Устройство для снижения остаточных сварочных напряжений

 

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

":A И

Сотоз Советсеа

Соцналмстммескнк

Ресяублнк (iii 673997

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВМ (6l) Дополнительное к авт. свиа-ву(22) Заявлено0 6. 03.77(21) 2459191/18-24 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Опубликоваио1 5.07.79.бтоллетень № 26 (5I) М. Кл 6 05 2 19/02

В гЗ К З7/00

Гееудвретеенний кемнтет

СССР на делам нзебретеннй н еткрытнй (53) УДК 621-525 (088.8) Дата опубликования описания 18.07.79

А. А. Казимиров, B. А. Тимченко, А. Я. Недосека, Н. H. Сакало, Е. Ф. Маличенко, Л. Г. Чацкис, В. А. Жуков, В. Н. Лушпай и В. А. Курасов (72) Авторы изобретения (73) 3аявитель Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е. О. Патона (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к оборудованию для сварки и воздействия на кристаллическую структуру металла сварного шва без повышения температуры иэделия, в частности к устройствам для снижения остаточных сварочных напряжений вибрационным методом, и может быть использовано во всех областях машиностроения для обработки нагруженных сварочных конструкций с целью увеличения их несушей способности за счет снижения остаточных сварочных напряжений.

Известны устройства для автома . ического регулирования резонансных машин, которые поддерживают постоянно-заданную амплитуду колебаний на восходяшей ветви амплитудно-частотной характеристики (реэонансной кривой).

Однако по достижении резонансной час.«« тоты система работает неустойчиво из-за резкого смешения рабочей точки по нисхо-, дяшей ветви характеристики, что требует вначале значительного снижения частоты вынуждаюшей силы, а затем повышения частоты для выхода на заранее заданное значение.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для снижения остаточных свароч5 ных напряжений, содержашее вибратор с регулируемым приводом, датчик амплитуды колебания изделия, датчик частоты колебаний вибратора, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок н блок управления, связанный с регулируемым приводом.

Известные устройства могут поддержиь вать колебания изделия с постоянной, наперед заданной величиной частоты, однако, они не моГут поддержать достигнутого экстремального значения амплитуды резо-. нансных колебаний в процессе непрерывного изменения собственной частоты колебаний изделия, что не обеспечивает наиболее эффективного снижения сварочных напряжений при наименьших затратах мощности приводного двигателя.

673997

5 !

О 5

3

Пель изобретения - повышение точности устройства.

В предлагаемом устройстве определе" ние момента достижения экстремального значения амплитуды резонансных колебаний и поддерживания экстремального значения амплитуды осуществляется за счет измерения величины и знака фазового сдвига между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями изделия и преобразования этой величины в управляющий сигнал в цифровой форме для блока управления приводом вибратора.

Для этого устройство содержит дифференциатор, фазовые компаратор детектор и блок усреднения, выход которого подклю.чен к входу аналого-цифрового преобразователя, связанного с первым и вторым входами вычислительного блока, третий. вход которого через дифференциатор соединен с выходом фазового компаратора, входы последнего и входы фазового де- тектора соединены с датчиками амплитуды колебания изделия и частоты колебаний вибратора, выход фазового детектора сое динен с входом блока усреднения, а выход фазового компаратора и выход вычислительного устройства соединены с входами блока управления.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — амплитудою-частотная и фазочастотная характеристики изделия, где А — амплитуда колебаний издели g - сдвиг фаз между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями; f - частота колебаний.

Вибратор 1 закрепляется при помощи специального приспособления на изделие

2, которое необходимо подвергнуть виброобработхе, на изделии также установлен датчик амплитуды 3, состоящий из чувствительного элемента 4, усилителя 5, и формирователь 6 импульсов, датчик 3 соединен с фазовым компаратором 7 и фазовым детектором 8, другие входы последних соединены с датчихом 9 частоты колебаний вибратора. Фазовый детектор 8 соединен через блок усреднения 10 с аналого-цифровым преобразователем 1 1 (АБП), состоящим из управляемого генератора 12, прямоугольных импульсов, генератора 13 пилообразного напряжения и нуль-органа 14, соединенные последова тельно, кроме того, вход генератора 12 соедийен с другим входом нуль -органа 14.

Выход генератора 12 (частотный выход преобразователи 1 1) подключен к такти-. рующему входу вычислительного блока 15, 4 измерительный вход этого блока подклю-чен к выходу нуль-органа 14, который является частстным выходом аналого-цифрового преобразователя 11.

Входы блока управления 16 шаговым регулируемым приводом 17 соединены с вычислительным блохом 15 и фазовым компаратором 7. Регулируемый привод 17 электрически соединен с блоком управления 16 и подключен к якорной цепи приводного двигателя вибратора 1. Дифференциатор 18 включен между фазовым компаратором 7 и входом вычислительного блока 15, Вычислительный блок 15 состоит из ключей 19 — 23, представлющих собой обычные схемы совпадения, триггера управления 24 и реверсивного счетчика 25, Вход ключа 19 соединен с выходом реверсивного счетчика 25 и с выходом триггера управления 24, а выход ключа 19с одним из входов ключа 20, другой вход которого соединен с широтным выходом

АИП 1 1.

Один вход ключа 21 соединен с выходом реверсивного счетчика 25 и одним из входов триггера управления 24, а другой вход - с выходом триггера управления 24 и входом реверсивного счетчика 25.

Выход ключа 21 соединен с одним из входов ключей 22 и 23, а другой вход ключей 22 и 23 и триггера управления

24 соединен с частотным выходом AUIl

11. Выходы триггера управления 24 соединены с входами реверсивного счетчика

25, а другие входы реверсивного счетчика 25 соединены с выходами ключей 22 и 20 и дифференциатором 18.

Устройство работает следующим образом.

При включении установки на двигатель . вибратора 1 с регулируемого привода 17 подается напряжение, соответствующее какому-то произвольному значению частоть| вращения из диапазона рабочих частот, равного 10-150 Гц, при этом двигатель вибратора 1 начинает вращаться и создавать вынуждающую силу.

Одновременно с запуском на вычислительный блок 15 поступает команда

"сброс, переводящая все случайно установленные значения триггеров реверсивного счетчика 25 в нулевое состояние, причем обратная связь, воздействующая на триггер управления 24, переводит его в

:режим записи, и ключ 19 выдает коман ду на разрешение записи на ключ 20, переводя его в состояние, при котором он

673997 сможет пропустить пачку импульсов с широтного выхода АЦП 11, а ключ 21 выдает команду на запирание ключей 22 и

23.

3а первый оборот двигателя вибратора

1 фазовый компаратор 7 и фазовый детектор 8 вырабатывают сигналы о наличии положительного сдвига фаэ между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями, поскольку очевидно, что при разгоне дви- io гателя вибратора от нуля частота толкающих усилий ниже частоты резонанса колебаний изделия, подвергаемого виброобработке.

Допустям, что точка А (фиг. 2) соот- 15 ветствует рабочей точке на резонансных амплитудной и фазовой частотных характеристиках изделия, при этом электродвигатель вибратора 1 создает вынуждающую силу, частота которой ниже резонансной 20 частоты изделия и фазовый сдвиг между вынуждающей силой и вынужденными колеба( ниями положителен.

Информация о амплитуде и частоте вибрации снимается с датчиков 3 и 9. Датчик 5

3 генерирует сигналы, пропорциональные амплитуде виброперемещения, а частота равна частоте вибрации изделия 2, создаваемого вибратором. Датчик 9 генерирует пря4оугольные импульсы с частотой вращения двигателя, т.е. с частотой вынуждающей силы, причем фаза этих импульсов соответствует фазе вынуждающей силы.

Сформированные сигналы датчиков 3 и 9 поступают на выходы фазового детекто-. 35 ра 8 и фазового компаратора 7. Фазовый детектор 8 определяет величину фазового

v угла рассогласования и преобразует его на выходе в виде широтно-модулированных

40 импульсов.

Эти импульсы блоком усреднения 10 преобразуются в постоянное напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу, фазовый компаратор 7 определяет знак фазового сдвига и тем самым определяет нап45 равление вращения шагового регулируемого привода чере.з блок управления 16.

Положительный сдвиг фаэ вызывает увеличение скорости вращения двигателя вибратора, и тем самым, увеличение час50 тоты вынуждающей силы, а отрицательныйснижение скорости вращения двигатели и частоты вынуждающей силы.

С выхода блока усреднения 10 постоянное напряжение, пропорциональное разнос55 ти фаэ (вынуждающей силы и вынужденных колебаний) подается на входы управляемого генератора 12 прямоугольных импуль6 сов и нуль-opram 14 ЛИП 11. Част»;:i импульсов управляемого генератора 1 «! пропорциональна этой разности фаз и и:.— меняется в диапазоне 1-10 Гц, т.е. ири разности фаз, равной нулк1, управляокилй генератор 12 прямоугольных импульсов вырабатывает последовательность импул сов с частотой 1 Гц, а при максимагп,иой разности фаз, равной — с частотой

10 Гц.

Генератор 12 управляет работой генератора 13 пилообразного напряжения и p»гчислительного блока 15, обеспечивал работу всего устройства в двухтактиом режиме: такт измерения, такт отработки рассогласования, при этом вдали от ре-, зонанса часто"а следования тактов увеличена, а с приближением резонанса — замедлена, потому, что величина фазового угла рассогласования больше вдали от р:.— эонанса и уменьшается при приближении к резонансу.

Генератор 13 пилообразного напряжения работает B ждущем режиме и запускается импульсами управляемого генератора 12, Выходные пилообразные импульсы, имеющие длительность 5 мс подаются иа опии из входов нуль-органа 14-, на другок; входе которого непрерывно присутствует r;остоянное напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу. Нуль-орган 4 производит сравнение двух напряжений по амплитуде. Часть периода, в течение которого амплитуда пилообразного напряжения ïðr вышает постоянное напряжение с блока усреднения 10, преобразуется в соответствующее количество импульсов, Частота выходных импульсов нуль-органа 14 постоянна и равна 100 Гц.

Таким образом, на выходе аналого-цифрового преобразователя 11 появляется последовательность пачек импульсов, где частота следования пачек и ширина пачки, а, следовательно, и количество импульсов в ней прямопропорциональны фаэовому сдвигу между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями. Одна иэ пачек заносится в вычислительный блок 15, Происходит запись, и запоминание фазового сдвига в цифровой форме.

В режиме записи количество импульсов с нуль-органа 14,соответствующее фазовому сдвигу между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями и, следовател| но, величине ухода частоты колебаний от частоты резонанса, через ключ 20 заиосится в реверсивный счетчик 25. Запись пачки импульсов производится при наличии

673997

Когда при считывании записанной информации резонансная частота изменяет ся таким образом, что часть записанной информации становится излишней, т.е. резонанс достигается за меньшее число импульсов. отработки шаговым двигателем, тогда при перебросе выходного сигнала фазового компаратора 7 дифференциатор

18 вырабатывает импульс, стирающий в вычислительном блоке 15 записанную информацию, и дальнейшая обработка не происходит.

По достижении резонанса вынужденные колебания изделия совпадают по фазе с вынуждающей силой вибратора, при этом напряжение на выходе фазового детектора

8 отсутствует, а следовательно с частотйого выхода АЦП 11 идут импульсы генератора 12 с частотой 1 Гц, а на широтном выходе сигнал отсутствует. Однако импульс генератора 12 не проходит через ключ 23 на вход блока управления приводом вибратора, поскольку на. втором входе ключа 23 отсутствует разрешаю-щий потенциал ключа 21. Вычислительный блок 15 продолжает находиться в режиме записи, поскольку в реверсивный счетчик 25 не заносятся никакие импульсы, а обратная .связь на триггер управления 24 удерживает его в такте записи.

Следовательно, экстремальные колебания изделия поддерживаются по фазовым соотношениям между вынуждающей силой и в ынужденными колебаниями.

При смещении частоты резонанса изделия появляется ф аэовый сдвиг между лебаниями, и устройство опять стреми1

I ся совместить частоту вынуждающей силы с собственной частотой иэделия.

Если в процессе виброобработки иэделия резонансная частота последнего изме-. нится таким образом, что рабочая точка системы перемешается на спадающий склон амплитудно-частотной характеристики, то при этом знак фазового сдвига между вынуждающей силой и, вынужденными колебаниями станет отрицательным, и фазовый компаратор 7 выработает сигнал на изменение направления вращения привода 17, а следовательно, на снижение напряжения на двигатель вибратора 1, т.е. на снижение частоты вынуждающей силы.

Устройство автоматически обеспечивает поиск резонансной частоты по минимуму фазового сдвига рассогласования входных разрешающего потенциала с выхода ключа

19, включенного на входе ключа 20.

При поступлении импульса с генератора 12,, который считал последнй иэ занесенных импульсов в реверсивный счеч чик 25, этот счетчик выдает разрешающий сигнал H& ключи 19 и 21, а триггер управления 24 перебрасывает в состояние, соответствующее такту измерения, при этом триггер управления 24 вьщает сигнал на 10 ключ 21 и реверсивный счетчйк 25, подготовив его к записи пачки импульсов.

Ключ 21, на входе которого имеются сигналы об освобождении реверсивного счетчика 25 и переводе триггера управле» 5 ния 24 в режим записи, вьщает сигнал на ключи 22 и 23, закрывая их и предотвращая прохождение импульсов на вход считывания. реверсивного счетчика 25 и блока управления 16. Пачка импульсов с широтного выхода АБП 11 через ключ 20 заносится в реверсивный счетчик 25, причем изменяется состояние триггера управления 24, ключей 19 и 21, так же ключей 22 и 23, которые получают разрешаю- 5 щий сигнал.

Считывание информации производится импульсами управляемого генератора 12, которые поступают на вход реверсивного счетчика 25 через ключ 22 и на блок уп- З0 равления 16 через ключ 23. Полярность напряжения на электродвигателе вибратора

1 определяется фазовым компаратором 7.

Одновременно с этим импульсы считыва: ния через ключ 22 поступают на реверсив- З5 ный счетчик 25, уменьшая количество записанных в нем импульсов на 1" при пос- вынуждающей силой и вынужденными котуцлении каждого последующего импульса от генератора 12.

Таким образом, вдали от резонанса, когда фазовый сдвиг между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями стремится к —, частота имйульсов генаЖ ратора 12 высокая - 10 Гц, и отработка и производится быстро.

При приблйжепии к резонансу количество ймпульсов, записываемых в счетчике

25, и частота импульсов генератора 12 уменьшаются, следовательно, снижается

50 и скорость отработки, что повышает динамические свойства системы регулирования.

При считывании последнего импульса производится новый такт измерения и за

55 писи, при котором новая серия импульсов с нуль-органа 14 заносится в реверсивный счетчик 25 вычислительного блока

15. .сигналов датчика амплитуды и датчика

9 частоты и поддерживает колебания иэделия на резонансной частоте..цниИПИ Заказ 4075/44 гираж 1О14 Подписное

Филиал ППН Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

673997

10 фазовые компаратор, детектор и блок ус» реднения, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, связанного с первым и вторым входами

Формула изооретения ! вычислительного блока, третий вход котоУстройство для снижения остаточных рого через дифференциатор соединен с высварочных напряжений, содержащее ви6ра«ходом фазового компаратора, входы постор с регулируемым приводом, датчик леднего и входы фазового детектора соеамплитуды колебаний иэделия, датчик час- дннены с датчиками амплитуды колебания тоты колебаний вибратора, аналого-цифро- 1О иэделия и частоты колебаний вибратора, вой преобразователь, вычислительный блок выход фазового детектора соединен с вхои блок управления, связанный с регулиру- дом блока усреднения, а выход фазового емым приводом, о т л и ч а ю щ е е с я компаратора и выход вычислительного тем, что, с целью повышения точности блока соединены с входами блока управустройства, оно содержит дифференциатор, ления.