Экспериментальная апробация электродинамической системы с прямым пропусканием тока для внешней рихтовки автомобильных кузовов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 318
А. Ю. Бондаренко, В. Б. Финкельштейн, А.А. Степанов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ПРЯМЫМ ПРОПУСКАНИЕМ ТОКА ДЛЯ ВНЕШНЕЙ РИХТОВКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ КУЗОВОВ
У статті представлені результати експериментальних досліджень електродинамічної системи з прямим пропусканням струму для зовнішньої рихтування автомобільних кузовів. Показано можливість визначення напрямку підвищення дієвості сил, що розвиваються, магнітно-імпульсного притягання. Продемонстрована працездатність запропонованого інструменту зовнішньої магнітно-імпульсної рихтування.
В статье представлены результаты экспериментальных исследований электродинамической системы с прямым пропусканием тока для внешней рихтовки автомобильных кузовов. Показана возможность определения направления повышения действенности развиваемых сил магнитно-импульсного притяжения. Продемонстрирована работоспособность предложенного инструмента внешней магнитно-импульсной рихтовки.
ВВЕДЕНИЕ Как показала практика, традиционная рихтовка с внутренней стороны металлического покрытия автомобильных кузовов зачастую невозможна по целому ряду причин [1].
В ряде случаев, когда требование сохранения защитного покрытия не является определяющим и допускается контакт с объектом обработки, можно использовать инструменты внешней рихтовки, представляющие собой электродинамические системы с & quot-прямым пропусканием тока& quot- через металл устраняемой вмятины. Отдельные предложения такого рода были описаны в работах [2].
Целью настоящей работы является освещение экспериментальных исследований одного из вариантов конструктивного исполнения инструмента силового магнитно-импульсного воздействия (индукторной системы), предназначенного для устранения повреждений в элементах автомобильных кузовов, корпусах из листовых металлов и др.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Модельный вариант инструмента внешней рихтовки вмятин в автомобильных кузовах — электродинамической системы & quot-с прямым пропусканием тока& quot- был апробирован при подключении к источнику мощности — магнитно-импульсной установке МИУ-20 через импульсный трансформатор, обеспечивающий в максимуме коэффициент трансформации по току 1:8. Данный источник мощности работает в импульсном режиме. Форма токового импульса, стандартная для магнитно-импульсной обработки металлов (МИОМ) [4], представляет собой экспоненциально затухающую синусоиду (рабочая частота ~5 кГц, снижение амплитуды до нуля, практически, за 1. 52 периода сигнала).
Схематическое изображение апробированной экспериментальной конструкции инструмента показано на рис. 1.
Токоподводы для подключения к магнитноимпульсной установке были изготовлены из медной шины толщиной — 3 мм, основной токопровод — стальная пластина толщиной — 5 мм и шириной в рабочей зоне составляла — 50 мм. Электрический контакт между листовой заготовкой и основным токопроводом -индуктором в рабочей зоне осуществлялся с помощью фиксирующих болтов.
К источнику мощности
болты
Рис. 1. Схематическое изображение экспериментальной электродинамической системы — инструмента внешней магнитно-импульсной рихтовки
ИЗМЕРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ
Предварительные измерения сил давления, необходимых для деформирования образца металлической обшивки автомобильного кузова (& quot-Кепаик"-, толщина ~0.8 мм) проводились по схеме, описанной авторами работы [5].
Измерения показали, что выдавливание вмятин с поперечным диаметром — 25 мм до глубины 1 мм,
2 мм и 3 мм происходит при амплитудах усилий 1000 Н, 1700 Н и 2700 Н, соответственно.
Обобщение полученных данных показывает, что для успешного деформирования экспериментальных образцов металлического покрытия автомобильных кузовов в достаточно широком, но реальном, диапазоне результатов и амплитуд силового воздействия, предложенный инструмент должен развивать усилия порядка ~ ^ & gt- 3000 Н.
ИЗМЕРЕНИЕ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Измерительный комплекс.
• Измерения проводились с помощью пояса Рогов-ского, представляющего собой катушку индуктивности, охватывающую проводник с измеряемым током (листовая заготовка с вмятиной).
• Основная характеристика пояса — его, так называемая, постоянная (позволяет пересчитывать э.д.с., индуцируемую в витках пояса, в реальный ток, протекающий по проводнику) — О = 13 кА/В[4].
© А. Ю. Бондаренко, В. Б. Финкельштейн, А.А. Степанов
• Пояс Роговского через интегрирующую цепочку (интегратор) подключается к импульсному осциллографу. Схема измерения показана на рис. 2.
• По осциллограммам на экране осциллографа измерялась э. д.с. в цепи пояса, после чего с помощью постоянной — О определялся ток в металле листовой заготовки.
/
л 15 20 /^25 30
V У

1-Ю.
Рис. 2. Схема измерения
Результаты измерений, обсуждение, вывод.
• Измерения проводились в рабочем режиме магнитно-импульсной установки с минимальным рабочим напряжением на емкостном накопителе — и = 5.5 кВ.
• Типичная осциллограмма токового импульса в разряде приведена на рис. 3.
Рис. 3. Типичная осциллограмма импульса тока в проводящих элементах инструмента рихтовки
• Параметры токовых импульсов измерялись в элементах системы согласно рис. 1: /г — суммарный ток в токоподводе к индукторной системе и /т — ток в основном токопроводе.
• Распределение тока, протекающего в металле листового металла с вмятиной, определялось согласно рис. 4 по участкам: /ь 12,/3 соответственно.
• Результаты измерений: ^ =169 кА- 1 т = 133 кА- /1=32,5 кА- /2=14,3 кА- /3=7,8 кА.
• Суммарный ток в токоподводе — = /т + / = = 165,5 кА ~ 169 кА (разница в значениях определяется погрешностью измерений).
• Суммарный ток в заготовке -/ = 2/2 + /3 = = 29,9 кА ~ 32,5 кА (разница в значениях определяется погрешностью измерений).
• Предыдущие два пункта характеризуют уровень достоверности результатов измерений, то есть, относительную погрешность, которая, как показывают оценки, не превышала ~8%.
• Суммарный ток в заготовке по отношению к суммарному току в токоподводе будет равен:
/1//ё = 32,5/169 и 19,2%.
• Отношение токов в заготовке и в основном токо-проводе составляет:
/х1/т = 32,5/133 и 24,4%.
Рис. 4. Схема измерения токораспределения в листовом металле с вмятиной
Данный результат показывает, что эквивалентное сопротивление заготовки приблизительно в 4 раза больше сопротивления основного токопровода, следовательно, если для уравнивания токов в основном токопроводе и заготовке включить их последовательно, то суммарное сопротивление индукторной системы возрастёт минимум в 5 раз, что приведёт к уменьшению суммарного тока в токопроводе соответственно в 5 раз.
• Отношение токов во вмятине и в заготовке —
/3//1 = 7,8/32,5 и 24%.
Этот результат показывает, что основная часть тока, протекающего в заготовке сосредоточена вне вмятины, что объясняется влиянием известного & quot-эффекта близости& quot-, обусловленного достаточно большими поперечными размерами основного токопровода.
• Отношение токов во вмятине и основном токо-проводе равно:
/з//т = 7,8/133 И 5,8%.
Этот показатель характеризует эффективность преобразования энергии в исследованной индукторной системе (его величина согласуется с аналогами для традиционной МИОМ!).
• Проведенные измерения проиллюстрировали электродинамические процессы. Полученные результаты освещают возможные направления по повышению эффективности магнитно-импульсного подхода к реализации заданной производственной операции. В частности, уменьшение ширины основного токопро-вода до размера, существенно меньшего внешнего диаметра вмятины.
СИЛОВАЯ АПРОБАЦИЯ ИНСТРУМЕНТА
Практической апробации подвергалась конструкция с основным токопроводом — плоским проводником, у которого ширина рабочей зоны (центральная часть), согласно выводам по результатам измерений электродинамических показателей, была уменьшена до ~5мм. Диапазон рабочих напряжений на емкостном накопителе составлял: ~5,57, 5кВ.
Силовому воздействию подвергалась вмятина с глубиной по центру ~3 мм и внешним диаметром 25 мм в стальном листе толщиной ~0,8 мм (образец металлического покрытия а/м & quot-Кепаик"-).
Проведенные эксперименты показали принципиальную практическую действенность магнитноимпульсного притяжения. После 5-кратного повторения силового воздействия диаметр вмятины уменьшился до 18 мм, глубина по центру — до -1. 52 мм.
Следует отметить, что в центральной части вмятины отмечен достаточно заметный нагрев по сравнению с периферийными областями. Распределение Ленц-Джоулевого тепловыделения свидетельствует
о концентрации тока, именно, в зоне рихтованной вмятины.
ВЫВОДЫ
1. Для внешней рихтовки вмятин в металлических покрытиях автомобильных кузовов в качестве инструмента предложена и экспериментально апробирована электродинамическая система, принцип действия которой основан на силовом взаимодействии однонаправленных больших токов.
2. Проведенные измерения электродинамических характеристик позволили указать направление повышения действенности развиваемых сил магнитноимпульсного притяжения.
3. Исследованная экспериментальная модель с прямым пропусканием тока, реально продемонстрировала принципиальную работоспособность предложенного инструмента внешней магнитно-импульсной рихтовки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бажинов А. В., Батыгин Ю. В., Чаплыгин Е. А. Использование энергии импульсных магнитных полей в автомобильной промышленности // Сб. научных трудов Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. -Харьков. — 2005. — № 16. — С. 349−353.
