СВЧ-установка конвейерного типа для термомеханической обработки древесины

Годовой экономический эффект от производства и использования новой техники можно определить по формуле:

Выводы: Результаты, проведенного технико-экономического расчета, позволяют выявить следующие преимущества новой установки перед базовой:

Во первых цена новой установки 30462,82 руб. на 7087,18 руб. ниже, чем базовой 37550 руб.;

Во вторых существенно соответственно меньшая масса 130 кг против 150 кг;

В третьих накладные расходы 15318,62 руб. против 13981,21 руб.

В четвертых существенно большая производительность 0,09 м3/час против 0,025 м3/час

4.Технологическая часть

Характерной особенностью технологии волноводных СВЧ приборов является применение специально разработанных процессов, осуществляемых часто в высоком вакууме или разрешенных газах при термических, электрических, механических и иных воздействиях на детали и собранные узлы.

Множество деталей и узлов с очень широким диапазоном размеров и повышенными требованиями к точности, чистоте поверхности и герметичности соединений изготавливаются из весьма разнообразных по своим свойствам металлических и неметаллических материалов в обстановке высокой производственной гигиены.

При разработке и проектировании технологического процесса исходят из необходимости получения установленного качества приборов при высокой производительности труда, низкой себестоимости и максимальном использовании средств механизации и автоматизации.

Качество приборов характеризуются электрическими и электромеханическими параметрами, которые должны соответствовать заданным значениям и оставаться в установленных пределах в течении определенного срока службы.

Качество приборов определяется их конструкцией свойствами примененных материалов, а также правильно установленной и точно выполняемой технологией в условиях высокой производственной гигиены.

В достижении установленного качества основное значение имеют точность обработки деталей, узлов и технологическая дисциплина на всех этапах процесса изготовления приборов.

Совокупностью этих показателей, т.е. точностью механической, термической, химической и других видов обработки, наряду с другими факторами, например точностью расстояний, надежностью соединений при сборке, соблюдением правил производственной гигиены и т.д., обеспечивается возможность получения заданных параметров приборов при их минимальном разбросе и высокой стабильности.

4.1 Технологический анализ конструкции

обработка сушка древесина электромагнитный

Проектируемая СВЧ камера состоит из 2-х прямоугольных волноводов сечением 124x248 мм. соединенных в параллель по широкой стенке и оснащена кинематическим трактом для транспортировки диэлектрика по внутренниму объему камеры.

Из чертёжной документации видно, что рассматриваемая конструкция состоит из отдельных деталей и сборочных единиц не имеет сложных элементов состоит в основном из деталей прямоугольного сечения, что значительно упрощает технологию их изготовления. Элементы конструкции выполняются из листа толщиной 4 мм. алюминиевого сплава АМГ-6, который хорошо обрабатывается фрезерованием, легко деформируется при гибке так как достаточно пластичен и сваривается без разупрочнения в зоне сварных швов . Вид применяемой сварки - аргонно-дуговая (см. стр ). Так как участки сварных швов являются прямыми и непрерывными (требование конструкции), то при увеличении масштабов выпуска изделия возможно применение автоматизированных методов сварки. Заготовка свариваемых элементов получается рубкой на гелиотинных ножницах по разметке так как раскрой листа идёт по прямым линиям. С точки зрения точности изготовления входящих деталей и в целом сборки не требуется точного (прецизионного) оборудования. Детали обрабатываются по предварительной разметке, что вполне удовлетворяет условиям мелкосерийного производства в случае увеличения масштабов выпуска возможно применение высокомеханизированных методов раскроя (например плазменной резки с ЧПУ), так как назначенные допуски размеров на входящие элементы конструкции позволяют это сделать. Есть свободный доступ для применения гайковёртов по контуру фланцев. При сборке (сварке) конструкции применены универсально сборочные приспособления сварки УСПС так как базовые поверхности и размеры предоставляют такую возможность.

Вывод:

В целом конструкция изделия достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных методов (режимов) обработки и сборки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций. Для изготовления изделия не требуется рабочих с высокой квалификацией что значительно удешевляет изготовление данной конструкции.

Требования к металлам, используемым для изготовления высокочастотных систем.

Для изготовления высокочастотных систем используются как чистые металлы (алюминий,медь, латунь и др.), так и сплавы.

К металлам применяемым для изготовления высокочастотных систем, предъявляются следующие требования:

1. Высокая механическая прочность, пригодность для изготовления деталей сложной формы с большой точностью, удовлетворительная формоустойчивость.

