Диссертация (1026094), страница 17
Текст из файла (страница 17)
79).Рис. 79. Программный анализ 3D-моделиДалее по информации о созданной модели создаётся специальный код,который задаёт команды на движения и количество выдавливаемого изэкструдера пластика, руководствуясь алгоритмом работы микропроцессора.Выдается полная информацию о предстоящей работе и наглядный примерпослойного формирования модели сопла (Рис. 80).125Рис. 80. Программная визуализация изготовления модели соплаПрименениеаддитивноговыращиванияузловустройстваиконфузорных сопел горелки позволило уменьшить трудоёмкость и стоимостьизготовленияизделийприулучшениикачестваизготовления,чтоспособствует достижению высокой точности экспериментальных данных.3.4.
Разработка системы управления газовой защитой и режимомдуговой сварки в условиях ветраВ реальных условиях скорость ветра постоянно изменяется в результатерезких усилений, скорость которых может превосходить среднюю скоростьветра до 2 раз. Изменения скорости ветра во время сварки характеризуютсябыстротой и происходят случайным образом. Для эффективной газовойзащиты в этих условиях необходимо обеспечить управление скоростьюистечения защитной струи, которая зависит от скорости ветра и параметроврежима сварки.
Указанные причины ограничивают применение известногооборудования для сварки в условиях ветра, что требует разработкиспециализированной системы управления газовой защитой и режимамисварки.Известно,чтожесткостьзащитнойструи,т.е.способностьпротивостоять ветровой нагрузке, определяется скоростью движения струи126[36, 61]. Жесткость защитной струи в основном зависит от соотношенияскоростей ветра Vв и защитной струи Vс, расстояния между срезом отверстиясопла и защищаемой поверхностью H, безразмерной величины Н/D0, (где D0 –внутренний диаметр среза сопла) и силы тока дуги I Д. Экспериментыпоказали, что эффективность газовой защиты на ветру достигается присоотношении Vс/Vв = 1,8, если Н/D = 0,5 и Vс/Vв = 3,2, если Н/D = 1.Изменение сварочного тока оказывает меньшее влияние.
Кроме этого,необходимо учитывать реальные условия рельефа места сварки, из-закоторых скорость ветра может падать или возрастать [57].Для управления сварочным процессом в защитных газах на открытыхплощадках в условиях ветровых нагрузок разработали и запатентовали схемуустройства для автоматической системы управления процессом сварки [62].Такое устройство для дуговой сварки в среде защитных газов содержитгорелку с пакетом мелкоячеистых сеток и конфузорным соплом, образующаякоторого выполнена по плавной параболической кривой, а начало и конецэтой кривой приближаются к прямым, параллельным продольной оси сопла.Такжевсоставустройствавходитисточниксварочноготокаиавтоматический регулятор скорости истечения защитного газа, в которомимеются:датчиксварочноготока,датчикскоростиветра,дваинтегрирующих усилителя, запоминающее устройство, сумматор, дваусилителя-корректора,задатчиквеличинывылетаэлектрода,датчиктемпературы окружающей среды, автоматический регулятор скоростиистечения защитного газа, а также задатчик максимальной ее величины,логическое отрицание НЕ и логический элемент И (Рис.
81).Устройство работает следующим образом: сварочная дуга горит междуэлектродом 1 и свариваемым изделием. Защитный газ проходит через пакетмелкоячеистых сеток 3 и формируется в защитную струю с помощьюконфузорного сопла 2. Вблизи горелки установлен датчик скорости ветра 4,измеряющий скорость сносящих воздушных потоков.127Рис. 81. Функциональная схема автоматической системы управления длядуговой сварки в защитном газе на ветру: 1 – электрод, 2 – конфузорноесопло, 3 – пакет сеток, 4 – датчик скорости ветра, 5, 6, 10, 11 –интегрирующие усилители, 7 – запоминающее устройство, 8 – датчиктемпературы среды, 9 – датчик тока, 12 – задатчик величины вылетаэлектрода, 13 – сумматор, 14 – автоматический регулятор скоростиистечения защитного газа, 15, 16 – логические элементы,17 – задатчик максимальной величины скорости ветраСигнал с датчика 4 поступает на вход первого интегрирующегоусилителя 5, с выхода которого сигнал, пропорциональный мгновеннойскорости ветра, подается на вход второго интегрирующего усилителя 6.
Навыходеэтогоусилителяформируетсясигнал,пропорциональныйамплитудному значению скорости ветра. Амплитудное значение скоростиветра запоминается в запоминающем устройстве 7 и подается на входсумматора 13, где суммируется алгебраически с другими сигналами. Длякоррекции сигнала с датчика скорости 4 с температурой окружающейатмосферы служит датчик температуры среды 8, сигнал которого черезусилитель-корректор10снастраиваемымкоэффициентомусиления,поступает на вход сумматора. Датчик тока 9 со своим усилителем-128корректором 11, сигнал с которого также поступает на другой входсумматора, служит для коррекции управления скоростью потока защитногогаза в зависимости от режимов сварки. С помощью задатчика величинывылета электрода 12 устанавливают начальную величину вылета электрода.В сумматоре 13 все вышеприведенные сигналы суммируются и на выходеформируется сигнал для управления автоматическим регулятором скоростиистечения защитного газа 14, включенного в цепь подачи защитного газа.
Взависимости от величины этого сигнала регулятор 14 изменяет величинурасхода защитного газа, обеспечивая требуемую скорость его истечения изсопла [39].При сильных порывах ветра возможен случай, когда Vc/Vв будетменьше, чем необходимо для надежной защиты сварочной ванны. Для этогослучая в схему введены задатчик 17 максимальной величины Vс, логическоеотрицание «НЕ» 16 и логический элемент «И» 15. Если требуемая величинаскорости истечения защитного газа, в соответствии с текущими порывамиветра, не превышает заданного значения, установленного в задатчике 17, товыходной сигнал с задатчика отсутствует.
На выходе элемента 16 сигналбудет равен 1 и при нажатии кнопки включения сварки на выходе элемента15 «И» появится выходной сигнал, который включит устройство для сварки.Еслитребуемаяскоростьистечениязащитногогазапревыситустановленное значение, то на выходе задатчика 17 уровень сигнала станетравным 1. Выходной сигнал с элемента 16 исчезнет.
На выходе элемента «И»15 сигнал также исчезнет и устройство выключит процесс сварки.Такимобразом,устройство,котороедляэффективнойобеспечиваетгазовойуправлениезащитыскоростьюразработалиистечениязащитной струи, в зависимости от скорости ветра и параметров режимасварки. Указанное устройство обеспечивает качественную защиту сварочнойванны в условиях сварки на открытых площадках при воздействии сносящихпотоков ветра.1293.5.
Разработка комплекта оборудования для сварки в условиях ветраРазработанная функциональная схема устройства для дуговой сваркипозволила создать автоматическую систему управления потоком защитногогаза при сварке в условиях ветра. Согласно функциональной схеме собралимакет устройства, позволяющий управлять расходом защитного газа взависимости от скорости ветра, с учетом его внезапных усилений (Рис.
82)[42, 43].Рис. 82. Макет автоматической системы управления потоком защитного газа:1 – баллон с газом; 2 – редуктор; 3 – электронный регулятор-расходомер;4 – горелка с конфузорным соплом; 5 – контроллер Arduino;6 – источник питания; 7 – ультразвуковой анемометр ANM/O;9 – датчик тока CSLA1EL на эффекте ХоллаВ состав устройства входит ультразвуковой анемометр с частотойизмерения до 300 Гц и точностью измерения до 0,02 м/с, датчик тока наэффекте Холла, электронный регулятор-расходомер газа с быстродействиемдо 50 мс.
Устройство имеет датчики и регуляторы, которые способныреагировать на мгновенные изменения скорости ветра, на точность измеренияскорости ветра не оказывают влияние давление, температура и влажность130среды.Вкачествеконтроллера-сумматораможноприменитьпрограммируемый контроллер Arduino.Принцип работы устройства заключается в следующем: при воздействииветра сигнал от ультразвукового анемометра с информацией о величинегоризонтальной скорости ветра вместе с сигналами датчика тока отсварочного источника поступают в электронный контроллер-сумматор, вкотором происходит обработка и сравнение поступающих сигналов с ихзаданным значением, согласно управляющей программы.
На основеполученных значений скорости ветра и величины сварочного тока, согласнопрограммы контроллер формирует и передает команды на электронныйрегулятор-расходомер для мгновенного изменения расхода газа, подаваемогоиз газового баллона в сварочную горелку с конфузорным соплом. Приувеличении скорости ветра и силы сварочного тока, расход газа в сварочнойгорелке увеличивается, что повышает скорость, жесткость и устойчивостьзащитной газовой струи при воздействии ветра.
При возникновенииаварийного режима, например при коротком замыкании, превышениивеличины сварочного тока, скорости ветра, контроллер формирует командуна отключение сварочного источника питания. Датчик ветра используетультразвук для определения горизонтальной скорости и направления ветра.Измерение базируется на времени прохождения ультразвука от одногопреобразователя до другого в зависимости от скорости ветра. Интервалвывода данных составляет 0,25 с.
Измерение ветра рассчитывается такимобразом, что влияние давления, температуры и влажности полностьюисключается.В качестве электронного регулятора-расходомера газа применимырегуляторы SFC фирмы Sensirion (Швейцария) с временем быстродействияменее 50–100 мс, регуляторы Smart-Trak фирмы Sierra и регуляторы фирмыBuerkert (Германия) с временем быстродействия менее 300 мс.131Испытание нового устройства проводили на универсальном стенде саэродинамической трубой при наплавке валиков на сталь 08Х18Н9Тнеплавящимся электродом в среде аргона при сварочном токе 200 А. Дляиспытанийприменялисварочнуюгорелкусконфузорнымсоплом,выполненным по параболической кривой с пакетом мелкоячеистых сеток.Расстояниемеждусопломисвариваемымобразцомустанавливалисоответствующим значению H/D = 0,5.В программе задавали отношение скорости струи Vс к скорости ветра Vвравное 1,8.
Задатчик максимальной величины расхода защитного газанастраивали на величину Vс = 7,2 м/с, что при соотношении Vс/Vв = 1,8соответствовало скорости ветра 4 м/с.Эксперименты проводили в следующей последовательности: дугузажигали при скорости ветра Vв = 0, при этом скорость струи Vс составляла0,32 м/с. Затем скорость сносящего ветра увеличивали с помощьюувеличения скорости вращения двигателя вентилятора аэродинамическойтрубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
