1. Ерекшеліктері және пайдалану облыстары
2. Импульстер генераторлары және олардың параметрлері
3. Электрлі қоршамдар
4. Өсімдік материалдарын электр-импульстік өңдеу
5. Электр-гидравликалык өңдеу қондырғылары
6. Металдарды электр-эрозиялық өңдеу
1. Ерекшеліктері және пайдалану облыстары
Энергияны үзіліссіз бергенде, әрекет етілетін нысанда бөлініп шығатын энергияны көбейту қоректендіру көзі қуатын айтарлықтай өcipyдi қажет етеді. Бұл жағдайда параметрлердің кейбір табалдырықтық немесе кризистік мәндерінде үрдісті жүзеге асыруға болмайды.
Электр-импульстік технологиялық үрдістер энергияны белгілі ұзақтылықпен және жиілікпен үзілмелі жеткізумен сипатталады. Энергияны импульсті жеткізгенде қуатты шоғырлау арқасында көп үрдістерді қарқындатуға, олардың энергиялық сыйымдылығын төмендетуге, ал кейбір жағдайларда дәстүрлі әдістерді пайдаланғанда жетуге болмайтын нәтижелерді алуға болады. Қaзipгi электр-техникалық құралдар көмегімен токтың немесе кернеудің импульстерін тудырады. Олар нысанның өзінде механикалық, магниттік, оптикалық, химиялық энергияға және энергияның басқа түрлеріне айналуы мүмкін.
Электр-импульстік әсер етудің құрылмалы сұлбасы 12.1-суретте көрсетілген.
Қоректендіру көзінен ҚК біршама ұзақ уақыт ішінде аккумуляциялайтын АЭ элементіне электр энергиясы беріледі және де осы элементте энергия жиналады. Көп жағдайларда аккумуляциялайтын элемент ретінде конденсатор батереялары пайдаланылады. Оларда зарядталғанда белгілі кернеу (бipнeшe ондаған киловольтке дейін) тудырылады. Зарядтау уақытында коммутациялайтын КЭ элемент жүктеменің жұмыс ЖО органын аккумуляциялайтын элементтен ажыратады. Дайын өнім Ө алынғанға дейін өңделетін технологиялық ТМ материал жұмыс ЖО органына түседі.
Акқумуляциялайтын элементте энергиянын белгілі мөлшері жиналғанда, коммутациялайтын элемент өз бетімен немесе басқару БЖ жүйесінен басқаратын импульс берілгенде жүктемені қосады. Жүктемеге жинап алынған энергия түседі. Коммутациялайтын элементтер ретінде тиристорлар, тиратрондар, игнотрондар және т.б. пайдаланылады.
Сурет-12.1. Электр-импульстік әсер етудің құрылмалық сұлбасы:
БЖ — басқару жүйесі; ТМ — технологиялық материал; ҚК — қоректендіру көзі; АЭ — аккумуляциялайтын элемент; КЭ — коммутациялайтын элемент; ЖО — жұмыс органы; Ө — өнім
Энергияны тез бөліп шығару (1…10 мкс ішінде) нысанға әсер ететін иондану, жаратын және тасқындық үрдістерді тудырады.
Импульстік әрекет етуді, соның ішінде әртүрлі орталардағы жоғары кернеулік разрядтарды, пайдалануға негізделген технологиялық үрдістерді ауылшаруашылық шикізаттары мен материалдарын өңдеуге (мысалы, тазартуға, залалсыздандыруға), малдардың жүріс-тұрысын басқаруға, металдарды электр-физикалық өңдегенде, қойтастарды (валундарды) қиратуға, уатуға және ұсақтауға пайдаланады. Әрекет етудің тіимділігі тек қуаттың, токтың және кернеудің амплитудалық мәндеріне ғана емес, сондай-ақ олардың уақыт бойынша өзгеруіне, яғни импульстер пішініне және олардың мерзімділігіне байланысты болады. Импулъстердің бастапқы тұрақты немесе айнымалы токты қажетті параметрлі импульстік токта немесе үзіліссіз берілетін электрлік емес энергияны үзілмелі электр энергиясына түрлендіретін генераторлар көмегімен қалыптастырады.
2. Импульстер генераторлары және олардың параметрлері
Күштік импульстерді генерациялау әдістерін шартымен тікелей, инверторлау, қалыптастыру (қисық пішінін өзгерту) және қосу немесе өтемдеу жолымен генерациялайтын деп бөледі.
Тікелей генерациялайтын құрылғыларға симметриялық униполярлық импульстердің магниттік қаныққан элементтерді пайдаланумен орындалған электр-машиналық және статикалық электр-магниттік генераторларын жатқызады. Олардың жұмысы энергиялардың бастапқы түрлерін импульстік энергияға бip сатылы түрлендіруге негізделген.
Импульстерді генерациялау жүйелері жүктемеге параллель (релаксациялық, электр-машиналық және т.б.), онымен тізбектен қосылатын (үзгіштері және кілттері бар генераторлар ) және құрамалы болып бөлінеді.
Жүктеменің генераторға әсер ету сипаты, және оның жүктемеге қарсылығы бойынша импульстердің тәуелсіз және тәуелді генераторларын бөліп айтуға болады. Тәуелсіз генераторларда импульстердің амплитудасы, ұзақтылығы, полярлығы, жиілігі және пішіні жұмыс кезіндегі жүктеменің күйіне байланысты болмайды, ал тәуелді генераторларда бұл параметрлер тек генератормен ғана емес, сондай-ақ жүктемемен де анықталады.
Электроэрозиялық өңдеуде кең пайдаланылған бірінші генераторлар релаксациялық болды. Олар құрылысы бойынша және эксплуатациялауда қарапайым, сондықтан ауылшаруашылық өндірісте пайдаланылады. Генератордың аты импульс параметрлерінің электродтар аралығының күйіне, оның ионсыздану үрдісіне тәуелді болуына байланысты. RC-, RLC-, RCL-, CL-, LC-, CC-генераторларын ажыратады. Олардың барлықтарында зарядталу және зарядсыздану (қалың сызықпен көрсетілген) тізбектері болады. (12.2, а-сурет).
Сурет-12.2. Релаксациялық RC-генератор:
а — принциптік электрлік сұлба; ә — конденсатордағы кернеулер және зарядсыздану тізбегіндегі токтың өзгерулерінің тәуелділіктері
Генератор мынадай тәртіппен жұмыс істейді SA айырғыны тұйықтағанда C конденсатор RP резистор арқылы G қоректендіру көзінен зарядталады және кондснсатордағы кернеу, ал сондықтан және де ЭА электродтар аралығындағы кернеу жоғарлайды. Кернеу тесілу мәніне тең болғанда, аралық тесіледі, зарядталу уақыты ішінде C конденсаторда жиналған энергия ЭА электродтар аралығында бөлініп шығады. Конденсатордағы кернеу төмендейді және де зарядсыздану тоқталады. Электродтар аралығының ионсыздануы (оның диэлектрлік қасиеттерінің қалпына келуі) және де конденсатордың зарядталуы басталады.
Үрдістің әдеттегідей өтyi үшін зарядталу уақыты ионсыздану мерзімінен (кезеңінен) артығырақ болуы қажет, өйтпесе испульстік разряд доғалық разрядқа ауысуы мүмкін. Конденсатордағы кернеудің және зарядсыздану тоғының осциллограммалары 12.2,ә-суретте берілген. Теориялық тәуелділіктерден айырмашылығы зарядсыздану контурының жойылмайтын индуктивтілігіне байланысты болады.
Зарядталу мерзімінде (кезеңінде) конденсатордағы кернеу экспонента заңы бойынша өceдi:
U_к=U_н∙(1-e^(-τ/T_з )) , (12.1)
мұндағы U_н — номиналь кернеу, В; τ — зарядталу басталудан өткен уақыт, с; T_з — зарядталу тiзбегі уақытының тұрақтысы, с.
Зарядталу уақыты τ_з ішінде жететін біршама кернеуде U_р разряд басталады:
U_р=U_н∙(1-e^(-τ_з/T_з )) (12.2)
(19.2) формуладан зарядталу уақытын, с, анықтауға болады:
τ_з=RC ln[U_н/(U_н-U_р )]=RC ln[1/(1-α_з )] , (12.3)
мұндағы α_з=U_р/U_н — конденсатордың зарядталу дәрежесі.
Зарядсыздану кезеңінде конденсатордағы кернеу де экспонента заңы бойынша өзгереді:
U_к=U_р e^(-τ/T_р ) , (12.4)
мұндағы T_р=R_р∙C — зарядсыздану уақытының тұрақтысы, с.
Зарядсыздану тоғының (импульс тоғының) лездік мәні:
i=(-dq_к)/dτ , (12.5)
мұндағы q_к=C∙U_к — τ уақыт моментіндегі конденсатордың заряды (электр мөлшері), Кл.
Зарядсыздану басында конденсатордағы кернеу U_к=U_р, ал конденсатор заряды:
q_к=CU_р (12.6)
Зарядтың берілген мәніне конденсатордың қажетті сыйымдылығы, Ф,
C=q_к/U_р (12.7)
Импульс энергиясы, Дж:
W=∫_0^τ▒〖U_к (τ)∙i(τ)∙dτ〗=(CU_р^2 (1-e^(-2τ_n/T_р )))/2 (12.8)
Зарядсыздану энергиясынын максимал мәні:
W=(C∙U_р^2)/2
Импульстегі (заряд) электр мөлшері, Кл,
q_n=∫_0^τ▒i=(τ)∙dτ=I_max∙T_р (1-e^(-τ/T_р )), (12.9)
мұндағы I_max — зарядсыздану тоғының амплитудалық мәні, А.
Импульстер периоды, с,
T=τ_з+ τ_р (12.10)
жиілік, с^(-1)
f=1/T= 1/(τ_з+ τ_р ) , (12.11)
мұндағы τ_р — импульс τ_и уақытына тең зарядсыздану уақыты, с.
Зарядталу тазбегінің кедергісі зарядсыздану тізбегінің кедергісінен көп есе үлкен болғандықтан (R≫R_р), τ_з≫τ_р. (12.11) өрнектегі τ_р мәнін елемесек, аламыз:
f=1/τ_з =1/(RC ln[1/(1-α_з )] ) . (12.12)
Кейде импульстерді сипаттау үшін тығыз еместік деген түсінік енгізеді:
S=T/τ_i (12.13)
Зарядсыздану контурына берілетін орташа қуат, Вт:
P=W/T=fW. (12.14)
Импульстер генераторының қуаты, Вт:
P=P_n/η_з , (12.15)
мұндағы η_з — зарядтау контурының п.э.к.
Импульстер генераторларының негізгі параметрлері технологиялық жағдайлармен анықталады. Бұл — импульстер параметрлері (зарядсыздану токтарының амплитудасы, импульстің энергиясы және орташа қуаты, импульстегі электр мөлшері (заряд), қайталану мерзімділігі, тығыз eмecтігі), сондай-ақ қоректендіру кepнeyi, генератор қуаты, зарядсыздану басталардағы кернеу.
RC-генераторларында энергияның айтарлықтай бөлігі резисторды қыздыруға шығынданады. Сондықтан осындай генераторлардың п.э.к. 25 %-дан аспайды және олардың қуаты 5…7 кВт болады. Конденсатордың зарядталуын жылдамдату және оның кернеуін жоғарылату үшін, резисторлардың орнына индуктивтік элементтер пайдаланылады (LC-, CC-немесе RLC-генераторларда). Осының нәтижесінде п.э.к. 50 %-ға тең болады. Әдетте, релаксациялық генераторларды басқа типті генераторларда қосымшы блок ретінде пайдаланады.
Электр-машиналық генераторлар көмегімен үлкен токтар алады (п.э.к. 70…75 %), бipaқ олардың шуы жоғарғы деңгейде болады. МГИ типті электр-машиналық генераторлар пайдаланылады.
Шала өткізгіштік және шамдық ауыстырып қосқыштың элементтер негізінде жиналған ШГИ, ТГ және ГКИ типтерлі генераторлар өзгермелі жиілікпен берілген пішінді (көп жағдайларды өте күрделі пішінді) импульстерді алуға мүмкіндік тудырады. Олар металдарды электр-эрозиялық өңдегенде пайдаланылады.
3. Электрлік қоршамдар
Малдарды қашада бағуға, олардың жазғы жайылымын қоршауға және жүріс-тұрысын басқаруға электрлік қоршамдар пайдаланылады.
Электрлік қоршам жоғары кернеулі электр импульстерінің генераторынан, қоректендіру көзінен және қоршамның өзінен тұрады. Қоршам құрамына оқшаулағыштар орнатылған метал тipeктep және ток жүргізетін желі кіреді. Tipeктep қоршалатын учаскенің периметрі бойымен бip-бipiнeн 10…20 м қашықтықта орнатылады. Оларға бекітілген оқшаулағыштар көмегімен ток жүргізетін желі тартылады. Желіні диаметрі 1,2…2 мм мырышпен қапталған болат сымнан немесе синтетикалық негізді баулық ток өткізгіштен орындайды. Малдар түріне байланысты желі бip немесе бірнеше сымды болады. Сымдарды 30…90 см биіктікке іледі.
Электрлік қоршамдарды пайдалану электр тоғының биологиялық әрекетіне негізделінген. Импульстер генераторының бip полюсін жерге, ал екінші полюсін ток жүргізетін желіге қосады. Мал желіге тиіп кетіп (жанасып) ток тізбегін тұйықтайды. Электр тоғы мал және жер арқылы өтеді. Электр тоғы мал денесі арқылы өткенде клеткаларға әрекет етеді және нервтер мен бұлшық еттерді тітіркендіреді де, ұнамсыз электрлік «соққы» сезімін қоздырады. Осы себептен мал үркіп кетеді. Электрлік қоршамда бipaз уақыт ішінде бағылғаннан кейін малдарда қоршағыштық сымға тиіп кетуден «қорқу» шартты рефлекс пайда болады.
Электрлік қоршамдардың станционар қоршамдармен салыстырғанда мынадай артықшылықтары бар: материалдар шығыны 1,8…15 есе кем, қоршамды салу және жөндеу уақыты айтарлықтай аз.
Электрлік импульстер малдарды айтарлықтай күшті тітіркендіруі және сонымен қатар малдар мен адамдарға қayiпciз болуы керек.
Төменде келтірілген импульстер параметрлерінің кiшi мәні оларды әсер етуінің тиімділігі жағдайы бойынша сипаттайды, ал үлкен мәні қауіпсіздік жағдайы бойынша сипаттайды.
Импульстердің ұсынылатын параметрлері:
желдегі кернеудің амплитудалық мәні …………………………………….. 2…10 кВ
импульстегі токтың амплитудалық мәні ……………………………… 50…150 мА
импульстер жиілігі ……………………………………………………….. 60…120 〖мин〗^(-1)
мал денесі арқылы өтетін электр зарядтар мөлшері ……………… 2…2,5 мКл
импульс ұзақтылығы, көп те емес …………………………………………………… 0,1 с
импульстердің тығыз еместігі, кем де емес ………………………………………… 15
Электрлік қоршамдарға арналған импульстер генераторларының маңызды элементі — энергия жинауыш-конденсатор. Осы конденсаторға энергия салыстырмалы көп уақыт аралығында келіп түседі, ал жүктемеге өте аз уақыт ішінде беріледі. Бұл жағдайда жүктемеде үлкен лездік қуат пайда болады, ал қоректендіру көзі импульстер генераторының аз мәнді орташа қуатына есептелінуі мүмкін.
Әдетте, электрлік қоршамдарда қарапайым және жеңіл басқарылатын RC-генераторлары пайдаланылады. Олар индуктивті және сыйымдылықты шықпалы болуы мүмкін.
Индуктивті шықпалы генераторларда энергия жинауыш конденсаторда зарядталу кезінде төмен кернеу тудырылады; содан кейін ол коммутациялау құрылғысы арқылы жоғарылатқыш трансформатордың бipiнші реттік орамасына зарядсызданады. Трансформатордың екінші орамасында индукцияланған жоғары кернеу импульстері электрлі қоршамның ток өткізетін желісіне түседі. Бұл типке қоршамдардың ИЭ-200, ЗК-1М, ЛCXA, ГИЭ-1 генераторларын жатқызады.
Сыйымдылықты шықпалы генераторларда энергия жинайтын конденсаторда жоғары кернеу тудырылады; содан соң коммутациялайтын құрылғы арқылы ол тікелей ток өткізетін желіге зарядсызданады.
Импульстер генераторлары eкi жұмыс режимінде жұмыс icтeyi мүмкін: автотербелісті (ток өткізетін желіге импульстер үзіліссіз түсіп тұрады) және күтпелі (импульстер тек желіге малдар тиіп кеткен жағдайда ғана беріледі). Күтпелі режимде жұмыс істегенле автономиялы тұрақты ток қоректендіру көздерінің қызмет істеу мерзімін айтарлық ұзартуға болады.
12-3-суретте ИЭ-200 электрлі қоршамына арналған индуктивті шықпалы ГИЭ-1 импульстер генераторының негізгі электр сұлбасы берілген.
Сурет-12.3. ГИЭ-1 импульстер генераторының принциптік электрлік сұлбасы
Егер ауыстырып қосқыш SA1 «торап» орнында болса, генераторға кернеу электр торабынан трансформатор TV1 және түзеткіш A1 арқылы бершеді Ауыстырып қосқыш SA1 «Бат» орнында болғанда, генератор немесе ішкі құрғақ элементтер батереясынан GB, немесе кepнeyi 12 В сыртқы акқумулятор батереясынан қоректенеді. Қоректендіру кepнeyi стабилитроннан VD3, транзисторлардан VT2, VT4 және VT5 және резистордан R7 тұратын тұрақтандырғышқа түседі.
Автотербеліс режимге жұмыс icтey үшiн ауыстырып қосқыш SA «Авт» орнына ауыстырылып қойылады. Сонда тұрақтандырғыш шықпасынан кезектік деп аталатын кернеу (7,2 В) тұрақты кернеулі жоғарылатқыш түрлендіргіштің шықпасына беріледі. Түрлендіргіш сұлбасы құрамында резисторлар R13 және R14, конденсатор C5, транзисторлар VT8 және VT9, трансформатор TV2 және түзеткіш A2 болады. Түзеткіштен конденсатор C6 (сыйымдылықты энергия жинауыш) зарядталады. Конденсаторда 200 В кернеу тудырылады. Бip уақытта резистор R15 арқылы конденсатор C7 зарядталады. Осы конденсатордағы (C7) кернеу Белгілі мәнге жеткенде, тиратрон VL ашылады, ал конденсатор C7 тиратрон VL және коммутациялайтын тиристордың VS басқаратын электроды арқылы зарядсызданады. Тиристор VS ашылады және де сыйымдылықты энергия жинауыш C6 жоғарылатқыш жоғары кернеулі трансформатордың TV3 бірінші peттік орамасына зарядсызданады; жоғары вольтті импульс пайда болады. Ол электрлі қоршамның ток жүргізетін желісіне түседі (трансформатордың TV3 екінші peттiк орамасының бip шықпасы желіге қосылған, ал екінші шықпасы стабилитрондар VD1 және VD2 тізбектері арқылы жерлестірілген). Одан әpi конденсаторлар C6 және C7 қайтадан зарядтала бастайды; негізгі үрдіс қайталанады.
Малдарда электрлі қоршамнан қорқу шартты рефлексі дағдыланғанда, импульстер генераторын күтпелі жұмыс режиміне келтіруге болады. Ол үшін ауыстырып қосқыш SA2 «Қут» орнына ауыстырьтлады. Осы кезде тұрақты кернеу түрлендіргіш тұрақтандырғыштан транзистор VT7 арқылы белінген. Тұрақтандырғыштың шықпасынан кернеу 7,2 В резистор R1 және трансформатордың TV3 екінші peттiк орамасы арқылы қоршамның ток жүргізетін желісіне беріледі. Стабилиторондар VD1 және VD2 тiзбeгi жабық, өйткені берілген кернеу оларды ашуға жеткіліксіз. Конденсатор C1 зарядталады және де сол конденсаторда ток жүргізетін желідегі кернеуге тең кернеу тудырылады. Бөлгіш R4, R5, R3 арқылы транзисторларда VT1 және VT3 жиналған табалдырықтық құрылғының шықпасына тұрақты ығысу беріледі. Егер мал ток жүргізетін желіге тиіп кетпесе, табалдырықтық құрылғының кірмесінде icкe қосатын сигнал жоқ, симметриялы емес мультивибратор VT6, VT7, C4, R8-R12 әрекет етпейді, тұрақтандырғыштан тұрақты кернеу түрлендіргішіне қорек түспейді және генератор жоғары кернеулі импульстерді ендірмейді.
Егер мал ток жүргізетін желiгe тиіп кетсе, желі мен жер арасындағы кедергі кенет төмендейді. Бұл конденсатордағы C1 кернеудің азаюына әкеледі. C2 және R2 элементтер арқылы табалдырықтық құрылғының кірмесіне icкe қосу импульсі түседі, ал оның шықпасынан (резистор R6) сигнал симметриялы емес мультивибратордың кipмeciнe беріледі, транзистор VT7 ашылады және де сол арқылы тұрақтытандырғыштан тұрақты кернеу түрлендіргішінің сұлбасына қорек беріледі. Одан әpi жоғары вольтті импульс автотербелісті режимдегі сияқты қалыптастырылады. Импульс берілгеннен кейін генератор қайтадан күту режиміне, желіге мал келесі рет тиіп кетуіне дейін, көшеді.
ГИЭ-1 генераторының ерекшелігі — ток жүргізетін желі мен жер арасындағы кедергінің өзгеру жылдамдығына қарсылығы (реакциясы). Қоршаған ортаның оқшауламасына әсер еткенде ток жүргізетін желі мен жер арасындағы кедергі біршама баяу өзгереді, ал ток жүргізетін желі мен мал түйісу нәтижесінде бұл кедергі секундтың үлесі ішінде өзгереді. Бұл өте маңызды.
Электрлік қоршамдарды эксплуатациялауда белгілі қауіпсіздік ережелерін сақтау керек. Қоршамның ток жүргізетін желісінің жақсы көрінетін жерлеріне «Қауіпті! Электрлік қоршам» сақтау плакаттары бекітілуі қажет. Кернеу берілген ток жүргізетін желіге тиіп кетуге болмайды. Импульстер генераторын ашып тексеруте тек қауіпсіздік техникасы бойынша біліктілік тобы үшінші топтан төмен болмайтын электрикке ғана рұқсат етіледі. Генератор блогын тұрқынан шығарып орындалатын жұмыстарды жоғары қауіптілік болмайтын үйжайларда атқарады. Найзағай уақытында ток жүргізетін желіге және импульстер генераторына жақындауға болмайды.
4. Өсімдік материалдарын электр-импулъстік өңдеу
Электр тоғы өзінің параметрлеріне байланысты өсімдіктердің тіршілік әрекетіне немесе жағдай жасайтыны немесе қысым көрсететіні немесе оны толық тоқтататыны бұрынырақ айтылып кетті. Импульстік әсер жасауда соққылы толқын, химиялық реагенттер, полярлану сияқты факторларды бip шектен шығармауға және күтетін эффектілі токпен үзіліссіз өңдеумен салыстырғанда айтарлықтай төмен энергия шығындарымен жетуге болады.
Шөпті және жемді кептіргенде, шырын алғанда ылғалды бөліп шығару жылдамдығы айтарлықтай дәрежеде клетка кабырғаларының (мембраналарының) бүтіндігімен анықталады, ceбeбi клеткалар 80…90 % судан тұрады. Шикізаттарды ұсақтау, жаныштау, термиялық өңдеу жолымен алдын ала өңдеудің қолданылатын технологияларында энергия шығындары айтарлықтай жоғары келеді және әрқашанда да тиімді бола бермейді. Импульстік әсер етуде ұшқындауға, массаны жалпы тесуге әкелмейтін өpic кернеулігінің және электр тоғы тығыздығының жоғары табалдырықтық мәндері алынады. Ұшқындау массаны жалпы тесу құбылыстары өpic кернеулігі мен ток тығыздығының жоғары мәндерінде тәуелсіз болады. Клетка iшіндегі қысым (тургор) салдарынан клеткалардың ішіндегі заттар ағып кетеді және оны әдеттегі әдістермен шығарып жібереді.
Өңдеудің басқа түрлерімен (ұсақтаумен, жаныштаумен және т.б.) біріктірілген және арнайы болатын электр-импульстік өңдеуге арналған көптеген құрылғылар белгілі. Құрамалы ағынды қондырғылар да пайданылады, оның бipeyi 12.4-суретте көрсетілген.
Сурет-12.4. Шөпті кептіру алдыңда бірлескеи электр-ұшқындық және механикалық өңдеуге арналған қондырғының сұлбасы:
1 және 3 — негізгі және оқшаулайтын тартқыш; 2 және 4 — жерлестірілген және көтермелейтін роликтер; 5 — оқшаулайтын тұрық; 6 – разрядтауыштың электроды; 7 — өңделетін шөп; 8 — бункер; 9 — жаныштайтын цилиндр тетіктepi; 10 – транспортер барабандары; 11 — оқшауламалы транспортерлік таспа
Өздігінен жүретін агрегатпен шабылған шөп тасымалдауышқа (транспортерге) беріледі. Оның таспасы оқшауламалы материалдан дайындалған. Шөп тасымалдауышта алдымен жерлестірілген 2, ал содан соң көтермелейтін 4 роликтердің астына түседі, одан кейін электродтың 6 астымен өтеді және оған ұшқынды разрядтар әсер етеді. Импульстер генераторынан кернеу разрядтауыштың электродына және жерге түсіріледі. Ұшқын сабақтың сыртқы қабатын теседі. Таспанық электрлік кедергісі өсімдіктің кедергісінен әлдеқайда көп болғандықтан өткізгіштің импульсі өсімдік бойымен өтеді және ролик 2 арқылы жерге кетеді. Ұшқынды өңдеуден кейін 0,15 МПа қысымда тегіс цилиндр бөлшектердің 9 көмегімен жаныштау өткізеді. Осының нәтижесінде сабақтарда бойлық жарықтар пайда болады, олар арқылы өсімдіктерден epкін ылғалды бөліп шығарады.
Е-067/1а сүрлем орып жинап алатын комбайны базасында орындалған қондырғының тәжірибелік үлгісі сыналған. Оның параметрлepi: кepнeyi 25 кВ, тасымалдауыш таспасының жыддамдығы 0,04 м/с; импульстер саны (1 кг шөпке (қызыл бедеге) есептегенде) 67.
