RU24612U1

RU24612U1 - INDUCTOR FOR HEATING DEPTHS IN METAL DETAILS, FOR EXAMPLE OF GRABBAR PLACES OF SURFACE RAILWAYS OF RAILWAY CARS

Info

Publication number: RU24612U1
Application number: RU2001135624/20U
Authority: RU
Inventors: С.К. Земан; П.Г. Бабенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Магнит"
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2002-08-10

Description

Полезная модель относится к индукторам для нагревательных устройств, работающих на токах высокой частоты, а именно, устройств для нагрева углублений в металлических деталях, когда нагрев необходимо производить равномерно и одновременно с нагревом бортов.The utility model relates to inductors for heating devices operating at high frequency currents, namely, devices for heating recesses in metal parts when it is necessary to heat evenly and simultaneously with heating the sides.

Полезная модель предназначена для технологического оборудования вагоноремонтных предприятий железнодорожного транспорта и предназначена для предварительного нагрева до температуры 250 - перед восстановлением путем наплавкой плоских поверхностей, в частности, подпятникового места надрессорной балки железнодорожного вагона, которое представляет из себя цилиндрическое углубление в металлической балке (основание) с периферийным бортом, две противоположные области которого примыкают к местам технологических приливов, и цилиндрическим выступом в центре. Трудность при нагреве такой детали заключается в равномерном прогреве всего посадочного места вместе с бортом. Равномерный нагрев борта в свою очередь затруднен неравномерным распределением массы металла вокруг борта, вызванное наличием технологических приливов.The utility model is intended for technological equipment of car repair enterprises of railway transport and is intended for preheating to a temperature of 250 - before restoration by surfacing of flat surfaces, in particular, the thrust bearing point of a railway carriage beam, which is a cylindrical recess in a metal beam (base) with a peripheral board, two opposite areas of which are adjacent to the places of technological tides, and cylindrical m protrusion in the center. The difficulty in heating such a part lies in the uniform heating of the entire seat along with the side. Uniform heating of the bead, in turn, is complicated by the uneven distribution of the mass of metal around the bead, caused by the presence of technological tides.

Известны устройства для индукционного нагрева плоских поверхностей, например, низкочастотный индукционный нагреватель для прогрева стенок стальных изделий, включающий катушку и электроизоляционное основание, причем катушка выполнена в виде однослойной архимедовой спирали (см. описание к патенту РФ №2098928, Б№34, 97). Недостатком устройства является большая рассеиваемая мощность. Кроме того, недостатком з азанного устройства является невозможностьKnown devices for induction heating of flat surfaces, for example, a low-frequency induction heater for heating the walls of steel products, including a coil and an electrical insulating base, and the coil is made in the form of a single-layer Archimedean spiral (see the description of the patent of the Russian Federation No. 2098928, No. 34, 97). The disadvantage of this device is the large power dissipation. In addition, the disadvantage of this device is the inability

прогрева бортов, и недостаточный нагрев областей, примыкающих к технологическим приливам детали.side heating, and insufficient heating of areas adjacent to the technological tides of the part.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является индукционный нагреватель плоских вытянутых поверхностей ( полезная модель РФ № 15828. Индукционный нагреватель состоит из катушки в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала, размещенной на электро- и теплоизоляционном основании, подключенной к источнику переменного тока высокой частоты, и концентратора магнитного потока, расположенного вдоль большой оси вытянутой детали со стороны катушки, не обращенной к нагреваемой поверхности. Недостатком указанного нагревателя является неравномерный нагрев симметричной плоской поверхности, вызванный определенным расположением концентратора магнитного потока, а также невозможность одновременного нагрева борта, который при таком исполнении индуктора может нагреться посредством теплопередачи за длительное время при стабилизахщи температуры на поверхности детали, охваченной индуктором.Closest to the claimed utility model is an induction heater of flat elongated surfaces (utility model of the Russian Federation No. 15828. The induction heater consists of a coil in the form of a single-layer archimedean spiral of electrically conductive material placed on an electric and heat-insulating base connected to a high-frequency alternating current source, and a magnetic flux concentrator located along the major axis of the elongated part from the side of the coil not facing the heated surface. heater is the uneven heating of a symmetrical flat surface caused by a certain location of the magnetic flux concentrator, as well as the inability to simultaneously heat the bead, which with this design of the inductor can be heated by heat transfer for a long time when the temperature stabilizes on the surface of the part covered by the inductor.

Задача полезной модели - создание устройства, с помощью которого можно равномерно нагревать поверхность подпятникового места до требуемой температуры, вместе с бортом различной высоты и областей борта, прилегающих к технологическим приливам детали, в одной операции за оптимально короткое время нагрева.The objective of the utility model is to create a device with which it is possible to uniformly heat the surface of the thrust bearing to the required temperature, together with a board of various heights and areas of the bead adjacent to the technological tides of the part, in one operation for an optimally short heating time.

Поставлеьшая задача решается тем, что в указанном индукторе для нагрева плоских поверхностей, содержащем обмотку в виде однослойной архимедовой спирали, выполненной из электропроводного материала в электроизоляции, размещенной на электро- и теш1оизо.г1яционном основании, подключенной к источнику переменного тока высокой частоты, и концентратора магнитного потока, дополнительно введена вторая секция обмотки для непосредственного нагрева борта. Дополнительная обмоткаThe task is solved in that in the indicated inductor for heating flat surfaces containing a winding in the form of a single-layer Archimedean spiral made of an electrically conductive material in electrical insulation, placed on an electrical and technical base connected to a high-frequency alternating current source, and a magnetic hub flow, additionally introduced a second section of the winding for direct heating of the side. Additional winding

расположена параллельно первой, на расстоянии по крайней мере не меньшем высоты борта и подсоединена последовательно с первой к тому же источнику питания, аlocated parallel to the first, at a distance of at least not less than the height of the side and connected in series with the first to the same power source, and

концентратор магнитного потока первой спиральной обмотки выполнен в виде радиальных прямоугольных пластин, расположенных перпендикулярно друг другу для уменьшения потока рассеяния и его равномерного распределения по поверхности нагреваемого основания с возможностью замыкания магнитного потока через поверхность стенок борта и центрального выступа.the magnetic flux concentrator of the first spiral winding is made in the form of radial rectangular plates located perpendicular to each other to reduce the scattering flux and its uniform distribution over the surface of the heated base with the possibility of closing the magnetic flux through the surface of the side walls and the central protrusion.

Неэффективность нагрева борта может бьггь вызвана его различной высотой вследствие разного износа детали, так как при этом будет изменяться воздушный зазор между верхней поверхностью борта и дополнительной обмоткой. Для исключения данного негативного фактора дополнительная обмотка укреплена с возможностью изменения расстояния относительно основной, в направлении перпендикулярном их основаниям.The inefficiency of heating the side can be caused by its different heights due to different wear of the part, since this will change the air gap between the upper surface of the side and the additional winding. To eliminate this negative factor, the additional winding is strengthened with the possibility of changing the distance relative to the main one, in the direction perpendicular to their bases.

Поскольку надрессорная балка, в которой выполнено углубление подпятника, имеет технологические приливы (утолщения), примыкающие к нагреваемому борту подпятника, где масса металла существенно увеличена, то для равномерности нагрева борта, с двух противоположных сторон дополнительной обмотки расположены Побразные концентраторы магнитного потока над областями борта, примыкающими к технологическим приливам.Since the nadressornoj beam, in which the thrust bearing is recessed, has technological tides (thickenings) adjacent to the heated side of the thrust bearing, where the mass of the metal is significantly increased, for the uniformity of heating the bead, Figurative magnetic flux concentrators above the bead areas are located on two opposite sides of the additional winding. adjacent to technological tides.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является равномерный нагрев от одного источника питания подпятникового места до требуемой температуры, в одной операции за оптимально короткое время нагрева, перед его восстановлением наплавкой.The technical result of the claimed utility model is uniform heating from one power source of the outrigger place to the required temperature, in one operation for an optimally short heating time, before it is restored by surfacing.

Далее сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором схематически представлен общий вид индуктора для нагрева подпятникового места в двух проекциях.Further, the essence of the utility model is illustrated in the figure, which schematically shows a general view of the inductor for heating the pivot point in two projections.

,УА, UA

м п Подпятниковое место надрессорной балки 1 состоит из основания круглого сечения 2, с бортом 3, центральным выстзшом 4 и двух симметричных областей 5, примыкающих к технологическим приливам в надрессорной балке. Индуктор содержит основную секцию обмотки для нагрева плоского основания 2, выполнеинз о в виде витков проводника 6, соединенного с источником питания высокой частоты, и концентратора магнитного потока, состоящего из прямоугольных радиальных пластин 7, перпендикулярных друг другу, обеспечивающих замыкание магнитного потока через поверхность стенок бортов 3 и центрального выступа 4. Дополнительная секция обмотки 8 большего диаметра расположена параллельно основной обмотке на высоте, определяемой высотой борта 3. Дополнительная обмотка вьтолнена аналогично основной обмотке, в виде спирали из витков проводника, и последовательно с первой обмоткой присоединена к источнику питания высокой частоты. Число витков дополнительной секции относительно основной катушки определяется из соотношения требуемых выделяемых мощностей на основании и на борте подпятникового места для достижения равномерного нагрева. Цифрой 9, обозначены пластины концентратора магнитного потока дополнительной обмотки, введенные с целью концентрации магнитного потока для более эффективного нагрева областей 5, примыкающих к технологическим приливам надрессорной балки. Дополнительная обмотка 8 установлена относительно основной обмотки 6 посредством механизма 10, способного изменять расстояние между обмотками в направлении перпендику.пярном их основаниям. Механизм 10 может быть выполнен пружинновтулочного типа, либо в виде винтовой пары. Устройство работает следующим образом. Индуктор размещается на подпятниковое сто, соприкасаясь основной обмоткой, через тепло- и электро изоляцию, с основанием 2 дпятникового места и дополнительной обмоткой, через такую же изоляцию, с верхнейm p The podiatnik place of the nadressornoj beam 1 consists of a base of circular cross section 2, with a side 3, a central junction 4 and two symmetrical areas 5 adjacent to the technological tides in the nadresornoj beam. The inductor contains the main section of the winding for heating the flat base 2, made in the form of coils of a conductor 6 connected to a high-frequency power source, and a magnetic flux concentrator consisting of rectangular radial plates 7 perpendicular to each other, providing a magnetic flux closure through the surface of the side walls 3 and the central protrusion 4. An additional section of the winding 8 of a larger diameter is parallel to the main winding at a height determined by the height of the bead 3. The additional winding in Tolna analogously main winding in turns of a spiral conductor, and in series with the first winding is connected to high frequency power source. The number of turns of the additional section relative to the main coil is determined from the ratio of the required allocated power on the base and on the side of the thrust bearing to achieve uniform heating. Numeral 9 denotes the plates of the magnetic flux concentrator of the additional winding, introduced with the aim of concentrating the magnetic flux to more efficiently heat the regions 5 adjacent to the technological tides of the pressure beam. An additional winding 8 is installed relative to the main winding 6 by means of a mechanism 10 capable of changing the distance between the windings in the direction perpendicular to their bases. The mechanism 10 can be made spring-sleeve type, or in the form of a screw pair. The device operates as follows. The inductor is placed on the thrust bearing, in contact with the main winding, through heat and electrical insulation, with the base of 2 dyatnikovy places and an additional winding, through the same insulation, from the top

поверхностью борта. Соприкосновение обоих поверхностей индуктора с деталью осуществляется благодаря механизму, способному изменять расстояние между поверхностями основной и дополнительной обмоток. После установки индуктора включается подача высокочастотного переменного напряжения, например, 165В и частотой 7-10 кГц на его обмотки. При протекании переменного тока по виткам индуктора, генерируется переменное магнитное поле, индуктирующее вихревые токи в поверхностном слое нагреваемой детали, приводящие к ее нагреву. В соответствии с известным пазовым эффектом, при размещении концентратора магнитного потока происходит замыкание обратного пути для магнитных линий со стороны индуктора не обращенной к поверхности нагреваемой детали, тем самым уменьщается рассеивание магнитного потока, и поле концентрируется в направлении к поверхности детали. Симметричное расположение концентраторов в основной обмотке индуктора дает равномерное распределение магнитного потока в поверхности основания подпятникового места. Использование в данном индукторе борта и центрального выступа в качестве пути, по которому замыкается магнитный поток основной обмотки индуктора, дает возможность не применять П-образные концентраторы для достижения ярко вьфаженного пазового эффекта, а также дает возможность наведения вихревых токов на поверхности борта посредством поля основной обмотки. Поле дополнительной обмотки индуцирует вихревые токи на поверхности борта, тем самым обеспечивая его дополнительный нагрев. П-образные концентраторы, расположенные в дополнительной обмотке, в соответствии с тем же пазовым эффектом, концентрируют магнитное поле в местах их расположения, для более эффективного нагрева областей борта, граничащих с технологическими приливами детали. При достижении температуры нагрева детали до требуемой, работа индзтстора может быть переведена в режим термостата, для более объемного и равномерного прогрева детали. После этого можно приступать к дальнейшим мероприятиям по восстановлению детали.board surface. The contact of both surfaces of the inductor with the part is carried out thanks to a mechanism capable of changing the distance between the surfaces of the main and additional windings. After the inductor is installed, the supply of high-frequency alternating voltage, for example, 165V and a frequency of 7-10 kHz to its windings, is turned on. When alternating current flows through the turns of the inductor, an alternating magnetic field is generated that induces eddy currents in the surface layer of the heated part, leading to its heating. In accordance with the known groove effect, when the magnetic flux concentrator is placed, the return path for the magnetic lines is closed on the inductor side not facing the surface of the heated part, thereby decreasing the magnetic flux dispersion, and the field is concentrated in the direction to the surface of the part. The symmetrical arrangement of the concentrators in the main winding of the inductor gives a uniform distribution of magnetic flux in the surface of the base of the thrust bearing. The use of a bead and a central protrusion in this inductor as a path along which the magnetic flux of the main winding of the inductor closes, makes it possible not to use U-shaped concentrators to achieve a brightly brushed groove effect, and also makes it possible to induce eddy currents on the side surface through the field of the main winding . The additional winding field induces eddy currents on the surface of the side, thereby ensuring its additional heating. U-shaped concentrators located in the additional winding, in accordance with the same groove effect, concentrate the magnetic field at their locations, for more efficient heating of the bead areas adjacent to the technological tides of the part. Upon reaching the temperature of heating the part to the required, the inverter operation can be switched to thermostat mode, for a more voluminous and uniform heating of the part. After this, you can proceed with further measures to restore the part.

Конструкция нагревателя достаточно проста и эффею-ивна для нагрева деталей такого типа, в которых очень трудно достигнуть равномерного нагрюва по всей, подлежащей восстановлению, области.The design of the heater is quite simple and effective for heating parts of this type in which it is very difficult to achieve uniform heating over the entire area to be restored.

Claims

1. An inductor for heating recesses with sides in metal parts, for example, a thrust bearing point of a nadressor beam of a railway carriage, consisting of a winding in the form of a single-layer Archimedean spiral made of electrically conductive material in electrical insulation, placed on an electric and heat-insulating base, connected to a high-voltage AC source frequency and magnetic flux concentrator, characterized in that it further comprises a second winding section located parallel to the first, at a distance of at least not less than the height of the sides, and the concentrators of the first spiral winding are made in the form of radial rectangular plates located at its base perpendicular to each other, with the possibility of closing the magnetic flux through the surface of the walls of the sides.

2. The inductor according to claim 1, characterized in that the additional section of the winding is connected with the possibility of movement relative to the first winding in a direction perpendicular to the bases of the spiral windings, with the possibility of adjusting the distance between the sections when changing the height of the sides.

3. The inductor according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the additional section of the inductor contains U-shaped magnetic flux concentrators in the areas of technological tides on the heated part.