|
| |
|
Слаботочка Книги ду накопленным повреждением (механическим напряжением, плютиостью тока, током) и числом циклов тоответ-ствующих воздействий, иазываемыми кривыми усталости.. Причиной термонапряжений в плавких элементах является повышение их температуры. Повышение температуры происходит,, вочпер-вых, при каждом включении под нагрузку - это режим циклических нагрузок и перегрузок, во-вторых, за счет действия периодически изменяющегося, например, 100 раз в секунду при частоте 50 Гц, проходящего по предохранителю тока. Если температура перешейков, в номинальном режиме составляет 200-300 °С, то ее колебания прм синусоидальном токе частоты 50. Гц составляют 20-30°С, а при одно-полупериодном выпрямлении этого тока 90-120 С. Существенное-влияние на колебания температуры оказывает и форма токового импульса. Температу;ные напряжения возникают в плавких элементах вследствие неравномерного распределения температуры различных частей ч-ограничения температурных деформаций. Особенно тяжелые условия, создаются для перешейков, жестко связанных с широкими частяма плавких элементов, которые в свою очередь приварены к токоподво-дам. В этом случае натянутые между неподвижными, опорами плавкий элементы подвергаются воздействию температурных напряжений как. при охлаждении, так и при нагреве. На первой стадии усталостного разрушения из-за циклических термонапряжений повреждение носит рассеянный характер и связанс со структурными изменениями в локальных объемах плавкого элемента. Эта стадия длится до 80% долговечности и заканчивается возникновением усталостной трещины. На второй стадии эта трещина раз вивается до полного разрушения плавкого элемента. Для оценки усилий и напряжений, действующих в плавком элементе постоянного сечения предохранителя с наполнителем, можно, воспользоваться соотношениями a=F/S, F=E{l-vt)SaT при а7<1, (5.31> где F - усилие растяжения; Е - модуль Юнга; v - температурный коэффициент модуля Юнга; S -сечение плавкого элемента; а--температурный коэффициент длины материала плавкого элемента; о - внутренние напряжения; Г-температура элемента. Усилия растяжения-сжатия не зависят от длины элемента и определяются лишь сечением и температурой. Установлено [4.15], что. плавкие элементы из серебряной проволоки диаметром 0,5 мм при» циклической токовой нагрузке могут свободно колебаться в песочном наполнителе. Усилия трения о песок при движении ленточных и проволочных серебряных элементов в продольном направлении таковы, чтО внутренние напряжения малы и не превышают 15-10* Па. В то же-время для ленточных плавких элементов остается возможность дефор- нации и перешейков в поперечном направлении (рис. 5.6,й), и широкой части плавкого элемента, находящегося в воздухе (рис. 5.6,6). Рассматривая вопросы усталостной прочности предохранителей при циклических воздействиях нагрузки, необходимо остановиться на ускоренных методах испытаний. Любой ускоренный метод моделирует явление лишь с некоторой степенью достоверности, и чем ближе к реальности это моделирование, тем выше качество метода. Для усталостной прочности материала определяющими факторами при испытаниях являются:
  Рис. 5.6. Деформация плавкого элемента предохранителя: а - в наполнителе; б - в воздухе а) силовой фактор или интенсивность воздействий (прежде всего амплитуда циклических напряжений); б) фактор времени воздействий (важнейшее значение имеет время пребывания материала лри максимальных значениях напряжений); в) специфический для усталостных испытаний фактор - число изменений характера нагрузки (число циклов токовой нагрузки). Наиболее сложно моделирование фактора времени. Все ускоренные методы определения характеристик усталости в части фактора времени равноценны. Во многих ускоренных методах не осуществляется прямое моделирование и силового фактора, поскольку не всегда эксперимент ведется при циклической нагрузке с представляющим интерес значением амплитуды напряжений. Фактор количества циклов нагрузки моделируется при ускоренных методах только на основе увеличения частоты ее циклического изменения. Моделируя два из трех вышеуказанных факторов с помощью высококачественной модели и высокого значения интенсивности воздействий, в принципе можно добиться ускорения испытаний. Рассмотрение Процесса усталостното разрушения перешейков оредоХранвтелей позволяет считать главной задачей предотвращение зарождения в них трещин 1или ш меньшей мере торможение их роста. Для предотвращения роста трещины необходимо акомпеноирюватъ эяергню температурных 1напряжен1ий, .например, с помощью упругой деформации плавкого элемента. Это достигается /применен нием так называемых температурных номпенсаторов, в конструкции (которых предуомлтриваетоя ивгиб плавкого элемента. Расчет покшыеает, что, например, нрм темое-рзтуре перешейка 400 °С и модуле Юнга При этой температуре порядка 6000 (кг/мм иапряжение в перешейке сечением 0,5 мм при полной компенсации его деформации достигает 44-10 Па, а вызванное этим суммарное усилие растяжения-сжатия составляет 22 кг. Ниже проводится анализ возможности компенсации температурных напряжений с Помощью упругой деформации элемента изогнутой формы. Расчет жесткости изогнутого плавкого элемента. Проведенные исследования свидетбльствуют О том, что температурные напряжбния, вызванные высокой механической жесткостью плосмих плавких элемштов, привариваемых к контактным выводам, 0бусло1влиВают низкую стойкость предохранителей ik Цикличеоюим нагрузкам. В связи .с эпим целесообр1азно снизить Жесткость шлшшх элементов [5.9]. Жесткость плоской пластины G=ES/l, (5.32) где В - модуль Юнга; S - поперечное юечение пластины; / - ее длина. Плоский плавкий элемент предохранителя можно представить В виде ряда последовательно и параллелыно соединенных пластин различных сечения и длины. Жесткость Gs системы п последовательно соединенных пластин Gs-Yi, (5.33) где \/Gh - величина, обратная жесткости отдельной пластины. При параллельном соединении пластин G,=r.G,. (5.34) Из (5.31) -• (5.34) очевидно, что снизить жесткость можно либо увеличением длины или числа последовательно соединенных пластин, либо уменьшением их сечения. На практике эти тарамехры лимитируются другими важными требованиями, предъявляемыми к предохранителям, и их изменение не может быть использовано для сниже- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [53] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |