RU2370550C1

RU2370550C1 - Continuous operation inductor to heat "hyperboloid-lipetsk" ball-shaped products

Info

Publication number: RU2370550C1
Application number: RU2008113575/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Башилов (RU); Николай Михайлович Башилов; Сергей Сергеевич Титов (RU); Сергей Сергеевич Титов
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to equipment designed to thermally process high wear resistance balls used, for example in return valves of oil production well-deep pumps, etc. To perform symmetric heating of ball-like products without oxidation and decarburisation, inductor comprises induction wire coiled around rectangular "П"-section flute bent into spiral with vertical axis of symmetry. Note here that guide chute is bent into shaped spiral with variable curvature of coils inscribed into surfaces of truncated cones or one-plane hyperboloid, or in barrel-like, or other 2^nd-order surfaces. When balls roll down along aforesaid flutes, they revolve about, at a time, three axes in cartesian coordinates X, Y, Z with stereometric summation into turning rotational axis in spatially variable direction.

EFFECT: uniform density of magnetic flux and symmetric heating.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области термической обработки изделий с применением индукционного нагрева, в частности шаров (мелющие тела, шарики подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойкие шарики в клапанах глубинных насосов и др.).The invention relates to the field of heat treatment of products using induction heating, in particular balls (grinding media, balls of rolling bearings and valves in hydraulic systems, including highly wear-resistant balls in valves of deep pumps, etc.).

Известен индуктор непрерывного действия для нагрева изделий шарообразной формы, содержащий индуктирующий провод, навитый вокруг прямоугольного направляющего желоба, имеющего корытообразное

-сечение и изогнутого в цилиндрическую винтовую спираль с вертикальной осью симметрии (патент РФ №2316603, 10.05.2006).A continuous inductor for heating products of a spherical shape is known, comprising an induction wire wound around a rectangular guide trough having a trough-like

-section and bent into a cylindrical helical spiral with a vertical axis of symmetry (RF patent No. 2316603, 05/10/2006).

Недостатком конструкции этого известного индуктора является то, что она не обеспечивает симметричный нагрев изделий шарообразной формы. Предопределен этот недостаток тем, что при скатывании шаров по направляющему желобу, изогнутому в цилиндрическую спираль, одновременный динамический контакт со спиральной дорожкой и наружной вертикальной стенкой желоба побуждает их к вращению вокруг оси, геометрически суммирующейся только в двух координатах - X и Y - на плоскости «центр шара - линия вертикальной оси симметрии индуктора».The disadvantage of the design of this known inductor is that it does not provide symmetrical heating of the products of a spherical shape. This drawback is predetermined by the fact that when the balls roll along the guide chute bent into a cylindrical spiral, simultaneous dynamic contact with the spiral track and the outer vertical wall of the chute causes them to rotate around an axis geometrically summed only in two coordinates - X and Y - on the plane " the center of the ball is the line of the vertical axis of symmetry of the inductor. "

При движении шара в индукторе эта плоскость постоянно нормальна к направлению магнитного потока в месте пересечения, соответственно будет нормальна к нему и суммированная ось вращения изделия.When the ball moves in the inductor, this plane is constantly normal to the direction of the magnetic flux at the intersection, respectively, and the summed axis of rotation of the product will also be normal to it.

Отсюда, употребляя понятия «полюс» и «экватор», заведомо неравномерная плотность воздействия магнитного потока на поверхность шара: максимальная в экваториальном поясе, убывает практически до нулевой на околополюсных участках.Hence, using the concepts of “pole” and “equator”, the obviously uneven density of the magnetic flux on the surface of the ball: maximum in the equatorial belt, decreases almost to zero in the circumpolar sections.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание индуктора непрерывного действия для нагрева изделий шарообразной формы, обеспечивающего их симметричный нагрев.The technical task of the invention is the creation of a continuous inductor for heating products of a spherical shape, ensuring their symmetrical heating.

Решение поставленной задачи достигается в конструкциях индукторов с направляющим желобом корытообразного

-сечения, изогнутым в фасонную спираль с переменной кривизной витков, геометрически вписанную в поверхности (вариантно): усеченных конусов, бочкообразную, однополостного гиперболоида или в другие поверхности второго порядка.The solution to this problem is achieved in the designs of inductors with a guide trough of a trough-shaped

-sections curved into a shaped spiral with variable curvature of turns, geometrically inscribed in the surface (optionally): truncated cones, barrel-shaped, single-cavity hyperboloid, or other second-order surfaces.

При скатывании шаров по направляющим желобам таких конфигураций они побуждаются к вращению одновременно вокруг трех осей в прямоугольных координатах X, Y, Z со стереометрическим суммированием в поворачивающуюся ось с пространственно переменным направлением - от параллельного оси X на входе в индуктор, до диагонали параллелепипеда на выходе.When the balls roll along the guide grooves of such configurations, they are encouraged to rotate simultaneously around three axes in rectangular coordinates X, Y, Z with stereometric summation into a rotating axis with a spatially variable direction - from the parallel X axis at the input to the inductor, to the diagonal of the parallelepiped at the output.

Предлагаемая конструкция индуктора предпочтительной гиперболоидной конфигурации представлена на фиг.1 и фиг.2 - вид А на фиг.1, где:The proposed design of the inductor of the preferred hyperboloid configuration is presented in figure 1 and figure 2 - view a in figure 1, where:

1 - желоб, подающий шары из подбункерного питателя дискретного действия;1 - a chute feeding balls from a sub-hopper feeder of discrete action;

2 - индуктирующий провод;2 - induction wire;

3 - направляющий желоб, изогнутый в фасонную спираль, вписанную в поверхность однополостного гиперболоида;3 - a guide chute bent into a shaped spiral inscribed on the surface of a one-sheeted hyperboloid;

4 - нагреваемое изделие;4 - heated product;

F - фокусы образующих гиперболоидной поверхности.F - foci forming a hyperboloid surface.

Динамика движения шара в этом индукторе описывается следующим образом.The dynamics of the ball in this inductor is described as follows.

На входе в направляющий желоб шар, движимый силой F₁=mg·sinα, вращается вокруг горизонтальной оси X (m - масса изделия, α - угол подъема спиральной дорожки направляющего желоба). Далее динамический контакт поверхности шара с наружной вертикальной стенкой желоба под воздействием нарастающей центробежной силы

побуждает нагреваемое изделие к вращению вокруг вертикальной оси Y (V и r переменные: тангенциальная скорость и радиус кривизны траектории центра шара относительно полюса О на фиг.2).At the entrance to the guide chute, the ball, driven by the force F ₁ = mg · sinα, rotates around the horizontal axis X (m is the mass of the product, α is the elevation angle of the spiral track of the guide chute). Further, dynamic contact of the surface of the ball with the outer vertical wall of the trough under the influence of increasing centrifugal force

induces the heated product to rotate around the vertical axis Y (V and r variables: tangential velocity and radius of curvature of the center of the ball relative to the pole O in figure 2).

Одновременно побуждается вращение шара вокруг третьей оси в прямоугольных координатах - Z благодаря возрастающей кривизне витков спирали до фокальной плоскости гиперболоида и последующему убыванию ее в витках желоба ниже фокальной плоскости (на фиг.1 перемещение шара из пункта «а» в пункт «б» равнозначно скатыванию его по отрезку гиперболической образующей «аб» и далее, до пункта «в», с вращением шара вокруг оси Z в обратную сторону на отрезке «бв»).At the same time, rotation of the ball around the third axis in rectangular coordinates - Z is induced due to the increasing curvature of the spiral turns to the focal plane of the hyperboloid and its subsequent decrease in the turns of the trench below the focal plane (in Fig. 1, moving the ball from point “a” to point “b” is equivalent to rolling it along the segment of the hyperbolic generator “ab” and further, to point “c”, with the rotation of the ball around the Z axis in the opposite direction on the segment “bv”).

На практике искомая равномерность нагрева достигается варьированием фокального расстояния гиперболической спирали желоба (регулирование «крутизны» изменения радиуса кривизны) и числом витков желоба (изменение длины отрезков, образующих «аб» и «бв»).In practice, the desired uniformity of heating is achieved by varying the focal distance of the hyperbolic spiral of the gutter (controlling the “steepness” of the change in the radius of curvature) and the number of turns of the gutter (changing the length of the segments forming “ab” and “bv”).

Благодаря подаче шаров в индуктор с временными интервалами (питатель дискретного действия) в движении по желобу они разделены между собой дистанциями, предотвращающими их взаимоэкранирование в магнитном потоке.Due to the supply of balls to the inductor with time intervals (discrete action feeder) in motion along the trough, they are separated by distances that prevent their mutual screening in magnetic flux.

Техническим результатом заявленной совокупности существенных признаков является симметричный нагрев изделий шарообразной формы в индукторах непрерывного действия в сочетании с известными уникальными преимуществами индукционных термических установок: энэргоэкономичный прямой нагрев без окисления и обезуглероживания, высокая производительность и точность регулирования заданной глубины нагрева.The technical result of the claimed combination of essential features is the symmetrical heating of spherical shaped products in continuous inductors in combination with the well-known unique advantages of induction thermal plants: energy-efficient direct heating without oxidation and decarburization, high productivity and accuracy of regulation of a given heating depth.

Claims

A continuous inductor for heating products of a spherical shape, comprising an induction wire wound around a rectangular trough-shaped guide channel

-section bent into a spatial spiral with a vertical axis of symmetry, characterized in that the guide groove is bent into a shaped spiral with variable curvature of turns, geometrically inscribed on the surface of truncated cones or a single-cavity hyperboloid, or barrel-shaped, or in other second-order surfaces.