Тренажер для обучения электросварке

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсннк Соцналнстическнк

Рес ублн

<п1862.1 72 (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву» (5l)N. Кл. (22)Заявлено 06.08.79(2!) 2810586/18" 12 с- присоединением заявки М—

G 09 В 9/00

Гесудзрстввнай кюмитвт

СССР

RO двлам изебретевкй н открытий (5З) УЛК 681.136. .51(088.8) ° (23) Приоритет—

Опубликовано 07.09. 81. Бюллетень .щ 33

Дата опуб4нковання описания 09.09.81

Ю.И. Дубнов, В.К. Писаренко, И.П. С

Д.Г. Киржнер, Р.Я. Антоновский, С.И

А.Б. Лещенко, А.А. Никитин и М.Д. (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехническ ии. 50-летия Великой Октябрьской со революции и Киевский механосборочный (71) Заявители (54) ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРКЕ

Изобретение относится к электронным обучающим устройствам и предназначено для отработки первоначальных профес- сиональных навыков ручной дуговой . сварки.

Известен тренажер для обучения электросварке, содержащий узел имитации прЬведения электросварки, castзанный через узел контроля и управления обучением с блоком информацииЯ.

Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность обучения.

Целью изобретения является повышение эффективности обучения.

Для этого предлагаемый тренажер

И имеет блок индукционных датчиков и связанный с ним имитатор электрода, при этом имитатор электрода состоит из индикаторной лампи и металпичес20 кого стержня с электромагнитной катушкой, покрытой изоляционньи -.мате, риалом и подсоединенной к индикаторной лампе, блок индукционных датчиков состоит из размещенных в каркасе катушек индуктивностей, охватывающих каркас дополнительных обмоток и ферромагнитных экранов, расположенных перед катушками индуктивностей, причем блок индукционных датчиков связан с узлом контроля и управления обучением.

Узел контроля и управления обучением состоит нз последовательно связанных блоков ввода нормативных дан-, ных, сравнения и памяти.

Блок памяти содержит задатчик нарушения длины электросварочной дуги, эадатчик обрывов электросварочной дуги, задатчнк заварки кратера, задатчик коротких замыканий и задатчик нарушений скорости сваркй, при этом входы задатчнков подключены к выходаи блока сравнения, а их выходык одним из входов блока информации.

Блок сравнения имеет схему сравнения длины электросварочной дуги, схему сравнения скорости сварки, схе3 86 му фиксирования заварки в конце шва и схему определен11я обрывов электросварочной дуги, при этом первый вход каждой схемы соединен с соответствующим выходам блока ввода нормативных данных, второй вход каждой схемы связан с соответствующим выходом блока индуктивных датчиков, а выходы указанных cхем подключены к входам блока памяти. . Блок ввода нормативных данных имеет схему ввода нормативной длины электросварочной дуги, выходы которой подключены к соответствующим входам блока сравнения, схему ввода норма,тивной скорости сварки, схему ввода; нормативного положения в пространстве и схему ввода нормативного времени заварки кратера, одни из выходов которых нодсоедннены к выходам блока индукционных датчиков, при этом вто. рой выход схемы нормативной скорости сварки связан с одним из входов схемы сравнения скорости сварки блока сравнения.

На фиг. 1 приведен общий вид тр енажера для обучения электросварке; на фиг-. 2 - информационная панель тренажера; на фиг. 3 — общий вид блока индукционных датчиков с имитатором электрода; на фиг. 4 — блок-схема тренажера.

Тренажер для обучения электросварке состоит из корпуса 1, на котором смонтированы корпус 2 блоков контроля н управления, информационная панель

3, подставка 4 для укладки электродержателя 5, в которой закреплен имитатор электрода 6, основания тренажера 7, корпуса блока 8 индукционных датчиков, рабочей поверхности 9 для тренажера обучаемого в потолочном попожении. В корпус 2 вмонтирован блок индукционных датчиков с рабочей поверхностью 10 для тренажа в вертикальном положении. На корпусе 1 закреплен корпус индукционных датчиков 11 с двумя рабочими поверхностями

12 и 13 для тренажа в нижнем и,горизонтальном положениях.

