CN102732704B - 一种去除钢铁表面包裹物的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除钢铁表面包裹物的装置，该装置包括：主控制器、电磁感应单元以及速度传感器，所述主控制器与所述电磁感应单元和速度传感器相连，其中，速度传感器用于探测所述电磁感应单元的移动速度；主控制器，用于根据所述电磁感应单元的移动速度控制输出电压和电流；电磁感应单元，用于在所述钢铁表面滑动，并根据所述主控制器的控制，在钢铁表面产生电磁感应热。利用电磁感应单元产生的热除去钢铁表面包裹物，而且，可以精确将加热的深度控制在钢铁表面下0.3毫米处，而不是对钢铁整体加热，并且这种处理方式拥有传统方式的10倍以上效率，对人身毫无伤害以及无任何环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁表面处理工艺领域，特别是指一种去除钢铁表面包裹物的装置。
背景技术
在西方世界中，人们估计锈蚀达到BNP的3％-4％。仅在挪威，每年就有数百万平方米的表面通过油漆来进行保护。为了取得较好的效果，必需对油漆表面进行清洁和预处理。比如：船舶、储槽/柜箱、近海和陆地的输油管的油漆翻新及维护中，为了达到较好的喷漆效果，需要将钢铁表面的旧漆及铁锈清除干净，并作适当的表面预处理。工业界之前普遍采用了喷砂、打磨及高压喷水冲洗(水刀)等方法，或者几种方法结合使用。
最常用的方法是喷砂清理法。该方法通过向表面喷砂或其他适合的介质来去除旧的油漆和锈。这是一种高成本且相当耗时的工艺。该方法的优点是可以产生一个粗糙的表面，粗糙表面能与新油漆很好地粘结。不仅如此，该方法所使用的设备廉价，且操作简单并易于保养。该方法的不足之处是要使用大量的砂，会产生大量的灰尘，设备重而操作笨重。而且该方法速度慢，也不能去除油脂和其他污物，如水溶盐、硫酸盐等。
去除油漆和锈的喷水冲刷方法现在变得更为常用。该方法的优点是避免了有关灰尘的问题，在该方法中很少有废弃物，并且去除了水溶性污物。该方法的不足是设备昂贵且难于保养，在钢件表面无粗糙表面形成，有大量水泼溅出来，需要大量的水，而且处理面必须弄干后才能油漆。
打磨处理已经基本不再使用，目前只适用于局部表面维修工作。
发明内容
本发明提供一种去除钢铁表面包裹物的装置，可以提高去除钢铁表面包裹物的效率。
本发明提供的一种去除钢铁表面包裹物的装置，包括：主控制器、电磁感应单元以及速度传感器，所述主控制器与所述电磁感应单元和速度传感器相连，其中，
所述速度传感器，用于探测所述电磁感应单元的移动速度；
所述主控制器，用于根据所述电磁感应单元的移动速度控制输出电压和电流；
所述电磁感应单元，用于在所述钢铁表面滑动，并根据所述主控制器的控制，在钢铁表面产生电磁感应热。
所述电磁感应单元包括励磁线圈、与所述励磁线圈并联的谐振电路，其中，
所述励磁线圈固定在一可移动部件上，且与钢铁表面具有设定的距离。
所述可移动部件为滚轮、滑车。
所述主控制器包括：
整流单元，用于对输入的交流电进行整流，并向逆变单元输出直流电；
逆变单元，根据主控单元的控制，将所述直流电进行逆变产生高频交流电；
主控单元，用于根据电磁感应单元的移动速度，调节逆变单元输出的电压和电流，对逆变单元进行闭环控制。
所述整流单元为二极管三相整流电路。
所述逆变单元为H型IGBT逆变桥。
本发明方案中，速度传感器用于探测所述电磁感应单元的移动速度；主控制器，用于根据所述电磁感应单元的移动速度控制输出电压和电流；电磁感应单元，用于在所述钢铁表面滑动，并根据所述主控制器的控制，在钢铁表面产生电磁感应热。利用电磁感应单元产生的热除去钢铁表面包裹物，而且，可以精确将加热的深度控制在钢铁表面下0.3毫米处，而不是对钢铁整体加热，并且这种处理方式拥有传统方式的10倍以上效率，对人身毫无伤害以及无任何环境污染。
附图说明
图1为本发明实施例装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的整流单元的示意图；
图3为本发明实施例中由H型IGBT逆变桥构成的逆变单元的示意图；
图4为本发明实施例中的电磁感应单元的结构示意图；
其中，图1中，1为三相电源，2为主控制器，3为滚轮(主控制器的滚轮)，4为速度传感器电缆，5为主电缆；6为速度传感器；7为励磁线圈；8为滚轮(电磁感应单元的滚轮)；9为电磁感应单元；10为钢铁表面；11为手柄。
具体实施方式
参见图1所示，为了提高去除钢铁表面包裹物的效率，本发明去除钢铁表面10包裹物的装置包括：主控制器2、电磁感应单元9以及速度传感器6，所述主控制器2与所述速度传感器6和电磁感应单元9相连，其中，所述速度传感器6，用于探测所述电磁感应单元9的移动速度；所述主控制器2，用于根据所述电磁感应单元9的移动速度控制输出电压和电流；所述电磁感应单元9，用于在所述钢铁表面10滑动，并根据所述主控制器2的控制，在钢铁表面10产生电磁感应热。
主控制器2安装在滚轮3上，主控制器2与电磁感应单元9之间由主电缆5及速度传感器电缆4连接。
所述电磁感应单元9包括励磁线圈7、以及与所述励磁线圈7并联的谐振电路。
为了使电磁感应单元9产生的热能均匀地到达钢铁表面10下一定厚度，可以将所述电磁感应单元9固定在一可移动部件上，该可移动部件在图1中通过滚轮8实现，且与钢铁表面10具有设定的距离。而且，该滚轮8，可以为滑车，或者能移动的其他部件。
所述主控制器2包括：整流单元、逆变单元和主控单元。其中，
整流单元，用于对输入的交流电压进行整流，并向逆变单元输出直流电压；逆变单元，根据主控单元的控制，将所述直流电压进行逆变产生高频交流电；主控单元，用于根据电磁感应单元的移动速度，调节逆变单元输出的电压和电流，对逆变单元进行闭环控制。这里，所述整流单元就可以采用标准的二极管三相整流电路。所述逆变单元可以采用H型IGBT逆变桥。
整流单元可以采用标准的二极管三相整流电路，如图2所示，具体包括二极管三相整流桥、直流电容以及预充电电路。预充电电路在主进线合闸之前，对直流电容进行限流充电；交流电经二极管桥路整流为直流电；直流电容平滑直流电平并存储电荷。
主控单元可以包括中央处理单元、现场可编程门阵列FPGA、信号隔离驱动电路等。中央处理单元可以为数字信号处理器(DSP)，DSP监测整流桥进线电压Uac1、直流输出电压Udc及直流输出电流Idc、逆变桥输出侧电压Uac2、输出侧交流电流Iac、输出频率fact及电磁感应单元移动速度nrpm，触发控制逆变桥功率半导体器件的开关次序，逆变桥输出电压及频率可变换的交流电。FPGA处理快速信号的逻辑运算、系统过流过压快速保护、及DSP与逆变桥之间触发信号的发送及封锁处理，同时处理人机接口信息交互等。
中央处理单元监控进线交流电压Uac1，直流输出电压Udc及直流输出电流Idc，在故障时分断前端断路器，可靠保护电路系统；中央处理单元亦为预充电电路的控制单元，在合开关送电之前，直流环节的电容器需要缓慢充电至满电压，避免损伤电容，或过流击穿二极管。
逆变单元可以由H型IGBT逆变桥构成，如图3所示。H型IGBT逆变桥的主要功率半导体器件为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型晶体管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。因此，主控单元可以根据输出侧交流电流Iac、输出频率fact及电磁感应单元9移动速度nrpm，与设定值进行比较后闭环控制，通过驱动电路触发H桥上桥臂与下桥臂的IGBT以一定的频率和次序交错导通，形成幅值和频率可调节的高频交流电。
电磁感应单元9的电气原理图如图4所示，可变化电压及频率的交流电，作用于主要由励磁线圈7的阻抗及涡流环路内阻构成的负载上。L为励磁线圈7的感抗，R为励磁线圈7的阻抗及涡流环路的阻抗，电路中亦包括了谐振电容C。
