Электроинтегратор для решения градиентных задач
1ятентно-те"; 44 - ....ескяв бнблзтотека 383068 Q ll H ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советския Социалистическия Республик М АВТОРСЕОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зав;:,симое от авт. свидетельства А М. Кл. б Обд 7/44 Заявлено 22Х1.1970 (М 1450882/18-24) с присоединением заявки М Приоритет Опубликовано 23. т .1973. Бюллетень М 23 Дата опубликования описания 27Л П1.1973 Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР УДК 681.333(088.8) Авторы изобретения А. Ф. Агеев, В. П. Ашихмин, А. В. Бородин и В. Б, Лапшин Заявитель ЗЛЕКТРОИНТЕГРАТОР ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ ЗАДАЧ Изобретение относится к электромодслированию, а именно к электрохимической размерной обработке металлов и сплавов и предназначено для моделирования на электропроводной бумаге различных градиентных задач. Известны электроинтеграторы градиентных задач, при помощи которых исследуют Ilpoцесс формообразования поверхности при электрохимической размерной обработке. Известно также аналогичное моделирующее устройство, приставка к которому позволяет наблюдать на экране осциллоскопа не только распределение потенциалов, но и распределение градиента его вдоль заданной линии тока, что используется при решении задач гидродинамики. Однако при работе с известным электропнтегратором градиентных задач условие того, что направление градиента потенциала перпендикулярно границе, приводит при сложной геометрии граничных условий, наносимых сплавом Вуда, к следу|ощему. 1. Приходится разбивать исследуемую область на большое количество «шагoB», гак как линия тока перпендикулярна границе чаще всего на малом участке, что увеличивает время решения задачи. 2. Ручное ведение блока выдачи градиента не обеспечивает необходимой точности решения задачи. 3. Отсутствие прямой обратной связи с устройства, отрабатывающего величину градиента потенциала, приводит к погрешности из-за инерционности привода. 4. При работе моделирующего устройства с приставкой необходимо осуществить предварительное нанесение на модель эквипотенциалей линий тока и затем выполнить ручную установку электродов на линию тока через равные промежутки, что увеличивает время решения задачи. 5. Схема достаточно сложна, что ведет к накапливанию погрешностей; она не применима при рассмотрении распределения градиен15 тов потенциала вдоль границы моделируемой области. Целью изобретения является создание моделирующего устройства для решения градиентных задач на электропроводной бумаге, 20 которое позволяет получить линии поля (эквипотенцпали и линии тока) и автоматически снимать величину градиента потенциала в приграничных слоях с графической выдачей результата при моделировании различных гра25 диентных задач. в частности при исследовании процесса электрохимической размерной обработки металлов и сплавов. Согласно изобретению, в предлагаемом моделирующем устройстве эта цель достигается 30 использованием в нем трех следящих систем, 3 две из которых работают по принципу уравновешивания мостовых схем, а третья — lid сигнале рассогласования, возникающем между соседними эквипотенциалями дополнительной модели. 11ервая следящая система задает величину градиента потенциала за счет сигнала между границеи моделируемои ооласти и экьипотенциалью, которыи на функциональном олоке дает линеиную величину зазора, преобразовывающуюся в обратную функцию, т. е. градие IT потенциала задается переменным зазором и постоянной разностью потенциалов. Функциональное устройство аппроксимирует ооратную функцию. вторая следящая система отрабатывает величину градиента потенциала, сравнивая сигнал с функционального блока в виде функции, обратнои зазору, с сигналом линеиного потенциометра отработки. Съем величины градиента потенциала в предлагаемом моделирующем устройстве производится по линии тока, для вывода на которую имеется третья следящая система, раоотающая па сигнале