基本信息
- 项目名称：
- 便携式微型储能点焊机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 便携式微型储能点焊机，是专门为焊接薄型/超薄型钢板或精致小型零部件而设计的一种新型设备。可广泛应用于铁路、桥梁、电力、输油管道等领域的传感器现场快速固定。 该焊机利用超级电容存储能量，在电子电路控制下放电，使焊点介质瞬时发热而熔接。点焊机由电源电路、控制电路、储能电容、焊枪和接地夹具等组成。
- 详细介绍：
- 便携式微型储能点焊机，是专门为焊接薄型/超薄型铁板、不锈钢板或精致微小型零部件而设计的一种新型设备。目前主要应用于铁路长轨应力检测传感器和杆塔雷电泄放电流检测传感器的现场安装固定；此外，此设备亦可应用于桥梁、输油管道等领域的传感器安装固定。 该新型设备属于点焊领域的一种全新专用机电化产品；其全新的点焊工艺改变了以往轻薄部件与厚重载体的粘接、螺栓和铆接方式的局限性，使施工更加方便快捷。 整个研究设计过程中我们秉承操作简易、携带方便的设计理念，精细的面板外观设计以及LCD数显、汽车电子开关的采用以及蓄电池低压条件下实现数千安培的大电流等，都体现着一种创新思想；整个焊机操作简易，点焊效果优异。 采用高强度工程塑料密封箱外壳，具有抗震、防水功能，以高容量充电电池为能源，充电后可连续点焊1000余次，配专用太阳能充电器，完全满足野外无电源工作条件。 通过多次的试验，各项功能与参数达到一定标准，已经得到铁路局许可，于2010年底、2011年初先后两次正式试用于西安高铁应力传感器的现场安装固定。并得到了美国工程师的认证，已经代替了从美国进口的专用设备，价格仅为美国产品的30%左右。对提高国产化率，节省资金、减小对国外技术的依赖具有一定的现实意义。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 采用一种新工艺，解决铁路、桥梁、电力、输油管道等大型工程设施监测系统中，应力传感器的固定问题。传统应力传感器一般采用粘接、铆接或螺栓固定，安装工艺繁琐、设备不便于携带，限制了在一些领域的应用。便携式微型储能点焊机可用于解决户外无源条件下传感器的现场快速固定问题。 基本思路： 利用法拉级电容存储能量，在电子电路控制下，迅速放电，产生的大电流通过工件压接点的接触电阻时，接触点瞬时发热而熔接金属，从而可以顺利完成点焊过程。 创新点： 1、采用PWM开关电路闭环控制充电，解决了RC充电的发热损耗，电池利用率提高一倍。 2、利用并联式低电压大电流开关电路，峰值电流可达几千安培，使用安全可靠。 3、挎包式的工程塑料密封箱外壳，具有防震、防水功能。完全满足野外无源工作条件，必要时可选配太阳能充电器。 技术关键： 1、安全可靠的充、放电控制电路。 2、实现数千安培瞬时大电流的无触点开关。 3、强、弱电合理的电路布局，避免强电干扰。 主要技术指标： 焊接能量调节范围：10J—60J 最大输出：100J 焊接厚度：0.05—0.3(mm) 外壳体积：358*213*155(mm)3 整机重量：3.5Kg 工作电压：DC24V 充电后点焊次数：>1000
科学性、先进性
- 科学性： 1、在直流蓄电池低压供电条件下,即可实现瞬间数千安培的大电流。2、避开传统的交流变压器方案，摆脱了对市电的依赖，满足野外无源条件下作业要求，必要时候还可配备太阳能充电器。3、可广泛应用于铁路、桥梁、电力、输油管道等大型工程中传感器的快速固定，继而代替传统的黏结、螺栓、铆钉等工艺。 先进性： 目前国内采用直流蓄电池低压供电，便携类型的点焊机还没有进入市场。通过与美国同类点焊机的对比，本焊机的技术进步体现在以下几点：1、本作品采用集成电路，结构简洁可靠；美国点焊机采用的是分离元件电路，结构相对复杂。2、本焊机采用镍氢电池（或锂电池），体积小；美国点焊机采用铅酸电池，体积庞大、容量较小。充满电的情况下，美国焊机可持续点焊550个点左右，本焊机可以持续点焊1200个点左右。3、本点焊机采用汽车电子里的基于CMOS工艺的低压大电流开关，并联使用，实现了数千安培的导通；美国点焊机采用工业可控硅作为控制开关，可控硅体积大、管压降大，性能并不佳。4、配备液晶数字显示，能量实时可视可调。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月，在某校级第五届“挑战杯“赛事中，荣获“一等奖”。 2011年6月，在北京市第六届“挑战杯“赛事中，荣获“特等奖”。 此外，作品已得到铁路局许可，于2010年11月和2011年2月底分别在西安高铁华山站和渭南站进行过2次高铁项目的应用，用于焊接钢轨应力检测传感器，经过实验室和现场试焊比较，得到美国高级工程师的认可，已经替代了部分铁路下属公司于美国配备的专用点焊设备（详见附加材料）。 2011年2月初，与美国工程师从美国带来的点焊机进行过正式的现场对比试验，试验结果表明，本作品在节能、便携、持续作业能力等方面领先美国同类产品（详见附加材料的实验数据）。
作品所处阶段
- 试生产阶段。
技术转让方式
- 图纸、技术、专利。
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示；录像。 （各类信息还敬请看上传的“附加材料”）
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点：1、在直流蓄电池低压供电条件下，实现瞬间数千安培的放电大电流。2、合理的强弱电布局，稳定可靠的控制电路。 技术优势：1、轻巧便携、抗震防水的独到设计，拓展了该焊机的应用范围，增强了恶劣环境下的适用能力。2、完全脱离市电，实现了野外无源条件下的作业要求。3、LCD能量实时显示并可调，根据焊件的材质、厚度准确的定位能量。 适用范围：铁路、桥梁、电力、输油管道、隧道等大型工程中各类应力传感器的现场快速固定。 市场前景：1、国内适合野外无源条件下专用的点焊机还未进入市场；仍需从国外引进此类设备。2、国家十二五规划高铁建设规模为上万公里；及时研制这类新型的辅助工具，来替代国外进口已迫不及待。 现实意义：1、在国内缺乏此类设备情况下，根据现实需求自行研发此类新辅助设备来替代国外进口，对提高国产化率和降低成本具有一定现实意义。2、美国此类点焊机价格为4000美金，本焊机价格仅为1000美金左右。3、减小了对国外技术的依赖，一定程度上提高了科技竞争力。
同类课题研究水平概述
- 国内点焊机的研究已经比较成熟和普遍，但是便携式的、适合野外无源条件下的安装专用点焊机还没有进入市场。区别于传统的大型变压器式的焊机相比，本作品体积小，重量轻，便携、安全可靠。 美国已经有此类产品，但是体积大而笨重、不便于携带，而且电路结构复杂、只有机械旋钮调节、没有数字显示，功耗，持续工作时间、焊接强度、焊接点面积方面本作品更占有优势。美国同类便携式储能点焊机见附件。 日本avio公司也是专业生产点焊机，产品已经比较成熟、丰富。 本作品体积和重量优势主要源于以下几点原因： 1、在巧妙的电子电路技术控制下，能量转化效率大大提高，发热量小，所以散热片也非常小； 2、外壳采用ABS工程塑料； 3、无逆变器，无变压器； 4、汽车电子低压大电流开关代替传统笨重庞大的可控硅。 上海佳湖焊接设备有限公司，是中国最大的焊机生产厂家。该公司焊机主要是针对车间加工之用的台式大型一类的。该公司典型产品见附件研究报告图片。 镇江美华机电有限公司，专业生产电容储能式点焊机。该公司产品主要是桌面型的点焊机，依旧是依靠交流变压器来供电的，该公司典型产品见附件研究报告图片。 上海锋克机电科技有限公司，专业生产便携式点焊机，但该产品依旧是依靠220VAC交流供电，并没有摆脱市电的依赖，无法实现野外无源条件下作业的需求，而且机身质量达：13kg，与本作品的3.5kg相比还是相差甚大。该公司产品见附件研究报告图片。 目前国内对于在24V的蓄电池供电条件下，能够产生瞬间数千安培的大电流，并且非常可靠的控制电路来实现，技术上有一定难度，设计上要有一定技巧，工程实现上要有一些窍门，目前国内市场上还没有此产品问世。但是我们已经很好的解决了此项技术难题，已经获得专利批准，正在试生产阶段。 本作品实物以及应用实践情况详见附件研究报告和附件视频演示。
