4 Разработка методики контроля

Согласно имеющейся в научно-технической литературе информации, метод МПК должен включать в себя следующие операции:

• подготовку поверхностей изделий к контролю;

• намагничивание деталей;

• обработку поверхности детали суспензией (порошком) ;

• осмотр деталей;

• размагничивание;

• контроль качества процесса.

Для обеспечения надёжного магнитопорошкового контроля необходимы следующие вспомогательные устройства:

• намагничивающее устройство;

• устройство для нанесения магнитной суспензии или порошка на детали;

• осветители контролируемой поверхности видимым (белым) или ультрафиолетовым светом;

• измерители напряженности магнитного поля ;

• измерители концентрации порошка в магнитной суспензии;

• контрольные образцы с тонкими дефектами и другие средства метрологической проверки;

• размагничивающие устройства. [6]

Рассмотрим более подробно основные из них:

1. Очистить поверхность вал редуктора ТРКП до металла.

2. Осмотреть контролируемую поверхность с целью выявления видимых глазом дефектов

3. При обнаружении дефекта визуально внести запись в «Журнал учета результатов контроля».

4. Раскрыть разъемный соленоид и опустить его максимально вниз.

5. Установить вал редуктора ТРКП

6. Отрегулировать высоту соленоида так, чтобы зазор между его витками и вал сверху был не меньше, чем снизу.

7. Переместить тележку к краю вала.

8. Замкнуть витки соленоида.

9. Нанести равномерно по всей длине оси сухой магнитный порошок.

10. Включить намагничивание и перемещение соленоида.

11. Осмотреть поверхность оси с двух сторон от соленоида в пределах зоны достаточной намагниченности.

12. Остановить соленоид у другого края вала, выключить намагничивание, осмотреть поверхность вала. Включить соленоид и переместить его к середине средней части вала, выключить намагничивание.

13. Отметить мелом границы проконтролированного участка вала.

14. Проверить вала на 1/5 полного оборота (72⁺_-5)⁰, переместить соленоид одному из краёв вала и повторить контроль по п.п. 9-13.

15. Провести контроль всей поверхности вала по п. 14 не менее чем за пять проходов.

16. Внести запись о результатах контроля в «Журнал учета результатов контроля».

5 Методика расчета устройства для намагничивания

вала редуктора ТРКП пассажирского вагона

Схема намагничивающего устройства приведена на рисунках 5.1 и 5.2. Определим величину намагничивающей силы I_w устройства для создания в изделии необходимой индукции.

Рисунок 5.1 – Эквивалентная электрическая схема НУ

Рисунок 5.2 – Расчетная схема намагничивающего устройства

Величину намагничивающей силы можно определить исходя из закона Кирхгофа

, (1)

где I – ток в обмотке электромагнита; w – число витков в обмотке;

H_il_i – падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи l_i [5].

Строим кривую намагничивания материала магнитопровода (Сталь 40) и кривую намагничивания материала вала редуктора(Сталь 20) рисунок 5.3, используя данные таблицы 2.3.

Рисунок 5.3 – Кривая намагничивания материала магнитопровода и материала вала редуктора

Сумму падений магнитных напряжений в изделии U_и, зазорах U_y, в магнитопроводе U_п находим из выражений:

, (2)

Используя выражения (2) по значениям H_и и B_и, взятым с кривой намагничивания, строим зависимость U_и = f(Ф_и).

Падение магнитного напряжения в изделии U_и и магнитный поток Ф_и в изделии при Н_и = 4000 А/м, В_и = 1,270 Тл будут равны:

В,

Вб.

Затем строим зависимость U_у = f(Ф_и) в той же системе координат (рисунок 5.4) по формуле

, (3)

где H₀ – напряженность поля в зазоре между полюсами магнита и замыкающим магнитопроводом; ^* – толщина суммарного зазора, ^*=2(R+) ; R – шероховатость;  – толщина неферромагнитного покрытия.

Падение магнитного напряжения в зазорах U_у при Н_и = 4000 А/м, В_и = 1,270 Тл будет равно

В.

Падения магнитного напряжения в изделии U_и и магнитного напряжения в зазорах U_у , а также магнитного потока Ф_и в изделии при других значениях Н_и и В_и сведем в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Значения магнитных напряжений U_и, U_у

и магнитного потока Ф_и в изделии

Фи, Вб	Uи, В	Uy, В
0,0003125	147,5	82,5
0,000609375	295	160,8
0,000775	442,5	204,6
0,0008625	590	227,7
0,00089375	737,5	235,9
0,000946875	885	249,9
0,000990625	1180	261,5
0,00101875	1475	268,9

Рисунок 5.4 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре U_y (1)

и в изделии U_и (2) от магнитного потока Ф_и изделии

Затем на отдельном графике рисунок 5.5 строим кривую падения магнитного напряжения U_п в магнитопроводе в зависимости от потока в нем U_п = f(Ф_п)

, (4)

Значения В и Н определим по кривой намагничивания материала магнитопровода рисунок 5.3, используя данные таблицы 2.3.

В; Вб

Значения магнитного напряжения U_п и магнитного потока Ф_п в магнитопроводе при других значениях Н_и и В_и представим в виде таблицы 5.2.

Таблица 5.2 – Значения магнитного U_п и магнитного потока Ф_п

в магнитопроводе

Uп, В	Фп, Вб
210	0,000375
420	0,0010125
630	0,0013375
840	0,001525
1050	0,00165
1260	0,00174375
1680	0,00184375
2100	0,00195

Рисунок 5.5 – Зависимости магнитного напряжения в магнитопроводе

от магнитного потока в нем

Чтобы пересчитать U_п в зависимости от Ф_и, запишем уравнение Кирхгофа для точки М в эквивалентной электрической схеме, рисунок 5.1:

, (5)

где F – магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.

Так как отношение потоков Ф_и и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям R_и+R_y и R_F, то справедливо выражение

,

откуда следует

, (6)

где R_F – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами

электромагнита, .

, (7)

где G_F – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).

, (8)

где

;

.

Определим проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства)

м;

;

;

Гн.

Рассчитаем магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита

Из выражений (5) и (6) следует

, (9)

где R_F – получаем из соотношений (7) и (9), оно постоянно;

– тоже постоянно;

,

где l_и – длина средней линии в изделии, l_и = L+d, l_и =0,3 м; В_и, Н_и – соответствуют оптимальному режиму намагничивания.

По значению коэрцитивной силы для стали 20 H_с=320А/м материала изделия по Приложению Д [4] находим значение оптимальной напряженности магнитного поля Н_опт.

Далее по кривой намагничивания материала изделия (рисунок 5.3) определяем оптимальное значение магнитной индукции В_опт. В результате получили: В_опт = 1,27 Тл, Н_опт = 3000 А/м.

Гн^-1

Гн^-1

Путем пересчета с использованием формулы (9) из последнего графика, (см. рисунок 5.5), получаем зависимость U_п = f(Ф_и), рисунок 5.6.

Вб.

Остальные значения Ф_и^* в пересчете представим в виде таблицы 5.3.

Таблица 5.3 – Данные для построения зависимости U_п = f(Ф_и^*)

Uп, В	Фи* , Вб
210	0,00034841
420	0,0009407
630	0,00124265
840	0,00141686
1050	0,00153299
1260	0,00162009
1680	0,001713
2100	0,00181172
3150	0,00193366
4200	0,00200915
5250	0,00207883
6300	0,00211367
8400	0,00220658
10500	0,00225304
12600	0,0023111

Рисунок 5.6 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе

от магнитного потока в изделии

Затем, суммируя U_и, U_y, U_п (таблица 7.6), получаем зависимость U_ = f(Ф_и), рисунок 7.8.

Таблица 5.4 – Данные для построения зависимости U_ = f(Ф_и)

Uи, В	Uy, В	Uп, В	UΣ, В
147,5	82,5	210	440,0
295	160,8	420	875,8
442,5	204,6	630	1277,1
590	227,7	840	1657,7
737,5	235,9	1050	2023,4
885	249,9	1260	2394,9
1180	261,5	1680	3121,5
1475	268,9	2100	3843,9
2212,5	284,6	3150	5647,1
2950	293,6	4200	7443,6
3687,5	301,9	5250	9239,4
4425	306,8	6300	11031,8
5900	320,0	8400	14620,0
7375	323,3	10500	18198,3
8850	336,5	12600	21786,5

Рисунок 5.7 – Зависимость суммарного магнитного напряжения

от магнитного потока в изделии

Затем строим аналогичную зависимость U_ = f(В_и), (рисунок 7.9.),где В_и = =Ф*_и/S_и

Тл

Таблица 5.5 – Данные для построения зависимости U_ = f(В_и)

Ви , Тл	UΣ, В
0,557	440,0
1,505	875,8
1,988	1277,1
2,267	1657,7
2,453	2023,4
2,592	2394,9
2,741	3121,5
2,899	3843,9

Рисунок 5.8 – Зависимость суммарного магнитного напряжения

в магнитопроводе от индукции в изделии

По значению оптимальной индукции В_опт=1,27 в контролируемом сечении, найденному по кривой намагничивания материала изделия, определяем U₁ = 1120 В, рисунок 5.8.

С учетом коэффициента заполнения К_з = 0,4 и площади S окна, занимаемого всеми витками катушки в сечении, перпендикулярном осям витков (S ≈ 80 % площади окна S_s, образованного П-образным сердечником и намагничиваемым изделием, S_s = L (h – d + δ)=0,22∙ (0,1 – 0,05 + 0,000207)=0,011 м²), находим число витков w₁ обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d = 0,5…3,5 мм)

, (10)

Число витков w₁ обмоточного провода диаметром d =0,5 равно

.

По известным намагничивающей силе U₁ и числу витков w₁ определяем величину тока в катушке

, (11)

тогда получим

A.

Расчет выполняется для случая контроля плоских изделий и не учитывает растекание магнитного потока в изделии. Должно также выполняться ограничение по плотности тока: j  12 А/мм² (см. таблицу 7.8).

Определим электрическое сопротивление обмотки R и потребляемую мощность P

, (12)

, (13)

где l_ср – средняя длина витка провода в катушке,

l_ср = 2(c + d);

l_ср = 2∙(0,025 + 0,05)=0,15 м;

 – удельное электрическое сопротивление.

Ом;

Вт.

Остальные значения , , , запишем в таблицу 7.8.

Таблица 5.6 – Значения , , , при различных диаметрах обмоточного

провода

d, м	w1	I1, А	j, А/мм^2	R, Ом	P, Вт
0,001	5628,3231	0,710691259	0,000625	18,3	9,234
0,0015	2501,4769	1,599055333	0,000625	3,61	9,234
0,002	1407,0808	2,842765036	0,000625	1,14	9,234
0,0025	900,53169	4,441820369	0,000625	0,47	9,234
0,003	625,36923	6,396221332	0,000625	0,23	9,234
0,0035	459,45494	8,705967923	0,000625	18,3	9,234
0,001	5628,3231	0,710691259	0,000625	3,61	9,234

Поскольку потребляемые мощности одинаковы P=9,234 Вт, то диаметр провода выбираем, исходя из приемлемого числа витков катушки.

Принимаем d = 2мм с числом витков w₁=1407.

Для расчета габаритных размеров катушки рассчитаем количество витков в одном слое (без учета толщины изоляции провода):

, (14)

где d – диаметр провода,

L – расстояние между полюсами электромагнита.

;

Тогда количество слоев в катушке (без учета изоляции):

, (15)

Высоту катушки рассчитаем как произведение количества слоев на диаметр провода:

, (16)

;

Т.к. рассчетная высота катушки -d, то размер катушки удовлетворяет размерам сердечника магнитопровода.