Установка для обработки порошковых материалов высоковольтным электрическим разрядом

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ(72) Авторы Белявин Климентий Евгенье(22) 2005.08.16 вич Минько Дмитрий Вацлавович(71) Заявитель ГУ Научно-исследовательКузнечик Олег Ольгердович Решетниский и конструкторско-технологичеков Николай Вячеславовичский институт сварки и защитных (73) Патентообладатель ГУ Научно-исследопокрытий с опытным производством вательский и конструкторско-техноло гический институт сварки и защитных покрытий с опытным производством(57) Установка для обработки порошковых материалов высоковольтным электрическим разрядом, включающая технологический блок, снабженный электродами-пуансонами и матрицей с порошковым материалом, который находится между электродами-пуансонами,расположенные вне технологического блока делитель напряжения, индукционный датчик,подключенное к их выходам запоминающее устройство визуального отображения электрических сигналов, а также батарею конденсаторов, батарею разрядников, подключенный к ним пульт управления, выпрямитель, повышающий трансформатор и устройство нагружения, соединенное штоками с электродами-пуансонами, к которым с помощью токопроводящих шин, проходящих через батарею разрядников, батарею конденсаторов и выпрямитель, подключен выход повышающего трансформатора, отличающаяся тем, что вход делителя напряжения подключен к шине, проходящей через датчик тока и соединяющей батарею конденсаторов с батареей разрядников, содержит закрепленные на штоках датчики перемещения и нагружения, включенный в электрическую сеть силовой источник переменного тока, подключенный к входу повышающего трансформатора, разъединитель,снабженный таймером и включенный между выпрямителем и батареей конденсаторов,26222006.04.30 программируемый регулятор электрических сигналов, подключенный к входам управления силовым источником переменного тока, таймером, пультом управления и устройством нагружения, программируемый стабилизатор напряжения, программируемый анализатор сравнения электрических сигналов, входы которого подключены к программируемому стабилизатору напряжения, датчикам тока, нагружения, перемещения и выходу делителя напряжения, а выходы - к программируемому регулятору электрических сигналов, управляющую электронно-вычислительную машину (УЭВМ), содержащую многоканальный аналого-цифровой преобразователь, к которому подключены выходы делителя напряжения и датчиков тока, перемещения и нагружения, причем выходы управления УЭВМ соединены с входами программируемого регулятора электрических сигналов, программируемого анализатора сравнения электрических сигналов, программируемого стабилизатора напряжения и запоминающего устройства визуального отображения электрических сигналов.(56) 1. Белявин К.Е., Мазюк В.В., Минько Д.В., Шелег В.К. Теория и практика электроимпульсного спекания пористых порошковых материалов. - Мн. ООО Ремико, 1997. - С. 86, 87. 2. Белявин К.Е., Мазюк В.В., Минько Д.В., Шелег В.К. Теория и практика электроимпульсного спекания пористых порошковых материалов. - Мн. ООО Ремико, 1997. - С. 83-85. Заявляемая полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к промышленным установкам, предназначенным для электроимпульсной обработки порошковых материалов. Известна установка для обработки порошковых материалов высоковольтным электрическим разрядом 1, включающая технологический блок, снабженный электродамипуансонами и матрицей с порошковым материалом, который находится между электродамипуансонами, расположенные вне технологического блока источник постоянного напряжения, батарею конденсаторов, разрядник и устройство нагружения, соединенное штоками с электродами-пуансонами, к которым с помощью токопроводящих шин, проходящих через разрядник, батарею конденсаторов, подключен источник постоянного напряжения. Известная установка позволяет пропускать импульсный ток высоковольтного электрического разряда через порошковый материал. При этом конструкция известной установки не способна вырабатывать серию высоковольтных разрядов, автоматически регулировать начальное напряжение разряда, емкость конденсаторной батареи и нагружение электродовпуансонов. Известная установка не позволяет измерять напряжение, силу и длительность импульсного тока, величину нагружения и высоту порошкового материала в процессе электроимпульсной обработки, а также автоматически выключать разрядник в зависимости от этих параметров. Отсутствие в конструкции известной установки возможности автоматического выключения разрядника приводит к необходимости, в зависимости от технологических режимов, подбирать источники постоянного напряжения и конденсаторные батареи с требуемыми номиналами напряжения и емкости, а также устанавливать определенную величину нагружения электродов-пуансонов. Все это делает процесс электроимпульсной обработки порошковых материалов трудоемким. Также в известной установке источник постоянного напряжения в момент высоковольтного разряда работает в режиме короткого замыкания, что уменьшает его долговечность. Отсутствие в конструкции известного устройства регуляторов, регулирующих напряжение, емкость и величину нагружения, может приводить к отклонениям от расчетных величин, напряжения,силы, нагружения и длительности тока, при которых возможно снижение качества электроимпульсной обработки порошковых материалов. 2 26222006.04.30 По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка 2, включающая технологический блок, снабженный электродами-пуансонами и матрицей с порошковым материалом, который находится между электродами-пуансонами, расположенные вне технологического блока делитель напряжения, индукционный датчик, подключенное к их выходам запоминающее устройство визуального отображения электрических сигналов, а также батарею конденсаторов, батарею разрядников, подключенный к ним пульт управления, выпрямитель, повышающий трансформатор и устройство нагружения, соединенное штоками с электродами-пуансонами, к которым с помощью токопроводящих шин, проходящих через батарею разрядников, батарею конденсаторов и выпрямитель, подключен выход повышающего трансформатора,причем вход делителя напряжения подключен к шине, проходящей через индукционный датчик и соединяющей электроды-пуансоны с батареей разрядников. Известная установка позволяет пропускать через порошковый материал высоковольтный разряд или серию высоковольтных разрядов, регистрируя при этом их напряжение, силу тока и длительность. При этом конструкция известной установки обеспечивает выключение определенной группы разрядников, что позволяет автоматически изменять емкость электрического разряда. Однако в известной установке отсутствует возможность автоматического регулирования усилия нагружения электродов-пуансонов и величины начального напряжения разряда. Конструкция известной установки не обеспечивает возможности измерения величины нагружения, высоты порошкового материала, а также автоматически выключать разрядники в зависимости от этих параметров. Это приводит к необходимости, в зависимости от технологических режимов, подбирать к известной установке силовые источники переменного тока или повышающие трансформаторы с требуемым коэффициентом трансформации, а также устанавливать определенную величину нагружения электродовпуансонов, что делает процесс электроимпульсной обработки порошковых материалов трудоемким. Также в известной установке повышающий трансформатор и выпрямитель в момент высоковольтного разряда работают в режиме короткого замыкания, что уменьшает их долговечность. Отсутствие в конструкции известного устройства регуляторов, регулирующих величину нагружения, емкость и напряжение, может приводить к отклонениям от расчетных величин напряжения, нагружения, силы и длительности тока, при которых возможно снижение качества электроимпульсной обработки порошковых материалов. Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в разработке конструкции установки, обеспечивающей увеличение долговечности ее силового источника переменного тока, повышающего трансформатора и выпрямителя, а также позволяющей снизить трудоемкость и повысить качество электроимпульсной обработки порошковых материалов. Технический результат достигается тем, что установка для обработки порошковых материалов высоковольтным электрическим разрядом, включающая технологический блок,снабженный электродами-пуансонами и матрицей с порошковым материалом, который находится между электродами-пуансонами, расположенные вне технологического блока делитель напряжения, индукционный датчик, подключенное к их выходам запоминающее устройство визуального отображения электрических сигналов, а также батарею конденсаторов,батарею разрядников, подключенный к ним пульт управления, выпрямитель, повышающий трансформатор и устройство нагружения, соединенное штоками с электродамипуансонами, к которым с помощью токопроводящих шин, проходящих через батарею разрядников, батарею конденсаторов и выпрямитель, подключен выход повышающего трансформатора, содержит закрепленные на штоках датчики перемещения и нагружения,вход делителя напряжения, подключенный к шине, проходящей через датчик тока и соединяющей батарею конденсаторов с батареей разрядников, включенный в электрическую сеть силовой источник переменного тока, подключенный к входу повышающего трансформатора, разъединитель, снабженный таймером и включенный между выпрямителем и 3 26222006.04.30 батареей конденсаторов, программируемый регулятор электрических сигналов, подключенный к входам управления силовым источником переменного тока, таймером, пультом и устройством нагружения, программируемый стабилизатор напряжения, программируемый анализатор сравнения электрических сигналов, входы которого подключены к программируемому стабилизатору напряжения, датчикам тока, нагружения, перемещения и выходу делителя напряжения, а выходы - к программируемому регулятору электрических сигналов,управляющую электронно-вычислительную машину (УЭВМ), содержащую многоканальный аналого-цифровой преобразователь, к которому подключены выходы делителя напряжения и датчиков тока, нагружения и перемещения, причем выходы управления УЭВМ соединены с входами программируемого регулятора электрических сигналов, программируемого анализатора сравнения электрических сигналов, программируемого стабилизатора напряжения и устройства визуального отображения электрических сигналов. На фигуре представлена блок-схема заявляемой установки. Установка содержит следующие конструктивные элементы технологический блок 1,содержащий диэлектрическую матрицу с порошковым материалом и электроды-пуансоны,причем порошковый материал находится между электродами пуансонами, батарею разрядников 2, батарею конденсаторов 3, разъединитель 4, выпрямитель 5, повышающий трансформатор 6, силовой источник переменного тока 7, таймер 8, пульт управления 9, делитель напряжения 10, датчик тока 11, устройство нагружения 12, датчик перемещения 13, датчик нагружения 14, программируемый регулятор электрических сигналов 15, программируемый анализатор сравнения электрических сигналов 16, программируемый стабилизатор напряжения 17, запоминающее устройство визуального отображения электрических сигналов 18, управляющую электронно-вычислительную машину (УЭВМ) 19. Конструктивные элементы установки связаны между собой следующим образом. Электроды - пуансоны технологического блока 1 с помощью токопроводящих шин через разрядники батареи 2, конденсаторы батареи 3, разъединитель 4, выпрямитель 5, повышающий трансформатор 6 присоединены к выходу силового источника переменного тока 7. Причем вход управления разъединителем 4 соединен с выходом таймера 8, а вход управления разрядниками батареи 2 соединен с выходом пульта управления 9. Вход делителя напряжения 10 присоединен к токопроводящей шине, проходящей через датчик тока 11 и соединяющей выход батареи конденсаторов 3 с входом батареи разрядников 2. Электроды-пуансоны технологического блока 1 с помощью штоков, на которых установлены датчик перемещения 13 и датчик нагружения 14, присоединены к устройству нагружения 12. Входы управления силовым источником переменного тока 7, таймером 8, пультом управления 9 и устройством нагружения 12 присоединены к соответствующим выходам программируемого регулятора электрических сигналов 15, аналоговые входы которого соединены с выходами программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16. Выходы программируемого стабилизатора напряжения 17 соединены с соответствующими аналоговыми входами программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16. Входы управления программируемым регулятором электрических сигналов 15,программируемым анализатором сравнения электрических сигналов 16, программируемым стабилизатором напряжения 17 и запоминающего устройства визуального отображения электрических сигналов 18 соединены с соответствующими выходами УЭВМ 19. При этом выходы делителя напряжения 10, выходы датчиков тока 11, перемещения 13 и нагружения 14 присоединены к соответствующим аналоговым входам программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16 и УЭВМ 19. Устройство работает следующим образом. 1. В УЭВМ 19 программным путем вводят установочные величины нагружения, напряжения, силы и длительности импульсного тока, начальной и конечной высоты порошкового материала, определяющие расчетный режим, время электроимпульсной обработки 4 26222006.04.30 множество функциональных зависимостей между входнымии выходнымисигналами типадля программируемого регулятора электрических сигналов 15,программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16, программируемого стабилизатора напряжения 17 множество функциональных зависимостей между входными сигналамии отрезками временитипадля программируемого регулятора электрических сигналов 15 программы сравнения установочных величин с измеряемыми величинами, программы выбора функциональных зависимостей для программируемого регулятора электрических сигналов 15, программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16. 2. С помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя УЭВМ 19 по программе измеряются выходные сигналы с делителя напряжения 10, индукционного датчика тока 11, датчиков перемещения 13 и нагружения 14 и сравниваются их с установочными величинами. Результаты сравнения УЭВМ 19 выводит на запоминающее устройство визуального отображения сигналов 18, и на их основе по программе выбирается подмножество функциональных зависимостейдля программируемого регулятора электрических сигналов 15 и подмножество функциональных зависимостейдля программируемого регулятора электрических сигналов 15, программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16, программируемого стабилизатора напряжения 17. 3. Через выходы управления УЭВМ 19 пересылает в программируемый регулятор электрических сигналов 15 - подмножества функциональных зависимостейи, программу их выбора в зависимости от величин входных сигналов в программируемый анализатор сравнения электрических сигналов 16 подмножества функциональных зависимостейи программу их выбора в зависимости от величин входных сигналов в программируемый стабилизатор напряжения 17 - данные об установочных величинах и подмножества функциональных зависимостей. 4. Программируемый анализатор сравнения электрических сигналов 16 - сравнивает сигналы, поступающие на его аналоговые входы с делителя напряжения 10, индукционного датчика тока 11, датчика перемещения 13, датчика нагружения 14 с выходными сигналами программируемого стабилизатора напряжений 17. Затем программируемый анализатор сравнения электрических сигналов 16 по программе с учетом функциональных зависимостейвырабатывает выходные сигналы. 5. Выходные сигналы программируемого анализатора сравнения электрических сигналов 16 поступают на аналоговые входы программируемого регулятора электрических сигналов 15, где с учетом функциональных зависимостейпо программе преобразуются в выходные аналоговые сигналы. Эти сигналы поступают на входы управления силовым источником переменного тока 7 и устройства нагружения 12. Пропорционально уровням сигналов на выходах силового источника переменного тока и устройства нагружения устанавливается входное напряжение для повышающего трансформатора 6 и нагрузка на электродах-пуансонах технологического блока 1. 6. Последовательное выполнение операции пунктов 1-5 происходит до тех пор, пока силовым источником переменного тока и устройством нагружения не будут заданы установочные величины нагружения и напряжения электрического разряда. 7. На входы таймера 8 и пульта управления 9 с соответствующих выходов программируемого регулятора электрических сигналов 15 начинают поступать в противофазе импульсно-периодические сигналы, период и напряжение которых задается по программе с учетом функциональных зависимостейи. Период этих сигналов состоит из длительностей импульса и паузы. Амплитуда импульсов, поступающих на вход управления пультом 9, определяет количество включаемых разрядников в батарее 2. При 5 26222006.04.30 этом импульсы разрешают включение разрядников батареи 2 и разъединителя 4 таким образом, что когда включается разъединитель 4, то отключаются разрядники батареи 2 и наоборот. 8. Последовательно выполняются пункты 1-7 до тех пор, пока не установится заданная программой конечная высота порошкового материала или не закончится установленное программой время электроимпульсной обработки порошкового материала. При этом уровни сигналов, поступающие на входы управления силовым источником переменного тока 7 и пультом управления 10, зависят от уровней сигналов делителя напряжения 10 и индукционного датчика тока 11. Таким образом, заявляемая установка за счет автоматической подстройки напряжения на выходе источника переменного тока 7, автоматической установки параметров электрического разряда и механического нагружения (подпрессовки) порошкового материала,автоматического отключения с помощью разрядников батареи 2 выхода батареи конденсаторов 3 от электродов-пуансонов при перемещении штоков устройства нагружения 12 на заданную величину, снижается трудоемкость и повышается качество электроимпульсной обработки порошковых материалов. Благодаря автоматическому отключению с помощью разъединителя 4 перед каждым электрическим разрядом повышает долговечность силового источника переменного тока 7,повышающего трансформатора 6 и выпрямителя 5 заявляемой установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6