Тренажер сварщика

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалист ическик

Республик

oi)980124 (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22. 06. 81 (21) 3305432/18-12

)gq) М Кд 3 с присоединением заявки М

ГосударственныЯ комитет

СССР но делам изобретениЯ и открытиЯ 609 В 19/24 (23) Приоритет— (53т УДК 681. 1 36 . . 51 (088. 8) Опубликовано 071282. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 07. 12. 82

Б.Е.Патон, Г.Е.Пухов, B.Â.Âàñèëüåâ и В.А Богр@нрйский.

I з ьл" т

".- - 1 -;".3

Институт проблем моделирования в энергетйке--М украиВской; CCP

/ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (э4 ) ТРЕНАЖЕР СВАРЦИ1А

Изобретение относится к тренажерам сварщика и может быть использовано в качестве технического средства для обучения приемам и навыкам электросварки.

Известен тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени (1 ).

Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность обучения навыкам сварки.

Цель изобретения — повышение эффективности обучения навыкам сварки.

Поставленная цель достигается тем, что тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок .управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени, имеет блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени — дополнительную нить накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, который вторым выходом соединен с управля-. ющим входом блока управления, при этом первые входы блока моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока управления, один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока моделирования теплового баланса.

Блок моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент, ключ, интегратор, сумматор, умножитель и преобразователи, ври этом выход первого преобразователя непосредственно и через второй преобразователь подключен к входам умножителя, выход которого связан с одним их входов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема тренажера.; на фиг. 2 — блок-схема блока моделирования теплового баланса. 1 тренажер сварщика (фиг. 1) состоит из имитатора 1 мишени, имитатора

980124 ляет собой стандартный по размеру к внешнему виду шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны с регулятором громкости.

Блок 4 управления содержит схему формирования сигнала ошибки по длине дуги, схему формирования сигнала ошибки по величине угла накло60

2 электрода, имитатора 3 шлема сварщика, блока 4 управления, блока 5 моделирования теплового баланса.

Имитатор мишени 1 содержит подвижную каретку 6, предназначенную для имитации сварочной ванны, на 5 которой и свою очередь смонтированы датчики Холла (на фиг. 1 не показаны) и лампа 7 накаливания. Каретка 6 снабжена двухкоординатным моторным приводом со схемой управления.

B тренажере лампа 7 накаливания, смонтированная в подвижной каретке, имеет-две нити 8 и 9-накала. Первая нить 8 накала подключена к выходу

10 сигнала горения дуги блока 4 управления, а вторая, 9 - к выходу сигнала 11 энтальпии блока 5 моделирования теплового баланса.

Имитатор 2 электрода содержит держатель 12 электрода с вмонтированным в него датчиком 13 углового положения электрода, собственно имитатор 14 электрода стержень, оснащенный моторным приводом 15 и

25 постоянным магнитом 16 на конце стержня 14, при этом первые входы блока 5 моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока 4 управления, один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока

5 моделирования теплового баланса.

Блок.--5 моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент 17, ключ 18, интегратор 19, сумматор 20, умножитель 21 и преобразователи 22 и 23, при этом выход преобразователя

22 непосредственно и через преобразователь 23 подключен к входам умножителя 21, выход которого связан 40 с одним из входов сумматора 20, подключенного своим выходом к информационному входу ключа 18, соединенного через интегратор 19 с одним .иэ,выводов порогового элемента 17 45 и дополнительной нитью 9,накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока

4 управления

Позициями 24 — 36 обозначены входы и выходы примененных в тренажере блоков.

Имитатор 1 мишени предназначен для имитации операционного поля сварки,. сваРного шва, подвижной ванны жидкого металла и горящей дуги.

Имитатор 3 шлема сварщика представна электрода и схему формирования сигнала отклонении траектории, снабженные соответствующими индикаторами, схемы управления мотором приводом имитатора 1 мишени и имитатора 2 электрода, часы времени имитации и часы времени движения каретки, снабженные механизмами задания времени сеанса и соответствующими индикаторами, а также звуковой енератор тревоги и звукового сопроождения.

Блок 5 предназначен для реализации решения управления теплопроводности.

Так как имитация процесса сварки в тренажере не требует знания распределения температуры во всем объеме сва.Риваемых деталей, то можно воспользоваться не уравнением параболического типа в частных производных,а дифференциальным уравнением в обыкновенных производных, соответствующим балансу количества тепла, поступившего в рассматриваемый объем от сварочного источника тепла, и тепла, ушедшего за пределы объема всеми видами теплопередачи (теплопроизводность, конвекция, излучение и др.) . Математическое описание теплового баланса в упрощенной форме при этом имеет вид ф

«в (ь,,+ ц„Ä„ )e"o «i ! д=а -Ы () д=ч 0 ) (3) где h — объемная энтальпия сварочной ванны, Ус8 — скорость сварки, Уд — напряжение дуги,, 1

Рд — длина дуги,. а, Ь, D, R, К, g — константы, зависящие от типа и режима сварки, геометрических размеров и теплофизических характеристик электрода и свариваемых деталей сигнал наруиения нормального режима сварки (0"= о, если режим нарушен, 6= 1, если режим сварки нормальный).

Пороговый элемент 17 предназначен для формирования сигнала нарушения теплового режима, т.е. выхода величины энтальпии h за заранее установленные пределы.

Электронный ключ 18 предназначен для выключения сигналов, имитирующих скорость сварки и ток дуги (последние два слагаемые уравнения 1 1) при появлении сигнала нарушения нормального режима сварки.

Преобразователь 22 предназначен для формирования сигнала тока дуги в соответствии с уравнением (2).

Преобразователь 23 предназначен для реализации внешней характеристики сварочного источника тепла в соответствии с уравнением (3).

980124

После включения тренажер сварщи- электрода относительно ел но блока 1 ка работает следующим образом. таким образом, что ы чтобы отслеживать проОбучаемый подводит имитатор 2 странственное положение каретки б, электрода к центру подвижной ар т- выдерживая заданные з дл анные значения длины . ки 6 для имитации сварочной ваньк дуги и углового положения электроблока 1, соблюдая необходимую дли- 5 да с учетом имитации движения свану дугового промежутка и заданное рочной ванны и сплав р— и оплавления электроугловое положение имитатора электро- да. В тех случаях, ко д ди когда один из да. Если выполнены ограничения за- упомянутых параметров выйдет за соответствчюданных длины дуги и углового поло- допустимые пределы, со ую жения электрода, то сигналы датчи- -0 щие схемы формирования сиг ал ия сигналов нов Холла, смонтированных на под- сшибок будут обеспечивать регистра вижной каретке б имитатора 1 мише- цию допущенных ошибок на индикатони, несущие информацию о расстоянии рах. Выходные сигналы этих схем, от конца электрода 16 до поверхнос- . поступая на входы звукового генети каретки 6 блока 1 и отклонении 15 ратора сигналов тревоги и звуковотого же конца от центра каретки 6 ro сопровождения, управляют посв ее плоскости,. поступают с выходов ледним независимо друг от друга.

24 и 25 имитатора 1 мишени на входы . С этой целью на входе звукового схем формирования сигналов ошибок по генератора установлена схема логидлине дуги и отклонения траектории 20 ческого объединения выходных сиг- (соотв соответствующие входы 26 и 27 бло- .налов схем формирования сигналов ка 4 управления). Выходной сигнал ошибок. схемы формирования ошибок по длине Сигнал горизонтальной скорости с выхо— дуги вк ключает с .выхода 10 блока 4 выхода 29 блока 4 управления и дхо а 24 авления нить 8 лампы 7 накали- 25 ной сигнал длины дуги с выхода упр л с сигналом и — имит тора горящей дуги, смой- блока 1 поступают вместе с си а сва ки тированной на подвижной каретке 6 нарушения нормального режима с р блока 1. Всякий раз, когда наруша- с выхода 10 блока 4 управления на

eтся установленный дуговой проме- входы 32 - 34 блока 5 моделирования жуток, упомянутая нить 8 лампы 7 З0 теплового баланса. накаливания выключается., и выходной Сигнал длины дуги, поступив на сигнал схемы формирования сигналов вход 33 блока 5 моделирования тепло<хаибок по длине дуги с выхода 10 вого баланса, пройдя через преобрауправляет блоком 5 моделирования зователи 22 и 23, преобразуется в теплового баланса, фиксирует ошиб- З5 значения тока дуги и напряжения ку на индикаторе блока 4 управле- дуги, которые поступают на входы ния и включает сигнал тревоги на умножителя 21. Функциональный прев ыход 28 блока 4 управления. образователь 22 реализует зависиУ авление блоком 5 моделирования мость тока дуги от длины ду пр а петеплового а баланса упомянутым сиг- (уравнение 2) . Функциональный р 40 налом схемы форвйрования сигналов образователь 23 реализует внешнюю ошибок по длине дуги 10 будет характеристику источника сварочного подробнее рассмотрено при описании работы блока 5 моделирования тепло- элементы блока моделирования теплового баланса 21 — 23 формируют в

К0 4 д и отсутствии ошибки по длине 45 электронной схеме слагаемое ply дуги, этот же сигнал, поступая на ри отражающее мощности дуги (ур и (авнение вход схемы управления моторным 1). приводом лок à, р б а 1 асположенной в Сигнал скорости сварки, поступаюб 4 п авления приводит к фор- ций со входа 32 блока 5 электронной локе упр

I мированию сигналов управления двига- 50 модели теплового балан, р телями подвижной каретки б (выходы эффект движения систежи координат блока 4 управления 29 — 31) . Карет- со скоростью сварки, ко р и кото ый был зака б приходит в движение, имитируя ложен в уравнение (1) при его сосперемещение жидкой сварочной ван- тавлении. ны вдоль кРомок сваРного шва. 55 сиги наруыения норм ьного ре*йТот же сигнал схемы формирова- ма сварки, поступая со входа 34 б к по длине дуги, пройдя блока 5 моделирования теплового бачерез схему управления моторным ланса на вход управления э тр лек онприводом имитатора 2 электрода, рас- ного ключа 18, имитирует обрыв дуги положенную в л к блоке 4 управления, при- е0 и остановку сварочной ванны. В со(1 на выв ействие моторный привод 15 ответствии с управлением ) на выводит в де т имитатора 2 электрода. Электрод вы- ходе интегратора фор р двигается, имитируя оплавление кон- сигнал объемной энтальпии сварочной ца электрода при сварке. Обучаеьый ванны, который характиризует колидолже олжен манипулировать имитатором 2 43 чество тепла, содержащегося в объе980124

25 ме сварочной ванны. Этот сигнал в тренажере выполняет две функцииг поступая на вход 35 блока 1, управляет яркость,.;свечения нити 9 лам- пы 7 накаливания, смонтированной в центре каретки 6, и является визуальным сигналом степени прогрева ванны, пройдя пороговый элемент 17, формирует, в случае необходимости, сигнал выхода энтальпии за установленные пределы и включает сигнал тревоги на вход 36 блока 4 управления.

Для реализации сигнала тревоги о нарушении теплового режима звуковой генератор сигналов тревоги и звукового сопровождения блока 4 управления имеет еще один вход управления аналогичный входам.управленйя по сигналам ошибок длины дуги, величине угла наклона электрода и т.п.

Использование тренажера повышает эффективность обучения навыкам сварки.

Формула изобретения

1. Тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, пОдключенным к имитатору мишени, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности обучения навыкам сварки, он имеет блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени — дополнительную нить накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, который вторым выходом соединен с управляющим входом блока управления, при этом первые входы блока моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока управления, один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока, моделирования теплового баланса.

2. Тренажер по п.1, о т л и — . ч а ю шийся тем, что,блок моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент, ключ, интегратор сумматор,умножительи преобразователи, при этом выход первого преобразова.теля непосредственно и через второй преобразователь подключен к входам умножителя, выход которого связан с одним из выходов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 4124944, кл. 35-13, 1978.

980124

Тираж 472 Подаисное

ВНИИПИ Государственного коьытета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, РауШская наб., д. 4/5

Заказ 9365/40

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Алексанов

РедаКтор .А. Власенко Темред М.Гергель Корректор М. Демчик