电磁感应单元9的励磁线圈7安装在由自由滚动的滚轮8上，确保与钢铁表面10有一定的间隙，人工手持电磁感应单元9的手柄11操作。与滚轮8同轴安装了速度传感器6，比如：速度编码器，速度编码器采集的速度信号nrpm送至主控制器2，依据滑动速度调节输出功率。当滑行速度加快时，电源将加大输出电压，即增加了输出电流(即时功率)，确保单位面积钢板所接收的能量一致。当滑行速度减慢时，降低输出电压，即减少了输出电流(即时功率)，单位面积的功率时间乘积保持一致。
当整个系统开始运作，由三相电源1供应交流电，电能经由主控制器2、主电缆5及电磁感应单元9，最终在钢铁工件表面10上产生电磁场和感应涡流，并且能精准的控制热能的范围。电磁感应单元9与钢铁工件表面10没有任何实际的接触(故工件不会有磨损及撕裂)。局部性且被控制的热度，可立即的除去涂层及铁锈。
另外，磁场到达深度由供向励磁线圈7上的交流电的频率决定，也就是说，输出电压频率越高，产生磁场的穿透力越低；其频率低，产生磁场的穿透力越高。按照实践表明，当设备工作的输出电压频率达到20000赫兹以上时，感应热能只会穿透于钢铁板0.3mm厚度的地方，即可去除油漆和防锈包裹物。若有其它涂料在钢板的另外一面，则完全不受到影响。
此除漆除锈设备的电磁感应单元9为了产生足够的交变电磁场，并穿透一定厚度的钢铁表面10，需要较大的电流激励励磁线圈7；而励磁线圈7的阻抗、感抗，以及钢铁涡流闭合的内阻较小，励磁线圈7的激励电压并不需很高，为低电压大电流特性。
参见图2所示，本发明实施例的去除钢铁表面10的包裹物方法包括以下步骤：
步骤1、带包裹物的钢铁材料准备。
(1)带包裹物的钢铁材料为5mm及其以上的，表面相对平整。
(2)焊件板材小于5mm的，要注意背部散热材料准备。
步骤2、钢铁材料清理。
简单清理钢铁包裹物表面凹凸处。
步骤3：实施钢铁表面包裹物去除。
(1)开机，打开主控制器。
(2)选择主控制器的输出参数，电源参数选择如下，额定电压380±10％V，额定功率25-50KW之间50％～100％可调整，基波频率50/60Hz。
(3)工作人员摘除手表、戒指及去除手机等随身携带的电子设备。
(4)手持前端电磁感应单元与钢铁材料贴合并匀速移动。
(5)包裹物从钢铁表面自然剥落分离。
步骤4：去除后处理。
钢铁自然降温至40℃，如钢铁表面有凹凸不平，可用小功率高压水枪清洗钢铁表面，去除凹凸内残余存渣。
本实施例采用电磁感应加热技术，对钢铁表面进行加热后直接就可以剥除所有坚固物质，设备可以精确将加热的深度控制在钢铁表面下0.3毫米处，而不是对钢铁整体加热，并且这种处理方式拥有传统方式的10倍以上效率，对人身毫无伤害以及无任何环境污染。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种去除钢铁表面包裹物的装置，其特征在于，该装置包括:主控制器、电磁感应单元以及速度传感器，所述主控制器与所述电磁感应单元和速度传感器相连，速度传感器测量电磁感应单元的移动速度，然后主控制器根据电磁感应单元的移动速度直接控制电磁感应单元的加热温度；其中，
所述速度传感器，用于探测所述电磁感应单元的移动速度；
所述主控制器，用于根据所述电磁感应单元的移动速度控制输出电压和电流；
所述电磁感应单元，用于在所述钢铁表面滑动，并根据所述主控制器的控制，在钢铁表面产生电磁感应热；
其中，所述主控制器包括:
整流单元，用于对输入的交流电进行整流，并向逆变单元输出直流电；
逆变单元，根据主控单元的控制，将所述直流电进行逆变产生高频交流电；
主控单元，用于根据电磁感应单元的移动速度，调节逆变单元输出的电压和电流，对逆变单元进行闭环控制；
所述电磁感应单元包括励磁线圈、与所述励磁线圈并联的谐振电路，其中，
所述励磁线圈固定在一可移动部件上，且与钢铁表面具有设定的距离。
2.如权利要求1所述去除钢铁表面包裹物的装置，其特征在于，所述可移动部件为滚轮、滑车。
3.如权利要求1所述去除钢铁表面包裹物的装置，其特征在于，所述整流单元为二极管二相整流电路。
4.如权利要求1所述去除钢铁表面包裹物的装置，其特征在于，所述逆变单元为H型IGBT逆变桥。
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