книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

тор покрывают термостойкими изоляционными эмалями и хлорви­ ниловым лаком.

Для изготовления термистора СМИ-2 к одному из серебряных контактов приваривают стальную проволоку, а к другому — сталь­ ную пластинку толщиной 0,08 мм. На этой пластинке (плоской пру­ жинке) пробивают два отверстия для крепления датчика. Пружин­ ку изгибают на любую заданную дугу. Она создает определенный прижим датчика к детали и служит одним из токоподводов.

Рассмотрим некоторые приборы, использующие термисторы и применяемые для определения температуры валков холодной про­

движущихся поверхностей производится контактным методом. Дат ­ чики могут работать в комплексе со вторичными указывающими, регистрирующими и регулирующими электронными автоматически­ ми потенциометрами и другими приборами, пригодными для изме­ рения термо-э. д. с.

Контактирующий с измеряемой поверхностью чувствительный элемент датчика представляет собой тонкую, изогнутую по дуге пластинку из теплопроводного, упругого и износостойкого материа­ ла; к середине пластины приварен горячий спай хромель-копелевой термопары, изготовленной из тонкого ленточного термоэлектродно­ го материала. Незначительная толщина контактирующей ленты обеспечивает малую инерционность датчика (менее 2 сек) и незна­ чительно искажает температуру измеряемой поверхности. Диапа­ зон измеряемых этим датчиком температур 30—150° С.

Термопару чувствительного элемента присоединяют к компенса­ ционным проводам с помощью специальных зажимов, контакт внутри которых осуществляется через термоэлектродный материал. Таким образом, холодные концы термопары отводятся к клеммам вторичного прибора, и имеется возможность автоматической ком­

которую двумя штуцерами 5 подается проточная вода, омывающая вваренную в корпус втулку 6 с вмонтированными в нее подшипни­ ками 7 оси опорных роликов. Принудительное охлаждение нужно для нормальной работы подшипников.

200

Контактный элемент датчика состоит из ленты (сталь марки Х18Н9Т), к которой приварена хромель-копелевая термопара 8, изготовленная из проволоки диаметром 0,5 мм. Расстояние между вершиной дуги контактной ленты и опорной поверхностью роликов должно составлять 0,1 мм. Усилие прижима роликов к поверхности валка не должно превышать 50 н (5 кГ).

Рис. 5.12. Датчик ДТВ для замера высоких температур

рожским институтом автоматики. Эти приборы прошли испытание в производственных условиях на станах холодной прокатки. В про­ цессе испытаний были выявлены недостатки, которые были учтены в последующем при разработке установки стационарного контроля температуры валков.

Стационарная установка для контроля температуры валков бы­ ла создана А. В. T p е т ь я к о в ы м и др. [20, 133] на основе про­ верки существующих приборов и анализа многочисленных экспе­ риментов. Схема этой установки представлена на рис. 5.13.

Измерительная головка представляет собою текстолитовый ста­ кан, внутри которого расположен датчик температуры — точечная микротермопара из хромель-копеля диаметром 0,2 мм. Стакан при­ жимается к прокатному валку; благодаря этому в районе замера создается замкнутый объем воздуха.

При замере температуры валков без охлаждения внутренняя полость текстолитового стакана должна иметь диаметр и высоту 15 мм; эти оптимальные размеры определены экспериментально на моделях валка с сухой поверхностью.

Микротермопара в измерительной головке должна располагать­ ся как можно ближе к измеряемой поверхности (около 0,1—0,2 мм), а горячий спай термопары должен иметь минимальный объем. От этих параметров зависит точность показаний и инерционность из-

201

мерительной головки. Тарировку головки нужно проводить на вра­ щающейся модели валка с внутренним электрическим подогревом. Истинная температура поверхности валка определяется по показа­ ниям зачеканенной в нее термопары.

При замере температуры валков на станах с охлаждением во­

50 мм — без снижения точности и повышения инерционности пока­ заний. Объясняется это тем, что при смачивании горячего валка в замкнутом объеме стакана образуются насыщенные пары жидко­ сти, имеющие высокий коэффициент теплопроводности, которые и определяют температуру этого объема. Насыщенный пар на рас­ стоянии до 1 мм от поверхности валка имеет температуру, практи­ чески равную температуре самой измеряемой поверхности, в связи с чем показания микротермопары соответствуют истинной темпе­ ратуре валка с достаточной точностью. Кроме того, показания из­ мерительной головки на валках с охлаждением практически не за­ висят от скорости вращения валков и степени прижима измеритель­ ной головки.

На рис. 5.14 приведен один из вариантов промышленной измери­ тельной головки [134]. Верхний температурный предел измерений определяется материалом микротермопары и стакана. Микротермо­ пара из хромель-копеля имеет рабочий диапазон 0—600° С. Стакан может быть изготовлен из текстолита или капронита для темпера­ туры до 180° С, фторопласта — до 250° С, из асбоцемента — на бо­ лее высокие температуры.

В качестве измерительного и регистрирующего прибора приме­ няют стационарный одноточечный электронный автоматический са-

202

мопишущий потенциометр типа ЭПП-15АМЗ с ленточной диаграм­ мой. При использовании температуры валков в качестве регули­ руемого параметра для системы автоматического регулирования потенциометр в зависимости от системы регулирования должен иметь один из видов регулирующего устройства:

1) позиционное двухконтактное с одним или с двумя указате­ лями задачи; трехконтактное с одним указателем задачи;

Рис. 5.14. Измерительная головка:

/ — текстолитовая головка; 2 — микротермопара; 3 — стальной корпус; 4— гайка; 5 — шпилька

2) со встроенным задатчиком для пропорционального и изодромного электрического регулятора с зоной пропорциональности 10

и20%;

3)пневматическое изодромное регулирующее устройство.

муся в потенциометре для дистанционной передачи показаний. Точ­ ность измерения установкой температуры валков с охлаждением составляет ± 1 % от измеряемой температуры.

Для установки измерительных головок на рабочие валки преду­ сматривают специальное механическое приспособление, с помощью которого оператор стана может при необходимости отвести их в

203

скорость прокатки 2 0 м/сек). На этих станах многократно произво­ дили замеры температуры валков.

И з м е р и т е л ь н ы е т о к о с ъ е м н и к и

Наиболее простым и надежным способом измерения температу­ ры деформируемого металла и деталей металлургических агрега­ тов является использование термопар и термосопротивлений. При их применении основные затруднения возникают в осуществлении электрической связи (токосъема) между вращающимися датчиками (при измерении температуры во вращающихся деталях) и кон-

Рис. 5.15. Камерно-шайбовый ртутный токосъемник без промежу­ точной разделительной камеры

трольной или автоматической аппаратурой. Эти затруднения соз­ даются главным образом э. д. с. и переходными сопротивлениями скользящих контактов. Помехи достигают весьма больших величин при неустановившихся и высоких скоростях скольжения на кольцах токосъемников.

Опыт показывает, что хорошими контактными характеристика­ ми обладают ртутные токосъемники. В наших опытах ртутные то­ косъемники использовались при измерении температуры в дисках пил и прокатных валках.

При исследовании температуры в валках листового стана при­ менили камерно-шайбовый ртутный токосъемник без промежуточ­ ной разделительной камеры. Общий вид этого токосъемника приве­ ден на рис. 5.15 [114].

Два прямоугольных щита 1 стянуты болтами 2, зажимая четыре стальных кольца 3, которые отделены друг от друга изоляционными шайбами 5. Кольца изготовлены из газовых труб диаметром 70 мм, а шайбы — из текстолита. Скрепленные таким образом щиты, коль­ ца и шайбы образуют четыре камеры, электрически изолированные друг от друга. При этом средние камеры 4 и 7 являются рабочими, а крайние 8 я 13 служат лишь для изоляции рабочих камер от кор­ пуса (от «земли»). В рабочих камерах расположены по две медные шайбы 6 и 12. Шайбы 6 закреплены на изоляционном материале, а

204

вращаются вместе с валом, который через фланец соединен с тор­ цом вала валка. Вращающиеся шайбы 12 через полость вала сое­

щейся и неподвижной шайбами рабочие камеры 4 и 7 заполнены ртутью (примерно на *Д высоты). Для заполнения резервуара ртутью в стальных кольцах предусмотрены специальные отверстия, плотно завинчивающиеся винтами.

Отводы 10 и 11 от температурных преобразователей и непо­ движных шайб изготовлены из хромель-алюмеля, т. е. из материа­ ла, аналогичного примененному в термопаре. Понятно, что места соединений отводов 10 я 11 с вращающимися медными шайбами 12 представляют собой источники термо-э. д. с , которые могут внести помехи и погрешности в результаты измерений. Для компенсации термо-э. д. с , возникающих в узлах соединений проводников тер­ мопар с вращающимися шайбами, а также вращающихся и непо­ движных шайб со ртутью, необходимо обеспечить тепловую иден­ тичность между камерами и снизить до практически возможного минимума колебания температуры ртути. С этой целью полый вал, который может явиться основным источником передачи тепла от подшипников к камерам, установлен на подшипниках качения. Во избежание проникновения ртути в полость вала отверстия, через которые введены проводники, залиты парафином.

При необходимости осуществить многоточечное измерение тем­ пературы количество рабочих камер в данной конструкции токо­ съемника может быть увеличено до 12—16 и более. При этом коли­ чество рабочих камер может превышать количество термопар, за­ ложенных во вращающемся валке, на одну камеру, так как все одноименные проводники каждой термопары могут быть соединены и введены в одну камеру; вторые же концы каждой термопары должны иметь отдельные выводы через свою камеру.

Монтаж и соединение токосъемника с прокатными валками и другими деталями в каждом случае имеет свои особенности, кото­

столько завихряется, что контакт становится неустойчивым, преры­ вистым. Кроме того, время удовлетворительной работы токосъемни­ ка исчисляется 2—3 часами, так как со временем ртуть проникает через уплотнения между валом и шайбами и электрически замы­ кает соседние камеры.

Диски пил горячей резки металла вращаются со скоростью, превышающей 2000 об/мин. Помимо этого, длительность определе­ ния динамики температурных изменений составляет не менее 20— 24 ч. Поэтому токосъемник описанного типа в данном случае непри-

20S

меним. Надежная работа ртутного токосъемника в этих условиях достигается введением дополнительных разделительных камер меж­ ду рабочими. Такая конструкция токосъемника была применена при исследовании температурного режима эксплуатации дисков пил. Общий вид токосъемника подобного типа приведен на рис. 5.16. Устройство камер этого токосъемника аналогично устройству ка­ мер токосъемника описанного выше типа. Камеры состоят из сталь­ ных колец 13 с изоляционными перегородками 7, которые стяги­ ваются болтами 2 с помощью двух щитов 3. Между рабочими каме­ рами образуется промежуточная разделительная камера.

Рис. 5.16. Камерно-шайбовый ртутный токосъемник с промежуточной разде­ лительной камерой

На изоляционных перегородках неподвижно крепят медные шай­ бы 12, отводы от которых через промежуточную камеру выведены к клеммам 8. Ротор токосъемника состоит из полого вала 4, закреп­ ленного в подшипниках 10, на котором с помощью торцовых вин­ тов 5 и гаек 6 крепят разборные изоляционные втулки 15 из тексто­ лита. Во втулках зажимают вращающиеся медные шайбы 9, соеди­ няемые с проводниками 11, выведенными через полость вала к торцу. В кольцах рабочих камер отверстия для залива и слива рту­ ти плотно завинчивают специальными пробками с резьбой, а в ниж­ ней ч.асти колец боковых и промежуточных разделительных камер предусмотрены постоянно открытые отверстия для свободного вы­ хода ртути, проникающей через уплотнения 16 при вращении рото­ ра. Щиты 3, вставленные в пазы плит 14, могут перемещаться при установке прибора до фиксации винтом / в нужном положении.

Подобный токосъемник может быть выполнен и на большее чис­ ло термопреобразователей; для этого увеличивается количество ра­ бочих и промежуточных камер. В нашем случае токосъемник со­ стоял из шести камер (на пять термопар).

В процессе замера температурных полей дисков пил обнаружи­ ли ненадежность контакта из-за некоторого завихрения ртути. В связи с этим повторное проверочное измерение температуры про-

«06

изводили с применением ртутного токосъемника звеньевого типа (рис. 5.17). Токосъемник состоит из отдельных звеньев, каждое из которых представляет собой один контактный элемент. Каждое зве­ но состоит из статора и ротора. Статор представляет собой тексто­ литовый корпус / с впрессованным в него контактным кольцом

Рис. 5.17. Ртутный токосъемник звеньевого типа:

а — отдельное звено; 6 — токосъемник

(втулкой) / / из бронзы и текстолитовой шайбой 2, играющей роль стенки камеры. Рабочую камеру с двух сторон прикрывают тексто­ литовыми крышками 5 и 15, имеющими расточки, в которые вкла­ дывают фетровые сальники 14, пропитанные маслом. Текстолито­ вые крышки 15 служат одновременно подшипниками для валика ротора.

Контакт отводящего проводника с бронзовой втулкой 77 осуще­

откуда выходят все отводы, собранные в многожильный кабель 9. Ротор звена собирают на пологом стальном валике 4. Он представ-

207

ляет собой контактное бронзовое кольцо с пазом для ртути 12, на­ прессованное на утолщенный участок валика. Ротор приводится во вращение поводковыми бронзовыми полумуфтами 3 и 13, крепящи­ мися к валику стопорными винтами; одна из муфт имеет электри­ ческую связь с подводящим проводом, проложенным внутри поло­ сти валика ротора через все промежуточные звенья от контактной головки привода ротора 7. Таким образом, в каждом звене при на­ личии ртути осуществляется электрическая связь между проводя­ щими и отводящими проводами через бронзовую полумуфту, ва­ лик, кольцо ротора и кольцо статора.

Из шести таких контактных звеньев собирают токосъемник. На­ бор звеньев помещают в общий корпус 6, причем звенья объединя­ ют между собой поводковыми полумуфтами. Первое со стороны диска пилы звено своей поводковой полумуфтой соединяют с ва­ ликом привода 8, который установлен на двух шарикоподшипниках. На конце этого валика укреплена контактная головка 7, которую соединяют с торцом вала диска пилы.

Основными преимуществами ртутных токосъемников являются хорошие контактные характеристики, малогабаритность, компакт­ ность, ничтожно малые механические потери. К их недостаткам от­ носятся сложность конструкции, необходимость соблюдения предо­ сторожностей, связанных с применением ртути, необходимость устройства токосъемника в виде приставного аппарата (для ко­ торого «ужен свободный торец вала испытуемого объекта), опасность завихрения ртути при высоких скоростях вращения вала.

Во многих случаях хорошие результаты обеспечиваются приме­ нением токосъемников со скользящим контактом. Как известно, токосъемное устройство вносит в цепь термопар дополнительные элек­ трические соединения, в которых при работе имеют место неравные тепловые условия; особенно это относится к соединениям, где про­ исходит трение скольжения. В результате в цепи появляется допол­ нительная произвольно меняющая величину и знак э. д. с. токо­ съемника, обусловленная эффективными значениями суммарной термо-э. д. с. мест соединений. Мгновенные значения возникающей э. д. с. носят пульсирующий знакопеременный характер: эффектив­ ное сопротивление здесь неустойчиво и чувствительно к условиям скольжения, к состоянию среды. Практически, если не принимать специальных мер, сопротивление может изменяться в широких пре­ делах, например до десятков и сотен ом [135, 136], а э. д. с. дости­ гает величины ±20—30 мв [136]. Такие пределы случайных изме­ нений термо-э. д. с. и переходных сопротивлений делают эти изменения соизмеримыми, а иногда и превалирующими над изме­ ряемыми величинами, внося большие погрешности или делая из­ мерения вообще невозможными.

208

Важным принципом, определяющим возможность использования токосъемника, является получение минимальных контактных э. д. с. В этом случае применяются малые удельные силы нажатия на щетки. Для получения низкого переходного сопротивления, наобо­ рот, необходимо повышение удельных сил нажатия на щетки. По­ этому на практике, с одной стороны, бывает необходимо уменьшить температуру на поверхности трения, когда главным вопросом яв­

ми и угле-графитовыми щетками. У каждого из названных сочета­ ний имеются свои преимущества и недостатки.

Контактные явления зависят не только от силы нажатия и от

стремление уменьшить скорость скольжения путем сокращения диа­ метра колец до технически возможного минимума.

С учетом сказанного для обеспечения низких переходных сопро­ тивлений с гарантией от разрывов электрической цепи при вибра­ циях удовлетворительные результаты обеспечивает токосъемник с накидными опоясывающими щетками (рис. 5.18). Токосъемник это­ го типа представляет собой вращающееся контактное кольцо / с канавкой по окружности, охваченное медной проволочной петлей 2. Натяжение петли, играющей роль щетки, осуществляется пружи­ ной, зацепленной за траверсу 3. Такой токосъемник удовлетвори­ тельно работает до окружной скорости 1 м/сек [114], после чего вы­ сокий нагрев кольца и петли делает контактное сопротивление не­ устойчивым.

Важными факторами, обеспечивающими постоянство электриче­ ских характеристик скользящих токосъемников, являются постоян­ ство силы нажатия, установленной опытным путем, и неизменность механических параметров (упругость, частота собственных колеба­ ний) щеточной системы. Эти требования выполняются в токосъем­ никах со щетками рычажного типа (рис. 5.19).

Токосъемники с нажимными грузами (конструкции ЦНИИТ - МАШ) [114] состоят из кольца / (рис. 5.19, а) с желобком полу-

209