Введение к работе
Актуальность работы. Большой вклад в н;і\к\ по силковой снарке внести пые школы Киевского института электросварки им. І:..О.Патоіт, Московскою туї а стали и сплавов и др. Ведущая роль в науке по сварке сталей вообще п. в ности по стыковой сварке, принадлежит ученым Патопу И.О.. Глебову Л.15., Гуляеву ., Дятлову 13.11.,' Крохипу Л Л., Казакову П.Ф.. Кодакову П.С. Куіун-Яценко СИ., :деву В.К.. Мусину Р.А., Пикорову Т.Д.. Николаеву Г.Л., Никифорову Г.Д., Покрасову , Саха) гко,м>' Г.11, и др.
Проблемы автоматизированного контроля и управления быстроирот екающими юлогическимн процессами, к которым относится и технология стыковой сварки, а ке проблемы создания инвариантных следящих приводов, решались такими учеными, Бессекерский В.Л., Попов ІІ.ІІ.. Лакоіа П.Л., Дятлов В.П., Ловля Л.Д., Кудимов В.Л., эв П.С. Яворский 13.II., Иванов В.II., Белов 13.М., Бессонов Л.Л., Зайцев Г.Ф., эгаев Л.Д.. Потапов A.M., Gordon II.P., l'oibcst R.G. и др.
Известный вклад в разработку элементной базы СУ быстроиротекающими юлопгческими процессами внесли такие ученные, как Зверев А.Г., Максимов ., Мясников В.Л., Занельман М.Л.. Конюхов U.K., Курицкий Л. Л., Преснухипа JI.II., іродшок В.Т., Фапдеев ., Петраков В.Л., Горчаков 13.13. и др.
13 настоящее время хорошо реализован контроль циклов работы сварочных автоматов ятя хорошо свариваемых статей. Одним из используемых методов сварки :лий и стык является сварка оплавлением. Данный метод основан па разогреве металла тыке до температуры плавления за счет непрерывного процесса оплавления и їствіш короткого замыкания. Процесс заканчивается сжатием заготовок после глапления отведенного припуска. Метод коїпроля заключается в определении начала Тесса непрерывного оплавления с последующим отключением сварочного тока.
При сварке инструментальных сталей на стыкосварочиых полуавтоматах ройка па киазиоитимачьный режим осуществляется в настоящее время іеримептальньїм подбором нерегулируемых по время сварки значений таких іметров. как давление предохранительных клапанов на насосных станциях ттчиков, напряженно сварочного тока, проходное сечение регулировочных дросселей ливе силовых цилиндров. Из-за случайных отклонений -утих управляющих параметров аданных значений в результате загрязнения рабочей жидкости, колебаний напряжений ти, из-за нестабильности химсостава инструментальных сталей появляются дефекты в г непровара, выплеска, микро-трещин и т.д. Без оперативного контроля параметров жи недостаточно эффективна работа системы управления по заранее установленным [іметрам. Брак, например, па АО "Ставропольский инструмешальный завод" авляет до 15%.
Оперативное управление движением кареток практически невозможно из-за ыпой их инерционности. Чтобы предотврати, отставание карегки с привариваемой шью при оплавлении стыка необходимо предварительное поджат не деталей с усилием 00 П. Противодействие сил давлення в иодипоковых полостях при неподвижной гтке практически равны нулю. В момент резкого снижения сил \тір\то-пласгической ормацин происходит рывок движения каретки и связанный с ним выплеск част главленного металла из сварочного валика. Предотвратить нот рывок можно только і.тированием напряжения сварочного тока в процессе оплавления стыка деталей. [ало лого рывка можно определиіь только но третьей производной перемещения гтки.
Известны работы ученых в области использования высших производных в технологическими процессами Жуковского НЕ., Сомова О.И., Раевского Ы.П., Суббот! М.И., Суботина В.М., Кузнецова Ю.И., Сигалова Л.М., Цибизова Л.Н., Водяника Г. Сидоренко С.Л. и др.
Использование в управлении третьей производной перемещения вызывает у мно ученных возражение, из-за "шума".
Последовательное дифференцирование разностей перемещении, скоростей
ускорений приводит к больишм погрешностям из-за относительно большого значения / Понятие "шум" связано не с третьей производной, а с некорректным дифференцирован! разности ускорении и отс)тствием достаточно точных первичных ирсобразовате ускорений. Поэтому возникает проблема создания для СУ стыкосварочных полуавтома практически безинерциопиых устройств для измерения с большой точностью рывков сі (третьих производных перемещения).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Создан, оптоэлектрошюе устройство контроля динамики сва но третьей производной перемещения и коррекции напряжения сварочного тока стыкосварочных полуавтоматов.
Контролировать по третьей производной перемещения изменения результируюі силы сжатия стыка и период оплавления и сварки стальных деталей. Управление свар
вести по закону X => 0 за счет изменения напряжения в первичной цени силої трансформатора.
Регулирование наиряжеїшя осуществлять таким образом, чтобы соиротивле упруго-пластической деформации припуска на сварку с ростом температуры спижш плавно, а температура в стыке к концу сварки доспала заданного значения.
-предлагается в качестве критерия оценки процесса сварки пршшмать ошошс сварочной мощности (Н*м/с) к разогреваемой до плавления массе металла (Н*с2/м) велігчинс перемещения привариваемой детали гидравлическим податником В резуль: пластической деформации (м), ішаче говоря, сварочная мощность должна б пропорциональна третьей производной обобщенной координаты гидравличесі податника;
-предлагается онтоэлектрошюе устройство, состоящее из псрвичі оптоэлектронного преобразователя перемещения, вычислительного блока мультипликатора, отличающееся от известных возможностью получения выи производщлх при очень малых скоростях перемещения;
-тарировка онтоэлектронных первичных датчиков проводится на сиециш созданном стенде с центрально-кулисным механизмом, отличающимся от извест стендов тем, что поступательное движение ползуна, преобразуемое во вращатслі движение первичного преобразователя, описывается строгой трш'онометрической фуіікі от утла поворота кривошипа, дифференцируемой неограниченное число раз;
-предложен (в соавторстве) метод составления дифференциальных уравпе движения, начиная с дифференциального уравнения для рывка, т.е. для трс производной перемещешія, и троі'пюго интегрирования для получения значений ускорс: скорости и перемещения.
-оптоі.тектроїшос устройство, состоящее и і перішчііою оптоі.тектропного юбразователя перемещения, вычисли іе.тьиого блока и мультиплнкаїора, а іакже мегол ірермвіюго определения текущею значення третьей производной.
-принцип автоматического управления технологическим процессом счыковон рки инструментальных сталей, заключающийся в том. что по текущему значению тьей произво/іноіі перемещения нодагчпка сіапка регулнрускя сварочная моїциосп. ем изменения напряжения первичной цепи сварочной) трапсформаюра но еделенпому закону;
-метод и стенд дія тарировки оптопектронных устроіісів замера третьей пзводноіі линейных перемещений, динамическая погрешность которого нейтрализме і ся шчепием момент инерции диска с крнвопишо.м:
-адекватные физическим объектам математические модели тарпровочною стенда гыкосиарочпого полуавтомата СИ-124 с системой управления сварочпоіі мошносімо по ным оптоттекгрошюго устройства, позволившие установить закономерности появления ка при сварке нпструмешалыгых сіалеіі и оіпимишроваїь параметры охтектройного устройства по минимуму погрешности:
-результаты жеперимешальных исследований рабоїьі ото ілекіроппі.іх -іі системе автоматического управлення стыкоспарочпого сіапка полуавтомата в адских условиях при сварке деталей измерительного инструмента.
-оптимизация параметров оптотіекіронпого устройства методом динамического граммирования.
ЛОСТОІЗІ'РПОСІЬІІОЛУЧІ'ІШиХГІ-ЗУЛЬТЛ'І'ОІЮЬІ-СПІіЧІІІЗЛІіТСЯ:
-корректным использованием фундаментальных положений і сорим управления, лит машин и механизмов, теоретической механики, теории шдро-пневмоавтомашки и ііодшіамикп:
-широким применением маїемаїпческого моделирования физических процессов машинных женерпмешов с целью аналіна и сингеіа сне і см управления с іческими первичными преобразователями. Адским шос і ь матсмашческих моделей ическим обьектам проверялась но критериям досчовериости и сої ласим.
-применением высокоточных измерительных приборов, прошедших I'OCV-лпенпум проверку1. Тарировочнмй стенд оснащался приборами класса 0.5:
-хорошей сходимостью результатов исследования па фишческих и ^магических моделях. Расхождения результатов не превышают 2...')"/».
НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАГОТЫ состоит:
-в установлении закономерностей изменения погрешности замера производной пь до возникновения '"шума" при изменении параметров ото электронного устройства;
-в устапов-чеппн закономерности выплеска металла из сварочпою валика при не ролируемоіі силе уируїо-нластической деформации до установления постоянной юети движения каретки:
-в разработке (в соавторстве) метода составления дифференциальных уравнении кения, начиная с ;иіфферепциального уравнения Дія рынка, т.е. дтя третьей 13во;итой перемещения, и тройного интегрирования дія получения значений ускорения, ости и перемещения, который позволит снять вопрос о погрешностях произво;шых в чьтаге искусственного дифференцирования перемещения по времени.
-(,-
НРЛКТИЧЕСКЛЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ сосі опт в том, что решена слож техническая задача по сшіжсшпо брака при изготовлении измерительного инструмента специализированных заводах, а также в том, что математическая модель СИ-124 с ОИЭ программное обеспечение используется для расчета параметров СУ;
Результаты диссертации той работы внедрены на АО "Ставрополье инструментальный завод" в СУ стыкосварочной машины СИ-124. Брак был снижен с 1 до 3%. Повысилось качество сварного шва на всех изделиях.
Результаты диссертационной работы используются также в учебном процессе кафедре "Технология машиностроения" в лекционных курсах "Автоматнза производственных процессов " и " САПР в машиностроении".
Основные результаті,! и иоложешія проведенных исследований докладывалис обсуждались на четырех научно-техішческих конференциях в Ставропольском Новочеркасском государствашых техничесюгх университетах:
- "Лейбшщ-мыслитель, философ, человек" к 350 летаю со дня рождения. -2( февратя 1996 г., г. Ставрополь;
-XXVH научно-техшгческой конференции по результатам нау1 исследовательской работы профессорско-преподавательского состава асгаїрантов студентов за 1995г., -26-28 марта 1996 г., г. Ставрополь;
-научно-технической конференции по результатам научпо-исследовательс работы профессорско- преподавательского состава, аспирантов и студеіггов -15-21 апг 1997 г., г. Новочеркасск;
-Всероссийской научно-технической конференціпі «Новые технолс управления робототехшічсскими и автотранспортными объектами» Ставрополь 2' ноября 1997г.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пята разделе заключения, изложенных на 145 страницах машинописного текста, включая 60 рисунко таблицы, сішсок литературы из 90 наименований. Диссертация имеет 4 приложения.
