Введение к работе
Актуальность темы. В современном машино- и приборостроении широко применяются тонкостенные изделия, получаемые аргоно- либо гелиеводуговой сваркой металлических заготовок с толщиной кромки 0,15 - 0,6 мм и требующие повышенной (в отдельных случаях до нескольких сотых миллиметра) точности обработки и сборки кромок под сварку. Характерными представителями таких изделий являются малогабаритные электротехнические и радиотехнические элементы, герметичные конструкции химической и топливной аппаратуры, тонкостенные трубы, сильфоны.
При изготовлении указанных изделий возникает необходимость в устройствах, позволяющих в автоматическом режиме вести сварку криволинейных пространственных швов. Малые габариты сопрягаемых кромок, а также ряд специфических особенностей дуговой сварки затрудняют решение проблемы автоматизации технологического процесса изготовления тонкостенных изделий, ввиду невозможности использования существующих в настоящее время средств. К таким особенностям относятся неустойчивость процесса сварки свободной дугой, высокая склонность к деформации изделий при сварке, повышенные требования к точности направления источника нагрева по стыку кромок, ограниченность габаритов свободного пространства в зоне, прилегающей к соединению.
Перспективным направлением в решении этой 'проблемы является разработка пневматических следящих систем позиционирования сварочного инструмента. Такие устройства выгодно отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью к световым, электромагнитным, а также тепловым помехам от дуги, независимостью от магнитных свойств и степени освещенности свариваемых изделий, возможностью бесконтактного контроля положения изделий с малыми габаритами, низкой стоимостью. Однако применение указанных систем для автоматизации дуговой сварки тонкостенных изделий остается ограниченным. Это обусловлено прежде всего большими габаритами известных конструкций первичных преобразователей положения стыка. Не получили достаточно глубокого развития вопросы исследования влияния конструктивных и технологических факторов на динамические и точностные свойства пневматических следящих систем, ориентации инструмента, приемлемых"'при дуговой сварке тонкостенных изделий и, как следствие, отсутствуют обоснованные]рекомендации по выбору, рациональных параметров таких систем. "Поэтому исследование пневматических следящих систем ориентации сварочного инструмента и
разработка приемов построения таких систем для коррекции положения электрода при дуговой сварке тонкостенных изделий является актуальной научной и практической задачей.
Решаемые в диссертационной работе вопросы являются составной частью исследований, проводимых в соответствии с научным направлением кафедры "Автоматизация производственных процессов" Волгоградского государственного технического университета по госбюджетным НИР N 35-53/815-92 (ГР N 01940004971} и N 35-53/740-97.
Цель работы. Разработка пневматических следящих систем повышенной точности для управления положением сварочного инструмента на базе всестороннего исследования протекающих в таких системах динамических процессов. Выработка рекомендаций по инженерному проектированию одно- и двухкоординатных пневматических следящих систем ориентации инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования проведены на основе теории дифференциального и интегрального исчисления, теории автоматического управления, методов математического моделирования. При экспериментальных исследованиях использован метод однофакторного эксперимента с применением статистической обработки результатов на ЭВМ.
Научная новизна. Предложена математическая модель однокоор-данатной системы ориентации сварочного инструмента, выполненной на базе следящего пневмопривода с проточными камерами переменного давления. На ее основе установлено влияние основных конструктивных и технологических факторов на динамические и точностные свойства следящей системы. Получены аналитические выражения, описывающие статические характеристики однощелевых первичных пневматических преобразователей положения сварочного инструмента при осевом и поперечном смещении стыка тонкостенных изделий. Разработан способ увеличения предела измерений дифференциальных щелевых первичных преобразователей положения, основанный на варьировании межосевым расстоянием измерительных сопел таких устройств при неполном перекрытии каждого из сопел.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований выработаны рекомендации по выбору конструктивных схем и основных параметров бесконтактных пневматических следящих систем ориента-. ции инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий. Предложены новые конструкции струйных первичных преобразователей, обеспечивающих бесконтактный контроль положения сварочного инструмен-
та по одной либо двум координатам и допускающих работу в условиях ограниченного пространства рабочей зоны при дуговой сварке. Разработана двухкоординатная следящая пневмосистема связного регулирования положения сварочной горелки применительно к аргонодуговой сварке пластинчатых сильфсков (патент РФ N 2066844). Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании по пневмоавтоматике (Москва. 1996 г.), научно-технической конференции "Гидромеханика в инженерной практике" (Киев. 1996 г.), I -III межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых Волгоградской области (Волгоград, 1994 - 1996 гг.), научно-технических конференциях в Волгоградском государственном техническом университете (Волгоград, 1994 - 1997 гг.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ и получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения. Диссертация содержит 162 страницы машинописного текста. 61 рисунок, 2 таблицы. Список литературы включает 102 наименования. Приложение содержит 12 страниц, 8 таблиц.