1 т шөпті (қызыл бедеге) электр-ұшқынды өңдегеннен кейін жаныштағандағы электр энергиясының шығыны 2,6 кВт∙сағ, соның ішінде жаныштауға 0,8 кВт∙сағ; шөп қабатының қалындығы 0,03 м. Осылай өңдегеннен кейін далалық жағдайда кептipy ұзақтылығы өңдеусіз кептірумен салыстырғанда 2,2 есе кем, ал тек жаныштаумен салыстырғанда 1,4 есе аз болады. Кептірілген шөпте нәрлі заттар шығыны 12 %-ға, ал протеин шығыны 2,3 есе азаяды.
Жемістерді электр-импульстік өңдеу өpic кернеулігі шамамен 200 кВ/м болғанда жеткізіледі. Осы жағдайда плазмолиз тек полярлану және электр-кинематикалық құбылыстарының салдарынан ғана емес, сондай-ақ клеткаларды механикалық бұзуға әкелетін микрогидравликалық соққылардың әрекетінен де болуы мүмкін. Осындай тәсілде ауылшаруашылық шикізат толығырақ пайдаланылады және 10…20 %-ға шырын көп алынады.
Ұшқынды разрядты орылмаған ұнамсыз өсімдіктерді зақымдау (арам шөптерге қарсы күресу, мәдени өсімдіктер өскендерін сирету) үшін пайдалану бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстары өткізеді. Бұл жағдайда аспалы электрод топырақтың үстімен, ал жерлестіргіштен электрод топырақтың қалыңдығында немесе бетімен жылжытылады. Осындай тәciлдepдi eгic шаруашылығында кең пайдалану алдыңда, олардың технологиялық және экономикалық тиімділігін анықтау керек болады.
5. Электр-гидравликалық, өңдеу қондырғылары
Электр-гидравликалық эффект (ЭГЭ) — ток өткізбейтін сұйыққа батырылған электродтар аралығында жоғары кернеулі импульстік электр разрядты қоздырғанда сол сұйықта жоғары қысымның пайда болуы. Мәні жөнінде, ЭГЭ — электр энергиясын механикалық энергияға тікелей түрлендіру тәсілі. Осы кезде электр разряды салдарынан сұйықпен толтырылған электродтар аралығындағы кеңістікте қысқа уақыт айтарлықтай үлкен қуат бөлігі шығады. Бұл үрдіс соққыш толқындармен, ультрадыбыс тербелістермен, кавитациялық құбылыстармен, сондай-ақ инфрақызыл, ультракүлгін сәулеленулермен және сұйық элементтерін иондаумен қоса өтеді. ЭГЭ-i алудың қарапайым сұлбасы (12.5-суретте) мына бөліктерден тұрады: зарядтайтын тізбек (жоғарылататын трансформатор TV және түзеткіш VD); энергия жинауыш — конденсатор C; қалыптастыратын аралықтан F (әдетте, ауалы ұшқынды зарядсызданғыш) және жұмыстық сұйықтағы негізгі аралықтан A (әдетте, суда) тұратын зарядсыздандыратын тізбек.
Сурет-12.5. Электр-гидравликалық эффект алудың принциптік сұлбасы:
1 және 2 — электродтар
Берілген сұлба электрлік импульстер генераторы болып саналады. Оның жұмыс icтey циклы мынадай болады. Зарядтайтын тізбек τ_з уақыт ішінде C конденсаторды қалыптастыратын F аралықты тесуге жеткілікті кернеуге дейін зарядтайды. Дәл осы уақытта конденсатор сұйықтағы негізгі A аралықка қосылады сәуле сол аралықтың электрлік тесілуі басталады. Сұйық тесілгеннен кейін электродтар аралығында ток өткізетін канал пайда болады. Сол каналға энергия жинайтын C конденсатор τ_р уақыт ішінде зарядсызданады. Ондаған және жүздеген килоамперге дейін жөтетін электр тоғы каналда плазманы 10^4 К температураға дейін қыздырады. Сұйықтың аз сығымдалу қасиетіне байланысты, плазманы аса қыздыру зарядсыздандыратын каналдағы қысымды 10^9 Па мәніне дейін жоғарылатады. Осы қысым жан-жаққа таралады да, сұйықта соққыш толқындар тудырады. ЭГЭ өткенде әрекет ететін факторлар ретінде, соққыш толқындармен қатар, ультра-дыбысты тербелістер, кавитациялық құбылыстар (сиретілу фазасы кезінде сұйық ішінде үзілулер немесе қуыстар пайда болуын және олардың сығылу фазасында сарт eтіп жабылып қалуынан микрогидравликалық соққылардың тудырылуы), сұйықтың шапшаң ағындары, сондай-ақ инфрақызыл сәуле ультракүлгін сәулеленулер және сұйық элементтерінің иондануы болуы мүмкін.
Зарядсыздану үрдісінде конденсатордағы кернеу төмендейді және соңында зарядсыздануды ұстап тұруға жеткілікті болмайды. Зарядсыздану үзіледі, электродтар аралығында иондану үрдісі тоқталады. Одан әрі осы цикл қайталанылады. Оның қайталану жиілігі тізбектің параметрлерімен анықталады.
Ұшқынды разряд каналының кедергі зарядтау тізбегінің кедергісінен айтарлықтай кіші болғандықтан зарядсыздану τ_р уақыты зарядтау τ_з уақытынан анағұрлым аз келеді, τ_р≪τ_з. Осы себептен негізгі A аралықта бөлінетін лездік қуат қоректендіру кезінде электр торабынан тұтынатын қуатынан бірнеше есе көп болады.
Технолгогиялық нысандарға әрекет ететін жоғары қысымды аймақтардың орналасуы 12.6-суретте көрсетілген. Электродтар аралығында орналаскан А аймағы разряд кезінде плазма ағыны болып табылады; Б — талқандау аймағы. Бұл аймақта барлық материалдар түгелдей дисперсиялық (ұсақ) бөлшектерге бөлінеді. В — тойтармалап жапсыру аймағы, аймақ шегінде көптеген материалдар талқанданады, ал металдар тойтармалап жапсырылады; Г — серпімді әрекет ету аймағы. Бұл аймақта бөлшектерді шығарып тастау болады, қуатты итеріп шығаратын күштер пайда болады, ал сұйық өте серпімді дене қасиеттерін көрсетеді. Д — сығылу аймағы, бұл аймақта разряд каналынан қашықтық өскен сайын қысым тез төмендейді және сұйықтың үлкен көлемі кенет қозғалысқа келеді. Гидравликалық қысым жүздеген және мыңдаған мегапаскальге дейін жоғарылайды, ал сұйық секундына жүздеген метрге дейін жететін жылдамдықпен қозғалысқа келеді.
Сурет-12.6. Электр-гидравликалық эффект кезінде жоғары қысым аймақтарының ұшқынды разряд каналының айналасында орналасуы (бастапқы кезеңде):
А — плазма ағыны аймағы; Б — талқандау аймағы; В — тойтармалап жапсыру аймағы; Г — серпімді әрекет ету аймағы; Д — сығылу аймағы
Электр-гидравликалық қондырғыларды есептегенде электродтар аралығындағы қашықтықты, зарядсыздандыратын тізбектің қуатын, түзеткіштен тұтынатын қуатты, энергия жинауыш конденсатор сыйымдылығын, технологиялық талаптармен анықталатын әсер ету нысанына түсетін бөлігі (зарядталу) қысымдағы қоректендіру кернеуін анықтайды.
ЭГЭ қондырғыларында кең пайдаланылатын өте біртекті емес электрлік өрістерінде (стержень-жазықтық) тесілу әлі де мүмкін болатын электродтар аралығындағы максималь қашықтық, м:
l_max={(U^2 C)/abγ [(U_1^2)/(U_0^2 )-4 U_1/U_0 + 3 + ln (U_1^2)/(U_0^2 )-4 4πA/b^2 +]}^(1/2)-(2√πA)/b (12.16)
мұндағы U_0 — стержень ұшындағы электрлік өрістің кернеулігі, сұйықтың иондануы пайда болуына жеткілікті, кризистік мәнін алуына сәйкес келетін кернеу, В; C — энергия жинауыш конденсатор сыйымдылығы, Ф; a=3,6∙10^5 В^2 с/м — тұрақты; b=2∙10^(-4) U_1 — кернеуге тәуелді коэффициент, В; γ — сұйықтың меншікті электр өткізгіштігі, См/м; U_1 — зарядталған энергия жинауыш конденсатордың кepнeyi, В; A — стерженнің оқшауланбаған бетінің ауданы, м^2.
Егер электрод-стержень ұшы гиперболоидқа жақын пішінді болса,
U_0=(E_к∙r∙ln(4l/r))/2, (12.17)
мұндағы E_к=3,6∙10^6 В/м — γ=2,5∙10^(-2) См/м болғанда суға электрлік өрістің кризистік кернеулігі; r — электрод ұшының дөңгелектену радиусы, м; l — жұмыстық сұйықта электродтар аралығындағы қашықтық, м.
Кернеу U қашықтықка l=l_max тәуелді болғандықтан электродтар аралығындағы максимал қашықтық дәйекті (логикаға сәйкес келетін) жуықтау әдісімен анықталады: U_0 мәнін бepiп, оны (12.16) формулаға қояды, ал l_max алынған мәніне (12.17) өрнек бойынша U_0 жаңа мәнін анықтайды; егер l_max мәні қабылданылған мәннен өзгеше болса, есептеуді қайталайды.
Тесілу уақытында конденсатор біраз зарядсызданады және разрядталу моментінде U_2<U_1 сондықтан кернеу U_2 мына қатынастан анықталады:
α_з=( U_2^2)/(U_1^2 ) (12.18)
Коэффициент α_з (конденсатордың зарядталу дәрежесі) мына теңдеуді шешумен есептеп шығаруға болады:
l={C/abγ [U_1^2 (1-α_з )-4U_1 U_0 (1-√(α_з ))+U_0^2 lnα_з ]+4 4πA/b^2 }^(1/2)-2πA/b (12.19)
Қуатты соққыш толқынды алуға қажет конденсатордың мерзімдік басылатын разряды мына қатынаста тудырылады:
R<2√(L/C) . (12.20)
Зарядсыздану тізбегінің индуктивтілігі L, әдетте, (0,4…10)∙10^(-6) Гн болады. Тізбектің кедергісі R тізбектің тізбектеп қосылған элементтерінің кедергілерінен құрастырылады, соның ішінде каналдың сызықсыз кедергісінен R_к, Ом. Зарядсыздану тоғы максимал болған моментте:
R_к=4,4 ∙10^7∙l∙I_max^(-1,5), (12.21)
Максималь ток күші, А,
I_max=0,5U_2 √(L/C) (12.22)
Разряд каналында дамитын максималь қуат, Вт
P_max=I_max^2 R_к. (12.23)
Шекті мүмкіндік қуатқа сәйкес келетін электродтар аралығындағы қашықтық оңтайлы деп аталады, м
l_оңт=48∙10^(-9)∙U_2^(3/2) (C/L)^(1/4) (12.24)
Электродтар аралығындағы қашықтық l_оңт болғанда, разрядтық ток тербелісінің бірінші жартылай периодының T_1≈3,8√LC ішінде электродтар аралығында бөлініп шығатын энергия, Дж:
W_1=(CU_2^2)/2 (12.25)
Канал өсімен x<2,51 қашықтықта толқын фронтындағы қысым, Па:
P_ф=6,1∙x^(-1/2)∙W^(5/6)∙T^(-3/4) . (12.26)
Егер x>2,51 болса, x=2,51 сәйкес келетін мәнімен салыстырғанда қысым шамамен, 30 %-ға кемиді. x>51 болғанда, қысым 〖(1/x)〗^1,1 пропорционалды төмендейді.
Разрядталу тізбегінің және зарядталу тізбегінің түзеткіштен тұтынатын қуаттарының орташа мәндерін (12.14) және (12.15) өрнектер бойынша анықтайды.
Өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының әртүрлі салаларында ЭГЭ пайдаланудың болашағы бар. Кейбір технологиялық үрдістер өндірісте, ал басқалары ойлап құрастыру сатысында пайдаланылады. Keйбip технологиялық үрдістерді қарастырып өтейік.
Материалдарды талқандау, уату және ұсақтау — құймалар мен стержендерді қалыптық қоспалардан электр-гидравликалық тазартумен, мал азығын өңдеумен, шырындар алумен және т.б. байланысты үрдістер.
ЭГЭ далалардан шығарылатын үлкен қойтастарды (вулкандарды) уатуға пайдалануға болады. Бұл үшін қойтаста терең оның биіктігінің 1/3 дейін және диаметрі 22…40 мм болатын шпур (қуыс) бұрғыланып тесіледі және сумен толтырылады. Қуыста ЭГЭ жасалынады. Осы тәсілді «Вулкан» және «ЭГУРН» типті жылжымалы қондырғылар көмегімен жүзеге асыруға болады. «ЭГУРН» қондырғысынын құрамына импульстер генераторы, басқару шкапы, айнымалы ток генераторымен бірге істейтін іштен жанатын мотор, ДК-9 типті компрессормен (ауа сығымдауышпен) жабдықталған екі электр немесе пневмоперфоратор кіреді. Кернеуі 6 кВ, импульс энергиясы 150 кДж, электр энергиясы шығыны 0,2 кВт·сағ/м орнатылған қуаты 10 кВ·А.
ЭГЭ көмегімен материалдарды пластикалық деформациялау (19.7-сурет) металдарды қысыммен өңдегенде (штамптауда, кеңейтуде) және тозған қуыс бөлшектерді (поршень саусақтарын және т.б.) қалпына келтіргенде пайдаланылады.
Сурет-12.7. Электр-импульстік штамптау сұлбасы:
а — ашық камерада; ә — жабық камерада; б — түтікті дайындамада; 1 — электродтар; 2 — разряд өтетін орта (су); 3 — дайындама
Жылу алмасу аппараттарында тутіктерді престеп салуға және бекітуге «Молния» типті қондырғыларды, ал деформациялауға «Удар», Т1200 және т.б. типті электр-гидравликалық престерді пайдалануға болады. Кернеу — 5…50 кВ, жиналатын энергия 7,5…150 кДж, дайындамалар өлшемдері 16…2000 мм.
Материалдарды тазартуға, жууға және залалсыздандыруға соққылы толқынды және сұйықтың, жеделдік ағындарын, сондай-ақ ультрадыбыстық тербелістерді пайдаланады.
Жүнді электр-гидравликалық тазартуға ВТМ-15/50 типті трансформатор-түзеткішпен және КЭМ-50-1 типті импульстік конденсаторлармен жинақталған импульстер генераторын пайдалануға болады. Қондырғы параметрлері (19.8-сурет): кернеуі 50 кВ, конденсатор сыйымдылығы 1…4 мкФ, импульс энергиясы 1,25…3,75 кДж, электродтар аралығындағы қашықтық 45…60 мм, жиілігі 1 Гц, индуктивтілігі 5 мкГн. Қондырғы өнімділігі 250 кг/сағ болғанда тұтынатын қуат 15 кВт.
Сурет-12.8. Жүнді электр-гидравликалық тазарту камерасының сұлбасы:
1 және 7 — электродтар; 2 — тұрық; 3 — жуатын сұйық; 4 — жүн; 5 — пайдаланылған сұйықты жинауыш; 6 — қақпақ бағыттағыштармен жуатын сұйықтың камераға кipyi мен шығуы
Камераның төменгі бөлігі айналған параболоид пішінді орындалған. Оның фокусы разрядталатын аралықпен беттестірілген. Бұл соққыш толқындарды және сұйықтың шапшаң ағындарын өңделетін материал аймағына шоғырландыруға мүмкіндік береді. Электр-гидравликалық тәсіл қолмен тазартумен бірдей жүнді тазарту сапасын қамтамасыз етеді. Бірақ еңбек өнімділігін жоғарылату (1,5…2 есе), су (1,5…2 есе) және жуатын жабдықтар (2,5…3 есе) шығынын азайту есебінен экономикалық жағынан тиімді келеді.
Суды залалсыздандыруда ЭГЭ кешенді әрекет ету байқалады. Суды залалсыздандыру үpдici мына эмпирикалық қатынаспен сипатталады:
N/N_0=e^(-bn), (12.27)
мұндағы N және N_0 — n разрядтан кейінгі және бастапқы бактериялар концентрациясы; b — залалсыздандырудың, тиімділік коэффициенті.
Егер суды су тартқы қондырғыларда залалсыздандырса, электр энергиясы шығыны шамамен 1 кВт∙сағ/м^3 болады. Шошқа көңінің сұйық фракциясын толық залалсыздандыруға және дегельминтизациялауға 50 кВ кернеуде және сыйымдылығы 1 мкФ конденсатормен жұмыс істейтін қондырғылар пайдаланылады, импульстер саны 150…200 (1 литрге).
Су скважиналарының (тік қазбаларының) сүзгілерін тазартуға мынадай параметрлерлі импульс генераторлар пайдаланылады: импульс энергиясы 7,35 кДж, кернеу 70 кВ-ке дейін, конденсаторлар батареясы сыйымдылығы 3 мкФ. Қондырғыны автомобильге монтаждайды және сериялы жабдықтар пайдаланылады: ВТМ 15/50 типті түзеткіш-трансформатор, КЭМ-50-1 типті импульстік конденсаторлар. Қондырғы көмегімен бip жыл ішінде 100-ден көп скважиналарды тазартуға болады, тазартудан кейін скважинаның су шығыны бipнеше есе артады.
6. Металдарды электр-эрозиялық өңдеу
Электродтар аралығындағы газды ортада электр разряды өткенде олардың беті эрозияға (жергілікті бүлінуге) ұшырайды. Белгілі жағдайларда бұл құбылыс тек зиянды-релелердің, айырғылардың және басқа коммутациялық аппараттардың түйіспелері эрозияға ұшыраған жағдайда олардың қызмет icтey уақыты қысқарады және электр қондырғылардың сенімділігі төмендейді.
Диэлектриктік сұйықтықтарда электр разрядтары кезінде газдардағы разрядтарға қарағанда эрозия айтарлықтай қарқынды өтеді және оны металдарды өңдеуге пайдалануға болады.
Электр-эрозиялық қондырғылардың жұмыс icтey режимдері ұзақтылығымен ажыратылады. Әдетте, ұшқынды доғалық разрядтарды электр-импульстік режим — электр-эрозиялық өңдеу (ЭЭӨ) деп атайды, ал ұшқынды разрядтар — электр ұшқынды режим — электр-импульстік өңдеу (ЭИӨ) деп аталады.
Импульстер генераторларының негізгі сұлбасы 12.1-суретте келтірілген сұлбаға ұқсас болады. Негізінде релаксациялық генераторларды пайдаланады.
Сурет-12.9. Металларды электр ұшқынды өңдеудің сұлбасы:
1 — электрод-аспап; 2 — сұйық, диэлектрик (керосин, минерал майлар, су және т.б.);
3 — электрод дайындама
Электр ұшқынды режимнің мәнін 12.9-суретте берілген сұлбамен түсіндіруге болады (сұлбада RC типті қарапайым импульстер генераторы көрсетілген). Энергия жинауыш конденсатор C ток шектейтін резистор R арқылы тұрақты ток көзінен зарядталады.
Электр-эрозиялық өңдеу кезінде электродтар аралығындағы саңылауда кезең-кезең өтетін физикалық үрдістердің көрінісі 12.10-суретте берілген.
Сурет-12.10. Электр-эрозиялық өңдеу кезінде электродтар аралығындағы саңылауда өтетін физикалық үрдістердің сұлбасы:
1 — электрод-дайындама; 2 — диэлектриктік-сұйық; 3 — страммер (ұшқын); 4 — электрод-аспап; 5 — электр разряды; 6 — сұйық металл тамшылары; 7 — булы-газды қуыс; 8 — электродтар маңындағы салалар; 9 — кішкентай сфералық бөлшектер (түйіршектер)
Конденсатордағы кернеу белгіленген мәнге жеткенде электрод-аспап 4 пен электрод-дайындама 1 арасында диэлектриктік сұйықта электрлік тесілу болады. Тап осы кезде катод рөлін атқаратын электродтан страммер (ұшқын) 3 бөлініп шығады да анодқа қарай бағытталады. Ол өз жолында сұйықты иондайды. Осы фаза (оның ұзақтылығы 10^(-9)…10^(-7) с) нәтижесінде сұйықта алмаспайтын (тура) өткізгіштік каналы пайда болады және электродтар аралығының кедергісі бірнеше Мегоомнан Омның үлесіне дейін төмендейді (12.10 а-сурет). Конденсатор да жиналған электр энергиясы өткізгіштік канал арқылы импульс түрінде бөлінеді (12.10 ә-сурет). Тап осы кезде электрлік разряд 5 өтеді, оның ұзақтылығы 10^(-6)…10^(-4) с. Разрядтын вольт-амперлік сипаттамасы құрамалы келеді. Разряд энергиянын; жоғары дәрежеде шоғырлануынан разряд аймағында және электродтар жанындағы аймақтарда жоғары температуралар дамиды. Олардың әрекетінен булы-газды қуыс 7 пайда болады. Электродтар маңындағы аймақтарда 8 электрод бетіндегі металдың микроүлестері балқиды және буланады. Қысымның жоғарылау нәтижесінде сұйық металдың тамшылары 6 разряд аймағынан лақтырылып шығарылады және электродтарды қоршап тұрған сұйықта, олар кішкентай сфералық бөлшектер (түйіршіктер) 9 түрінде қатып қалады (12.10, б-сурет).
Энергия жинайтын конденсатор зарядсызданғанда, оның кернеуі төмендейді біршама уақыт өткеннен кейін кернеу разрядты үзбей ұстап тұруға жеткіліксіз болады, сондықтан разряд тоқталады, электродтар аралығының электрлік беріктігі қалпына келеді. Келесі разряд электродтар бетінің басқа тегіс емес орындарының аралығында өтеді, яғни үрдістің келесі циклі басталады. Әр разряд кезінде дайындама бетінен әрдайым металдың микроүлесі алынады. Осы кезде электрод-аспаптың өңделетін дайындаманың ішіне ену мүмкіншілігі пайда болады.
Электродтар бетінің ток импульсi әрекет еткен жерінде тереңдігі кішкентай келетін шұңқыр-қуыс пайда болады. Қуыс разрядтың әрекет етуі салдарынан бұйым бетінен металдың біршама мөлшерін балқытып алып тастау нәтижесі болады. Қуыстың диаметрі мен тереңдігі импульстің қуатымен, оның ұзақтылығымен және материалдың қасиеттерімен анықталады.
Электр-эрозиялық өңдегенде басқа тәсілдермен орындалмайтын технологиялық операцияларды жүзеге асыруға болады, мысалы, күрделi пішінді немесе кіші диаметрлі (0,3 мм-ден кіші) тесіктерді жасау. Бұл тәсілдің кесумен өңдеумен салыстырғанда мынадай негізгі артықшылықтары бар: әртүрлі механикалық қасиетті (бepiктігі, қаттылығы, тұтқырлығы, морт сынғыштығы әртүрлі болатын) ток өткізетін материалдарды өңдеу кезінде дайындама мен аспапқа механикалық әрекет етудің жоқтығы, металл қалдықтарының аздығы.
Электр-эрозиялық өңдеу құрылғыларын қоректендіруге импульстер генераторлары пайдаланылады. Импульстік генератордың құрылымдық сұлбасына қоректендіру көзі, ток шектеуіш, энергия жинауыш, коммутатор және электродтар аралығы кіреді. RC, LC, RLC және CC типті релаксациялық импульстік генераторлар, сондай-ақ статикалық жалпақ диапазонды машиналы коммутаторлық және машиналы индукторлық генераторлар болады.
Өңдеудің сапасы мен жылдамдығы импульстер параметрлеріне (ток пен кернеудің амплитудалық мәндеріне, импульстің пішініне, жиілігіне, тығыз еместігіне, ұзақтылығына) байланысты болады. Коммутациялайтын элементтермен (тиратронмен, тиристормен, электронды шаммен немесе транзистормен) жабдықталған генераторлар көбірек икемді келеді. Кернеуін жоғарылату үшін генераторларды импульстік трансформаторларға қосады.
Электр-эрозиялық әдіспен өңделетін бөлшектің сырт пішінінің қалыптасуын үш сұлба бойынша жүзеге асыруға болады.
1. Бөлшек пішінінің кepi бейнесі болатын электрод-аспаптың пішінін көшіру. Осы сұлба бойынша өңдегенде электр энергиясы импульстерінің әрекет eтyi салдарынан бұйым бетінен металды балқытып алу нәтижесінде алға бағытталған қозғалыспен электрод-аспап дайындамаға енеді.
2. Электрод-аспап пен дайындаманың белгілі заң бойынша бір-біріне қарама-қарсы жылжуы.
3. Сырт пішінді қалыптастырудың екі сұлбасының бірге орындалуы. Арнайы аспапты және дайындаманы белгілі заң бойынша бір-біріне қарама- қарсы жылжытумен күрделі пішінді бұйым алады.
Іс жүзінде бipiнші сұлба кең таралған. Оның көмегімен орындалатын операциялар көшірмелік тесетін деп аталады.
Электр-эрозиялық өңдеу қондырғыларында жұмыс істегенде тек қауіпсіздік техникасының және электр қондырғыларын техникалық эксплуатациялаудың жалпы талаптарын орындау ғана емес, сондай-ақ ерекше сақтық керсету керек, өйткені, разрядтар әрекет етумен электр-эрозиялық өңдеуде пайдаланылатын сұйықтар жануы мүмкін. Бұл үрдіс сұйықтың бетінде өтеді, сондықтан оны булар пайда болатын температураға дейін қыздыруға болмайды.
Бақылау cұpaқтapы
1. Электр-импульстік технологияның ерекшеліктерін атап шығыңыз.
2. Релаксациялық генератордың жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз.
3. ГИЭ-1 импульстер генераторының жұмыс icтey принципін түсіндіріңіз.
4. Өсімдік материалдарын электр-импульстік өңдеу қандай мақсатпен орындалады?
5. Электр-гидравликалық эффектінің әрекет ететін факторларын атап өтіңіз және олардың табиғатын түсіндіріңіз.
6. Электр-гидравликалық эффектінің нысандарға әрекет ететін жоғары қысымды аймақтарын атап өтіңіз.
7. Электр-гидравликалық эффект пайдаланылатын технологиялық, үрдістерді атап түсіндіріңіз.
8. Металды электр-ұшқынды өңдеу кезінде ететін физикалық үрдістерге түсініктеме беріңіз.
1. Ерекшеліктері және пайдалану облыстары
2. Импульстер генераторлары және олардың параметрлері
3. Электрлі қоршамдар
4. Өсімдік материалдарын электр-импульстік өңдеу
5. Электр-гидравликалык өңдеу қондырғылары
6. Металдарды электр-эрозиялық өңдеу
1. Ерекшеліктері және пайдалану облыстары
Энергияны үзіліссіз бергенде, әрекет етілетін нысанда бөлініп шығатын энергияны көбейту қоректендіру көзі қуатын айтарлықтай өcipyдi қажет етеді. Бұл жағдайда параметрлердің кейбір табалдырықтық немесе кризистік мәндерінде үрдісті жүзеге асыруға болмайды.
Электр-импульстік технологиялық үрдістер энергияны белгілі ұзақтылықпен және жиілікпен үзілмелі жеткізумен сипатталады. Энергияны импульсті жеткізгенде қуатты шоғырлау арқасында көп үрдістерді қарқындатуға, олардың энергиялық сыйымдылығын төмендетуге, ал кейбір жағдайларда дәстүрлі әдістерді пайдаланғанда жетуге болмайтын нәтижелерді алуға болады. Қaзipгi электр-техникалық құралдар көмегімен токтың немесе кернеудің импульстерін тудырады. Олар нысанның өзінде механикалық, магниттік, оптикалық, химиялық энергияға және энергияның басқа түрлеріне айналуы мүмкін.
Электр-импульстік әсер етудің құрылмалы сұлбасы 12.1-суретте көрсетілген.
Қоректендіру көзінен ҚК біршама ұзақ уақыт ішінде аккумуляциялайтын АЭ элементіне электр энергиясы беріледі және де осы элементте энергия жиналады. Көп жағдайларда аккумуляциялайтын элемент ретінде конденсатор батереялары пайдаланылады. Оларда зарядталғанда белгілі кернеу (бipнeшe ондаған киловольтке дейін) тудырылады. Зарядтау уақытында коммутациялайтын КЭ элемент жүктеменің жұмыс ЖО органын аккумуляциялайтын элементтен ажыратады. Дайын өнім Ө алынғанға дейін өңделетін технологиялық ТМ материал жұмыс ЖО органына түседі.
Акқумуляциялайтын элементте энергиянын белгілі мөлшері жиналғанда, коммутациялайтын элемент өз бетімен немесе басқару БЖ жүйесінен басқаратын импульс берілгенде жүктемені қосады. Жүктемеге жинап алынған энергия түседі. Коммутациялайтын элементтер ретінде тиристорлар, тиратрондар, игнотрондар және т.б. пайдаланылады.
Сурет-12.1. Электр-импульстік әсер етудің құрылмалық сұлбасы:
БЖ — басқару жүйесі; ТМ — технологиялық материал; ҚК — қоректендіру көзі; АЭ — аккумуляциялайтын элемент; КЭ — коммутациялайтын элемент; ЖО — жұмыс органы; Ө — өнім
Энергияны тез бөліп шығару (1…10 мкс ішінде) нысанға әсер ететін иондану, жаратын және тасқындық үрдістерді тудырады.
Импульстік әрекет етуді, соның ішінде әртүрлі орталардағы жоғары кернеулік разрядтарды, пайдалануға негізделген технологиялық үрдістерді ауылшаруашылық шикізаттары мен материалдарын өңдеуге (мысалы, тазартуға, залалсыздандыруға), малдардың жүріс-тұрысын басқаруға, металдарды электр-физикалық өңдегенде, қойтастарды (валундарды) қиратуға, уатуға және ұсақтауға пайдаланады. Әрекет етудің тіимділігі тек қуаттың, токтың және кернеудің амплитудалық мәндеріне ғана емес, сондай-ақ олардың уақыт бойынша өзгеруіне, яғни импульстер пішініне және олардың мерзімділігіне байланысты болады. Импулъстердің бастапқы тұрақты немесе айнымалы токты қажетті параметрлі импульстік токта немесе үзіліссіз берілетін электрлік емес энергияны үзілмелі электр энергиясына түрлендіретін генераторлар көмегімен қалыптастырады.
2. Импульстер генераторлары және олардың параметрлері
Күштік импульстерді генерациялау әдістерін шартымен тікелей, инверторлау, қалыптастыру (қисық пішінін өзгерту) және қосу немесе өтемдеу жолымен генерациялайтын деп бөледі.
Тікелей генерациялайтын құрылғыларға симметриялық униполярлық импульстердің магниттік қаныққан элементтерді пайдаланумен орындалған электр-машиналық және статикалық электр-магниттік генераторларын жатқызады. Олардың жұмысы энергиялардың бастапқы түрлерін импульстік энергияға бip сатылы түрлендіруге негізделген.
Импульстерді генерациялау жүйелері жүктемеге параллель (релаксациялық, электр-машиналық және т.б.), онымен тізбектен қосылатын (үзгіштері және кілттері бар генераторлар ) және құрамалы болып бөлінеді.
Жүктеменің генераторға әсер ету сипаты, және оның жүктемеге қарсылығы бойынша импульстердің тәуелсіз және тәуелді генераторларын бөліп айтуға болады. Тәуелсіз генераторларда импульстердің амплитудасы, ұзақтылығы, полярлығы, жиілігі және пішіні жұмыс кезіндегі жүктеменің күйіне байланысты болмайды, ал тәуелді генераторларда бұл параметрлер тек генератормен ғана емес, сондай-ақ жүктемемен де анықталады.
Электроэрозиялық өңдеуде кең пайдаланылған бірінші генераторлар релаксациялық болды. Олар құрылысы бойынша және эксплуатациялауда қарапайым, сондықтан ауылшаруашылық өндірісте пайдаланылады. Генератордың аты импульс параметрлерінің электродтар аралығының күйіне, оның ионсыздану үрдісіне тәуелді болуына байланысты. RC-, RLC-, RCL-, CL-, LC-, CC-генераторларын ажыратады. Олардың барлықтарында зарядталу және зарядсыздану (қалың сызықпен көрсетілген) тізбектері болады. (12.2, а-сурет).
Сурет-12.2. Релаксациялық RC-генератор:
а — принциптік электрлік сұлба; ә — конденсатордағы кернеулер және зарядсыздану тізбегіндегі токтың өзгерулерінің тәуелділіктері
Генератор мынадай тәртіппен жұмыс істейді SA айырғыны тұйықтағанда C конденсатор RP резистор арқылы G қоректендіру көзінен зарядталады және кондснсатордағы кернеу, ал сондықтан және де ЭА электродтар аралығындағы кернеу жоғарлайды. Кернеу тесілу мәніне тең болғанда, аралық тесіледі, зарядталу уақыты ішінде C конденсаторда жиналған энергия ЭА электродтар аралығында бөлініп шығады. Конденсатордағы кернеу төмендейді және де зарядсыздану тоқталады. Электродтар аралығының ионсыздануы (оның диэлектрлік қасиеттерінің қалпына келуі) және де конденсатордың зарядталуы басталады.
Үрдістің әдеттегідей өтyi үшін зарядталу уақыты ионсыздану мерзімінен (кезеңінен) артығырақ болуы қажет, өйтпесе испульстік разряд доғалық разрядқа ауысуы мүмкін. Конденсатордағы кернеудің және зарядсыздану тоғының осциллограммалары 12.2,ә-суретте берілген. Теориялық тәуелділіктерден айырмашылығы зарядсыздану контурының жойылмайтын индуктивтілігіне байланысты болады.
Зарядталу мерзімінде (кезеңінде) конденсатордағы кернеу экспонента заңы бойынша өceдi:
U_к=U_н∙(1-e^(-τ/T_з )) , (12.1)
мұндағы U_н — номиналь кернеу, В; τ — зарядталу басталудан өткен уақыт, с; T_з — зарядталу тiзбегі уақытының тұрақтысы, с.
Зарядталу уақыты τ_з ішінде жететін біршама кернеуде U_р разряд басталады:
U_р=U_н∙(1-e^(-τ_з/T_з )) (12.2)
(19.2) формуладан зарядталу уақытын, с, анықтауға болады:
τ_з=RC ln[U_н/(U_н-U_р )]=RC ln[1/(1-α_з )] , (12.3)
мұндағы α_з=U_р/U_н — конденсатордың зарядталу дәрежесі.
Зарядсыздану кезеңінде конденсатордағы кернеу де экспонента заңы бойынша өзгереді:
U_к=U_р e^(-τ/T_р ) , (12.4)
мұндағы T_р=R_р∙C — зарядсыздану уақытының тұрақтысы, с.
Зарядсыздану тоғының (импульс тоғының) лездік мәні:
i=(-dq_к)/dτ , (12.5)
мұндағы q_к=C∙U_к — τ уақыт моментіндегі конденсатордың заряды (электр мөлшері), Кл.
Зарядсыздану басында конденсатордағы кернеу U_к=U_р, ал конденсатор заряды:
q_к=CU_р (12.6)
Зарядтың берілген мәніне конденсатордың қажетті сыйымдылығы, Ф,
C=q_к/U_р (12.7)
Импульс энергиясы, Дж:
W=∫_0^τ▒〖U_к (τ)∙i(τ)∙dτ〗=(CU_р^2 (1-e^(-2τ_n/T_р )))/2 (12.8)
Зарядсыздану энергиясынын максимал мәні:
W=(C∙U_р^2)/2
Импульстегі (заряд) электр мөлшері, Кл,
q_n=∫_0^τ▒i=(τ)∙dτ=I_max∙T_р (1-e^(-τ/T_р )), (12.9)
мұндағы I_max — зарядсыздану тоғының амплитудалық мәні, А.
Импульстер периоды, с,
T=τ_з+ τ_р (12.10)
жиілік, с^(-1)
f=1/T= 1/(τ_з+ τ_р ) , (12.11)
мұндағы τ_р — импульс τ_и уақытына тең зарядсыздану уақыты, с.
Зарядталу тазбегінің кедергісі зарядсыздану тізбегінің кедергісінен көп есе үлкен болғандықтан (R≫R_р), τ_з≫τ_р. (12.11) өрнектегі τ_р мәнін елемесек, аламыз:
f=1/τ_з =1/(RC ln[1/(1-α_з )] ) . (12.12)
Кейде импульстерді сипаттау үшін тығыз еместік деген түсінік енгізеді:
S=T/τ_i (12.13)
Зарядсыздану контурына берілетін орташа қуат, Вт:
P=W/T=fW. (12.14)
Импульстер генераторының қуаты, Вт:
P=P_n/η_з , (12.15)
мұндағы η_з — зарядтау контурының п.э.к.
Импульстер генераторларының негізгі параметрлері технологиялық жағдайлармен анықталады. Бұл — импульстер параметрлері (зарядсыздану токтарының амплитудасы, импульстің энергиясы және орташа қуаты, импульстегі электр мөлшері (заряд), қайталану мерзімділігі, тығыз eмecтігі), сондай-ақ қоректендіру кepнeyi, генератор қуаты, зарядсыздану басталардағы кернеу.
RC-генераторларында энергияның айтарлықтай бөлігі резисторды қыздыруға шығынданады. Сондықтан осындай генераторлардың п.э.к. 25 %-дан аспайды және олардың қуаты 5…7 кВт болады. Конденсатордың зарядталуын жылдамдату және оның кернеуін жоғарылату үшін, резисторлардың орнына индуктивтік элементтер пайдаланылады (LC-, CC-немесе RLC-генераторларда). Осының нәтижесінде п.э.к. 50 %-ға тең болады. Әдетте, релаксациялық генераторларды басқа типті генераторларда қосымшы блок ретінде пайдаланады.
Электр-машиналық генераторлар көмегімен үлкен токтар алады (п.э.к. 70…75 %), бipaқ олардың шуы жоғарғы деңгейде болады. МГИ типті электр-машиналық генераторлар пайдаланылады.
Шала өткізгіштік және шамдық ауыстырып қосқыштың элементтер негізінде жиналған ШГИ, ТГ және ГКИ типтерлі генераторлар өзгермелі жиілікпен берілген пішінді (көп жағдайларды өте күрделі пішінді) импульстерді алуға мүмкіндік тудырады. Олар металдарды электр-эрозиялық өңдегенде пайдаланылады.
3. Электрлік қоршамдар
Малдарды қашада бағуға, олардың жазғы жайылымын қоршауға және жүріс-тұрысын басқаруға электрлік қоршамдар пайдаланылады.
Электрлік қоршам жоғары кернеулі электр импульстерінің генераторынан, қоректендіру көзінен және қоршамның өзінен тұрады. Қоршам құрамына оқшаулағыштар орнатылған метал тipeктep және ток жүргізетін желі кіреді. Tipeктep қоршалатын учаскенің периметрі бойымен бip-бipiнeн 10…20 м қашықтықта орнатылады. Оларға бекітілген оқшаулағыштар көмегімен ток жүргізетін желі тартылады. Желіні диаметрі 1,2…2 мм мырышпен қапталған болат сымнан немесе синтетикалық негізді баулық ток өткізгіштен орындайды. Малдар түріне байланысты желі бip немесе бірнеше сымды болады. Сымдарды 30…90 см биіктікке іледі.
Электрлік қоршамдарды пайдалану электр тоғының биологиялық әрекетіне негізделінген. Импульстер генераторының бip полюсін жерге, ал екінші полюсін ток жүргізетін желіге қосады. Мал желіге тиіп кетіп (жанасып) ток тізбегін тұйықтайды. Электр тоғы мал және жер арқылы өтеді. Электр тоғы мал денесі арқылы өткенде клеткаларға әрекет етеді және нервтер мен бұлшық еттерді тітіркендіреді де, ұнамсыз электрлік «соққы» сезімін қоздырады. Осы себептен мал үркіп кетеді. Электрлік қоршамда бipaз уақыт ішінде бағылғаннан кейін малдарда қоршағыштық сымға тиіп кетуден «қорқу» шартты рефлекс пайда болады.
Электрлік қоршамдардың станционар қоршамдармен салыстырғанда мынадай артықшылықтары бар: материалдар шығыны 1,8…15 есе кем, қоршамды салу және жөндеу уақыты айтарлықтай аз.
Электрлік импульстер малдарды айтарлықтай күшті тітіркендіруі және сонымен қатар малдар мен адамдарға қayiпciз болуы керек.
Төменде келтірілген импульстер параметрлерінің кiшi мәні оларды әсер етуінің тиімділігі жағдайы бойынша сипаттайды, ал үлкен мәні қауіпсіздік жағдайы бойынша сипаттайды.
Импульстердің ұсынылатын параметрлері:
желдегі кернеудің амплитудалық мәні …………………………………….. 2…10 кВ
импульстегі токтың амплитудалық мәні ……………………………… 50…150 мА
импульстер жиілігі ……………………………………………………….. 60…120 〖мин〗^(-1)
мал денесі арқылы өтетін электр зарядтар мөлшері ……………… 2…2,5 мКл
импульс ұзақтылығы, көп те емес …………………………………………………… 0,1 с
импульстердің тығыз еместігі, кем де емес ………………………………………… 15
Электрлік қоршамдарға арналған импульстер генераторларының маңызды элементі — энергия жинауыш-конденсатор. Осы конденсаторға энергия салыстырмалы көп уақыт аралығында келіп түседі, ал жүктемеге өте аз уақыт ішінде беріледі. Бұл жағдайда жүктемеде үлкен лездік қуат пайда болады, ал қоректендіру көзі импульстер генераторының аз мәнді орташа қуатына есептелінуі мүмкін.
Әдетте, электрлік қоршамдарда қарапайым және жеңіл басқарылатын RC-генераторлары пайдаланылады. Олар индуктивті және сыйымдылықты шықпалы болуы мүмкін.
Индуктивті шықпалы генераторларда энергия жинауыш конденсаторда зарядталу кезінде төмен кернеу тудырылады; содан кейін ол коммутациялау құрылғысы арқылы жоғарылатқыш трансформатордың бipiнші реттік орамасына зарядсызданады. Трансформатордың екінші орамасында индукцияланған жоғары кернеу импульстері электрлі қоршамның ток өткізетін желісіне түседі. Бұл типке қоршамдардың ИЭ-200, ЗК-1М, ЛCXA, ГИЭ-1 генераторларын жатқызады.
Сыйымдылықты шықпалы генераторларда энергия жинайтын конденсаторда жоғары кернеу тудырылады; содан соң коммутациялайтын құрылғы арқылы ол тікелей ток өткізетін желіге зарядсызданады.
Импульстер генераторлары eкi жұмыс режимінде жұмыс icтeyi мүмкін: автотербелісті (ток өткізетін желіге импульстер үзіліссіз түсіп тұрады) және күтпелі (импульстер тек желіге малдар тиіп кеткен жағдайда ғана беріледі). Күтпелі режимде жұмыс істегенле автономиялы тұрақты ток қоректендіру көздерінің қызмет істеу мерзімін айтарлық ұзартуға болады.
12-3-суретте ИЭ-200 электрлі қоршамына арналған индуктивті шықпалы ГИЭ-1 импульстер генераторының негізгі электр сұлбасы берілген.
Сурет-12.3. ГИЭ-1 импульстер генераторының принциптік электрлік сұлбасы
Егер ауыстырып қосқыш SA1 «торап» орнында болса, генераторға кернеу электр торабынан трансформатор TV1 және түзеткіш A1 арқылы бершеді Ауыстырып қосқыш SA1 «Бат» орнында болғанда, генератор немесе ішкі құрғақ элементтер батереясынан GB, немесе кepнeyi 12 В сыртқы акқумулятор батереясынан қоректенеді. Қоректендіру кepнeyi стабилитроннан VD3, транзисторлардан VT2, VT4 және VT5 және резистордан R7 тұратын тұрақтандырғышқа түседі.
Автотербеліс режимге жұмыс icтey үшiн ауыстырып қосқыш SA «Авт» орнына ауыстырылып қойылады. Сонда тұрақтандырғыш шықпасынан кезектік деп аталатын кернеу (7,2 В) тұрақты кернеулі жоғарылатқыш түрлендіргіштің шықпасына беріледі. Түрлендіргіш сұлбасы құрамында резисторлар R13 және R14, конденсатор C5, транзисторлар VT8 және VT9, трансформатор TV2 және түзеткіш A2 болады. Түзеткіштен конденсатор C6 (сыйымдылықты энергия жинауыш) зарядталады. Конденсаторда 200 В кернеу тудырылады. Бip уақытта резистор R15 арқылы конденсатор C7 зарядталады. Осы конденсатордағы (C7) кернеу Белгілі мәнге жеткенде, тиратрон VL ашылады, ал конденсатор C7 тиратрон VL және коммутациялайтын тиристордың VS басқаратын электроды арқылы зарядсызданады. Тиристор VS ашылады және де сыйымдылықты энергия жинауыш C6 жоғарылатқыш жоғары кернеулі трансформатордың TV3 бірінші peттік орамасына зарядсызданады; жоғары вольтті импульс пайда болады. Ол электрлі қоршамның ток жүргізетін желісіне түседі (трансформатордың TV3 екінші peттiк орамасының бip шықпасы желіге қосылған, ал екінші шықпасы стабилитрондар VD1 және VD2 тізбектері арқылы жерлестірілген). Одан әpi конденсаторлар C6 және C7 қайтадан зарядтала бастайды; негізгі үрдіс қайталанады.
Малдарда электрлі қоршамнан қорқу шартты рефлексі дағдыланғанда, импульстер генераторын күтпелі жұмыс режиміне келтіруге болады. Ол үшін ауыстырып қосқыш SA2 «Қут» орнына ауыстырьтлады. Осы кезде тұрақты кернеу түрлендіргіш тұрақтандырғыштан транзистор VT7 арқылы белінген. Тұрақтандырғыштың шықпасынан кернеу 7,2 В резистор R1 және трансформатордың TV3 екінші peттiк орамасы арқылы қоршамның ток жүргізетін желісіне беріледі. Стабилиторондар VD1 және VD2 тiзбeгi жабық, өйткені берілген кернеу оларды ашуға жеткіліксіз. Конденсатор C1 зарядталады және де сол конденсаторда ток жүргізетін желідегі кернеуге тең кернеу тудырылады. Бөлгіш R4, R5, R3 арқылы транзисторларда VT1 және VT3 жиналған табалдырықтық құрылғының шықпасына тұрақты ығысу беріледі. Егер мал ток жүргізетін желіге тиіп кетпесе, табалдырықтық құрылғының кірмесінде icкe қосатын сигнал жоқ, симметриялы емес мультивибратор VT6, VT7, C4, R8-R12 әрекет етпейді, тұрақтандырғыштан тұрақты кернеу түрлендіргішіне қорек түспейді және генератор жоғары кернеулі импульстерді ендірмейді.
Егер мал ток жүргізетін желiгe тиіп кетсе, желі мен жер арасындағы кедергі кенет төмендейді. Бұл конденсатордағы C1 кернеудің азаюына әкеледі. C2 және R2 элементтер арқылы табалдырықтық құрылғының кірмесіне icкe қосу импульсі түседі, ал оның шықпасынан (резистор R6) сигнал симметриялы емес мультивибратордың кipмeciнe беріледі, транзистор VT7 ашылады және де сол арқылы тұрақтытандырғыштан тұрақты кернеу түрлендіргішінің сұлбасына қорек беріледі. Одан әpi жоғары вольтті импульс автотербелісті режимдегі сияқты қалыптастырылады. Импульс берілгеннен кейін генератор қайтадан күту режиміне, желіге мал келесі рет тиіп кетуіне дейін, көшеді.
ГИЭ-1 генераторының ерекшелігі — ток жүргізетін желі мен жер арасындағы кедергінің өзгеру жылдамдығына қарсылығы (реакциясы). Қоршаған ортаның оқшауламасына әсер еткенде ток жүргізетін желі мен жер арасындағы кедергі біршама баяу өзгереді, ал ток жүргізетін желі мен мал түйісу нәтижесінде бұл кедергі секундтың үлесі ішінде өзгереді. Бұл өте маңызды.
Электрлік қоршамдарды эксплуатациялауда белгілі қауіпсіздік ережелерін сақтау керек. Қоршамның ток жүргізетін желісінің жақсы көрінетін жерлеріне «Қауіпті! Электрлік қоршам» сақтау плакаттары бекітілуі қажет. Кернеу берілген ток жүргізетін желіге тиіп кетуге болмайды. Импульстер генераторын ашып тексеруте тек қауіпсіздік техникасы бойынша біліктілік тобы үшінші топтан төмен болмайтын электрикке ғана рұқсат етіледі. Генератор блогын тұрқынан шығарып орындалатын жұмыстарды жоғары қауіптілік болмайтын үйжайларда атқарады. Найзағай уақытында ток жүргізетін желіге және импульстер генераторына жақындауға болмайды.
4. Өсімдік материалдарын электр-импулъстік өңдеу
Электр тоғы өзінің параметрлеріне байланысты өсімдіктердің тіршілік әрекетіне немесе жағдай жасайтыны немесе қысым көрсететіні немесе оны толық тоқтататыны бұрынырақ айтылып кетті. Импульстік әсер жасауда соққылы толқын, химиялық реагенттер, полярлану сияқты факторларды бip шектен шығармауға және күтетін эффектілі токпен үзіліссіз өңдеумен салыстырғанда айтарлықтай төмен энергия шығындарымен жетуге болады.
Шөпті және жемді кептіргенде, шырын алғанда ылғалды бөліп шығару жылдамдығы айтарлықтай дәрежеде клетка кабырғаларының (мембраналарының) бүтіндігімен анықталады, ceбeбi клеткалар 80…90 % судан тұрады. Шикізаттарды ұсақтау, жаныштау, термиялық өңдеу жолымен алдын ала өңдеудің қолданылатын технологияларында энергия шығындары айтарлықтай жоғары келеді және әрқашанда да тиімді бола бермейді. Импульстік әсер етуде ұшқындауға, массаны жалпы тесуге әкелмейтін өpic кернеулігінің және электр тоғы тығыздығының жоғары табалдырықтық мәндері алынады. Ұшқындау массаны жалпы тесу құбылыстары өpic кернеулігі мен ток тығыздығының жоғары мәндерінде тәуелсіз болады. Клетка iшіндегі қысым (тургор) салдарынан клеткалардың ішіндегі заттар ағып кетеді және оны әдеттегі әдістермен шығарып жібереді.
Өңдеудің басқа түрлерімен (ұсақтаумен, жаныштаумен және т.б.) біріктірілген және арнайы болатын электр-импульстік өңдеуге арналған көптеген құрылғылар белгілі. Құрамалы ағынды қондырғылар да пайданылады, оның бipeyi 12.4-суретте көрсетілген.
Сурет-12.4. Шөпті кептіру алдыңда бірлескеи электр-ұшқындық және механикалық өңдеуге арналған қондырғының сұлбасы:
1 және 3 — негізгі және оқшаулайтын тартқыш; 2 және 4 — жерлестірілген және көтермелейтін роликтер; 5 — оқшаулайтын тұрық; 6 – разрядтауыштың электроды; 7 — өңделетін шөп; 8 — бункер; 9 — жаныштайтын цилиндр тетіктepi; 10 – транспортер барабандары; 11 — оқшауламалы транспортерлік таспа
Өздігінен жүретін агрегатпен шабылған шөп тасымалдауышқа (транспортерге) беріледі. Оның таспасы оқшауламалы материалдан дайындалған. Шөп тасымалдауышта алдымен жерлестірілген 2, ал содан соң көтермелейтін 4 роликтердің астына түседі, одан кейін электродтың 6 астымен өтеді және оған ұшқынды разрядтар әсер етеді. Импульстер генераторынан кернеу разрядтауыштың электродына және жерге түсіріледі. Ұшқын сабақтың сыртқы қабатын теседі. Таспанық электрлік кедергісі өсімдіктің кедергісінен әлдеқайда көп болғандықтан өткізгіштің импульсі өсімдік бойымен өтеді және ролик 2 арқылы жерге кетеді. Ұшқынды өңдеуден кейін 0,15 МПа қысымда тегіс цилиндр бөлшектердің 9 көмегімен жаныштау өткізеді. Осының нәтижесінде сабақтарда бойлық жарықтар пайда болады, олар арқылы өсімдіктерден epкін ылғалды бөліп шығарады.
Е-067/1а сүрлем орып жинап алатын комбайны базасында орындалған қондырғының тәжірибелік үлгісі сыналған. Оның параметрлepi: кepнeyi 25 кВ, тасымалдауыш таспасының жыддамдығы 0,04 м/с; импульстер саны (1 кг шөпке (қызыл бедеге) есептегенде) 67.
1 т шөпті (қызыл бедеге) электр-ұшқынды өңдегеннен кейін жаныштағандағы электр энергиясының шығыны 2,6 кВт∙сағ, соның ішінде жаныштауға 0,8 кВт∙сағ; шөп қабатының қалындығы 0,03 м. Осылай өңдегеннен кейін далалық жағдайда кептipy ұзақтылығы өңдеусіз кептірумен салыстырғанда 2,2 есе кем, ал тек жаныштаумен салыстырғанда 1,4 есе аз болады. Кептірілген шөпте нәрлі заттар шығыны 12 %-ға, ал протеин шығыны 2,3 есе азаяды.
Жемістерді электр-импульстік өңдеу өpic кернеулігі шамамен 200 кВ/м болғанда жеткізіледі. Осы жағдайда плазмолиз тек полярлану және электр-кинематикалық құбылыстарының салдарынан ғана емес, сондай-ақ клеткаларды механикалық бұзуға әкелетін микрогидравликалық соққылардың әрекетінен де болуы мүмкін. Осындай тәсілде ауылшаруашылық шикізат толығырақ пайдаланылады және 10…20 %-ға шырын көп алынады.
Ұшқынды разрядты орылмаған ұнамсыз өсімдіктерді зақымдау (арам шөптерге қарсы күресу, мәдени өсімдіктер өскендерін сирету) үшін пайдалану бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстары өткізеді. Бұл жағдайда аспалы электрод топырақтың үстімен, ал жерлестіргіштен электрод топырақтың қалыңдығында немесе бетімен жылжытылады. Осындай тәciлдepдi eгic шаруашылығында кең пайдалану алдыңда, олардың технологиялық және экономикалық тиімділігін анықтау керек болады.
5. Электр-гидравликалық, өңдеу қондырғылары
Электр-гидравликалық эффект (ЭГЭ) — ток өткізбейтін сұйыққа батырылған электродтар аралығында жоғары кернеулі импульстік электр разрядты қоздырғанда сол сұйықта жоғары қысымның пайда болуы. Мәні жөнінде, ЭГЭ — электр энергиясын механикалық энергияға тікелей түрлендіру тәсілі. Осы кезде электр разряды салдарынан сұйықпен толтырылған электродтар аралығындағы кеңістікте қысқа уақыт айтарлықтай үлкен қуат бөлігі шығады. Бұл үрдіс соққыш толқындармен, ультрадыбыс тербелістермен, кавитациялық құбылыстармен, сондай-ақ инфрақызыл, ультракүлгін сәулеленулермен және сұйық элементтерін иондаумен қоса өтеді. ЭГЭ-i алудың қарапайым сұлбасы (12.5-суретте) мына бөліктерден тұрады: зарядтайтын тізбек (жоғарылататын трансформатор TV және түзеткіш VD); энергия жинауыш — конденсатор C; қалыптастыратын аралықтан F (әдетте, ауалы ұшқынды зарядсызданғыш) және жұмыстық сұйықтағы негізгі аралықтан A (әдетте, суда) тұратын зарядсыздандыратын тізбек.
Сурет-12.5. Электр-гидравликалық эффект алудың принциптік сұлбасы:
1 және 2 — электродтар
Берілген сұлба электрлік импульстер генераторы болып саналады. Оның жұмыс icтey циклы мынадай болады. Зарядтайтын тізбек τ_з уақыт ішінде C конденсаторды қалыптастыратын F аралықты тесуге жеткілікті кернеуге дейін зарядтайды. Дәл осы уақытта конденсатор сұйықтағы негізгі A аралықка қосылады сәуле сол аралықтың электрлік тесілуі басталады. Сұйық тесілгеннен кейін электродтар аралығында ток өткізетін канал пайда болады. Сол каналға энергия жинайтын C конденсатор τ_р уақыт ішінде зарядсызданады. Ондаған және жүздеген килоамперге дейін жөтетін электр тоғы каналда плазманы 10^4 К температураға дейін қыздырады. Сұйықтың аз сығымдалу қасиетіне байланысты, плазманы аса қыздыру зарядсыздандыратын каналдағы қысымды 10^9 Па мәніне дейін жоғарылатады. Осы қысым жан-жаққа таралады да, сұйықта соққыш толқындар тудырады. ЭГЭ өткенде әрекет ететін факторлар ретінде, соққыш толқындармен қатар, ультра-дыбысты тербелістер, кавитациялық құбылыстар (сиретілу фазасы кезінде сұйық ішінде үзілулер немесе қуыстар пайда болуын және олардың сығылу фазасында сарт eтіп жабылып қалуынан микрогидравликалық соққылардың тудырылуы), сұйықтың шапшаң ағындары, сондай-ақ инфрақызыл сәуле ультракүлгін сәулеленулер және сұйық элементтерінің иондануы болуы мүмкін.
Зарядсыздану үрдісінде конденсатордағы кернеу төмендейді және соңында зарядсыздануды ұстап тұруға жеткілікті болмайды. Зарядсыздану үзіледі, электродтар аралығында иондану үрдісі тоқталады. Одан әрі осы цикл қайталанылады. Оның қайталану жиілігі тізбектің параметрлерімен анықталады.
Ұшқынды разряд каналының кедергі зарядтау тізбегінің кедергісінен айтарлықтай кіші болғандықтан зарядсыздану τ_р уақыты зарядтау τ_з уақытынан анағұрлым аз келеді, τ_р≪τ_з. Осы себептен негізгі A аралықта бөлінетін лездік қуат қоректендіру кезінде электр торабынан тұтынатын қуатынан бірнеше есе көп болады.
Технолгогиялық нысандарға әрекет ететін жоғары қысымды аймақтардың орналасуы 12.6-суретте көрсетілген. Электродтар аралығында орналаскан А аймағы разряд кезінде плазма ағыны болып табылады; Б — талқандау аймағы. Бұл аймақта барлық материалдар түгелдей дисперсиялық (ұсақ) бөлшектерге бөлінеді. В — тойтармалап жапсыру аймағы, аймақ шегінде көптеген материалдар талқанданады, ал металдар тойтармалап жапсырылады; Г — серпімді әрекет ету аймағы. Бұл аймақта бөлшектерді шығарып тастау болады, қуатты итеріп шығаратын күштер пайда болады, ал сұйық өте серпімді дене қасиеттерін көрсетеді. Д — сығылу аймағы, бұл аймақта разряд каналынан қашықтық өскен сайын қысым тез төмендейді және сұйықтың үлкен көлемі кенет қозғалысқа келеді. Гидравликалық қысым жүздеген және мыңдаған мегапаскальге дейін жоғарылайды, ал сұйық секундына жүздеген метрге дейін жететін жылдамдықпен қозғалысқа келеді.
Сурет-12.6. Электр-гидравликалық эффект кезінде жоғары қысым аймақтарының ұшқынды разряд каналының айналасында орналасуы (бастапқы кезеңде):
А — плазма ағыны аймағы; Б — талқандау аймағы; В — тойтармалап жапсыру аймағы; Г — серпімді әрекет ету аймағы; Д — сығылу аймағы
Электр-гидравликалық қондырғыларды есептегенде электродтар аралығындағы қашықтықты, зарядсыздандыратын тізбектің қуатын, түзеткіштен тұтынатын қуатты, энергия жинауыш конденсатор сыйымдылығын, технологиялық талаптармен анықталатын әсер ету нысанына түсетін бөлігі (зарядталу) қысымдағы қоректендіру кернеуін анықтайды.
ЭГЭ қондырғыларында кең пайдаланылатын өте біртекті емес электрлік өрістерінде (стержень-жазықтық) тесілу әлі де мүмкін болатын электродтар аралығындағы максималь қашықтық, м:
l_max={(U^2 C)/abγ [(U_1^2)/(U_0^2 )-4 U_1/U_0 + 3 + ln (U_1^2)/(U_0^2 )-4 4πA/b^2 +]}^(1/2)-(2√πA)/b (12.16)
мұндағы U_0 — стержень ұшындағы электрлік өрістің кернеулігі, сұйықтың иондануы пайда болуына жеткілікті, кризистік мәнін алуына сәйкес келетін кернеу, В; C — энергия жинауыш конденсатор сыйымдылығы, Ф; a=3,6∙10^5 В^2 с/м — тұрақты; b=2∙10^(-4) U_1 — кернеуге тәуелді коэффициент, В; γ — сұйықтың меншікті электр өткізгіштігі, См/м; U_1 — зарядталған энергия жинауыш конденсатордың кepнeyi, В; A — стерженнің оқшауланбаған бетінің ауданы, м^2.
Егер электрод-стержень ұшы гиперболоидқа жақын пішінді болса,
U_0=(E_к∙r∙ln(4l/r))/2, (12.17)
мұндағы E_к=3,6∙10^6 В/м — γ=2,5∙10^(-2) См/м болғанда суға электрлік өрістің кризистік кернеулігі; r — электрод ұшының дөңгелектену радиусы, м; l — жұмыстық сұйықта электродтар аралығындағы қашықтық, м.
Кернеу U қашықтықка l=l_max тәуелді болғандықтан электродтар аралығындағы максимал қашықтық дәйекті (логикаға сәйкес келетін) жуықтау әдісімен анықталады: U_0 мәнін бepiп, оны (12.16) формулаға қояды, ал l_max алынған мәніне (12.17) өрнек бойынша U_0 жаңа мәнін анықтайды; егер l_max мәні қабылданылған мәннен өзгеше болса, есептеуді қайталайды.
Тесілу уақытында конденсатор біраз зарядсызданады және разрядталу моментінде U_2<U_1 сондықтан кернеу U_2 мына қатынастан анықталады:
α_з=( U_2^2)/(U_1^2 ) (12.18)
Коэффициент α_з (конденсатордың зарядталу дәрежесі) мына теңдеуді шешумен есептеп шығаруға болады:
l={C/abγ [U_1^2 (1-α_з )-4U_1 U_0 (1-√(α_з ))+U_0^2 lnα_з ]+4 4πA/b^2 }^(1/2)-2πA/b (12.19)
Қуатты соққыш толқынды алуға қажет конденсатордың мерзімдік басылатын разряды мына қатынаста тудырылады:
R<2√(L/C) . (12.20)
Зарядсыздану тізбегінің индуктивтілігі L, әдетте, (0,4…10)∙10^(-6) Гн болады. Тізбектің кедергісі R тізбектің тізбектеп қосылған элементтерінің кедергілерінен құрастырылады, соның ішінде каналдың сызықсыз кедергісінен R_к, Ом. Зарядсыздану тоғы максимал болған моментте:
R_к=4,4 ∙10^7∙l∙I_max^(-1,5), (12.21)
Максималь ток күші, А,
I_max=0,5U_2 √(L/C) (12.22)
Разряд каналында дамитын максималь қуат, Вт
P_max=I_max^2 R_к. (12.23)
Шекті мүмкіндік қуатқа сәйкес келетін электродтар аралығындағы қашықтық оңтайлы деп аталады, м
l_оңт=48∙10^(-9)∙U_2^(3/2) (C/L)^(1/4) (12.24)
Электродтар аралығындағы қашықтық l_оңт болғанда, разрядтық ток тербелісінің бірінші жартылай периодының T_1≈3,8√LC ішінде электродтар аралығында бөлініп шығатын энергия, Дж:
W_1=(CU_2^2)/2 (12.25)
Канал өсімен x<2,51 қашықтықта толқын фронтындағы қысым, Па:
P_ф=6,1∙x^(-1/2)∙W^(5/6)∙T^(-3/4) . (12.26)
Егер x>2,51 болса, x=2,51 сәйкес келетін мәнімен салыстырғанда қысым шамамен, 30 %-ға кемиді. x>51 болғанда, қысым 〖(1/x)〗^1,1 пропорционалды төмендейді.
Разрядталу тізбегінің және зарядталу тізбегінің түзеткіштен тұтынатын қуаттарының орташа мәндерін (12.14) және (12.15) өрнектер бойынша анықтайды.
Өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының әртүрлі салаларында ЭГЭ пайдаланудың болашағы бар. Кейбір технологиялық үрдістер өндірісте, ал басқалары ойлап құрастыру сатысында пайдаланылады. Keйбip технологиялық үрдістерді қарастырып өтейік.
Материалдарды талқандау, уату және ұсақтау — құймалар мен стержендерді қалыптық қоспалардан электр-гидравликалық тазартумен, мал азығын өңдеумен, шырындар алумен және т.б. байланысты үрдістер.
ЭГЭ далалардан шығарылатын үлкен қойтастарды (вулкандарды) уатуға пайдалануға болады. Бұл үшін қойтаста терең оның биіктігінің 1/3 дейін және диаметрі 22…40 мм болатын шпур (қуыс) бұрғыланып тесіледі және сумен толтырылады. Қуыста ЭГЭ жасалынады. Осы тәсілді «Вулкан» және «ЭГУРН» типті жылжымалы қондырғылар көмегімен жүзеге асыруға болады. «ЭГУРН» қондырғысынын құрамына импульстер генераторы, басқару шкапы, айнымалы ток генераторымен бірге істейтін іштен жанатын мотор, ДК-9 типті компрессормен (ауа сығымдауышпен) жабдықталған екі электр немесе пневмоперфоратор кіреді. Кернеуі 6 кВ, импульс энергиясы 150 кДж, электр энергиясы шығыны 0,2 кВт·сағ/м орнатылған қуаты 10 кВ·А.
ЭГЭ көмегімен материалдарды пластикалық деформациялау (19.7-сурет) металдарды қысыммен өңдегенде (штамптауда, кеңейтуде) және тозған қуыс бөлшектерді (поршень саусақтарын және т.б.) қалпына келтіргенде пайдаланылады.
Сурет-12.7. Электр-импульстік штамптау сұлбасы:
а — ашық камерада; ә — жабық камерада; б — түтікті дайындамада; 1 — электродтар; 2 — разряд өтетін орта (су); 3 — дайындама
Жылу алмасу аппараттарында тутіктерді престеп салуға және бекітуге «Молния» типті қондырғыларды, ал деформациялауға «Удар», Т1200 және т.б. типті электр-гидравликалық престерді пайдалануға болады. Кернеу — 5…50 кВ, жиналатын энергия 7,5…150 кДж, дайындамалар өлшемдері 16…2000 мм.
Материалдарды тазартуға, жууға және залалсыздандыруға соққылы толқынды және сұйықтың, жеделдік ағындарын, сондай-ақ ультрадыбыстық тербелістерді пайдаланады.
Жүнді электр-гидравликалық тазартуға ВТМ-15/50 типті трансформатор-түзеткішпен және КЭМ-50-1 типті импульстік конденсаторлармен жинақталған импульстер генераторын пайдалануға болады. Қондырғы параметрлері (19.8-сурет): кернеуі 50 кВ, конденсатор сыйымдылығы 1…4 мкФ, импульс энергиясы 1,25…3,75 кДж, электродтар аралығындағы қашықтық 45…60 мм, жиілігі 1 Гц, индуктивтілігі 5 мкГн. Қондырғы өнімділігі 250 кг/сағ болғанда тұтынатын қуат 15 кВт.
Сурет-12.8. Жүнді электр-гидравликалық тазарту камерасының сұлбасы:
1 және 7 — электродтар; 2 — тұрық; 3 — жуатын сұйық; 4 — жүн; 5 — пайдаланылған сұйықты жинауыш; 6 — қақпақ бағыттағыштармен жуатын сұйықтың камераға кipyi мен шығуы
Камераның төменгі бөлігі айналған параболоид пішінді орындалған. Оның фокусы разрядталатын аралықпен беттестірілген. Бұл соққыш толқындарды және сұйықтың шапшаң ағындарын өңделетін материал аймағына шоғырландыруға мүмкіндік береді. Электр-гидравликалық тәсіл қолмен тазартумен бірдей жүнді тазарту сапасын қамтамасыз етеді. Бірақ еңбек өнімділігін жоғарылату (1,5…2 есе), су (1,5…2 есе) және жуатын жабдықтар (2,5…3 есе) шығынын азайту есебінен экономикалық жағынан тиімді келеді.
Суды залалсыздандыруда ЭГЭ кешенді әрекет ету байқалады. Суды залалсыздандыру үpдici мына эмпирикалық қатынаспен сипатталады:
N/N_0=e^(-bn), (12.27)
мұндағы N және N_0 — n разрядтан кейінгі және бастапқы бактериялар концентрациясы; b — залалсыздандырудың, тиімділік коэффициенті.
Егер суды су тартқы қондырғыларда залалсыздандырса, электр энергиясы шығыны шамамен 1 кВт∙сағ/м^3 болады. Шошқа көңінің сұйық фракциясын толық залалсыздандыруға және дегельминтизациялауға 50 кВ кернеуде және сыйымдылығы 1 мкФ конденсатормен жұмыс істейтін қондырғылар пайдаланылады, импульстер саны 150…200 (1 литрге).
Су скважиналарының (тік қазбаларының) сүзгілерін тазартуға мынадай параметрлерлі импульс генераторлар пайдаланылады: импульс энергиясы 7,35 кДж, кернеу 70 кВ-ке дейін, конденсаторлар батареясы сыйымдылығы 3 мкФ. Қондырғыны автомобильге монтаждайды және сериялы жабдықтар пайдаланылады: ВТМ 15/50 типті түзеткіш-трансформатор, КЭМ-50-1 типті импульстік конденсаторлар. Қондырғы көмегімен бip жыл ішінде 100-ден көп скважиналарды тазартуға болады, тазартудан кейін скважинаның су шығыны бipнеше есе артады.
6. Металдарды электр-эрозиялық өңдеу
Электродтар аралығындағы газды ортада электр разряды өткенде олардың беті эрозияға (жергілікті бүлінуге) ұшырайды. Белгілі жағдайларда бұл құбылыс тек зиянды-релелердің, айырғылардың және басқа коммутациялық аппараттардың түйіспелері эрозияға ұшыраған жағдайда олардың қызмет icтey уақыты қысқарады және электр қондырғылардың сенімділігі төмендейді.
Диэлектриктік сұйықтықтарда электр разрядтары кезінде газдардағы разрядтарға қарағанда эрозия айтарлықтай қарқынды өтеді және оны металдарды өңдеуге пайдалануға болады.
Электр-эрозиялық қондырғылардың жұмыс icтey режимдері ұзақтылығымен ажыратылады. Әдетте, ұшқынды доғалық разрядтарды электр-импульстік режим — электр-эрозиялық өңдеу (ЭЭӨ) деп атайды, ал ұшқынды разрядтар — электр ұшқынды режим — электр-импульстік өңдеу (ЭИӨ) деп аталады.
Импульстер генераторларының негізгі сұлбасы 12.1-суретте келтірілген сұлбаға ұқсас болады. Негізінде релаксациялық генераторларды пайдаланады.
Сурет-12.9. Металларды электр ұшқынды өңдеудің сұлбасы:
1 — электрод-аспап; 2 — сұйық, диэлектрик (керосин, минерал майлар, су және т.б.);
3 — электрод дайындама
Электр ұшқынды режимнің мәнін 12.9-суретте берілген сұлбамен түсіндіруге болады (сұлбада RC типті қарапайым импульстер генераторы көрсетілген). Энергия жинауыш конденсатор C ток шектейтін резистор R арқылы тұрақты ток көзінен зарядталады.
Электр-эрозиялық өңдеу кезінде электродтар аралығындағы саңылауда кезең-кезең өтетін физикалық үрдістердің көрінісі 12.10-суретте берілген.
Сурет-12.10. Электр-эрозиялық өңдеу кезінде электродтар аралығындағы саңылауда өтетін физикалық үрдістердің сұлбасы:
1 — электрод-дайындама; 2 — диэлектриктік-сұйық; 3 — страммер (ұшқын); 4 — электрод-аспап; 5 — электр разряды; 6 — сұйық металл тамшылары; 7 — булы-газды қуыс; 8 — электродтар маңындағы салалар; 9 — кішкентай сфералық бөлшектер (түйіршектер)
Конденсатордағы кернеу белгіленген мәнге жеткенде электрод-аспап 4 пен электрод-дайындама 1 арасында диэлектриктік сұйықта электрлік тесілу болады. Тап осы кезде катод рөлін атқаратын электродтан страммер (ұшқын) 3 бөлініп шығады да анодқа қарай бағытталады. Ол өз жолында сұйықты иондайды. Осы фаза (оның ұзақтылығы 10^(-9)…10^(-7) с) нәтижесінде сұйықта алмаспайтын (тура) өткізгіштік каналы пайда болады және электродтар аралығының кедергісі бірнеше Мегоомнан Омның үлесіне дейін төмендейді (12.10 а-сурет). Конденсатор да жиналған электр энергиясы өткізгіштік канал арқылы импульс түрінде бөлінеді (12.10 ә-сурет). Тап осы кезде электрлік разряд 5 өтеді, оның ұзақтылығы 10^(-6)…10^(-4) с. Разрядтын вольт-амперлік сипаттамасы құрамалы келеді. Разряд энергиянын; жоғары дәрежеде шоғырлануынан разряд аймағында және электродтар жанындағы аймақтарда жоғары температуралар дамиды. Олардың әрекетінен булы-газды қуыс 7 пайда болады. Электродтар маңындағы аймақтарда 8 электрод бетіндегі металдың микроүлестері балқиды және буланады. Қысымның жоғарылау нәтижесінде сұйық металдың тамшылары 6 разряд аймағынан лақтырылып шығарылады және электродтарды қоршап тұрған сұйықта, олар кішкентай сфералық бөлшектер (түйіршіктер) 9 түрінде қатып қалады (12.10, б-сурет).
Энергия жинайтын конденсатор зарядсызданғанда, оның кернеуі төмендейді біршама уақыт өткеннен кейін кернеу разрядты үзбей ұстап тұруға жеткіліксіз болады, сондықтан разряд тоқталады, электродтар аралығының электрлік беріктігі қалпына келеді. Келесі разряд электродтар бетінің басқа тегіс емес орындарының аралығында өтеді, яғни үрдістің келесі циклі басталады. Әр разряд кезінде дайындама бетінен әрдайым металдың микроүлесі алынады. Осы кезде электрод-аспаптың өңделетін дайындаманың ішіне ену мүмкіншілігі пайда болады.
Электродтар бетінің ток импульсi әрекет еткен жерінде тереңдігі кішкентай келетін шұңқыр-қуыс пайда болады. Қуыс разрядтың әрекет етуі салдарынан бұйым бетінен металдың біршама мөлшерін балқытып алып тастау нәтижесі болады. Қуыстың диаметрі мен тереңдігі импульстің қуатымен, оның ұзақтылығымен және материалдың қасиеттерімен анықталады.
Электр-эрозиялық өңдегенде басқа тәсілдермен орындалмайтын технологиялық операцияларды жүзеге асыруға болады, мысалы, күрделi пішінді немесе кіші диаметрлі (0,3 мм-ден кіші) тесіктерді жасау. Бұл тәсілдің кесумен өңдеумен салыстырғанда мынадай негізгі артықшылықтары бар: әртүрлі механикалық қасиетті (бepiктігі, қаттылығы, тұтқырлығы, морт сынғыштығы әртүрлі болатын) ток өткізетін материалдарды өңдеу кезінде дайындама мен аспапқа механикалық әрекет етудің жоқтығы, металл қалдықтарының аздығы.
Электр-эрозиялық өңдеу құрылғыларын қоректендіруге импульстер генераторлары пайдаланылады. Импульстік генератордың құрылымдық сұлбасына қоректендіру көзі, ток шектеуіш, энергия жинауыш, коммутатор және электродтар аралығы кіреді. RC, LC, RLC және CC типті релаксациялық импульстік генераторлар, сондай-ақ статикалық жалпақ диапазонды машиналы коммутаторлық және машиналы индукторлық генераторлар болады.
Өңдеудің сапасы мен жылдамдығы импульстер параметрлеріне (ток пен кернеудің амплитудалық мәндеріне, импульстің пішініне, жиілігіне, тығыз еместігіне, ұзақтылығына) байланысты болады. Коммутациялайтын элементтермен (тиратронмен, тиристормен, электронды шаммен немесе транзистормен) жабдықталған генераторлар көбірек икемді келеді. Кернеуін жоғарылату үшін генераторларды импульстік трансформаторларға қосады.
Электр-эрозиялық әдіспен өңделетін бөлшектің сырт пішінінің қалыптасуын үш сұлба бойынша жүзеге асыруға болады.
1. Бөлшек пішінінің кepi бейнесі болатын электрод-аспаптың пішінін көшіру. Осы сұлба бойынша өңдегенде электр энергиясы импульстерінің әрекет eтyi салдарынан бұйым бетінен металды балқытып алу нәтижесінде алға бағытталған қозғалыспен электрод-аспап дайындамаға енеді.
2. Электрод-аспап пен дайындаманың белгілі заң бойынша бір-біріне қарама-қарсы жылжуы.
3. Сырт пішінді қалыптастырудың екі сұлбасының бірге орындалуы. Арнайы аспапты және дайындаманы белгілі заң бойынша бір-біріне қарама- қарсы жылжытумен күрделі пішінді бұйым алады.
Іс жүзінде бipiнші сұлба кең таралған. Оның көмегімен орындалатын операциялар көшірмелік тесетін деп аталады.
Электр-эрозиялық өңдеу қондырғыларында жұмыс істегенде тек қауіпсіздік техникасының және электр қондырғыларын техникалық эксплуатациялаудың жалпы талаптарын орындау ғана емес, сондай-ақ ерекше сақтық керсету керек, өйткені, разрядтар әрекет етумен электр-эрозиялық өңдеуде пайдаланылатын сұйықтар жануы мүмкін. Бұл үрдіс сұйықтың бетінде өтеді, сондықтан оны булар пайда болатын температураға дейін қыздыруға болмайды.
Бақылау cұpaқтapы
1. Электр-импульстік технологияның ерекшеліктерін атап шығыңыз.
2. Релаксациялық генератордың жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз.
3. ГИЭ-1 импульстер генераторының жұмыс icтey принципін түсіндіріңіз.
4. Өсімдік материалдарын электр-импульстік өңдеу қандай мақсатпен орындалады?
5. Электр-гидравликалық эффектінің әрекет ететін факторларын атап өтіңіз және олардың табиғатын түсіндіріңіз.
6. Электр-гидравликалық эффектінің нысандарға әрекет ететін жоғары қысымды аймақтарын атап өтіңіз.
7. Электр-гидравликалық эффект пайдаланылатын технологиялық, үрдістерді атап түсіндіріңіз.
8. Металды электр-ұшқынды өңдеу кезінде ететін физикалық үрдістерге түсініктеме беріңіз.