Пути повышения эффективности функционирования магнитно - импульсных установок модульного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.983.044.7.001.24

В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., проректор,

(4872)35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Е. Киреева, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32,

[email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК МОДУЛЬНОГО ТИПА

Представлены результаты обоснования выбора временного интервала для включения очередного блока конденсаторных батарей при неодновременном разряде магнитно-импульсной установки модульного типа для снижения энергетических затрат технологических операций.

Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заготовка, обжим, маг-нитно-импульснаяустановка модульного типа.

В настоящее время наметилась тенденция создания магнитно-импульсных установок модульного типа, каждый модуль которых представляет собой блок из параллельно подключенных конденсаторов, которые через разрядник соединяются с общей шиной магнитно-импульсной установки, подключенной к индуктору. Такая конструкция установки позволяет, варьируя количество модулей, изменять энергоемкость установки в довольно широких пределах и осуществлять неодновременное подключение модулей в разрядную цепь.

В связи с этим на базе разработанной математической модели [1] была проведена серия численных экспериментов по исследованию влияния неодновременного включения блоков конденсаторных батарей на эффек-

тивность процесса обжима трубчатых заготовок из алюминиевого сплава АМг2М диаметром 27, 57, 87 мм, толщиной 1,2 мм одновитковым, четы-рехвитковым цилиндрическим индуктором-концентратором [1].

При математическом моделировании принималось, что магнитно-импульсная установка имеет следующие характеристики:

суммарная ёмкость конденсаторных батарей С =1120 мкФ; собственная частота / = 15923 Гц; индуктивность Ь = 0,0917 мкГн; сопротивление Я = 9,6 мОм.

Принималось, что установка состоит их трех блоков конденсаторных батарей одинаковой энергоемкостью, которые могут разряжаться в различные моменты времени.

Напряжение заряда установки было выбрано таким образом, чтобы при одновременном разряде конденсаторных батарей заготовка деформировалась до постоянной степени деформации (8 %).

Рассмотрим подробно анализ подключения конденсаторных батарей при обжиме одновитковым индуктором заготовки диаметром 27 мм.

В начале рассматривался вариант, когда все блоки конденсаторной батареи включались одновременно. Характерные графики силы тока, скорости и ускорения заготовки представлены на рис. 1, при этом деформация составляла 8 %.

На втором этапе рассматривался вариант подключения одновременно двух блоков конденсаторных батарей через промежуток времени равный 20 мкс, после начала разряда первого блока, что соответствовало моменту времени максимума скорости при одновременном разряде трех блоков конденсаторов, при этом деформация составила 6,6 %. На третьем этапе рассматривался вариант подключения одновременно двух блоков конденсаторных батарей через промежуток времени, равный 10 мкс, после начала разряда первого блока, что соответствовало моменту времени максима ускорения при одновременном разряде трех блоков конденсаторов, при этом деформация составила 9,7 %. На четвертом этапе рассматривалось одновременное включение двух блоков конденсатора в момент времени, равный 5 мкс, после разряда первого блока. В этом случае деформация составила 9,8 %. На пятом этапе рассматривался вариант, когда первый конденсатор включали в начальный момент времени, второй - в момент времени, равный 5 мкс, а третий - в момент времени, равный 10 мкс, деформация составила 11,3 %. На шестом этапе рассматривался вариант, когда первый конденсатор включали в начальный момент времени, а второй во время, равное 7,5 мкс, третий - в момент времени, равный 10 мкс, деформация составила 10,7 %.

О 10 20 30 ^мкс

в

Рис.1. Зависимости силы тока (а), скорости (б) и ускорения (в) заготовки от времени при обжиме одновитковым индуктором заготовки диаметром 27мм на установке с параметрами второго разрядного контура

Остальные варианты подключения блоков конденсаторных батарей показали меньшие значения относительной деформации по сравнению с вариантом, когда первый конденсатор включали в начальный момент времени, второй - в момент времени равный 5 мкс, а третий - в момент времени, равный 10 мкс.

Аналогичная картина наблюдалась для всех типов индукторов и диаметров заготовки.

Из (рис. 2) следует, что максимум ускорения после включения одного блока конденсаторов реализуется как раз в момент, соответствующий 5 мкс. Если в этот момент времени подключить второй блок конденсато-

ров, то максимальное ускорение в этом случае будет соответствовать моменту времени 10 мкс (рис. 3). Поэтому включение третьего блока конденсаторов в этот момент времени приводит к наилучшему результату (рис. 4).

Рис. 2. Зависимость силы тока (а) и ускорения заготовки (б) от времени при обжиме одновитковым индуктором заготовки диаметром 27мм контура при включении одного конденсаторного блока

Рис.3. Зависимость силы тока (а) и ускорения заготовки (б) от времени при обжиме одновитковым индуктором заготовки диаметром 27мм при включении первого конденсаторного блока в начальный момент времени, а второго - через 5 мкс

Рис. 4. Зависимость силы тока (а) и ускорения заготовки (б) от времени при обжиме одновитковым индуктором заготовки диаметром 27мм при включении первого конденсаторного блока в начальный момент времени, второго - через 5 мкс, третьего - через 10 мкс

Таким образом, очевидно, что для достижения наибольшей деформации заготовки необходимо производить очередное подключение блока конденсаторных батарей в разрядную цепь магнитно-импульсной установки в момент времени, когда ускорение заготовки достигает максимального значения.

Список литературы

1. Кухарь В. Д., Желтков В.И., Киреева А.Е. Влияние формы спирали индуктора на процесс обжима трубчатых заготовок // Вестник ТулГУ. Сер. Актуальные вопросы механики. Вып.5. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. С. 28 - 33.

V.D. Kuchar, A.E. Kireeva

MEANS OF IMPROVEMENT OF THE MAGNETIC-PULSE SYSTEMS MODULAR

TYPE

The results justify the selection of the time interval to enable the next block at different times of capacitor banks discharge magnetic pulse installation of modular type to reduce the energy costs of technological operations are presented.

Key words: inductor, the mathematical model, preparation, crimping, magnetic pulse installation of modular type.

Получено 16.09.11