рассогласования между двумя близлежащими эквипотенциалями дополнительной модели, которые являются линиями тока первой модели. механизм вывода на линию ока, задания и отработки величины градиента потенциала имеет вращательное движение с возвратно-поступательным прямолинейным движением щ пов по направляющим, а для ведения пеподвижных щупов по границе — возвратно-поступательное взаимно перпендикулярное движение столов. Для фиксации результатов моделирования под дополнительную модель подложена копировальная бумага, и результат, таким образом, автоматически выдается в виде графика на обычной бумаге. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен внешний вид (в изометрической проекции) моделирующего устройства для решения градиентных задач; на фиг. 2 — кинематическая схема механизма вывода на линию тока задания и отработки градиента потенциала; на фиг. 3 — контур детали после электрохимической размерной обработки; на фиг. 4 — дополнительная модель для решения градиентных задач; на фиг. 5 — основная модель для решения градиентных задач; на фиг. 6 — функциональная электрическая схема моделирующего устройства для решения градиентных задач. Моделирующее устройство для решения градиентных задач (см. фиг. 1) состоит из основания 1, на котором расположены электронный блок (не показан), нижний и верхний столы 2, имеющие возможность взаимно перпендикулярного перемещения, и жестко закрепленная на основании 1 над верхним столом 2 траверса 8, на которой, в свою очередь, смонтирован механизм задания и отработки величины градиента потенциала и вывода подвижных щупов на основной и дополнитель383068 пы™оделях па направление вектора градиента потенциала Этот механизм включает в себя (сч. ф и 2) приводы электродвигателей 4, 5, б, на 5 выходных валах которых жестко насажены, соответственно, шкивы 7, 8 и 9. Втулки 10 и 11 установлены на корпусах электродвигателей 5 и 6 с возможностью свободного поворота. 10 В т лки 10 и 11 имеют радиальные направляющие, по которым могут перемещаться расположенные на них ползуны 12 и И. Кроме того, на концах радиальных направляющих 15 втулок 10 и 11 смонтированы свободно вращающиеся шкивы 14 и 15, а также па оси вращения вышеуказанных втулок жестко закреплены щупы 16 и 17 и шкивы 18 и 19 соответственно. На ползунах 12 и 18 установлены щупы 20 20 и 21 и 21, которые могут перемещаться вместе с ними. Шкивы 7, 18 и 19, имеют одинаковый диаметр и соединены шнуром 22 для возможности синхронного поворота втулок 10 и 11 с радиальными направляющими под действием 25 электродвигателя 4. Шкивы 8 и 14 так же, как и шкивы 9 и 15, соединены соответственно шнурами 28 и 24, которые, в свою очередь, закреплены па ползупах 12 и И для передачи им поступательного движения от вращающих30 ся под действием электродвигателей 5 и 6 шкивов 8 и 9. Исходя из конпура а — b — с детали 25 (см. фиг. 3), берутся основная модель 26 (см. фиг. 5) и дополнительная — 27 (см. фиг. 4), на которых сплавом Вуда наносят 3 выступы 28, 29, 80 и 81, задающие граничные 35 условия, соответствующие моделируемой области. Вышеуказанные модели 26 и 27 закреплены зажимами (не показаны) на поверхности верхнего стола (см. фиг. 1) таким обра40 зом, чтобы при перемещении нижнего и верхнего столов 2 щупы 16 и 17 (см. фиг. 2) проходили одноименные точки основной и дополнительной моделей. Функциональная электрическая схема мо45 дулирующего устройства (см. фиг. 6) содержит масштабный трансформатор 82, на выходах которого подключены напряжения, переключатель 85 рода работ и три следящих системы. 50 Первая следящая система, предназначенная для задания величины градиента потенциала, состоит из усилителя 86 с каскадом сравнения на входе, электродвигателя 5 и измерительной части, в которую входят переменные 55 резисторы 87 и 88. Переменный резистор 87, обозначенный на фиг. 5 пунктиром, имеет сопротивление электропроводпой бумаги основной модели 26, а подвижным контактом его является перемеу щающийся по модели 26 (см. фиг. 2) подвижный щуп 20. Переменный резистор 88 (см. фиг. 6) является задающим для эквипотенциали, например 89 (см. фиг. 5), основной модели 26. В 65 зависимости от положения переключателя ро383 О68 5 да работ 35 (см. фиг. 6) измерительная часть вышеупомянутой следящей системы вкл10чяет в себя переменные резисторы 40 и 41, пр11:,.:: резистор 40 является задающим потенцна;«тром эквидиста11ты, например 42 (с vI. фиг. 5), на основной модели 26, в резистор 41 (см. фиг. 5) представляет собой потенциометр (: показан), жестко закрепленный на ралиальной направляющей втулки 10 (см. фи1, 2), подвижный контакт которого жестко связа:i с ползуном 12. Вторая следящая система отработки величины градиента потенциала состоит из i ca.:>Iтеля 43 (см. фиг. 6), электродвигателя 6 и 1„)в мерительной части, которая включает ь ссб.1 переменный резистор 41, между полни)к1:1-..", контактом и одним из концов которо.a м: жег подключаться резистор 44 и переменный резистО р 45, я в л я 10 щи и с я п О те н ц и О. >1 е т р О м, )K C c T l o закрепленным (не показан) на рали.:7h: ай направляющей втулки П (см. фиг. 2) по . нжный контакт которого, в свою очере;ь, ж cTко связан с ползуном 13. В зависимости гт положения переключателя рола работ 8,) (см. фиг. 6) измерительная часть лан1:..!; c„сдящей системы может предстаглять собой мост, состоящий из переменных резисторов: ) и 37. Третья следящая система — система выi>Ода подвижных щупов на направление вектора градиента потенциала — состоит:1з усилителя 46 (см. фиг. 6), электролвигателя 4 и измерительной части, в которую в заг>иси:>1ости от положения переключателя рола работ 3) входят либо резистор 47, либо резисторы 48 и 49. Переменный резистор 47 (см. фиг. 4) я— ляется резистором (изображен гг нктт ом) дополнительной модели 27, а полвижны" контакты его — это щупы 17 и 21, нахоля циеся на соседних эквипотенциа.7яx 50 и 51 указанной модели. Данные эквипотенциаля соответствуют линиям тока 52 и 53 на основной модели 26 (см. фиг. 5), так как геометрич-скан форма токопроволящих выступов 30 и 31, задающих граничные условия допо1ните1ьно11 модели 27, является такой же, что и у непровоцящих (линии среза) граничных условий основной модели 26, и наоборот. Переменный резистор 48 служит лля ручного задания величины синхронного поьорот втулок 10 и 11 с радиальными направляющими (см. фиг. 2), т, е. и щупов 20 и 21, а персменный резистор 49 — лля отработки величины заданного синхронного поворота; oil является кольцевым и расположе;I нал шкивом 7, причем подвижный контакт его жестко з",креплен на данном шкиве. Предлагаемое устройство в зависим<)сти От положения переключателя рода работ 35 (сii. фиг. 6) может работать в одном из трех возможных режимов. При работе устройства в любом режиме необходимо персмещaTb верхний и нижний столы 2 (см. фиг. 1) с обязательным условием, чтобы неполвижный щуп ЗО 16 находился постоянно на ylaaa;IIIoi анолной границе 28 (см. фиг. 5) основной модели 26, а неподвижный щуп 17 (см. фиг. 4) нахаЛился на соответстгующей границе,101)алннтельной модели 27. В перва т режиме (переклю)атс,)ь )аля р 1бот 35 нахолится г положе lail, показанном на фиг. 4) ) страцство поз"оляет находить картину электрического поля в моделируемой области. Для этого сначала фиксируется положение втулок 10 и 11 с ра.",иальными направляющими (см. 1риг. 2) перпенликулярцо границе 29 (см. фнг. 5) основной молели 26 при помощи третьей следящей системы, которая в этом режиме работает слелую1цнм образом. На входной каскад срав11ецня усилителя 46 (см. фиг. 6) поступает снгна.1, залаваемый с патенциометра ручного поворота 48. Он сравiIHBaeTc5I с сигнс1.10м с кол ьцева 0 перехIен ного резистора 49 отработки поворота. Усиленный разностный сигнал поступает на Лвигатель 4, который производит повар.)т ерез передачу ш:1уром 22 (см. фиг. 2) между шкивами 7, 18 и 19 втулок 10 и 11 с ралиаль.1ыми направляющими;1о тех пор, пока сиг;aл, снимаемын с .Толвиж.lol o жестко закс)епленного на шкиве 7 контакта переменного резистора 49 He cpaaliiieTciI c сигналом, aa1aIIIih:u ila lleременном резисторе 48 ручного ловорота. Затем на усилитель 36 первой слепящей системы подастся сигнал с задающего переменного резистора 38 эквнпотснциа 7п (см. фиг. 6) > который сравнивается с сиг1111лом, снимаемым чсрез щуп 20 (см. фиг. 2j с основной модели 26 (на фиг. 6 это персмс:1нь)й резистОр 3/) „TcII.1сц;1ый рязнастныl> cII> lia 7 110ступает на электродвигатель 5 (см. фиг. 6 и 2) > KOTo;)hlii срез перелач 28 межл> шкивами 8 н 14 выводит подвижный щуп 20, закрепле,1ный ня ползуне 12, на эквипотснцияль, заданную ila патенциометре 38 (см. фиг. 6). В это жс время ня усилитель 43 второй слеляшей системы г10ступают сигня-ы с liepe)le:1ного резистора - 5 и с переме;п>огO резистора 41, который пра:орционяacli расстоянию межлу границей 28 (см. фиг. 5) на основной )ii)лели 26 и залая:1ой эквнпоте11цналью 39, так как подвижный контакт его жестко связан с ползуном 12 (с>. фпг. 2). Усиленный рязностныи сигнал прн помощи электродвигателя 4 (см. фиг. 6) привалит в лвнженпе .1ерез передачу 24 межлу шкивами 9 и 15 ползуil 13, несущий полвижный контакт персмснцо)о резистора 45, ло тех пор, пока 7ai»lhii подвижный контакт, а также полвнж11ый щуп 21 lie отложит на переменном резисторе 45, а также на дополните..1ьцой модели 27, то же расстояние, которое имеется на переменном резисторе 41, а также ila ocíoâíoII модели. Таким ооразом 11;l лополiièòå,7híîé M07åëlI 27 ÎTклалывается л«i:ия така осноьн1ой молели 26. Во втором режиме (переключатель рола работ 35 цахолится в среднем положе.1ии) устройство позволяет г)лягать величину гpàлиента потенциала через расстояние межл 7 анодной границей моделируемой области, например угловой поверхностью 28 (см. фиг. 5) и эквипотенциалью 89, измеряемое по линии тока 52. Первая следящая система находит эквипотенциаль 89 (см. фиг. 5) точно так же, как и в первом режиме, так как измерительная часть ее состоит из того же моста, составленного из переменных резисторов 37 и 88 (см. фиг. 6). В то же время на усилитель 46 третьей следящей системы поступает сигнал, снимаемый неподвижным щупом 17 (см. фиг. 4) с эквипотенциали 50 дополнительной модели 27 (см. фиг. 4; на ней это — переменный резистор 47), и сигнал, снимаемый подвижным щупом 21 с одной из соседних эквипотенциалей, например 51 (на фиг. 4 это тоже переменный резистор 47). Усиленный разностный сигнал поступает на электродвигатель 4, который через передачу 22 (см. фиг.2) между шкивами 7, 18 и 19 производит поворот втулок 10 и 11 с радиальными направляющими до тех пор, пока подвижный щуп 21, закрепленный на ползуне 18, не окажется на той же эквипотенциали дополнительной модели, что и щуп 17, т. е. на эквипотенциали 50 (см. фиг. 4), а подвижный щуп 20, закрепленный на ползуне 12 (см. фиг. 2) не окажется на той же линии тока 52 (см. фиг. 5) основной модели 26, что и щуп 16 (см. фиг, 2). Имея направления вектора градиента потенциала от точки 20 к точке 16 (см. фиг. 5) на основной модели 26 и от точки 21 к точке 17 (см. фиг. 4) на дополнительной модели 27, измеряют расстояние от точки 16 (см. фиг. 5) анодной границы 28 до точки 20 выбранной эквипотенциали 89 при помощи переменно-о резистора 41 (см. фиг. 2 и 6). Электрический сигнал, снимаемый с подвижного контакта переменного резистора 41, являющийся величиной, ооратно пропорциональной измеряемому расстоянию, благодаря включению резистора 44, задает величину градиента потенциала и поступает на усилитель 48 второй следящей системы. В Io же время на усилитель 48 приходит сигнал с переменного резистора 45 отработки величины градиента потенциала. Усиленный разностный сигнал поступает на электродвигатель 6, который через передачу 24 (см. фиг. 2) между шкивами 9 и 15 перемещает ползун 13 со щупом 21 до тех пор, пока сигнал, снимаемый с подвижного контакта жестко закрепленного на ползуне 18 переменного резистора 45, не сравняется