Устройство для плазменно-дуговой резки

Изобретение относится к сварочнойтехнике, в частности к устройствам,предназначенным для выполнения плазменно-дуговой резки при нестационарных режимных параметрах процесса.Известны дозирующие устройствадля поочередной подачи газовых или жидких сред, в которых данная подачапроизводится с помощью электромагнитного клапана, питаемого от специаль 30ного источника напряжения н электри"чески управляемого при помощи специального электронного программного3устройства, настраиваемого каждый разтолько иа один из возможных режимов 1 ,35Недостатки таких устройств заключаются в том, что дозирукщие устройства (комплексы) сложны по конструкции, трудоемки в настройке, ненадежны в эксплуатации, громоздки, имеют меж. 26 ду рабочей зоной и распределительными клапанами значительные мертвые пространства, препятствунзцие быстрой смене подаваемой среды, частота их работыограничена скоростью сраб электромагнитных клапанов использование таких систе менно-дуговой резке малоэ из-за появления на кромка ных рисок. из-за недостат ты срабатывания данной си атыв Поэтому м при плазффектнвно х реза замет очной част кимгенцичемкорпудящноси Известно также устройство для плазменно-дуговой резки, содержащее горелку, плоский золотник, газоподводящий тракт плазмообразукщего газа, камеру формирования дуги с установленным в ией электродом. На корпусе горелки жестко закреплена обойма, являющаяся продолжением корпуса, в котором размещен дополнительный корпус. В этом корпусе выполнены два газо- подводящих тракта, перекрываеьих плос.подпружиненным золотником с танально расположенным пазом, прирасстояние от оси дополнительногоса до оси каждого нз газоподвох трактов равно расстоянию отзолотника до входа в тангенциаль854652 иу епою лйЪци гоузСоставитель Г. Квартальноваедактор Ю. Петрушко Техред А.Бабинец Корректор 1148 ПодписиСР комитетаи открытий 5 Филиал ППП Патент Заказ 6576 ВНИИПИ по 1130.3 8но расположенный паз, а выход с этогопаза посредством специального сопласвязан с полостью, расположеннойвнутри корпуса горелик и, в свою очередь, сообщающейся с полостью, в которой установлен электрод 2 .Недоста 1 ком известного устройства,несмотря на то, что оно обеспечиваетвыполнение процесса резки с изменением расхода газа, подаваемого в камеру формирования дуги по периодическому закону, является известная егосложность, обусловленная наличиемплоского золотника, что требует тщательной его притирки. Кроме того, приМалых значениях расхода газа не может быть обеспечен соответствующийповорот золотника, так как усилие,Необходимое для поворота золотника,при этом недостаточно, В силу этогоне может быть реализовано выполнениепроцесса резки с пульсирующей подачей газа,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эфФекту кизобретению является устройство дляплазменно-дуговой резки с пульсирующей подачей газа, содержашее плазмотрон с камерой формирования дуги ипульсатор с электродвигателем с регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачцк для взаимодействиясо штоком клапана для подачи газа,жестко соединенным с запорным конусом клапана, подпружиненным большимоснованием относительно корпуса клапана, входное отверстие которого соединено шлангом с системой газопита"ния, а выходное - с камерой формирования дуги плазмотрона. Плазмотронвыполнен с тангенциальным каналом дляввода ппазмообразукнцего газа в камеруформирования дуги плазмотрона. Устройство имеет источник питания саппаратурой управления д .Недостатком данного устройстваявляется то, что оно не обеспечиваетпрограммированного изменения амплитудных значений давления в камереформирования дуги, что связано с необходимостью выполнения резки изделий толщиной до 50 мм. Поэтому иэвестное устройство может быть использовано эффективно для обработки тапщинне выше 16-18 мм. Дальнейшее увеличение толщины обрабатываемого металлаобусловливает резкое снижение производительности обработки металла. 54 б 52 4Цель изобретения - повышение производительности процесса резки изделийтолщиной до 50 мм.Это достигается тем, что в устройстве для плаэменно-дуговой резкис пульсирующей подачей газа, содержащем плазмотрон с камерой формированиядуги и пульсатор с электродвигателемс регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачок для взаимодействиясо штоком клапана для подачи газажестко соединенным с запорным конусомклапана, подпружиненным большим основанием относительно корпуса клапана,входное отверстие которого соединеношлангам с системой газопитания, а выходное - с камерой формирования дугиплаэмотрона, пульсатор дополнитель 20но снабжен несколькими клапанами,выполненными аналогично первому ирасположенными совместно с первымпо окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка, подбооуглом один к другому, равнымгде Г 1 =4-8 - общее число клапайов,при этом штоки клапанов расположенырадиально, а расстояние от концаштока до центра окружности каждогопоследующего клапана внаправлении30вращения кулачка меньше предыдущегона - , где Ь О - разница междуЬйрасстояниями конца штока до центраокружности первого и последнего клапанов в направлении вращения кулачка, при этом все входные отверстиядополнительных клапанов также соединены с системой газопитания, а выходные - с камерой формирования дугиплазмотрона,юНа фиг.1 изображено устройствопульсатора, используемого в данномустройстве; на фнг,2 - схема гаэоразводки плазмообразующего газа;на фиг.З - плазмотрон, испольэуеюй4для резки внешний вид; на фиг.4 -сечение А-А на фиг.Э; на фиг,5 -график изменения расстояния междуконцами штоков различных клапановдля подачи газа и времени открыва 0 ния этих клапанов кулачковым механизмом; на фиг.б - график измененияво времени амплитудного значениядавления в камере формирования дугипри подаче газа от различных клапа 55 нов, входящих,в состав пульсаторана фиг.7 - изменение глубины погружения анодного пятна в полости резапри подаче газа от клапана с большим расстоянием между концом штокаи осью вращения кулачка; на фиг.8 то же, с меньшим расстоянием междуконцом штока и осью вращения кулачка; на фиг,9 - график изменения среднего значения напряжения на дугеи глубины погружения анодного пятнав полости реза, обеспечиваемое приподаче газа от раличных клапанов,входящих в состав пульсатора. Позицией 1 (см.фиг, 1) обозначенаокружность, описываемая концом кулачка 2 при его вращении в направлении показанном стрелкой, вала 315редуктора. Каждый из клапанов 4-9,входящих в состав пульсатора,ориентирован в плоскости перпендикуляр -ной валу 3. Клапаны 4-9 расположеныпо окружности равномерно под углом960 20один к другому , где и - общеечисло клапанов. В данном случаеИ =6. При этом штоки 10-15 расположены радиально. Подвод плаэмообразующего газа выполнен шлангом 16, ашлангом 17 выполнен отвод газа. Поконструкции все клапаны выполненыстрого идентичными, При этом шток 15клапана 9 жестко соединен с запорнымконусом 18, который подпружинен пружиной 19, Подвод газа к клапану 9выполнен шлангом 20, а запорный конус 18 установлен для перекрытия им.выходного отверстия 21, связанногос выходным шлангом 22 при отжатии35пружины 19. В следующем клапане 18подвод газа выполнен шлангом 23,а отвод шлангом 24. Посредсгвом шланга 25 газ подведен к клапану 7, с ко-торым связан шланг 26 отвода газаот этого клапана, К клапану 6 газподведен шлангом 27, а отвод газавыполнен шлангом 28. Электродвигатель29 с регулируемым числом оборотовобъединен в одном корпусе с малогабаритным редуктором, на выходномвалу 3 которого жестко закрепленкулачок 2. От клапана 5 отвод плазмообразующего газа выполнен шлангом30, а подвод к нему газа - шлангом 31. Шланги 17,30,28,26,24 и 22для отвода газа от каждого из кла"панов объединены в одну общую магистраль - тракт 32 (см.фиг.2.Соответственно с трактом 33 подачи газасоединены шланги подвода газа 20,23,25,27,31 и 16, посредством которых газ подведен к клапанам 9,8,7,6,5 и 4 соответственно. Тракт подалитудное значение давления Р", кеспечиваемое при открывании данногоклапана, больше чем соответствующеезначение Р, получаемое при открывании предыдущего клапана. В процессе выполнения резки плазменнойцугой обрабатываемого изделия 38 854652 6чи газа 33,соединен с баллоном сосжатым газом, либо с цеховой системой газопитания.Внутри корпуса плазмотрона 34установлен в камере 35 формированиядуги электрод 36 (си,фиг.3). Подводплазмообразующего газа в камеру 35формирования дуги выполнен посредством тангенциального канала 36(см.фиг.4), который связан черезполость штуцера 37 с трактом 32.Клапаны ориентированы таким образом,что расстояние С 1 между концом штокаи осью вращения кулачка 2 выполнено перемЕнным, т.е. это расстояниевыбрано наибольшим для клапана 9,а далее на каждом последующем клапане 8,7,6,5 и 4 по направлениювращения кулачка 3 значение С 1 уменьшено по сравнению с соответствующимзначением для прерыдущего клапанаЬОна величину - И-, где ЬО - разницамежду расстояниями конца штока первогои последнего клапанов в направлениивращении кулачка 3. В данном случаепервым клапаном является клапан 9со штоком 15, а последним - клаплн4 со штоком 1 О (см. фиг, 5),Время открывания каждого клапанапри воздействии на его шток кулачка обозначено как 1 о , При -.чем чем меньше значение о , тембольше время соответственнооткорывания клапана. Изменение давленияв камере 35 формирования дуги во вре.мени Ь обозначено как Р (см.фиг.6).При этом время нарастания давленияв камере 35 при открывании клаланаобозначено как 1 н, а время спададавления, определяющее прекращениеподачи газа данным клапаном, обозначено как 1 , Соответственно общаядлительность одного цикла изменениядавления, обеспечиваемого одним изклапанов, входящего в состав пульсатора, обозначена как 1 ц1 1 +Общая длительность изменения давления, обусловленного последовательночередующимся срабатыванием всех кланов, входящих в состав пульсатора,Т =и , где И - общее числоклапанов, При этом максимальное амп854652 10 Формула изобретения 9меру 35 формирования дуги на каждом последующем клагане поступает большее количество плазмообразующего газа, этот газ успевает выйти за время спада давления. Это обусловлено тем, что истечение газа из сопла плазмотрона определяют размеры эффективного проходного сечения в канале сопла, которые представляют разницу между площадью канала сопла и площадью занимаемой в нем дугой, а так как на каждом последующем клапане обеспечивают более высокую степень сжатия столба дуги, вследствие того, что сечение столба дуги при этом 15 уменьшает свою величину, соответственно возрастает эффективное сечете, обеспечивающее выход плазмообразующего газа.Изменение во времени Ф, среднего 20 значения глубины погружения анодного пятна Эсад способствует повышению среднего- значений напряжения на дуге 0.Таким образом, в статике за вре мя Т дуга как бы совершает пилообразное движение, направленное от верхней кромки реза к нижней, что способствует более эффективному вводу тепла в обрабатываемое изделие, З 0 которое особенно проявляет себя при увеличении толщины разрезаемого металла. При этом вследствие того, что за время Т процесс изменения глубины погружения анодного пятна связан З 5 с изменением давления в камере формирования дуги, обеспечивается высо-. кое качество кромок реза. Выбор значения ДО, которое характеризует разницу между соответствующими значения .ми О для первого и последнего клапана, устанавливают исходя из толщины обрабатываемого металла. Чем больше толщина металла, тем больше значение ЬО соответственно. При этом 45 число клапанов, входящих в пульсатор, как правило, выбирают не более 6-8 в связи с трудностью размещения большего числа клапанов в одной плоскости с обеспечением ориентации штоков в50 радиальном направлении по отношению к оси вращения кулачка 2. При этом также устанавливают постоянным значение уменьшения расстояния между концом штока и осью вращения кулачка 2 для двух близрасположенных клапанов, т.е. бранное значение принимают Равным в, где и - число клапанов,.б Возможным вариантом реализации предлагаемого устройства является его осуществление при установке корпусов клапанов на равном расстоянии от оси вращения кулачка, но с увеличением длины штока на каждом последующем клапане по сравнению с соответствующим значением для предыдущего клапана. Таким образом, за счет того, что в каждом последующем клапане обеспечивают смещение запорного конуса на большую величину. обеспечивается повышение количества газа, пода ваемого в резак на каждом последующем (по направлению вращения кулачка) клапане, что обеспечивает закон изменения давления за время Т , показанный на фиг.б.Использование предлагагаемой установки обеспечивает увеличение толщины разрезаемого металла в 2-2,5 раза по сравнению с известной установкой, в которой резка металла толщиной более 30 мм может быть обеспечена только за счет увеличения дли" тельности цикла изменения давления. Однако имеющееся при этом уменьшение частоты следования импульсов подачи газа приводит к появлению рисок на боковых кромках реза, поэтому необходимость их устранения приводит к существенному снижению производительности обработки Предлагаемая установка обеспечивает резку толщин до 50 мм, гарантируя высокое качество кромок реза при более высокой производительности обработки, которая при этом возрастает на 60-703. Устройство для плазменно-дуговой резки с пульсирующей подачей газа, содержащее плазмотрон с камерой формирования дуги и пульсатор с электродвигателем с регулируемым числом оборотов и редуктором, на выходном валу которого установлен кулачок для взаимодействия со штоком клапана для подачи газа, жестко соединенным с запорным конусом клапана, подпружиненным большим основанием относительно корпуса клапана, входное отверстиекоторого соединено шлангом с системойгазопитания, а выходное - с камеройформирования дуги плазмотрона, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности процесса резки изделий толщиной до 50 мм, 85465 пульсатор дополнительно снабжен несколькими клапанами, выполненными аналогично первому и расположенными совместно с первым по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка, под углом один к другому, рав 360 фным, где И =4-8 - общее число клапайов, при этом штоки клапанов расположены радиально, а расстояние от конца штока до центра окружности каждого последующего клапана в направлении вращения кулачка меньше предыдущего на. , д, д - разница между расстоянием конца штока до центра окружности первого и последнего клапанов в направлении вращения кулачка, при этом все входные отверс 2 12тия дополнительных клапанов также соединены с системой гаэопитания, а выходные - с камерой формирования дуги плазмотрона,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Башта Т.М. Гидравлические при- вода летательных аппаратов, М., Машгиз, 1967.2Авторское свидетельство СССР У 664793, кл. В 23 К 31/10, 21.04.773. Шапиро И.С, и др, Плазменнодуговая резка с пульсирующей подачей газа. - "Сварочное производство" 1978, 11 3, с.40-43.