可移動鐘罩式感應加熱爐中頻電纜連接器的設計

蘭新武，劉自輝

(株洲職業技術學院，湖南株洲412001)

0 引言

感應加熱爐是工業生產中的常用設備，工作效率高，能耗低，操作方便，在金屬熱加工領域得到廣泛應用。隨著機械制造業的不斷發展和進步，熱加工工藝越來越復雜，對熱加工設備的要求也越來越高。例如:有些金屬零件要求在保護氣體環境下進行熱處理，以免表面氧化，并且要求加熱速度快、冷卻速度也要快；還有一些不便裝爐或在裝爐過程中容易損壞的工件，要求加熱設備能夠就地加熱。

傳統的感應加熱爐很難滿足上述要求，而可移動鐘罩式感應加熱爐［1］(圖1)則可以輕松實現。使用可移動鐘罩式感應加熱爐，可以事先在爐外將工件處理好，讓其處在保護氣體環境中，然后將爐體罩上去通電加熱，加熱完成后隨時可以將爐體移開，讓工件快速冷卻；不便裝爐的工件，可以移動爐體將其罩住進行加熱。

但可移動鐘罩式感應加熱爐在使用中也有一些不便之處。移動式感應爐在工作過程中需要頻繁地連接和拆卸中頻電纜，加熱時感應器要接中頻電纜，移動時又要將電纜拆除，否則爐體就會受到電纜的牽扯，影響移動。通常中頻電纜是用螺栓、螺母與感應器連接的，這種連接方式不宜頻繁拆裝，頻繁拆裝不僅影響生產效率，還使勞動強度大大增加。因此，設計一種能使中頻電纜與感應器快速方便地連接和分離的連接器，是需要解決的問題。

圖1 可移動鐘罩式感應加熱爐

1 電纜連接器的結構和工作原理

連接器的結構如圖2所示，由殼體2、接觸件A、接觸件B、連接線7、漏屑孔3、彈簧座圈6、彈簧4和調整螺栓5等部件組成。接觸件A與感應器剛性連接，連接線將接觸件B與中頻電纜連接［2］。工作時接觸件A借助感應器的重力插入接觸件B中，接觸件B在彈簧的彈力作用下與接觸件A緊密連接，接觸壓力可通過彈簧調整螺栓調節。接觸件B的插孔略帶錐形，與接觸件A連接時能自動導向，配合時連接可靠，分離時方便拔出。

圖2 連接器結構圖

2 連接器的技術要求

可移動式鐘罩式感應加熱爐在工作時，中頻電纜需要頻繁拆裝，電纜連接器既要承受反復拔插的考驗，又要承受高電壓、大電流的沖擊。保證連接器既能方便拔插，又能連接可靠。

連接器的主要技術要求:

額定電壓:750V

額定電流:200～300A。

接觸電阻:≤0.1mΩ。

絕緣電阻:接觸件對護套間絕緣電阻≥500MΩ。

耐壓:接觸件對護套間承受AC2 800V/1min絕緣介電強度試驗，無擊穿，無閃絡。

3 接觸電阻

使用過程中保證連接器的接觸電阻始終保持在設計范圍內(≤0.1mΩ)，是保證設備可靠運行的關鍵。接觸電阻由以下兩部分組成:

1)集中電阻

電流通過實際接觸面時，由于電流線收縮(或集中)形成的電阻，將其稱為集中電阻或收縮電阻。

2)膜層電阻

由于接觸表面膜層及其他污染物所構成的電阻。從接觸表面狀態分析，表面污染物可分為較堅實的簿膜層和較松散的雜質污染層，也可把膜層電阻稱為界面電阻或表面電阻。影響接觸電阻的因素很多，要準確計算接觸電阻是很困難的，通常只能用經驗公式進行估算。一般經驗公式如下:

式中:F—接觸壓力；

m—與接觸形式有關的系數，對點、線、面接觸，分別取0.5，0.7，1(也有線接觸取0.75，高壓力時的面接觸取0.8～0.95)。

Kc—與接觸材料、表面情況、接觸形式等有關的系數，通常由實驗得出，見表1。

表1 接觸材料

4 接觸電阻的影響因素

接觸電阻主要受接觸材料、接觸壓力、接觸形式、表面狀態、溫度、使用電壓和電流等因素影響。

1)接觸材料

構成電接觸的金屬材料的性質直接影響接觸電阻的大小，這些性質包括金屬材料的電阻率ρ、布氏硬度HB、化學性能以及金屬化合物的機械強度和電阻率等。材料的電阻率或硬度越大，則接觸電阻也越大。綜合考慮材料成本和性能，本裝置接觸材料采用銅鍍錫。

2)接觸壓力

接觸件的接觸壓力是指施加于彼此接觸的表面并垂直于接觸表面的力。隨著接觸壓力增加，接觸微點數量及面積也逐漸增加，同時接觸微點從彈性變形過渡到塑性變形。由于集中電阻逐漸減小，而使接觸電阻降低。但當接觸壓力超過一定值(150N左右)后，接觸電阻就基本保持不變。實驗表明，在接觸壓力較小時，接觸電阻上下限的差別減少到1.5倍。本裝置彈簧彈力必須大于150N。

3)接觸形式

接觸形式不同也會影響接觸電阻的大小。接觸形式主要分為3種:點接觸、線接觸和面接觸，接觸壓力較小時，點接觸的接觸電阻較低；接觸壓力較大時，面接觸的接觸電阻較低；在更大接觸壓力時，3種接觸形式的接觸電阻是差不多大小的。本裝置是靠感應器自身壓力和彈簧彈力將連接器壓緊，接觸壓力較大，故采用面接觸。

4)溫度

溫度對接觸電阻也有影響，主要有兩個方面的原因:a)電阻率的改變，電阻率隨溫度升高而增加；b)材料硬度的改變，當材料溫度上升到接近軟化點時，硬度將急劇下降。

5)使用電壓

使用電壓達到一定閥值，會使接觸件膜層被擊穿，而使接觸電阻迅速下降。但由于熱效應加速了膜層附近區域的化學反應，對膜層有一定的修復作用，于是阻值呈非線性。在閥值電壓附近，電壓降的微小波動會引起電流可能20倍或幾十倍范圍內變化，使接觸電阻發生很大變化。

6)電流

當電流超過一定值時，接觸件界面微小點處通電后產生的焦耳熱作用使金屬軟化或融化，會對集中電阻產生影響，隨之降低接觸電阻。

5 結論

本裝置結構簡單，加工制造容易，維修調整方便。通過實驗，使用方便可靠，只要裝配得當可使接觸電阻≤0.01mΩ。缺點是，由于插孔較小，裝配時困難較大，最好有自動導向裝置，需要進一步完善。

［1］蘭新武.新型鐘罩式多爐膛感應加熱爐的設計與開發［J］.熱加工工藝，2008(1).

［2］蘭新武，等.淺談晶閘管中頻電源零壓啟動［J］.電源技術應用，2008(12).