Информационная панель,тренажера (см. фиг. 2) содержит световую дорожку 14 "бегущего огня" нормативной скорости сварки, клавишные переключатели 15 и 16, включающие "бегущий огонь" дорожки нормативной скорости в том или другом направлении, световую дорожку 17 "бегущего огня" фак

2172 4 тнческой скорости сварки, световые дорожки 18 и 19 фактической скорости сварки меньше нормативной и фактической скорости сварки больше нормативной, стрелочные индикаторы 20 и 21, имитирующие показания соответственно тока и напряжения в дуге вертикальные световые столбики 22 и 23, представляющие визуадьную световую информа10

35 .

> цию о заданной нормативной длине дуги и изменений длины дуги в период тренажа, цифровые индикаторы 24, 25 и 2б, указывающие соответственно количество обрывов дуги, отклонений от нормативной длины дуги коротких замыканий световое табло 27, регистрирующнй наличие заверенного кратера в конце шва, переключатели 28, 29 и

30, устанавливающие соответственные нормативные параметры по длине дуги, по скорости сварки и положению шва в пространстве, переключатели 31, 32 и 33, включающие или отключающие тренажер обучаемым лицом, световое табло 34 "тренажер готов к работе" и звуковой индикатор:;-длины дуги 35.

Блок индукционных датчиков с имитатором электрода (см. фиг. 3) содержит рабочие поверхности 9 или 10, или 12, или 13, десять индукционных катушек Зб скорости сварки и пять индукционных катушек 37 длины дуги, имитатор электрода 38 с электромагнитной катушкой на металлическом стержне 39, которая покрыта обмазкой 40, имитатор электрода имеет колпачок 41, в котором закреплена лампочка 42, подсвечнвающая столб дуги и высвечнвающая световое пятно ферромагнитные экраны 43, устанавливающие расстояние действия индукционных датчиков по ширине шва.

Блок-схема тренажера для обучения электросварке (см. фиг. 4) содержит блок возбуждения дуги 44, блок ввода нормативных данных 45, который состоит из схемы ввода нормативной длины электросварочной дуги 46, схемы ввода нормативной скорости сварки

47, схемы ввода нормативного положения в пространстве 48, блока включения тренажера в работу и сброса49, схемы ввода нормативного времени заварки кратера 50, блока индукционных датчиков 51 и блока сравнения

52, который включает схему сравнения длины электросварочной дуги 53, схему сравнения скорости сварки 54, схе5 86217 му фиксирования заварки в конце шва

55, схему определения обрывов электросварочной дуги 56, блок памяти

57, который состоит нз задатчиков нарушений длины электросварочной дуги 58, обрывов электросварочной дуги 59, заварки кратера 60, коротких замыкания 61; нарушений скорости сварки 62, блок информации 63, который содержит схему памяти норма- 1в тивной скорости сварки 64 и блок питания 65.

Узел имитации проведения электросварки включает в себя подставку

4 для укладки электродержателя 5, 15 электродержатель 5, имитатор 6 электрода, блок 8 индукционных датчиков и рабочие поверхности 9, 12 и 13 для обучаемого.

Тренажер для обучения электро- 20 сварке работает следующим образом.

Вначале обучающееся лицо задает исходные .нормативные данные включением переключателей 28, 29 и 30 25 соответственно длины дуги, скорости сварки и положения.шва в пространстве.

Затем преподаватель включает элек" трические цепи тренажера для обуче- щ ния электросварке в работу клавишными переключателями 31, 32 и 33 соответственно проверки заземления, источника питания и вентиляции. При . этом только совместное включение ука- 55 занных переключателей обеспечивает срабатывание светового табло 34

"тренажер готов к работе".

После включения светового табло

34 "тренажер готов к работе" на лице- 40 вой панели блока контроляи управления будет представлена следующая информация.

Стреложный индикатор 21 на лицевой панели тренажера будет показывать 45 напряжение холостого хода источника питания, на вертикальном световом столбике 22 лицевой панелМ будет высвечиваться цифра нормативной длины дуги, цифровые индикаторы количес- 50 тва нарушений длины дуги, коротких замыканий и обрывов высвечивают цифру О °

Перед обработкой основнъщ технологических режимов ручной дуговой 55 сварки обучающееся лицо приобретает . навыки движения руки с нормативной

:скоростью сварки на световой орож2 Ь ке 14 "бегущего огня" нормативной скорости сварки.

Клавишными переключателями 15 и

16 прозводят изменение направления

"бегущего огня" или сброс освещения лампочек, после чего выполняют повторные тренировки по скорости сварки.

Эти упражнения выполняют до тех пор, пока не будет освоено движение руки с заданной скоростью.

Операции обработки приемов н параметров технологического режима дуговой сварки: возбуждение дуги,, поддержание нормативных длины дуги и скорости сварки, заварка кратера в конце шва обучающееся лицо проводит на одной из выбранных рабочих поверхностей 9, 10, 12 или 13. Для этого необходимо вначале замкнуть конец имитатора электрода о рабочую поверхность. Нри отведении торца имитатора электрода на нормативную длину дуги. блок питания 65 через блок возбуждения дуги 44 подает питание на сигнальную лампочку 42 на торце имитатора электрода 6, которая высвечивает "столб дуги" и световое пятно— имитатор сварочной ванночки, за которым наблюдает обучающееся лицо при прохождении всего участка шва рабочей поверхности, на электромагнитную катушку на стержне имитатора электрода, которая питается переменным током промышленной частоты н создает переменный магнитный поток, который воздействует на входные элементы электронных ключей длины дуги и скорости сварки при движении имитатора электрода вдоль. рабочей поверхности.

Завершает окончание тренажа прием заварки кратера, который выполняется в следующей последовательности.

В конце рабочей поверхности останавливают движение по скорости сварки, затем опускают. торец имитатора электрода вниз на 1 мм, вы.держивают 1-2 с и отводят имитатор электрода до обрыва дуги. После этих операций по заварке кратера электрическая схема тренажа включает световое табло 27 "кратер заварен".

При прохождении тренажа вдоль рабочей поверхности обучаемый получает информацию в виде звукового сигнала об изменениях длины дуги и визуального сигнала в форме светового пятна на рабочей поверхности, а преподаватель получает дополнительную ин"

7 8б21 формацию о динамике тренажа с информационной панели по индикаторным приборам 17-26.

После окончания тренажа обучаемый получает информацию на информационной панели о количестве коротких замыканий, которые были сделаны во время тренажа, а также.о количестве отклонений от нормативной длины дуги, количестве обрывов по цифровым 1g индикаторам 24, 25 и 26, о количестве незаваренных участков шва на световой дорожке 17 фактической скорости сварки, о количестве отклонений от нбрмативной скорости сварки в сто- д рону уменьшения при увеличении по световым дорожкам 18 и 19 соответственно и, наконец, о заварке кратера в конце шва по световому табло 27

"кратер заварен".

Работает тренажер, связанный с действиями обучаемого, следующим обра. зом (см. фиг. 4)

Первый такт-включение тренажера в работу и ввод нормативных данных. 25

Для включения тренажера в работу преподаватель включает переключатели

31, 32 и 33 соответственно проверке заземления, вентиляции и источника питания. 30

В результате на выходе блока включения в работу и сброса 49 возника-

1 ет напряжение от блока питания 65. .Это напряжение по каналам связи поступит соответственно на блок возбуждения дуги 44, на все схемы .блока ввода нормативных данных 45, на блок индукционных датчиков 51, на.все схемы блока сравнения 52, на все схемы блока памяти 57 и на блок 40 информации 63.

B езультате нод иапряжение стаР

4! нет световое табло 34 тренажер готов к работе".

Далее обучаемый по указаниям пре- п подавателя устанавливает нормативные данные по скорости сварки, длине дуги, положению в пространстве и направлению ведения процесса.

Для этого он устанавливает в со- SO ответствующие положения по надписям на лиц вой панели переключатели нормативной длины дуги 28, нормативной скорости сварки 29, положения в пространстве 30 а также переключатели 15

1 илн 16 направления. ведения процесса.

Второй такт-имитация возбуждения дуги.

72 8

Процесс тренажа обучаемый начинает с момента касания имитатора электрода о выбранную рабочую поверхность.

При этом срабатывает блок возбуждения дуги 44, что приводит к следующему: индикаторная лампочка на конце имитатора электрода получит питание с некоторой задержкой по времени, с момента окончания короткого замыкания получит питание электромагнитная катушка 38 имитатора электрода 6, по каналу связи (блок возбуждения дуги 44 - задатчик коротких замыканий 61) поступит управляющий сигнал на. задатчик коротких замЬжаний, а с выхода задатчика коротких замыканий

61 управляющий, сигнал поступит на вход блока информации 63. В результате этого цифровой индикатор 26 зафиксирует короткое замыкание, т.е. будет высвечена цифра "1", и, кроме того, начнет функционировать задатчик нарушений скорости сварки 64, т.е. возникнет "бегущий огонь" вдоль световой дорожки нормативной скорости сварки.

Затем обучаемый должен ввести торец имитатора электрода на уровень нормативной длины дуги. При этом возможны три случая: обучаемый вводит торец электрода на уровень, который не соответствует нормативной длине дуги: обучаемый "обрывает" дугу; обучаемый выводит торец имитатора электрода на нормативную длину дуги.

Пока обучаемый выводит торец имитатора электрода на нормативную длину дуги, будет закончена задержка по времени и на обмотку имитатора электрода 38 поступит напряжение переменного тока промышленной частоты. В результате вокруг торца имитатора электрода возникнет переменное магнитное поле и в датчиках блока индукционных датчиков будет наведена ЭДС взаимоиндукций. Таким образом будет реализован канал связи между блоком возбуждения дуги 44 и блоком индукционных дат иков 51.

Электрическая схема блока датчиков по длине дуги предусматривает последовательное вкшочение электронных ключей, которые настроены каждый на свою длину дуги за счет регули-. ровки реостатов во входных цепях индукционных датчиков по мере приближения имитатора электрода к изделию, 51 — схема сравнения длины электроварочной дуги 54, а также канал связи схема ввода нормативной скорости сварки 47 — схема сравнения скорости сварки 54, В случае несовпадения фактической скорости сварки с нормативной на выходе схемы сравнения скорости сварки 54 возникает соответствую- щее напряжение, которое по канжу связи поступит на вход задатчика нарушений скорости сварки 62. В результате этого на выходе этого задатчика возникнет соответствующий,электрический сигнал, который по каналам связи поступит на вход блока информации 63. Это приведет к тому, что на горизонтальных световых дорожках 18 и 19 будут высвечены те участки, на которых фактическая скорость ведения процесса тренажа не совпадала с установленной нормативной скоростью. Если совпадает фактическая скорость сварки с нормативной на выходе схемы сравнения скорости сварки 54 электрический сигнал не возникнет, и этот канал связи реализован не будет.

При ведении процесса тренажа по поддержанию нормативной длины дуги работает канал связи блок индукционных датчиков 51 — схема сравнения длины электросварочной дуги

53. Кроме этого, работает канал связи схема ввода нормативной длины электросварочной дуги 46 — схема сравнения дчины электросварочной дуги

53. Во всех случаях несовпадения фактической длины дуги с нормативной действует канал связи схема сравнения длины электросварочной дуги

53 — задатчик нарушений длины электросварочной дуги 58. В результате этого на выходе задатчика нарушений длины сварочной дуги 58 возникает не-. обходимый электрический сигнал, который по каналу связи поступает иа вход блока информации 63.

Это в свою очередь приведет к тому, что на информационном табло будет высвечено на цифровом индикаторе 25 количество нарушений длины дуги

Четвертый такт работы — заварка кратера в конце шва.

При правильном выполнении операции заварки кратера останавливают движение электрода в конце, рабочей

9 862172 10 и последовательное их отключение по мере удаления его от изделия.

При этом схема электронных ключей предусматривает работу только.одного ключа, а именно того, который настроен на фактическую в данный мо- мент длину дуги.

При выходе на какую-либо длину дуги срабатывает электронный ключ, который настроен на эту длину дуги. 1О

В результате будет реализована связь блок индукционных датчиков

51 — схема сравнения длины электросварочной дуги 53. В случае несовпадения фактической длины дуги с нор- д мативной иа выходе схемы сравнения дпины электросварочной дуги 53 возникнет управляющий электрический сигнал, который по каналу связи поступит на вход задатчика нарушений щ длины электросварочной дуги 58, и с выхода задатчика управляющий сигнал по каналу связи поступит на вход блока информации 63. В результате этого цифровой индикатор 25 высве-, 25 тит цифру нарушений нормативной длины дуги.

С другой стороны, если произойдет

"обрыв дуги", возникнет соответствующий сигнал на выходе блока индукци- ЗО онных датчиков 51, который по каналу связи поступит на вход схемы определения обрывов сварочной дуги 56. Это в свою очередь приведет к появлению управляющего электрического сигнала на выходе схемы определения обрывов электросварочной дуги 56, который по каналу связи поступит на вход задатчика обрывов электросварочной дуги 59. При этом на выходе задат- 40 чика обрывов электросварочной дуги

59 возникнет электрический сигнал, который поступит иа вход блока информации 63. В результате этого цифровой индикатор 24 высветит цифру 4s обрывов длины дуги.

Третий такт работы тренажера— ведение дуги вдоль кромок рабочей поверхности с поддержанием нормативных скоростей сварки и длины 50 дуги.

При этом возможны следующие ситуации, которые связаны с нарушениями обучаемыаи нормативньщ скоростей сварки и длины руги. 55

При ведении процесса тренажа по скорости сварки работает канал связи блок индукционных датчиков

8621 7 поверхности, затем опускают конец электрода так, чтобы у обучаемого фактическая длина дуги была короче нормативной в конечной точке щва в течение некоторого промежутка времени. При заварке кратера действует схема фиксирования заварки в конце шва 55 блока сравнения 52.

В этот блок поступают необходимые . управляющие сигналы по каналам связи блок индукционных датчиков 52— схема фиксирования заварки в конце шва 55, схема ввода нормативного времени заварки кратера 50 — схема фиксирования заварки в конце шва 55. 1з

В случае если процесс заварки кратера произведен верно, на выходе схемы фиксирования заварки в конце шва 55 возникнет необходимое напряжение, которое поступит по каналу свя- gp зи на задатчик заварки кратера 60.

В этом случае на выходе этого задат- чика возникает напряжение, которое поступит по каналу связи в блок ин- формации 63, что приведет к высвечиванию на табло "кратер заварен" на лицевой панели тренажера.

Пятый такт работы тренажера— сброс информации, которая зафиксирована в блоке памяти 57 и в блоке ин- зв формации 63.

Это осуществляют перекЛючателями

31, 32 и 33, при этом блок включения в работу и сброса 49 перестает получать питание. 0 подготовленности обучаемого судят .по показаниям цифровых, стрелочных и световых индикаторов на информационном табло (см. фиг. 2). При этом получают сведения о количестве коротких замыканий нару- 40 шений длины дуги, обрывов, заварки кратера, количестве и характере отклонений по скорости сварки, количестве пропущенных участков по длине рабочей поверхности. 45

Подготовленным считают того обучаемого, который в процессе обучения в заданном пространственном положении сдедал одно короткое замыкание, которое необходимо для возбуждения дуго- 56 вого процесса, прошел без пропусков вдоль всей рабочей поверхности без нарушений длины дуги и обрывов, заварил кратер в конце шва.

Во всех других случаях тренаж должен быть повторен по приведенной тактограмме в данном пространственном положейии столько раз, сколько это

2 12 необходимо для получения указанного результата.

Использование тренажера для обучения сварке, конструкция которого содержит индукционные датчики, имитатор электрода и информационную панель соединенную с блоком контроля и управления, и расширение его функциональных возможностей выгодно отличает данное устройство от прототипа, так как применение индукционных датчиков под рабочими поверхностями и имитатора электрода с индукционной катушкой и лампочкой подсветки "столб дуги" и высвечивание ванночки расплавленного металла расширяют диапазон выбора технологических приемов и параметров .режима ручной Дуговой сварки на данном тренажере, создают натуральное представление о дуговом промежутке между торцом имитатора электрода и рабочей поверхностью.

3а счет этого повышается эффективность обучения приемам электросварки.

Формула изобретения

1. Тренажер для обучения электросварке, содержащий узел имитации проведения электросварки, связанный через узел контроля и управления обучением с блоком информации, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности обучения, он имеет блок индукционных датчиков и связанный с ним имитатор электрода, при этом имитатор электрода состоит из индикаторной лампы и металлического стержня с электромагнитной катушкой, покрытой изоляционным материалом и подсоединенной к индикаторной лампе, блок индукционных датчиков состоит из размещенных в каркасе катушек индуктивностей, охватывающих каркас дополнительных обмо- . ток и ферромагнитных экранов, расположенных перед катушками индуктивностей, причем блок индукционных датчиков связан с узлом контроля и управления обучением.

2. Тренажер по п. I, о т л и— ч а в шийся тем, что узел контроля и управления обучением состоит из последовательно связанных блоков ввода нормативных данных, сравнения и памяти.!.

l3 86217

3. Тренажер по п. 1, о т л и " ч а ю шийся тем, что блок памяти содержит задатчик нарушений длины. электросварочной дуги, задатчик обрывов электросварочной ду1и, задатчик заварки кратера, задатчик коротких замыканий и задатчик нарушений скорости сварки, при .этом входы задатчиков подключены к выходам блока сравнения, а их выходы - к одним Е из входов блока информации.

4. Тренажер по п. Z, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок сравнения имеет схему сравнения длины электросварочной дуги, схему сравнения .скорости сварки, схему фиксирования заварки в конце шва и схему определения обрывов электросварочной дуги, при этом первый вход 20 каждой схемы соединен с соответствующим выходом блока ввода нормативных данных, второй вход каждой схемы связан. с соответствующим выходом

2 14 блока индукционных датчиков, в выхо-. ды укаэанных схем подключены к входам блока памяти.

5 ° Тренажер по п. 2, о т л ич а ю шийся тем, что блок ввода нормативных данных имеет схему ввода нормативной дЛины электросварочной дуги, выходы которой подключены к соответствующим входам блока сравнения, схему ввода нормативной ско" рости сварки, схему ввода нормативного положения в пространстве и,схе- . му ввода нормативного времени заварки кратера, одни из выходов которых подсоединены к входам блока индукционных датчиков, при этом второй выход схемы ввода нормативной скорости сварки связан с одним из..входов схемы сравнения скорости сварки блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании У 1465872, кл. G 5 G, 1976.