2. Высокая допустимая рабочая температура. При рабочей температуре в течение длительного времени должны сохранятся состав и стружка материала и форма деталей.

3. Пригодность для соединения с другими металлами и диэлектриками путем пайки, сварки и т.д. В зависимости от выбранного способа соединения металл должен выдерживать нагревание на воздухе, в атмосфере водорода, инертного газа или в вакууме. При согласованных соединениях необходимо соответствие температурных коэффициентов линейного распределения.

4. Высокая теплопроводность. Это требование вызвано тем, что отвод тепла от мест его выделения к области естественного или принудительного охлаждения осуществляется, как правило за счет теплопроводности.

5. Высокая частота и низкое газовыделение материалов.

6. Малое удельное электрическое сопротивление.

7. Для систем, работающих в магнитном поле, материал должен быть не ферромагнитным.

В связи с такими высокими требованиями к металлам, работающим в СВЧ диапазоне, очень немногие металлы могут быть использованы. Одним из самых часто используемых является медь безкислородная, но в связи с её высокой стоимостью всё чаще для изготовления приборов СВЧ применяют более дешёвые материалы такие как алюминий и его сплавы. В данном случае для изготовления применяется алюминий марки АМГ-6 на основе системы Al-Mg-Ti , которые относятся к деформируемым алюминиевым сплавам.

Высокая электро- и теплопроводность, удовлетворительная теплостойкость, малые значения газопроницательности и газовыделение - все эти свойства обусловили широкое использование алюминия в качестве материала для СВЧ устройств. Важным свойством алюминия является его немагнитность.

Физико-механические свойства алюминия марки АМГ-6:

4.2 Технология сварки алюминия

Для дуговой сварки алюминия применяют электроды марки ОЗА-1 со стержнем из алюминиевой проволоки. Сварка производится в нижнем и вертикальном положениях постоянным током обратной полярности, короткой дугой без поперечных колебаний при диаметре электрода 4мм. ток берётся 120-140 А, при 5мм. -150-170 А, а при 6мм. -200-240 А. Сварку осушествляют с подогревом изделия до температуры 200-250 0С при толщине металла 6-10мм., 300-3500С при 10-16 мм.. Электроды перед употреблением обязательно просушивают при температуре 2000С в течение 2-х часов. После сварки шлак немедленно удаляют стальной щеткой с промывкой горячей водой.

Для заварки литейных пороков в изделиях применяют алюминиевые электроды марки ОЗА-2. Коэффициент линейного расширения алюминия в 2 раза выше, чем коэффициент линейного расширения железа. Это способствует увеличенным деформациям и короблению при сварке алюминиевых изделий.

Низкая удельная плотность и температура плавления алюминия по сравнению с высокой удельной плотностью окисла алюминия Al2O3 и его температурой плавления затрудняют процесс сварки. Тугоплавкий тяжелый окисел Al2O3 может оставаться в металле шва и снижать работоспособность сварного соединения при сварке алюминия и его сплавов необходимо применять различные способы борьбы с окислом Al2O3. Во всех случаях поверхность металла изделия должна зачищаться непосредственно перед сваркой, и процесс сварки должен протекать с защитой расплавленного металла от действия газа, воздуха. Для борьбы с окислом алюминия используют метод катодного распыления. Его сущность состоит в том, что при дуговой сварке в аргоне на постоянном токе при обратной полярности происходит дробление окисной пленки Al2O3 с последующим распылением частиц окисла. Тонкая окисная пленка, покрывающая сварочную ванну, разрушается под ударами тяжелых положительных ионов защитного газа аргона, образующихся при горении дуги.

Для получения беспористых швов при сварке алюминия и его сплавов даже небольшой толщины иногда требуется подогрев, снижающий скорость охлаждения сварочной ванны и способствующий более полному удалению водорода из металла при медленном охлаждении.

При аргонодуговой сварке алюминия борьбу с порами ведут с помощью окислительной атмосферы. Наилучшие результаты получаются при добавлении к аргону 1,5% кислорода. Окислительная атмосфера в районе поверхности сварочной ванны не дает водороду растворяться в металле, поэтому поры к концу охлаждения шва не образуются.

Ручную сварку алюминия дугой выполняют с подогревом листов от 100 до 400С; чем толще деталь тем выше температура подогрева. Для сварки употребляют флюс чаще всего марки АФ-4а, содержащий 50% хлористого калия, 14% хлористого лития, 8% фтористого натрия, 28% хлористого натрия. Составы электродных покрытий могут быть следующими: покрытие I - 65% флюса АФ-4а и 35% криолита и покрытие II - 50% хлористого калия, 30% хлористого натрия и 20% криолита.

Подбор присадочного электродного материала осуществляется из условия однородности с основным металлом или с несколько повышенным содержанием одного или нескольких элементов против основного металла с учетом неизбежного обеднения метала шва элементами ( Mg, Zn ) при сварке

Перед началом сварки осуществляется слесарная подготовка деталей, которая заключается в снятии кромки под углом 60 со свариваемой поверхности. Кромки деталей из алюминиевых сплавов можно очищать травлением в растворе хромовой кислоты. Перед травлением кромки обезжиривают растворителем или теплым раствором каустика, затем промывают горячей водой и тщательно протирают. Сварка должна производиться не позже чем через 2 часа после травления, иначе вновь образуется пленка окисла.

Для сварки применяется сварочная установка УДАР-500-1 рассчитанная на номинальный ток 500А. Установка типа УДАР состоит из сварочного трансформатора, дросселя насыщения, шкафа управления, сварочной горелки. Напряжение холостого хода трансформатора составляет 65 В.. Сварку ведут справа налево. Поперечные движения прутком и электродом не допускаются во избежание окисления метала шва.

Для контроля качества шва применяется магнитный вид контроля. Намагничивание осуществляется пропусканием тока по детали, созданием магнитного поля вокруг деталей действием природного магнита или электромагнита. Неравномерность поля определяется искателем, в частности магнитным порошком, который и указывает место положения и протяженность дефекта в металле шва. Для этого применяются дефектоскопы МДУ, МГК-1, ВУМД-7 и другие. Также для контроля качества шва могут использоваться метод рентгеноскопии и метод гамма-излучения, который заключается в том, что при прохождении через материал излучение понижает свою интенсивность в зависимости от химического состава контролируемого материала по определенному закону. Неодинаковая интенсивность излучения указывает дефекты в контролируемом материале которые визуально отражаются на специальной негативной пленке играющей роль экрана. Если требование к свариваемому материалу не очень высоко, то зачастую контроль можно производить визуально простым осмотром.

4.3 Технология изготовления запредельного волновода

В проектируемой установке запредельный волновод представляет собой простейшую сборочную единицу состоящую из 2-х деталей соединяемых между собой аргонодуговой сваркой. В данном случае запредельный волновод к тому же выполняет роль детали прямоугольного сечения предназначенный для более удобной загрузки сушимого диэлектрика внутрь СВЧ камеры, имеет геометрические размеры 205* 65 мм.

Рассмотрим технологический процесс изготовления запредельного волновода (эскизы деталей см. чертежной документации):

Деталь поз.3.1.(крышка верхняя)

материал: АМГ - 6

размер:4*204*214

вес = 0,52 кг.

005 Заготовительная НЛГ-6 1 1

Отрезать заготовку под углом 900 в размеры 4*204*214

Производственный контроль

010 Слесарная 1 1

Снять заусенцы.

Рихтовать заготовку без забоин.

разметить стороны под обработку по размерам чертежа.

Производственный контроль

015 Фрезерная ФВ-3 1 1

А Установить деталь на столе на подкладках, выставить, крепить планками.

Фрезеровать по разметке стороны деталей по размерам чертежа за 2 установа.

Производственный контроль

020 Слесарная 1 1

Снять заусенцы

025 Технический контроль.

Проверить размер деталей

Деталь поз.3.2.(дно)

материал: АМГ - 6

размер: 4*204*340

вес = 0,83 кг.

005 Заготовительная 1 1

1. Отрезать заготовку под углом 900 в размеры 4*204*340

Производственный контроль

010 Слесарная 1 1

1. Снять заусенцы.

2. Рихтовать заготовку без забоин.

3. Разметить стороны под обработку по размерам чертежа.

Производственный контроль

015 Фрезерная ФВ-3 1 1

А Установить деталь на столе на подкладках, выставить, крепить планками.

Фрезеровать по разметке две стороны в размер 200 и третью сторону как чисто.

Производственный контроль

020 Слесарная 1 1

Снять заусенцы.

Разметить линии гибки по размерам чертежа.

Гнуть деталь по разметке выдерживая размеры: 69; 210 за два установа. РКХА-160 (пресс)

Подправить гибку, приплющить наплывы, рихтовать.

Разметить под обработку сторону в размер 69

Разметить под обработку скос под угол 450.

Производственный контроль

025 Фрезерная ФВ-3 1 1

А Установить деталь на столе, выставить, крепить планками.

Фрезеровать по разметке сторону в размер 69.

Б Установить деталь в приспособление УСП, выставить, крепить.

2. Фрезеровать по разметке скос под угол 450.

Производственный контроль

030 Слесарная 1 1

1. Снять заусенцы.

035 Технический контроль 1 1

1. Проверить размер деталей

Деталь поз.3 (сборка)

005 Комплектовочная

Получить детали по чертежу

010 Гальваническая

Подготовить детали и св.проволоку под сварку по инстр.

КАО.054 018

015 Сварочная УДАР-500 1 1

Установить деталь поз.1. на плите, крепить.

Установить на деталь поз.1., по чертежу, деталь поз.2., выставить, придержать, прихватить и приварить места сварки.

Производственный контроль

020 Термическая 1 1

1. Отжечь деталь по ОСТ4 Г0054004

Производственный контроль

025 Слесарная 1 1

Подрубить прихватки, зачистить сварные швы по чертежу ( зубило, молоток. напильник ).

Рихтовать сборку ( плита, молоток )

030 Технический контроль

1. Проверить внешним осмотром.

5.Безопасность технологического процесса

5.1 Краткая характеристика дипломного проекта

В ходе дипломного проектирования была разработана экспериментальная СВЧ установка получения древесины, она имеет следующие исходные данные.

Сведения о спроектированной камере СВЧ термообработки древесины:

Размеры канала загрузки и выгрузки

обрабатываемого диэлектрика:

Толщина диэлектрика, мм…………………..до50

Ширина, мм……………………………………200

Мощность СВЧ источника, кВт………………...5

Максимально допустимая температура

термообработки, 0С………………………….. 110

Начальная влажность диэлектрика, %……..до50

Конечная влажность диэлектрика, %………….8

Целью дипломного проекта является создание СВЧ нагревательной камеры работающей на частоте 915 Мгц для получения сухой древесины термомеханическим способом.

Способ термомеханической обработки позволяет исключить 8кВт электроэнергии затрачиваемой на воздухоподготовку для обеспичения конвективного тепломассообмена. В результате воздействия СВЧ на влагу она нагревается в объеме диэлектрика до температуры 105-1100С и за счет избыточного давления выталкивается на поверхность диэлектрика, после чего древесина обстругивается со всех сторон на толщину 2 мм.,в результате чего мы получаем древесины с 8% влажностью.

Термомеханический способ с первого взгляда кажется не очень продуктивным. После экономических расчетов выяснилось, что сушка которая проводится в сушильных шкафах занимает несколько дней с поддержанием постоянной температурой воздухообдува, а с помощью термомеханического способа обработки древесины 1,5 м паркетную рейку,например, можно высушить за 1минуту при 1 кВт мощности. Так что наши разработки и дальнейшие исследования должны заменить конвективный метод сушки термомеханической обработкой.

5.2 Анализ возможных опасных и вредных факторов

Характерной формой взаимодействия электромагнитного поля с живым организмом является сочетание нагрева ткани, зависящего от поглощенной тканями энергии, и информационного акта, определяющего нетепловое воздействие на организм. Вторая сторона воздействия- нетепловое, или, как иногда говорят, специфическое действие радиоволн- определяется именно этим информационным аспектом воспринимаемых организмом электромагнитных излучений. Спектр и форма этого воздействия зависят от свойств источника и канала связи.

Интенсивность радиоизлучения исскуственных источников находится в непосредственной зависимости от мощности генераторов, доли энергии, передаваемой на излучение, а также от коэффициента напрвленного действия излучателей и расстояния до излучателей. “Паразитные” излучения аппаратуры определяются, кроме мощности устройства, тщательностью экранировки. Характерной особенностью этого вида радиоизлучения в отличие от природных, является высокая когерентность- частотная и фазовая стабильность, означающая также высокую концентрацию энергии в очень узких областях спектра.

При исследованиях влияния СВЧ поля на живой организм следует иметь в виду, что само по себе экранирование также может быть вредным. Поэтому наиболее правильным следует считать изучение влияния излучения в неэкранированных кабинах либо в кабинах с достаточно хорошей имитацией естественных условий.

Источниками электромагнитных излучений (ЭМИ) являются различные установки, начиная от мощных телевизионных, радиовещательных станций, промышленных установок высокочастотного нагрева и кончая неограниченным количеством измерительных, контрольных и лабораторных приборов различного назначения. Электромагнитная знергия излучается через смотровые окна, отверстия, жалюзи. щели и неплотности кожухов РЭА, а также через отверстия через которые проходят оси органов управления. Источниками ЭМИ могут быть любые устройства, включнные в высокочастотную цепь.

Можно назвать три группы людей, подвергаемых воздействию волн СВЧ: специалисты, производящие радиоаппаратуру, персонал, эксплуатирующий ее, а также определенный контингент людей, по роду своей деятельности не связанных с источниками излучений, т.е. подвергаемых облучению случайно.

Первая группа людей относительно невелика, но подвергается облучению более или менее постоянно. При правильно организованной технике безопасности в подавляющем большинстве случаев интенсивность поля может быть доведена до необходимого минимума, но опыт показывает, что на определенных этапах производства, особенно при наладке, регулировке, когда предотвратить избыточное воздействие удается далеко не всегда, и при существующей технике зашиты тенденции к уменьшению облучаемости в этой категории работ еще не наблюдается.]

Возрастает количество людей второй группы, занятых эксплуатацией мощной СВЧ радиоаппаратуры. Сейчас нельзя назвать их общее число, однако, естественно, оно во много раз превышает число людей первой группы. Серьезность положения заключается в том, что в большинстве случаев, особенно если излучателем является антенна, предотвратить облучение территории с людьми или трудно технически, или принципиально невозможно.

Третья категория людей подвергается облучению,не имея никакого отношения ни к аппаратуре, ни к выполняемой ею задаче. Сюда можно отнести жителей населенных пунктов, находящихся в зоне действия излучателей. Несмотря на очевидную многочисленность людей этой группы, как показывает опыт, сейчас говорить об особой опасности для нее не приходится.

Биологическое действие ЭМЭ зависит от частоты и интенсивности излучений, длительности и условий облучения. Различают термическое (тепловое) воздействие, морфологические и функциональные изменения. Первичным проявлением действием ЭМЭ на организм человека является нагрев тканей и органов, который приводит к изменениям и их повреждениям. Тепловое воздействие характеризуется общим повышением температуры тела или локализованным нагревом тканей. Нагрев особенно опасен для органов со слабой терморегуляцией (мозг, глаза, органы кишечного и мочеполового тракта). ЭМЭ с длиной волны от 1 до 20 см. оказывает вредное воздействие на глаза, вызывая катаракту (помутнение хрусталика), т.е. потерю зрения.

Контроль ЭМИ на рабочих местах проводится не реже одного раза в год, а также при вводе в действие новых установок, внесении изменений в конструкцию, размещение и режим работы установок, после проведения ремонта, при организации новых рабочих мест. Измерения проводятся при наибольшей мощности излучения и в каждом режиме

5.3 Анализ эргономической системы

При работе с экспериментальной установкой должны присутствовать 2-3 человека, которые имеют представления о технике СВЧ.

Установка должна находиться в помещении площадью не менее 25-30 м2, так как обращение с установкой не должно сковывать движение исследователей, во избежании столкновений с установкой или нарушения ее конструкции. такие стокновения возможны в небольший помещениях так как установка состоит из волноводов, которые представляют сложную геометрическую форму, и разного рода ответвлений. Помещение должно быть оборудованно вентиляцией, а также водопроводом и канализацией, так как в установке предусмотренна система охлаждения проточной водой.

5.4 Анализ нештатных ситуаций

При работе с установкой возможны нештатные ситуации:

1. Превышение номинального значения тока магнетрона

2. Снижение давления воды в водяном поглотителе СВЧ энергии

Рассмотрим подробнее одну из наиболее вероятных нештатных ситуаций: перегрев магнетрона. Во избежании выхода из строя магнетрона при превышении тока анода, ставится токовое реле в анодную цепь.

В целях безопасной эксплуатации СВЧ установки в блоке генератора, к которому подводится вода для охлаждения магнетрона, предусмотрены системы автоматического отключения высокого напряжения. Эта система заключается в том, что если прекращена подача воды или снизилось давление в магистрали по каким либо причинам, то отключается высокое напряжение (Рис.15). Для этой цели используется контактный манометр типа ЭКМ-1V, который отключает первичную цепь.

Для предотвращения других нештатных ситуаций используются возможные предохранители и заземляющие системы.

Датчик давления воды