Proiectarea echipamentului de sudare

PROIECTAREA ECHIPAMENTULUI DE SUDARE

1 Instalatia de sudat electrica prin presiune dublu punct

Sudarea dublu punct cu electrozii de aceiasi parte (figura 36), se utilizeaza in cazul tablelor relativ subtiri, de dimensiuni mari, la care nu se poate folosi sudarea clasica prin puncte, din cauza lungimii relativ reduse a bratelor portelectrozilor de sudare. La acest procedeu de sudare dublu punct, curentul de sudare se inchide prin cei doi electrozi, componente si printr-o tabla de cupru (rezistivitate redusa) aflata sub locul in care urmeaza a fi realizate punctele sudate.

Fig.36 Schema principiului de sudare dublu punct

1- transformator de curent, 2- electrozii de contact, 3- linii de curent, 4- punct de sudura, 5,6- componente supuse sudarii, 7- placa suport de Cu, 8- masa

instalatiei

Instalatia de sudare dublu punct proiectata este cu transformator incorporat. Utilizarea manuala a capului de sudare (transformator cu electrozii de sudare) este dificila, datorita greutatii relativ ridicate, masa acestuia fiind de cea. 25 kg.

Semiautomatizarea consta in realizarea unui manipulator care sa permita ridicarea si deplasarea capului de sudare in locul dorit, cu mai multe grade de libertate pe intreaga suprafata a mesei de pozitionare, conform figurii 37.

Fig.37 Schema de principiu si cinematica a instalatiei de sudat dublu punct

1- tablou de comanda, 2- surub de ridicare, 3- roata de mana, 4- coloana, 5- bucsa

de ghidare, 6- pofile de rigidizare, 7- ghidaje pentru deplasarea caruciorului, 8-

transformator pentru sudare prin presiune, 9- carucior, 10- cilindru pneumatic,

11 - electrozii de contact din Cu, 12- sistem cu bila pentru pozitionarea coloanei,

13- componente supuse sudarii, 14- placuta de Cu, 15- masa instalatiei

Conform figurii, capul de sudare (transformatorul) cu cei doi electrozi se poate roti in jurul axei sale, miscarea (V), poate oscila stanga-dreapta pentru o asezare a electrozilor cat mai perfecta pe suprafata componentelor de sudat prin intermediul unei articulatii, se poate ridica sau cobori cu ajutorul unui cilindru pneumatic, miscarea (IV), se poate deplasa longitudinal pe ghidaje, miscarea (III), se poate rotii prin intermediul coloanei pentru a ajunge in pozitia de sudare, miscarea (II) si se poate pozitiona mai sus sau mai jos in functie de grosimea si forma geometrica a componentelor supuse sudarii, prin intermediul dispozitivului cu surub si piulita, miscarea (I)

Conform figurii manipulatorul este alcatuit din masa de sustinere (15) la care sunt prevazute un anumit numar de gauri, pentru pozitionarea prin intermediul unor stifturi a unor placute din cupru (14), (fig.38) Aceste placute au rolul de inchiderea curentului electric prin varful celor doi electrozi (11) in timpul sudarii. S-a ales acest sistem cu placute, pentru a economisi cuprul ca material scump si deficitar pe intreaga suprafata a mesei de pozitionare. in acest mod, in locul in care urmeaza a se efectua sudarea dublu punct, se pozitioneaza o astfel de placuta in gaurile prevazute, iar deasupra acesteia se pozitioneaza reperele (13) ce urmeaza a fi sudate. in masa este incastrat un ax, care impreuna cu rulmenti - teava formeaza coloana pivotanta (4), care sustine prin intermediul bucsei de ghidare (5) ghidajele (7). Pe aceste ghidaje, prin intermediul unui sistem cu role se monteaza caruciorul (9) care are rolul de transport si sustinere a transformatorului de sudare (8) prevazut cu electrozii de contact (11)

Bratul, constituie suportul pentru miscarea de translatie pe care o executa

caruciorul, (9). Caruciorul constituie suport pentru cilindrul pneumatic (10), care

actionat prin intermediul unui distribuitor manual interpus pe reteaua de aer

comprimat, va permite manevrarea pistoletului de sudare in limitele de 35mm.

Instalatia permite reglarea pe verticala grosier, apoi permite rotatia bratului si indexarea in pozitia dorita. Caruciorul face miscarea de translatie ducand capul de sudare la locul dorit. Piesa este fixata pe masa, gata pregatita pentru sudura prin puncte. in acest moment capul de sudare se afla deasupra locului (punctelor) unde se va face sudura. Alimentand cilindrul cu aer comprimat, pistoletul va apasa prin propria greutate, G = 25 kg, realizand contactul celor doi electrozi cu piesa ce urmeaza a fi sudata. Daca greutatea pistoletului se dovedeste insuficienta, (functie de grosimea tablelor care se sudeaza) se va incarca acesta cu greutati suplimentare. Viteza si forta de ridicare se va regla cu ajutorul unui drosel de aer.

Pentru mentinerea patinelor de cupru in platoul mesei (fig.38) se practica siruri de gauri cu diametrul de 10 mm la o distanta de 50 mm, exceptie facand zona in care este fixat pivotul pe care este fixat bratul instalatiei.

Alimentarea transformatorului de sudare dublu punct se face prin intermediul unui programator de timp si curent care comanda conform programului, timpii de lucru si curentul de sudare.

In figura 39 se prezinta schema pneumatica a instalatiei de sudat dublu punct.

Fig. 39 Schema pneumatica a instalatiei

2 Calculul transformatorului de sudare

Fig. 40 Miezul transformatorului

Puterea absorbita de retea: (S₁)

; [VA]

= 95 . 98% ; randamentul transformatorului

a. Sectiunea miezului magnetic (S_Fe)

; [cm²]

b. Curentul in circuitul primar (I₁)

; [A]

c.  Numarul de spire pe volt (W₀)

; [S_p/v]

B = 1 . .1,8T ; inductia magnetica care este in functie de grosimea tablelor si de calitatea acestora.

d. Numarul de spire pe infasurarea primara (W₁)

; [spire]

e.  Diametrul conductorului infasurarii primare (d₁)

; [mm]

J₁ = 1,6 . .4 A/mm² , densitatea de curent

f.   Latimea tolelor corespunzatoare sectiunii miezului magnetic S_Fe ; (a)

; (cm)

g. Numarul necesar de tole (n)

δ = 0,035 . .0,05 cm grosimea tolei de tabla silicoasa

h. Grosimea miezului magnetic (b)

; [cm]

i.   Numarul de spire pe infasurarea secundara (W₂)

W₂ se adopta. De obicei se ia o spira

j.   Tensiunea in circuitul secundar (U₂)

de unde rezulta

; [V]

ΔU = caderea de tensiune ΔU ≈ 5%

k.  Curentul in circuitul secundar (I₂)

; [A]

l.   Patura de curent totala ( 2(I∙W) )

; [A]

m.    Diametrul conductorului infasurarii secundare (d₂)

; [mm]

J₂ = 1,6 . .6,5 A/mm² ; densitatea de curent

n. Suprafata sectiunii infasurarii secundare (s₂)

; [mm²]

o. Sectiunea totala a spirelor infasurarilor (S_cu)

; [cm²]

p. Sectiunea ferestrei miezului magnetic (S_f)

S_Fe =

q. Inaltimea ferestrei miezului transformatorului (H_f)

; [cm]

A = 80 . .280 A/cm ; patura de curent specifica

r.  Latimea ferestrei miezului transformatorului (L_f)

; [cm]

s.  Greutatea miezului magnetic (G_Fe)

; [daN]

γ = 7,55 daN/dm²

t.   Lungimea medie a unei spire (I_s)

; [cm]

u. Greutatea cuprului din infasurari (G_Cu)

; [daN]

γ_Cu = 8,9 daN/dm³

Parametrii de mai sus au fost calculati cu ajutorul programului MathCad 2000 in Anexa 2

3 Calculul cilindrului pneumatic

Fig.41 Cilindru pneumatic cu piston si arc de revenire

Ecuatia de echilibru static al fortelor care actioneaza asupra pistonului este:

P_rA = F_s + F_f + P_e﴾A - A_t﴿ + P_aA_t + F_arc

in care:

- P_r - presiunea absoluta din spatiu in care intra aerul, egala cu presiunea

din reteaua de alimentare;

- P_e - presiunea din spatiu in care se face evacuarea aerului, P_e =10³ Kgf/m²

- P_a - presiunea atmosferica;

- A - suprafata pistonului, m²

- A_t - sectiunea tijei, m²

- F_s - sarcina maxima de actionat (sarcina utila + rezistentele datorate frecarilor din mecanismul actionat);

F_f - fortele de frecare interne ale cilindrului

F_arc - forta arcului de readucere

Forta de frecare a garniturilor se calculeaza cu relatia:

in care:

D_e - diametrul interstitiului de etansat, respectiv al tijei;

b_a - latimea activa a garniturii;

μ - coeficientul de frecare;

P - presiunea relativa din cilindru.

Tabel 12

Datorita jocului existent in bucsa de ghidaj, la aparitia unei forte transversale T la capatul tijei sau dintr-o imprecizie a montajului, tija se va inclina, sprijinindu-se pe muchiile ghidajului (figura 42).

Fig. 42 Fortele de reazem si forta transversala a capatului tijei

cilindrului pneumatic

Fortele de reazem R₁ si R₂ au valori maxime la capatul cursei de iesire a tijei din cilindru.

Relatiile de calculai fortelor R₁ si R₂ fara sa se mai tina seama de jocul din ghidaj sunt:

; ;

deci suma fortelor ce se aplica in ghidaj la capatul cursei este:

;

ceea ce conduce la o forta de frecare:

Forta totala ce trebuie dezvoltata de piston sub actiunea aerului comprimat este:

, unde K - coeficient,

Tija cilindrului pneumatic este solicitata la tractiune si compresiune. Se folosesc formulele lui Euler sau ale lui Tetmajier-Iasinski, dupa cum tija se afla in domeniul elastic sau plastic.

Tijele se executa din otel carbon cu coeficientul de zveltete λ₀ = 90 si

modulul de elasticitate E = 2,1 ∙ 10⁶   Kgf/cm².

Pentru:

, tija va fi in domeniul elastic de flambaj;

, tija va fi in domeniul plastic de flambaj.

Calculele pentru dimensionarea cilindrului pneumatic au fost efectuate cu ajutorul programului "MathCad 2000" in Anexa 3 in care s-a plecat de la urmatoarele date initiale:

- viteza de deplasare a cilindrului

v_cil = 0.18 [m/s]

- forta dinamica a cilindrului

F_d = 120 [daN]

S-au obtinut urmatoarele marimi:

- forta normala

F_n = 368 [daN]

- forta axiala care actioneaza asupra sarcinii

F_s = 368 [daN]

- forta totala din cilindrul pneumatic

F_t = 488 [daN]

- presiunea maxima din cilindru

p_max = 5,5 [bar]

- aria cilindrului pneumatic

A_cp = 88,727 [cm²]

- diametrul cilindrului pneumatic

d = 106,288 [cm]

In urmatoarea etapa se alege din catalog un cilindru pneumatic cu urmatoarele caracteristici:

- diametrul cilindrului

D_cil = 105 [mm]

- diametrul tijei pistonului

d_tija = 50 [mm]

- lungimea tijei

l_tija = 120 [mm]

- randamentul cilindrului

_cil

- presiunea nominala de lucru

p_n - 5,36 [bar]

Faza de actionare.

Timpul de actionare:

[s]

In figura 43 sunt prezentate diagramele fazei de actionare:

Fig.43 Diagramele fazei de actionare

Se observa ca, in faza de actionare exista doua pozitii in care pistonul se opreste si chiar porneste inapoi, ceea ce poate fi evitat fie prin micsorarea fortei arcului, fie prin marirea orificiului de intrare a aerului.

Timpul de pregatire la intoarcere.

t_pi = t_pdi + t_ppi + t_pgi

Ca si la cursa de ducere, timpul de deschidere a distribuitorului este:

t_pdi = 0,20 [s]

Timpul de propagare a undei de presiune este:

t_ppi = t_pp = 2,93.10^-3 [s]

Pentru calcularea timpului de golire se determina mai intai, presiunea la care se pune pistonul in miscare datorita arcului de revenire, cu ajutorul relatiei:

[Kgf/m²]

c - constanta arcului, c = 167 Kgf/m.

Deoarece curgerea are loc in regim supra critic, timpul de golire a spatiului din cilindru se determina cu relatia:

Atunci: t_ppi = 2,93.10^-3 s, deci:

t_pi = 0,2 + 2,93.10^-3 + 1,62.10^-3 = 0,204 s

Faza de intoarcere.

Timpul de miscare la intoarcere este:

[s]

Presiunea la capatul cursei este p = 3,73 Kgf/cm².

8. Durata totala a ciclului de functionare, fara timpii de stationare, va fi:

t_t = t_p + t_a + t_pi + t_mi = 0,240 + 0,599 + 0,204 + 0,365 = 1,408s