close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследовательская работа Бубновой Е.

код для вставкиСкачать
Департамент образования Вологодской области
Бюджетное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
"Череповецкий лесомеханический техникум им. В.П. Чкалова"
Направление: техническое
ТЕМА Исследование свойств биметаллических пластин в контактной аппаратуре
Автор:
Бубнова Евгения
студентка группы МЭ-31
Специальность: 140613(1806) "Техническая Эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Научный руководитель:
Дилигенская Н.М. (преподаватель спец. дисциплины)
Г. Череповец
2012
Оглавление
Введение 3 1. Историческая справка о предмете исследования 4
2. Конструкция и свойства биметаллических пластин 5
2.1. Устройство биметаллических пластин в контактной аппаратуре 5
2.2. Исследование свойств биметаллов 6
2.3. Неметаллические аналоги биметаллических пластин 9
3. Способы изготовления биметаллических пластин 9
4. Заключение. Социальная оценка исследований 9
5. Список используемой литературы 10
Введение
Применение биметаллических пластин в контактной аппаратуре основано на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов. Сегодня биметаллическая пластина имеет вид материала, состоящего из двух слоев разнородных металлов или сплавов (сталь-алюминий, сталь- ниобий, алюминий-тинат, тинан-молибден). Биметалл применяется для повышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы с целью экономии дорогостоящих материалов [2]. Цель работы: заключается в выявлении различных свойств материалов для изготовления биметаллических пластин и определения путей снижения их стоимости, а также улучшения качества коммутации контактной аппаратуры.
Актуальность темы исследования заключается в том, что изучение свойств биметаллических пластин позволит внести изменения в технологию их изготовления и повлиять на модернизацию промышленности в России.
Задачи работы: 1. Изучить литературу и другие источники информации по проблеме исследования, дать их анализ;
2. Исследовать основные свойства биметаллических пластин, применяемых для контактной аппаратуры;
3. Показать значение материалов, используемых для изготовления биметаллов на работу контактной аппаратуры;
4. Проанализировать общие свойства биметаллических пластин;
5. Выявить пути снижения стоимости биметаллических пластин, используемых для изготовления биметаллов контактной аппаратуры без снижения ее надежности;
Проблема исследования: заключается в исследовании специфики свойств биметаллической пластины.
Объект исследования: процесс коммутации в контактной аппаратуре.
Предмет исследования: значение свойств биметаллических пластин, применяемых для контактной аппаратуры;
Гипотеза исследования: если при изготовлении биметаллических пластин учитывать индивидуальные свойства материалов, то надежность контактной аппаратуры увеличится, а стоимость - уменьшится.
Научно-практическая значимость исследования: заключается в следующем: 1. Исследованы основные свойства биметаллических пластин, применяемых для контактной аппаратуры;
2. Показано значение свойств материалов, используемых для изготовления биметаллов на работу контактной аппаратуры;
3. Определены общие свойства материалов, используемых для изготовления биметаллов;
4. Выявлены пути снижения стоимости биметаллических пластин, используемых для изготовления биметаллов для контактной аппаратуры;
Работа состоит из введения, из трех глав, заключения, социальной оценки, списка используемой литературы, приложений. Во введении показана актуальность исследований, определены цели и задачи, предмет исследований, обозначена проблема исследования. В первой главе представлена историческая справка о предмете исследования. Вторая глава содержит информацию о конструкции биметаллических пластин, исследование общих свойств биметаллов, описаны возможные неметаллические аналоги биметаллических пластин. Третья глава посвящена способам изготовления биметаллических пластин. В заключении сделаны выводы о путях снижения стоимости биметаллических пластин, используемых для контактной аппаратуры. Список литературы составляет источников. Приложения наглядно дополняют проведенное исследование проблемы.
1. Историческая справка о предмете исследования
Биметаллические пластины были созданы в XVIII веке в Англии часовщиком Джоном Харрисоном для термокомпенсации его морского хронометра Известно, что в 80-х гг. XIX столетия испанцы Стивен-Пти и Стивен Брессон предложили извещатели, основанные на использовании деформации биметаллических пластинок под воздействием тепла. В 2003 году была разработана технология сварки взрывом крупногабаритных биметаллических пластин из углеродистой стали 20 и хромоникелевой стали 18-9 по параллельной схеме, обеспечивающая получение сварных соединений с высокими механическими и коррозионными свойствами. Определены критические и оптимальные параметры. Проведенные исследования показали, что разработанные и освоенные иракской промышленностью взрывчатые вещества Аматол и Тарик могут быть рекомендованы для целей получения высококачественных крупногабаритных биметаллических пластин (одно, 2-х и 3-х слойных) методом сварки взрывом. Свойства соединений биметаллических пластин, полученных сваркой или взрывом имеют лучшую механическую прочность. Таким образом, предложены общие принципы научно-обоснованного подхода к выбору биметаллических пластин.
2. Конструкция и свойства биметаллических пластин
2.1. Устройство биметаллических пластин в контактной аппаратуре
Биметаллическая пластина представляет собой отрезок ленты из биметалла. Один конец ленты неподвижно закреплён в устройстве, а другой - перемещается в зависимости от температуры пластины.
Рис. 1. Внешний вид конструкции биметаллической пластины
Если оба конца биметаллической пластины соединены заклёпками, при увеличении температуры пластина изгибается (Рис.1). Встречаются устройства, состоящие из 2 пластин разнородных металлов, закреплённых одними концами и соединённых (клёпкой, пайкой или сваркой) у других концов. При изменении температуры соединённый конец пластин перемещается. Биметаллическая пластина работоспособна в очень широком диапазоне температур. Конструктивные формы биметаллических пластин разнообразны. Нагрев может осуществляться непосредственно током цепи, проходящим по пластине 1 (рис. 2). При косвенном нагреве ток цепи проходит по нагревательному элементу 2, теплота от нагревательного элемента передается пластине; при комбинированном способе нагрева ток цепи проходит по пластине и нагревательному [ 4].
Рис. 2. Некоторые схемы устройства биметаллических тепловых реле
Простейшая схема представлена на рис. 3 , а: при нагреве пластина I изогнется и, воздействуя через изоляционный штифт 3 на пружинный контактный рычаг 2, разомкнет контакты 4. Установка (по времени, по току) срабатывания регулируется высотой неподвижного контакта. Возврат реле превосходит автоматически при снижении нагрева [2]. Недостатками такой конструкции является медленное размыкание контактов, незначительная скорость их движения и непостоянство контактного нажатия при замкнутых контактах. Все это приводит к быстрому износу контактов. 2.2. Исследование общих свойств биметаллов
При нагревании биметаллической пластины, происходит различное удлинение обоих слоев металла, и пластина изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом линейного расширения. Развиваемое при этом механическое усилие используют для приведения в действие (срабатывания) механизма контактной аппаратуры. Активный слой биметаллической пластины располагают со стороны, противоположной контакту, поэтому, по мере повышения температуры биметаллическая пластина деформируется таким образом, что контакты сближаются [ 3]. На свойства биметаллической пластины влияет толщина обоих металлов пластины, а также температура нагрева пластины. Опыты в лаборатории показали, что распределение температуры по площади пластин, даже значительной толщины, не такое равномерное, как можно было ожидать (Рис. 3). Перепад между центром нагрева и периферией часто составляет не десятые доли градуса, а несколько (иногда даже десятки) градусов. При данных условиях самая высокая температура "ядра" и центра пластин наблюдалась у более тонких образцов. Можно предположить, что при увеличении сечения пластины тепло равномернее распределяется по площади и быстрее уходит в охлаждающую среду.
Долговечность энергетического оборудования и контактной аппаратуры в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования.
Рис. 3. График анализа температурных полей на поверхности материала
Температурные зависимости частот переключений контактных соединений приведены на рис.5 для некоторых металлов I и II групп периодической таблицы элементов, а также для титана, ниобия и циркония - сплавы которых используют как "сверхпроводящие" материалы. Для каждого металла приведён фрагмент зависимости fвал(T), ограниченный точками, которые соответствуют температуре плавления и температуре испарения (данные о точках этих фазовых переходов взяты из [5]). Таким образом, надежность биметаллической пластины снижается с увеличением числа переключений, что неизбежно в контактной аппаратуре.
В лабораториях "Северстали" были проведены тестирования второй группы металлов, в которую входят двухкомпонентные сплавы системы Ag - Cu: СрМ 970, СрМ 960, СрМ 950... СрМ 750, СрМ 500. Цифра, стоящая после буквенного обозначения, указывает на пробу серебра. Так, например, СрМ 875 означает Ag 875 или содержание серебра не менее 87.5% - остальное Cu. К этой системе относятся наиболее распространённые промышленные сплавы серебра, предназначенные для электрических контактов, ювелирных изделий, столового серебра, орденов и медалей. Рис. 5. Температурные зависимости частот переключений контактных соединений Выяснилось, что теплопроводность этих сплавов напрямую зависит от содержания серебра, точнее, от процентного соотношения металлов в системе Ag - Cu, что можно отобразить на графике (Рис. 6). Следовательно, каждое замещение меди серебром на 10% даёт увеличение теплопроводности сплава приблизительно на 1.5%. Найти и протестировать сплав CuSil не удалось, но его состав точно соответствует стандартному припою ПСр 72 (Cu -28%, Ag - 72%).
Рис. 6. Зависимость температуры биметаллической пластины от содержания серебра в сплаве
Выдержки из результатов исследований, проведенных в лабораториях ОАО "Северсталь":
1.Конструкции с горизонтальными биметаллическими пластинами обеспечивают достаточную эксплуатационную прочность и их применение позволяет снизить затраты на биметаллические пластины.
2. Биметаллические (а также триметаллические) пластины используются для сварки разнородных металлов в целях предотвращения контактной (гальванической) коррозии. 3. Для работы в агрессивных средах свойствами, подобными биметаллам, обладают спаи из стёкол или керамики с различным КТР (коэффициент температурного расширения), что позволяет экономить дорогостоящие металлы в контактной аппаратуре.
4. Теоретически установлены закономерности формирования прочного биметаллического соединения сталь - твёрдый сплав (биметаллическая пластина) в зависимости от начальной температуры форм, температуры заливки стали, давления на расплав при кристаллизации отливки и продолжительности охлаждения отливки в форме до температуры 700°С, что подтверждается металлографическими исследованиями переходной зоны и испытаниями эксплуатационных свойств режущего инструмента:
- начальная температура твёрдого сплава в форме 500°С;
- начальная температура заливки стали 1510-1550°С;
- продолжительность охлаждения отливки в форме до 700°С в течение трёх часов.
2.3 Неметаллические аналоги биметаллических пластин
Для работы в агрессивных средах свойствами, подобными биметаллам, обладают спаи из стёкол или керамики, с различным КТР (коэффициентом температурного расширения). Эти спаи являются неметаллическими аналогами биметаллических пластин [4] . 3. Способы изготовления биметаллических пластин
Биметаллические пластины изготовляют прокаткой или прессованием двух заготовок различных металлов. Наиболее перспективным технологическим процессом, позволяющим получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, является сварка взрывом [ 3] . 4. Заключение. Социальная оценка исследования
Из анализа проведенного теоретического исследования можно сделать вывод, что подбор материалов для контактной аппаратуры должен учитывать условия эксплуатации конкретного изделия с анализом механизма его разрушения (наличие ударных нагрузок, абразивный износ, его характер, наличие и интенсивность теплосмен и т. п.). При выборе способа упрочнения необходимо оценивать критерии, которые определяют срок службы конкретного изделия (допустимая глубина износа, объемное изнашивание, потеря эффективной работоспособности, межремонтные сроки и т. п.). Пути снижения стоимости биметаллических пластин, используемых для изготовления биметаллов контактной аппаратуры без снижения ее надежности основано на том, что в контактной аппаратуре плотность переменного тока падает от периферии проводника к его середине, поэтому целесообразно поверхность провода из более дешевого материала (сталь, алюминий) покрыть хорошим проводником (медь, серебро). При изготовлении биметаллических пластин материалы слоев подбирают так, чтобы разница их линейных коэффициентов расширения была значительной. В этом случае получают высокую чувствительность работы контактного аппарата. Прочностной анализ биметаллических соединений можно осуществить с помощью компьютерного моделирования. Гипотеза исследования: Если при изготовлении биметаллических пластин учитывать индивидуальные свойства материалов, то надежность контактной аппаратуры увеличится, а стоимость - уменьшится, подтверждена частично и требует дополнительных исследований в области технологий
5. Список используемой литературы
1. Справочник по электротехническим материалам. С 72 В.3 т. Под ред. Ю.В. Корицкого и др. Т.1. Изд. 2-е, перераб. М., "Энергия", 1974.
2. Электроматериаловедение: Учеб. Для нач. проф. Образование: Учеб. Пособие для сред. Проф. образования/ Людмила Васильевна Журавлева - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2004-312с.
3. Электротехнические материалы: Справочник/ В.Б Березин, Н.С Прохоров, Г.А Рыков, Энергоатомиздат, 1983-504с.
4. Справочник по электротехническим материалам с 74 ном: В 3т.Т. 1/ Под ред. Ю.В. Корицкого и др. - 3-е изд., Перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1986.- 368с.
5. Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства: Справочник/ Панов Е.Н., Васильченко Г.Н., Даниленко С.В., Карвацкий А.Я., Шилович И.Л., Боженко М.Ф.. // М., Руда и металлы, 1998, 256.
6. http://www.severstal.com/rus/businesses/international/north_american/dearborn/
6
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
393
Размер файла
99 Кб
Теги
исследовательская, работа, бубновой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа