Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке



Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке
Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке
Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке
Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке
Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке

 


Владельцы патента RU 2440220:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами электрической сварки, а именно к устройству автоматического регулирования длины дуги при электросварке. Устройство содержит механизм перемещения электрода с встроенным в него управляемым электродвигателем, датчик (3) скорости электродвигателя, задатчик (8) длины дуги, сумматор (9), в котором первый и второй входы соединены с выходами датчика (4) длины дуги и задатчика (8), введены суммирующее устройство (6), второй - четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика (8), (4) длины дуги, датчика (3) скорости и третьим входом сумматора (9), релейный регулятор (7) с зоной нечувствительности, выход которого связан с первым входом суммирующего устройства (6), выход которого подключен ко входу электродвигателя. В результате достигается повышение быстродействия и упрощение устройства, повышение производительности труда. 5 ил.

 

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами электрической сварки.

Системы и устройства регулирования технологического процесса электросварки широко распространены в технике (см., например, Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под. ред. В.В.Смирнова. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. - С.255-258).

Известны также управляющие устройства и системы, обеспечивающие автоматическую стабилизацию напряжения электрической дуги в процессе непрерывного процесса электрической сварки изделий (см., например, Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. Учеб. пособие для вузов по специальности «Оборудование и технология сварочного производства». - М.: Машиностроение, 1982. С.30-36).

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является устройство управления длиной дуги в процессе аргонодуговой сварки, реализованное в установке типа УСК-22М (установка для аргонодуговой сварки кольцевых швов), функциональная схема которой приведена в технической документации «Установка для автоматической аргонодуговой сварки кольцевых швов». Модель УСК-22М. Руководство по эксплуатации 70216.089.06.00.000РЭ. Разраб. ОКБ ОАО «Электромеханика», 2000 г., и представлена на фиг.1. Подобная схема управления также описана в приведенной выше книге Львова Н.С. и Гладкова Э.А.

Устройство включает в себя следующие блоки: механизм вертикального перемещения электрода (горелки) 8, управляемый двигатель постоянного тока с независимым возбуждением 7, широтно-импульсный преобразователь 6, пропорционально-интегральный регулятор 5, два сумматора 2 и 4, пропорциональный регулятор 3, задатчик 1, датчик изменения скорости (тахогенератор) 9 и датчик измерения напряжения дуги 10.

Устройство содержит два контура регулирования (с двумя обратными связями - по скорости исполнительного двигателя и по напряжению дуги), косвенно измеряющего величину зазора между электродом (горелкой) и свариваемой деталью, который и определяет длину дуги.

Недостаток устройства регулирования, включающего широтно-импульсный преобразователь 6, пропорционально-интегральный регулятор 5, сумматоры 2 и 4, пропорциональный регулятор 3 и их соединения, входящие в состав системы-прототипа, в силу низкого быстродействия не позволяет получить высокое качество свариваемых изделий и заданную производительность оборудования в условиях различного рода возмущений (наличия изгибов, неровности поверхностей свариваемых изделий, овальностей (если свариваются трубы), люфтов в механизме перемещения электрода и возмущений иного порядка, которые всегда имеют место в реальности), приводящих к снижению качества сварки, а нередко и к срыву горения дуги. В режиме малых отклонений широтно-импульсный преобразователь 6 работает как усилитель и при действии возмущений не обеспечивает во многих случаях необходимую реакцию системы для их подавления.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства и повышение его быстродействия, что позволяет избежать срыва горения дуги в условиях различного рода неидеальностей (и, как следствие - повысить производительность труда, надежность устройства и качество свариваемых изделий).

Технический результат достигается тем, что в устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке, содержащее механизм перемещения электрода, с встроенным в него управляемым электродвигателем, датчик скорости электродвигателя, задатчик, датчик длины дуги, сумматор, в котором первый и второй входы соединены с выходами датчика длины дуги и задатчика, введены суммирующее устройство, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика, датчика длины дуги, датчика скорости и третьим входом сумматора, релейный регулятор с зоной нечувствительности, выход которого связан с первым входом суммирующего устройства, выход которого подключен ко входу электродвигателя.

Устройство изображено на фиг.2, где представлена его блок-схема,

Устройство содержит (фиг.2) механизм перемещения электрода 1, с встроенным в него управляемым электродвигателем 2, датчик скорости вращения вала электродвигателя 3, датчик измерения длины дуги 4, свариваемую деталь 5, суммирующее устройство 6, задатчик 8, сумматор 9.

Выход сумматора 9 соединен со входом релейного регулятора 7, выход которого подключен к первому входу суммирующего устройства 6, выход которого соединен со входом электродвигателя 2, связанного с механизмом перемещения электрода 1, датчик измерения длины дуги 4 соединен с вторым входом сумматора 9 и третьим входом суммирующего устройства 6, выход задатчика 8 соединен с первым входом первого сумматора 9 и вторым входом суммирующего устройства 6, четвертый вход которого подключен к выходу датчика скорости 3 и третьему входу сумматора 9. Подобное соединение элементов позволяет реализовать закон управления в устройстве следующим образом:

где M=x0-x1-k1·x2 - сигнал, реализующий функцию переключения релейного регулятора 7,

k1 - постоянный коэффициент, настраиваемый в сумматоре 9,

x1, x2 - выходные сигналы датчиков длины дуги 4 и скорости 3,

x0 - выходной сигнал задатчика (заданное конечное значение регулируемой координаты х1),

а - величина половины зоны нечувствительности релейного регулятора 7,

Sign - знаковая функция, равная +1 или -1 в зависимости от знака функции М,

В - величина управляющего воздействия («полка» реле) - сигнал с выхода релейного регулятора 7,

U1 - сигнал, формируемый в суммирующем устройстве 6 по закону

U1=k2·(х0-x1)-k3·x2, k2 и k3 - постоянные коэффициенты.

Сумматор 9 - стандартное устройство, реализованное на операционном усилителе типа ОР213 фирмы Analog Devices. В качестве датчика скорости использован тахогенератор, датчик измерения длины дуги 4 при испытаниях устройства заимствован и реализован точно так же, как и в установке УСК-22М. Это переменный резистор, подключенный к источнику тока сварочной установки. Напряжение, снимаемое с резистора, находится в линейной зависимости от длины дуги. Релейный регулятор с зоной нечувствительности 7 реализован с использованием твердотельного реле с зоной нечувствительности типа DO061B фирмы CRYDOM. Задатчик 9 - также стандартное устройство, выполненное в виде переменного резистора (так же, как в установке УСК-22М). Суммирующее устройство 6 реализовано на стандартных элементах ОР213 фирмы Analog Devices и ОРА544Т фирмы BURR-BROWN (мощный операционный усилитель). Механизм перемещения электрода 1 вместе с электродвигателем 2 и его приводом представлены и описаны в вышеприведенной литературе.

Заявляемое устройство, в отличие от прототипа, содержит релейный регулятор с зоной нечувствительности 7, на входе которого действует алгебраическая сумма трех сигналов - с задатчика 8, с датчика скорости 3 и датчика длины дуги 4, которые обеспечивают работу релейного регулятора 7 в скользящем режиме в момент зажигания дуги и его отключение в момент попадания сигнала х1 в зону нечувствительности регулятора 7.

Вся система обладает высоким быстродействием вследствие того, что выходной сигнал релейного регулятора, являющийся управляющим сигналом для электродвигателя 2, изменяется практически мгновенно, «скачком», и работает следующим образом.

В момент включения устройства на входе релейного регулятора 7 формируется сигнал M с выхода сумматора 9 (М=x0-x1-k1·х2, где x0, х1 и х2 - сигналы соответственно с задатчика 8, датчиков 3 и 4, действующие на входе сумматора 9), воздействующий на регулятор 7. Выходной сигнал регулятора 7 суммируется в устройстве 6 с сигналом U1=k2·(x0-x1)-k3·x2, формируемым в суммирующем устройстве 6, и воздействует на управляемый электродвигатель 2, который через механизм перемещения электрода 1 движет электрод к свариваемой детали 5. Коэффициент k1 настраивается в сумматоре 9 таким образом, чтобы в устройстве в момент начала горения дуги возникал скользящий режим движения. В результате механизм перемещения электрода 1 приближает электрод к детали 5, на так называемой «ползучей скорости», без перерегулирования, и останавливает его, когда сигнал М достигает значения зоны нечувствительности релейного регулятора 7. Релейный регулятор 7 отключается и на входе электродвигателя 2 через суммирующее устройство 6 теперь действует только сигнал U1, сформированный в процессе движения механизма перемещения электрода 1 к свариваемой детали 5. Этот сигнал обеспечивает сведение разности выходных сигналов с задатчика 8 и датчика измерения длины дуги 4 к нулю при действии «малых» возмущений (в зоне нечувствительности релейного регулятора 7). При изменении длины дуги за счет действия возмущений, превышающих зону нечувствительности релейного регулятора 7, последний своим выходным сигналом, воздействующим на электродвигатель 2, возвращает электрод (горелку) в исходное состояние максимально быстро, поскольку на входе электродвигателя скачком формируется предельно возможное входное воздействие. Далее цикл повторяется.

Предлагаемое устройство оказалось проще в технической реализации и настройке.

Устройство было изготовлено, испытано и исследовано на действующем оборудовании - Установке УСК-22М - на предприятии «Авиакор» (г.САМАРА, см. АКТ внедрения.). На фиг.3 и фиг.4 представлены осциллограммы переходных процессов в устройствах (соответственно существующего и предлагаемого) при прочих равных условиях при отработке возмущений одинаковой амплитуды. По оси абсцисс отложено время (масштаб 1/10), а по оси ординат - сигнал х1- с выхода датчика 4. Из осциллограмм видно, что время регулирования при использовании предложенного устройства значительно меньше (примерно на 1 сек). В установившемся режиме сварки точность стабилизации (удержания заданной длины дуги) значительно выше реально существующей системы (см. также осциллограммы на фиг.5). Последние осциллограммы сняты на скорости 3.5 мм/сек при сварке искривленных под углом 20° труб. В процессе испытаний срывов дуги не наблюдалось. Устройство находится в эксплуатации.

Устройство для автоматического регулирования длины дуги при электросварке, содержащее механизм перемещения электрода с встроенным в него управляемым электродвигателем, датчик скорости электродвигателя, задатчик и датчик длины дуги, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами датчика длины дуги и задатчика, отличающееся тем, что в него введены суммирующее устройство, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчика и датчика длины дуги, а четвертый вход связан с выходом датчика скорости и третьим входом сумматора, и релейный регулятор с зоной нечувствительности, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к первому входу суммирующего устройства, выход которого соединен со входом электродвигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для электродуговой сварки плавящимся электродом сплошного сечения, порошковыми проволоками и самозащитными проволоками в среде активных и инертных газов и их смесях на обратной и прямой полярности в различных пространственных положениях.

Изобретение относится к области электродуговой сварки плавящимся электродом сплошного сечения, порошковыми проволоками, самозащитными проволоками в среде активных и инертных газов, смесях Ar+CO2; CO2+O2; Ar+CO 2+O2 на обратной и прямой полярности в различных пространственных положениях, в частности к способу комбинированного управления переносом электродного металла при сварке плавящимся электродом.

Изобретение относится к способу ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током. .

Изобретение относится к дистанционному регулятору для сварочного устройства. .

Изобретение относится к способу адаптивной импульсно-дуговой сварки покрытыми электродами и может быть использовано при сварке корневых швов стыковых соединений и заполняющих слоев сварных швов металлоконструкций, монтируемых в различных пространственных положениях.

Изобретение относится к способу сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений и может быть использовано при сварке во всех пространственных положениях.

Изобретение относится к области электродуговой сварки, в частности,к способу контроля процесса тандемной сварки, способу тандемной сварки и системе тандемной сварки.

Изобретение относится к способу и устройству механизированной дуговой сварки в активных газах, характеризующемуся периодическим чередованием этапов дугового разряда и короткого замыкания, и может использоваться при выполнении швов в любых пространственных положениях, например, при сварке стыков трубопроводов.

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение при аттестации сварочного оборудования в любых отраслях промышленности

Изобретение относится к однофазному выпрямителю для дуговой сварки

Изобретение относится к источникам питания для электродуговой сварки

Изобретение относится к способу дуговой сварки с использованием сварочной проволоки полуавтоматическим сварочным гибким производственным модулем, полуавтоматическому сварочному гибкому производственному модулю, способу отслеживания сварочной производственной линии с упомянутым модулем и сварочной производственной линии с упомянутым модулем

Изобретение относится к способу управления сварочным аппаратом, содержащим плавкий электрод, в котором величины параметров сварки, требуемых для процесса сварки, запоминают в запоминающем устройстве и хранят в виде так называемых характеристических кривых (1) при помощи, по меньшей мере, одной опорной точки (2) на характеристической кривой (1)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс. Сварочный источник питания включает в себя схему преобразования мощности, выполненную с возможностью приема мощности от первичного источника питания, один или более силовых полупроводниковых переключателей для прерывания мощности от первичного источника питания и преобразование прерываемой мощности в выходную мощность сварки, цифровой контроллер с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) со схемой управления вентилем, которая генерирует выходной ШИМ-сигнал, который управляет переключением одного или более силовых полупроводниковых переключателей. Выходной ШИМ-сигнал включает в себя рабочий цикл, скорректированный с учетом одного или более источников ошибки в сварочной системе. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ управления подводом тепла для сварочных систем включает в себя этап приема данных, кодирующих требуемый диапазон значений подвода тепла, заключенных между верхним и нижним пределом. Способ также включает в себя этап приема данных, кодирующих регулируемое значение первого параметра сварки из набора параметров сварки, и определение его изменения, используемое для определения значения второго параметра сварки из набора параметров сварки, которое обеспечивает поддержание величины подвода тепла при сварке в пределах заданного диапазона значений. Сварочные системы, использующие данный способ управления подводом тепла, содержат источник электропитания для сварки и соединенную с ним схему управления, которые выполнены с возможностью осуществления операций, обеспечивающих поддержание заданного значения величины подвода тепла в соответствии с данным способом. Сварочная система может также содержать податчик проволоки, соответствующую систему позиционирования и может быть выполнена с возможностью осуществления сварки под флюсом. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к модулю управления и сварочной системе для дуговой сварки(варианты). Для сопряжения сварочного источника (12) питания и механизма (16) подачи проволоки предусмотрен внешний модуль (14) управления. Сварочный источник (12) питания предназначен для обмена сигналами управления, сигналами обратной связи и т.д. по кабелю (30) управления, когда тот подключен к стандартному механизму подачи проволоки. Внешний модуль (14) управления обеспечивает использование источника (12) питания с механизмом (16) подачи проволоки, который предназначен для обмена данными, объединенными в единственном кабеле (32) со сварочным питанием. Модуль (14) подключен к сварочному кабелю (26) и кабелю (28) заготовки, идущему от источника (12) питания, и к кабелю (30) управления, например, идущему от многоштырькового соединителя на источнике питания. Модуль (14) также подключен к механизму (16) подачи проволоки посредством сварочного кабеля (32). Модуль объединяет данные со сварочным питанием для передачи в механизм подачи проволоки и выделяет данные из сварочного питания для подачи в источник питания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх