрівання з характеристиками джерела живлення 2. Перший етап роботи пристрою завершується відключенням індуктора 1 від джерела живлення 2 і зняттям вимірювальної обмотки 5 з поверхні втулки 3. Другий етап роботи пристрою передбачає індукційне нагрівання втулки 3 і розпресовування деталей. Для його реалізації індуктор 1 з нерівномірним кроком намотування підключають до джерела живлення 2. Під дією наведеної ЭРС у поверхневому шарі втулки 3, рівному глибині проникнення струму ∆, протікає змінний струм, що призводить до нагрівання втулки 3. За рахунок теплопровідності матеріалу втулки 3 відбувається 94621 6 нагрівання її внутрішніх шарів і, у наслідок цього, на межі з'єднання втулки 3 з валом 4 створюється різниця температур ∆t=t1-t2, де t1 - температура внутрішньої поверхні втулки 3, t2 - температура поверхні валу 4. В наслідок рівномірності розподілу джерел тепла уздовж довжини втулки 3, обумовленої зміною кроку намотування індуктора 1, значення температури t1 у всіх точках внутрішньої поверхні втулки 3 у процесі її нагрівання однакові. Температура t2 у всіх точках сполучення поверхні втулки 3 з поверхнею валу 4 також однакова. У такий спосіб забезпечується однакова різниця температур ∆t у всіх точках сполучення деталей. У процесі нагрівання втулки 3 значення ∆t зростає і досягає рівня ∆tT, необхідного для ліквідації натягу посадки і створення зазору між втулкою 3 і валом 4. Деталі роз'єднують. Важливо те, що необхідний для розпресовування деталей рівень різниці температур ∆t T виникає у всіх точках з'єднання втулки 3 з валом 4 одночасно. Це виключає перегрів окремих зон з'єднання деталей. Потужність, споживана від джерела живлення 2, знижується, що дозволяє застосовувати джерело живлення 2 меншої номінальні потужності. При багаторазовому розпресовуванні типових з'єднань деталей перший етап роботи пристрою, пов'язаної зі зміною кроку намотування індуктора 1, не підлягає багаторазовому повторенню (виконується один раз), що істотно спрощує процедуру розпресовування. Проведені в лабораторних умовах експериментальні дослідження процесу розпресовування деталей з використанням двох варіантів намотування індуктора 1: суцільним намотуванням і намотуванням зі зміненим кроком, значення якого пов'язане з ЭРС, що наводяться в секціях вимірювальної обмотки 5, свідчать про те, що в другому варіанті, що відображує сутність запропонованого винаходу, розпресовування здійснювалось при зниженні на 20 % потужності, споживаної джерелом живлення. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 94621 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601