2. Батыгин Ю. В., Лавинский В. И., Хименко Л. Т. Физические основы возможных направлений развития магнитноимпульсной обработки тонкостенных металлов // Електротехніка і електромеханіка. — 2004. — № 2. — С. 80−84.
3. Батыгин Ю. В., Лавинский В. И., Хименко Л. Т. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Т.1. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Издание второе, перераб. и доп. Под общ. ред. д.т.н., проф. Батыгина Ю. В. — Харьков: изд-во МОСТ-Торнадо, 2003. — 284 с.
4. Хавин В. Л., Чаплыгин Е. А., Шиндерук С. А. Экспериментальное исследование механических процессов при образовании и удалении лунок в стальных пластинах, имитирующих кузовное покрытие автомобиля // Автомобиль и электроника. Современные технологии. — Харьков: ХНАДУ, 2013. — № 4. — С. 129−134.
REFERENCES: 1. Bazhinov A.V., Batygin Yu.V., Chaplygin E.A. Ispol'-zovanie energii impul'-snykh magnitnykh polei v avtomobil'-noi promyshlennosti [Using the energy of pulsed magnetic fields in the automotive industry]. Sbornik nauchnykh trudov Khar'-kovskogo natsional'-nogo avtomobil'-no-dorozhnogo universiteta [Collection of scientific works of Kharkov National Automobile and Highway University], 2005, vol. 16, pp. 349−353. 2. Batygin Yu.V., Lavinsky V.I., Khi-menko L.T. The physical bases of the magnetic fields energy technological applications for the thin-walled metal working. Elektrotekhnika i elektromekhanika — Electrical engineering & amp- electromechanics, 2004, no. 2, pp. 80−84. 3. Batygin Yu.V., Lavinsky V.I., Khimenko L.T. Im-pul'-snye magnitnye polia dlia progressivnykh tekhnologii. Tom 1. Im-pul'-snye magnitnye polia dlia progressivnykh tekhnologii [Pulsed magnetic fields for advanced technologies. Vol.1. Pulsed magnetic fields for advanced technologies]. Kharkiv, МОST-Tоrnаdо Publ., 2003. 284 p. 4. Havin V.L., Chaplygin ЕА., Shinderuk S.A. Eksperimental'-noe issle-dovanie mekhanicheskikh protsessov pri obrazovanii i udalenii lunok v stal'-nykh plastinakh, imitiruiushchikh kuzovnoe pokrytie avtomobilia [Experimental researches of mechanical processes formation and removal of hole in a steel sheet simulates the car body]. Avtomobil i elek-tronika. Sovremennye tehnologii. — Vehicle and Electronics. Innovative Technologies, 2013, no. 4, pp. 129−134. Available at:
http: //www. khadi. kharkov. ua/index. php? id=2118 (Accessed 27 March 2014).
Поступила (received) 27. 03. 2014
Бондаренко Александр Юрьевич1, к.т.н., доц. ,
Финкельштейн Владимир Борисович2, д.т.н., проф., Степанов Александр Александрович3, к. ф-м.н., доц. ,
1 Национальный технический университет & quot-Харьковский политехнический институт& quot-,
61 002, Харьков, ул. Фрунзе, 21,
тел/phone +38 057 7 076 052, e-mail: kafedraIEF@gmail. com,
2 Харьковский национальный университет городского хозяйства им. A. K Бекетова,
61 002, Харьков, ул. Маршала Бажанова, 17, тел/phone +38 057 7 073 316,
e-mail: barbashova1987@gmail. com,
3 Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет,
61 002, Харьков, ул. Петровского, 25,
тел/phone +38 057 7 073 727, e-mail: aas_1945@mail. ru
A. Yu. Bondarenko1, V.B. Finkelshtein2, A.A. Stepanov3
1 National Technical University & quot-Kharkiv Polytechnic Institute& quot-
21, Frunze Str., Kharkiv, 61 002, Ukraine
2 O.M. Beketov Kharkiv National University of Municipal Economy 17, Marshala Bazhanova Str., Kharkiv, 61 002, Ukraine
3 Kharkiv National Automobile and Highway University 25, Petrovskogo Str., Kharkiv, 61 002, Ukraine Experimental approbation of an electrodynamic direct electric system for external automobile body repair.
The article presents results of experimental research on an electrodynamic system with direct current flow for external automobile body repair. A possibility of specifying the direction of increasing magnetic pulse attraction force action efficiency is shown. Operability of the external magnetic pulse flattening tool introduced is shown.
Key words — external automobile body repair straightening, direct current flow, magnetic pulse attraction.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой