可移动钟罩式感应加热炉中频电缆连接器的设计

兰新武，刘自辉

(株洲职业技术学院，湖南株洲412001)

0 引言

感应加热炉是工业生产中的常用设备，工作效率高，能耗低，操作方便，在金属热加工领域得到广泛应用。随着机械制造业的不断发展和进步，热加工工艺越来越复杂，对热加工设备的要求也越来越高。例如:有些金属零件要求在保护气体环境下进行热处理，以免表面氧化，并且要求加热速度快、冷却速度也要快；还有一些不便装炉或在装炉过程中容易损坏的工件，要求加热设备能够就地加热。

传统的感应加热炉很难满足上述要求，而可移动钟罩式感应加热炉［1］(图1)则可以轻松实现。使用可移动钟罩式感应加热炉，可以事先在炉外将工件处理好，让其处在保护气体环境中，然后将炉体罩上去通电加热，加热完成后随时可以将炉体移开，让工件快速冷却；不便装炉的工件，可以移动炉体将其罩住进行加热。

但可移动钟罩式感应加热炉在使用中也有一些不便之处。移动式感应炉在工作过程中需要频繁地连接和拆卸中频电缆，加热时感应器要接中频电缆，移动时又要将电缆拆除，否则炉体就会受到电缆的牵扯，影响移动。通常中频电缆是用螺栓、螺母与感应器连接的，这种连接方式不宜频繁拆装，频繁拆装不仅影响生产效率，还使劳动强度大大增加。因此，设计一种能使中频电缆与感应器快速方便地连接和分离的连接器，是需要解决的问题。

图1 可移动钟罩式感应加热炉

1 电缆连接器的结构和工作原理

连接器的结构如图2所示，由壳体2、接触件A、接触件B、连接线7、漏屑孔3、弹簧座圈6、弹簧4和调整螺栓5等部件组成。接触件A与感应器刚性连接，连接线将接触件B与中频电缆连接［2］。工作时接触件A借助感应器的重力插入接触件B中，接触件B在弹簧的弹力作用下与接触件A紧密连接，接触压力可通过弹簧调整螺栓调节。接触件B的插孔略带锥形，与接触件A连接时能自动导向，配合时连接可靠，分离时方便拔出。

图2 连接器结构图

2 连接器的技术要求

可移动式钟罩式感应加热炉在工作时，中频电缆需要频繁拆装，电缆连接器既要承受反复拔插的考验，又要承受高电压、大电流的冲击。保证连接器既能方便拔插，又能连接可靠。

连接器的主要技术要求:

额定电压:750V

额定电流:200～300A。

接触电阻:≤0.1mΩ。

绝缘电阻:接触件对护套间绝缘电阻≥500MΩ。

耐压:接触件对护套间承受AC2 800V/1min绝缘介电强度试验，无击穿，无闪络。

3 接触电阻

使用过程中保证连接器的接触电阻始终保持在设计范围内(≤0.1mΩ)，是保证设备可靠运行的关键。接触电阻由以下两部分组成:

1)集中电阻

电流通过实际接触面时，由于电流线收缩(或集中)形成的电阻，将其称为集中电阻或收缩电阻。

2)膜层电阻

由于接触表面膜层及其他污染物所构成的电阻。从接触表面状态分析，表面污染物可分为较坚实的簿膜层和较松散的杂质污染层，也可把膜层电阻称为界面电阻或表面电阻。影响接触电阻的因素很多，要准确计算接触电阻是很困难的，通常只能用经验公式进行估算。一般经验公式如下:

式中:F—接触压力；

m—与接触形式有关的系数，对点、线、面接触，分别取0.5，0.7，1(也有线接触取0.75，高压力时的面接触取0.8～0.95)。

Kc—与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数，通常由实验得出，见表1。

表1 接触材料

4 接触电阻的影响因素

接触电阻主要受接触材料、接触压力、接触形式、表面状态、温度、使用电压和电流等因素影响。

1)接触材料

构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小，这些性质包括金属材料的电阻率ρ、布氏硬度HB、化学性能以及金属化合物的机械强度和电阻率等。材料的电阻率或硬度越大，则接触电阻也越大。综合考虑材料成本和性能，本装置接触材料采用铜镀锡。

2)接触压力

接触件的接触压力是指施加于彼此接触的表面并垂直于接触表面的力。随着接触压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。但当接触压力超过一定值(150N左右)后，接触电阻就基本保持不变。实验表明，在接触压力较小时，接触电阻上下限的差别减少到1.5倍。本装置弹簧弹力必须大于150N。

3)接触形式

接触形式不同也会影响接触电阻的大小。接触形式主要分为3种:点接触、线接触和面接触，接触压力较小时，点接触的接触电阻较低；接触压力较大时，面接触的接触电阻较低；在更大接触压力时，3种接触形式的接触电阻是差不多大小的。本装置是靠感应器自身压力和弹簧弹力将连接器压紧，接触压力较大，故采用面接触。

4)温度

温度对接触电阻也有影响，主要有两个方面的原因:a)电阻率的改变，电阻率随温度升高而增加；b)材料硬度的改变，当材料温度上升到接近软化点时，硬度将急剧下降。

5)使用电压

使用电压达到一定阀值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用，于是阻值呈非线性。在阀值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能20倍或几十倍范围内变化，使接触电阻发生很大变化。

6)电流

当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热作用使金属软化或融化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻。

5 结论

本装置结构简单，加工制造容易，维修调整方便。通过实验，使用方便可靠，只要装配得当可使接触电阻≤0.01mΩ。缺点是，由于插孔较小，装配时困难较大，最好有自动导向装置，需要进一步完善。

［1］兰新武.新型钟罩式多炉膛感应加热炉的设计与开发［J］.热加工工艺，2008(1).

［2］兰新武，等.浅谈晶闸管中频电源零压启动［J］.电源技术应用，2008(12).