на входе усилителя 48 (см. фиг. 6) с сигналом, поступающим от переменного резистора 41. В этом случае подвижный щуп 21 на дополнительной модели 27 (см. фиг. 4) отложит величину гр адиента п отен ци а л а от точки 21 до точки 17. В третьем режиме (переключатель рода работ 85) (см. фиг. 6) находится в нижне;r положении) устронство позволяет задавать всличину градиента потенциала через напряжение, снимаемое между соответствующими точками анодной границы 28 (см, фиг. 5) и 383068 эквидистапты 42, лежащими на одной и той же линии тока, например 52. В этом случае на усилитель 86 (см. фиг. 6) первой следящей системы поступают сН."IIàëû, снимаемые с задающе:о переменного резистора 40 эквидистанты, и переменного резистора 41. Усиленный разностный сигнал поступает на электродвигатель 5, который через передачу 10 23 (см. фиг. 2) между шкивами 8 и 14 выводит подвижный щуп 20, закрепленный так же, как и подвижныи контакт переменного резистора 41 на ползуне 12, на эквидистанту 42 (см. фиг. 5), т. е. при обходе границы 28 зазор между щупами 16 и 20 (см. фиг. 2) поддерживается постоянным и величина его задается установкой переменного резистора 40 (см. фиг. 6). Выход подвижных щупов 20 и 21 (c». фиг. 4 и 5) на линию тока основной 26 и дополнительной 27 моделей производится третьей следящей системой точно так же, как и во втором режиме, так как измерительная часгь ее остается без изменения. На усилитель 48 (см. фиг. 6) второй следящей системы поступает сигнал, снимаемый подвижным щупом 20 (см. фиг. 2) с соответствующей точки эквидистанты 42 (см. фиг. 5) в основной модели 26 (на фиг. б переменный резистор 87), и сигнал, снимаемый с переменного резистора 45 отработки величины градиента потенциала. Усиленный разностный сигнал управляет электродвигателем б, который через передачу 24 (см. фиг. 2) между шкивами 9 и 15 перемещаег ползуп 13 со щупом 21 до тех пор, пока сигнал, снимаемый с подвижного контакта, жестко закрепленного на ползуне 13 переменного резистора 45, не сравняется на входе усилителя 48 (см. фиг. 6) с сигналом, снимаемым 40 с соответствующей точки эквидистанты 42 (см. фиг. 5) основной модели 26. Результат во всех режимах фиксируется через копировальную бумагу, положенную под доп ол н и тельную м одел ь 27. Предмет изобретения 1. Электроинтегратор для решения градиентных задач, содержащий трансформатор, переключатель, модель из электропроводящего материала с установленными на ней подвижными щупами и измерительные схемы, отли lQющийся тем, ч i î, с целью расширения класса решаемых задач, оно содержит дополнительную модель из электропроводящего ма55 териала, траверсу, три следящие системы, соединенные через переключатель с соответствующей измерительной схемой, каждая из которых выполнена в виде электродвигателя, укрепленного па траверсе, ко входу которого 60 подключен усилитель, соединенный с первичной обмоткой трансформатора, и блок задания градиента, соединенный с электродвигателями следящих систем потенциала, и основной и дополнительной моделями из электро65 проводящего материала. 383068 2. Устройство по п. 1, отличающееся re», что в нем блок задания градиента потенциала выполнен в виде шкивов, жестко насаженных на выходные валы электродвигателей следящих систем, радиальных направляющих втулок, установленных на корпусах двух электродвигателей следящих систем, шкивов, установленных на радиальных направляющих 10 втулках, соединенных гибкой связью со шкивом, жестко насаженным на выходном валу первого электродвигателя следящей системы, причем на концах радиальных направляющих втулок установлены свободно вращающиеся шкивы, жестко насаженные на выходные валы второго и третьего электродвигателей следящих систем. 383О68 pl «4 «Ю 1 г— 1! I f I( ( (! с "Ъ l(ti I )! Составитель Е. Тимохина Техред Е. Борисова Редактор А. Знньковский Корректор E. Зимина Заказ 2338/11 Изд. № 617 Тираж 647 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4 5 Типография, пр. Сапунова, 2
