Раздел 5 Расчет и проектирование внешнего контура

В результате модернизации внешнего контура изменяется конструкция его элементов, сечение и длина токоведущих частей, количество переходных контактов. В целом изменяется общее электрическое сопротивление контура.

Необходимо сделать технический проект модернизированного контура машины, который бы обеспечил надежный токоподвод к месту сварки деталей.

Вторичный контур образуется элементами, соединяющими контактные колодки трансформатора с электродами машины. Элементы вторичного контура изготавливаются из меди или медных сплавов, для обеспечения высокой тепло и электропроводности контура.

Расчет вторичного контура машин точечной и шовной сварки выполняется по заданным размерам вылета и раствора электродов, ориентируясь на конструктивное оформление вторичного контура, приведенное для шовных машин на рис.2, для точечных машин – на рис.3. Расчет вторичного контура машин стыковой сварки сопротивлением и оплавлением выполняется, ориентируясь на конструктивное оформление вторичного контура, приведенного соответственно на рис. 4. и рис. 5.

Рис. 2. Вторичный контур шовной машины (1 – ролики; 2- ось; 3 – хвостовик верхний; 4 – шина верхняя; 5 – шина нижняя; 6 – хвостовик нижний; 7 – вал.)

 Рис. 3 Вторичный контур точечной машины ( 1 – электроды; 2 – электрододержатели; 3 – хоботы; 4 – хомуты; 5 – шины.)

Расчет вторичного контура необходим для определения напряжения холостого хода трансформатора U₂₀ на номинальной (расчетной) ступени регулирования. Величина U₂₀ определяется из соотношения

 ,

где I_2н – номинальный вторичный (сварочный) ток.

,

где I_{2 дл} – номинальный длительный вторичный ток, который в зависимости от способа сварки рассчитывается по вторичному току I₂ , ( ) по формуле:

,

и затем округляется до ближайшего значения по ГОСТ 297-80 (прил. 1).

Z_м – полное сопротивление вторичного контура, включающее сопротивление элементов контура, свариваемых заготовок и обмоток трансформатора.

Рис. 4 Вторичный контур машины стыковой сварки сопротивлением (1 – губки; 2 – шины жесткие; 3 – шины гибкие )

Рис. 5 Вторичный контур машины стыковой сварки оплавлением ( 1 – губки; 2 – шина жесткая; 3 – шина гибкая левая; 4 – скоба; 5 – шина гибкая правая; 6 – колодка

,

где r_в – активное сопротивление элементов вторичного контура машины и их контактных сопротивлений;

х_в – индуктивное сопротивление вторичного контура;

r_T , х_T  - активное и индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной цепи;

r_ээ – активное сопротивление зоны сварки.

Расчет r_в и х_в производится после определения геометрических размеров вторичного контура контактной машины и выбора сечений его элементов. Геометрические размеры контура машины точечной и шовной сварки определяется вылетом и раствором электродов, а для машин стыковой сварки принимаются в соответствии с рис. 3 и рис. 4

Определение сечения элементов вторичного контура

Минимальное сечение любого элемента вторичного контура

выбирается исходя из допустимой температуры нагрева элемента, которая определяется плотностью тока d _i, соответствующей длительному значению тока. Рекомендуемые плотности тока в элементах вторичного контура приведены в приложении 3. Сечение элемента q_i рассчитывается по формуле

 ,

где I_{2 дл} – длительный вторичный ток, уточненный по ГОСТ 297-80, А

d_i - плотность тока, А/мм².

Определение активного сопротивления вторичного контура

Значение активного сопротивления элементов вторичного контура r_в слагается из активных сопротивлений отдельных элементов r_i и сопротивлений переходных контактов r_к, т. е.

.

Активное сопротивление элемента определяется по формуле

 ,

где l_i – длина элемента, м; q_i – сечение элемента, мм²;

- удельное сопротивление материала элемента в функции температуры его нагрева; r_{i 0} – удельное электросопротивление материала; Т – температура нагрева элемента, ⁰С (для всех элементов контура принимается Т= 80 ⁰С); К_п – коэффициент поверхностного эффекта.

Для массивных токоподводящих элементов контура К_п можно приближенно определить по формуле

,

где f – частота тока, Гц; r₀ – сопротивление 1м токопровода, Ом.

Для шин К_п можно принять равным 1,0 – 1,5.

Сопротивление r_к одного неподвижного контакта медь + медь приблизительно соответствует (2 - 3) 10^-6 Ом; медь + сталь – (5 - 8) 10^-6 Ом. Сопротивление подвижного контакта находится в пределах (10 - 20) 10^-6 Ом.

Определение активного сопротивления участка электрод – электрод.

При стыковой сварке сопротивлением среднее значение r_ээ находится из соотношения

 ,

где l – установочная длина, м;

F – площадь сечения изделий, м²;

r_Т  - среднее удельное сопротивление свариваемого металла, Ом м

При стыковой сварке оплавлением r_ээ  = R_опл; находится из соотношения

,

где F – площадь сечения изделий, м²;

V_опл – скорость оплавления, м/с;

d - плотность тока (при сварке стали принимается в пределах 5-15 10^-6 А/м²).

Общее сопротивление участка электрод – электрод для одноточечной сварки находится по формуле

 ,

где R_пл – среднее суммарное сопротивление свариваемых пластин, Ом

R_ш – сопротивление шунтирования, Ом

 ,

где А_д – коэффициент, учитывающий фактор электрического поля в свариваемых заготовках. Он определяется по графику, приведенному в [1, рис. 1.9.].                           

 - удельное сопротивление, соответствующее температуре менее нагретой части пластин, Ом м;

 - удельное сопротивление, соответствующее температуре более нагретой части пластин, Ом м;

a - температурный коэффициент электросопротивления;

d_к – диаметр контакта электрода к концу нагрева

r_ш – удельное сопротивление металла на участке шунтирования, Ом м. Рассчитывается из условий нагрева до температуры 50 – 250 ⁰С;

а – шаг точек, м (принимается в пределах 0,03 – 0,08) м;

d - толщина листа, м;

h – ширина токопроводящей полосы, м

m – коэффициент поверхностного эффекта находится для ферромагнитных материалов по табл. 7.

                                                                             таблица 7