2.4 Розрахунок ресурсу роботи плазмотрона

2.4.1 Розрахунок ресурсу роботи анода 2

Ресурс роботи плазмотрона приймається рівним меншому значенню ресурсу роботи одного з електродів. Визначимо ресурс роботи анода2. Для цього замінимо складний профіль зношеної частини анода в місці прив'язки електричної дуги за уступом трикутником. [Жуков].

Рисунок 3.2 – Спрощений профіль анода при ерозії

d₃ – діаметр анода2. Товщина стінки анода2 δ=2·10^-2

Приймемо:

. h – глибина ерозії, яка вибирається з умови, що вона складатиме 50% від товщини стінки анода.

Тоді об'єм матеріалу, видаленого в результаті ерозії, дорівнює

(2.67)

Тоді, ресурс роботи анода складає:

(2.68)

де густина міді (матеріал анода);

питома ерозія електроду.

2.4.2 Розрахунок ресурсу роботи анода 1

В изначимо ресурс роботи анода1. Для цього замінимо складний профіль зношеної частини анода в місці прив'язки електричної дуги трикутником.

Рисунок 3.3 – Спрощений профіль гладкого анода при ерозії

d₃ – діаметр анода, рівний d_k. Товщина стінки анода1 δ=2·10^-2

Приймемо: .

Тоді об'єм матеріалу, видаленого в результаті ерозії, рівний

Тоді, ресурс роботи анода складає:

(2.69)

2.4.3 Розрахунок ресурсу роботи катода

Для визначення ресурсу роботи катода замінимо складний профіль зношеної частини в місці прив'язки електричної дуги трикутником.

Р исунок 3.4 – Спрощений профіль полого циліндричного катода при ерозії.

d₃ – діаметр катода, рівний d_k. Товщина стінки катода δ=10^-2

Приймемо: .

Тоді об'єм матеріалу, видаленого в результаті ерозії, рівний

Тоді, ресурс роботи анода складає:

(2.70)

Таким чином, отримали, що ресурс роботи анода2 дорівнює 221,6 годин (2.68), ресурс роботы анода1 – 72,7 годин (2.69), а ресурс роботы катода – 54,9 годин (2.70). Ресурсом роботи плазмотрона вибирається менший ресурс роботи електроду, тобто розрахований плазмотрон має ресурс роботи 54,9 години.

3 Визначення характеристик плазмотрона

3.1 Електричні характеристики

Для плазмотронів з довжиною дуги менше самовстановлюваної ВАХ має як ділянку падаючої залежності напруги від сили струму (при низьких струмах, коли довжина дуги дуга стає рівній довжині самовстановлюваної), так і висхідну ділянку (коли робоча довжина дуги стає менше довжини самовстановлюваної). При цьому робочою ділянкою ВАХ є саме висхідна гілка, оскільки вона є найбільш вигідною. Вид функції, що описує висхідну ділянку ВАХ, представлений формулою (2.4)

Крива, що показує залежність теплового ККД від сили струму при інших незмінних параметрах описується виразом (2.5).

Побудуємо графіки ВАХ (висхідна ділянка) і залежності теплового коефіцієнта корисної дії від струму при зміні сили струму від 150 до 1050 А. Результати побудови представлені на рисунках 3.5 та 3.6.

Крива, що описує залежність ККД від сили струму дуги має падаючий характер. Це пояснюється тим, що при зростанні струму різко починають рости теплові втрати на катоді та аноді, що у свою чергу дуже сильно позначається на тепловому ККД. Зі збільшенням витрати газу підвищується ККД, оскільки зменшується теплові потоки і забезпечується стійке горіння дуги. Зі зменшенням витрати газу ККД знижується із-за збільшення теплових потоків.

Залежності теплових потоків в анод і катод від сили струму представлені на малюнках 3.7 і 3.8. Вони мають лінійний характер, оскільки лінійно залежать від сили струму і описуються виразами (2.7) та (2.29). При збільшенні витрати газу пряма залежності розташована нижче, тому що електрод обдувається газом і через це знижується його температура.

Рисунок 3.5 – Вольтамперні характеристики плазмотрона

Рисунок 3.6 – Залежність теплового ККД плазмотрону від сили струму

3.2 Теплові характеристики

Рисунок 3.7 – Залежність теплового потоку в анод від сили струму

Рисунок 3.8 – Залежність теплового потоку в катод від сили струму

3.3 Опис конструкції розробленого плазмотрона

4 ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Умови експлуатації пристрою

Розроблювальний плазмотрон призначений для плазмового різання металів, робочим газом є повітря та азот. Плазмотрон має автоматизовану систему керування й захисту.

Плазмотрон повинен відповідати вимогам ССБП ГОСТ 12.2.007.8-75 «Пристрої електрозварювальні й для плазмової обробки» і ГОСТ 12.3.039-85 «Плазмова обробка металів».

У відповідності до п 4.7 і п 4.8 ГОСТ 12.2.007.8-75 у схемах керування процесами повинне бути забезпечене автоматичне зняття напруги із плазмотрона при відключенні або обриві дуги. Система керування запрограмована, так, щоб при зниженні струму нижче певного значення або при зникнення сигналу з фотоелемента наявності плазмового факелу.

Запуск, робота й відключення плазмотрона виробляються дистанційно, за допомогою ПК. Поділ простору плазмотрона й оператора, дозволяє знизити небезпеку робіт і вплив несприятливих факторів на оператора. [14]

Відповідно до п 2.2 і п 2.3 ГОСТ 12.3.039-85 «Плазмова обробка металів», плазмотрон має автоматизоване керування, що виключає випадковий запуск, для переходу в робочий режим оператор повинен дотримати правильного чергування режимів. У відповідності до п 2.5 і п 2.12 плазмову обробку здійснюють при діючій витяжній вентиляції в камерах з негорючих звуковбирних матеріалів.

Цехи, ділянки й відділення для плазмової обробки повинні бути обладнані засобами пожежогасіння за ГОСТ 12.4.009-83.

Відповідно до п 5.3 ГОСТ 12.3. 039-85 на кожне постійне робоче місце для плазмової обробки металів повинне бути відведене не менш 4 м², а при роботі в кабіні не менш 3 м². Т. о. вибираємо відітнув плазмотрона площею 4 м² і робочу кімнату оператора площею 4 м², ці приміщення розділені перегородкою із цегли із дверима й вікном для спостереження із затемненого атермального скла.