Система автоматического регулирования скорости перемещения горелки при дуговой сварки

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Декабря 2014 в 13:56, курсовая работа

Краткое описание

Большие перспективы в развитии сварочного производства открывает автоматизация процесса сварки. В решении задачи автоматизации необходим комплексный подход к проблеме. Это означает, что подлинный прогресс сварочного производства воз¬можен только в том случае, если при использовании автоматики будет решен весь комплекс задач по автоматизации основных, заготовительных, транспортных, сварочных и отделочных опе¬раций.

Прикрепленные файлы: 1 файл

ScorPeremGorelki.doc

— 385.50 Кб (Скачать документ)

Министерство Российской Федерации

«МАТИ» - Российский Государственный Технологический Университет

им. К.Э. Циолковского.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

 

«Технологические процессы сварочного

производства»

 

 

Тема: «Система автоматического регулирования скорости перемещения горелки при дуговой сварки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа: 1Св-6-14В

Студент: Любарский В.М.

Руководитель: Колупаев Ю.Ф.

 

 

 

 

Москва 2005г.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В последние годы сварку все более используют в различных отраслях машиностроения, в строительстве, на транспорте, в энергетике, разрабатывают новые и совершенствуют известные методы сварки, расширяют перечень свариваемых материалов, номенклатуру изготовляемых с помощью сварки изделий. В условиях производства без широкого применения автоматики, теории и техники автоматического регулирования невозможно получить сварные соединения высокого качества.

Современное сварочное оборудование имеет высокую производительность.

Большие перспективы в развитии сварочного производства открывает автоматизация процесса сварки. В решении задачи автоматизации необходим комплексный подход к проблеме. Это означает, что подлинный прогресс сварочного производства возможен только в том случае, если при использовании автоматики будет решен весь комплекс задач по автоматизации основных, заготовительных, транспортных, сварочных и отделочных операций.

Автоматика увеличивает производительность труда, повышает эффективность технологических процессов, улучшает качество продукции, повышает точность, сокращает численность обслуживающего персонала. Труд рабочего в условиях механизированного и автоматизированного производства более производительный, в следствии чего уменьшается количество брака.

Автоматизация процесса сварки означает полный перевод сварочного оборудования на автоматический режим работы, внедрение в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека.

При механизированном процессе независимо от степени его механизации рабочий частично или полностью освобождается лишь от выполнения мускульных усилий, но полностью остается его участие в процессе из-за сохранения за ним функций контроля и управления.

Автоматизация - высшая форма механизации. Она характеризуется освобождением человека частично или полностью также и от оперативного управления механизмами, от постоянного его участия в процессе.

Автоматические регуляторы или системы поддерживают неизменными или определенным образом изменяют какие-либо физические величины в техническом устройстве или технологическом процессе.

В последние годы применяют промышленные роботы — автоматы, характеризующиеся разнообразием выполняемых операций, значительной мобильностью.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение

  1. Анализ условий автоматизации
  2. Анализ   возмущающих   воздействий при   сварке
  3. Характеристики   объектов   регулирования при  дуговой сварке
  4. Системы автоматического регулирования проплавления при дуговой сварке

Литература

 

 

1. АНАЛИЗ   УСЛОВИЙ    АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Комплексную автоматизацию сварки в общем случае можно рассматривать как совокупность решения двух задач: I — ориентированного движения рабочего органа (электродов, дуги, луча) по заданной пространственной траектории, обеспечения требуемого цикла сварки и закона управления технологическими параметрами (скоростью сварки, силой тока, напряжением на электродах, скоростью годами проволоки и т.д.) в функции различных технологических возмущений; II — механизации и автоматизации подготовительных сварочных и транспортных операций.

Задача I касается автоматизации собственно процесса сварки и составляет предмет рассмотрения данной книги. Особенности этой задачи: необходимость изучения свойств технологического объекта регулирования каждого способа сварки с целью построения расчетных моделей; определение критериальных физических и геометрических параметров объекта» наиболее полно характеризующих качество сварного соединения, разработка способов измерения критериальных параметров в процессе сварки; исследование на моделях сварочного контура совместно с источником питания; разработка замкнутых систем автоматического регулирования различных критериальных параметров объекта.

Сложность решения задачи I обусловлена необходимостью учета при построении расчетных моделей физических процессов, происходящих в сварочном контуре (электрических, электромагнитных, тепловых, механических, гидродинамических, радиационные). Из-за изменения параметров процесса во времени и физические констант от внешних условий, нелинейности характеристик процесса не всегда удаётся описать его простыми Дифференциальными уравнениями. Попытки применения для описании технологического процесса сварки известных теоретических положений математической физики, теоретической гидромеханики, электротехники, теории поля, теории теплопередачи приводят к получению нелинейных дифференциальных уравнений, содержащих частные производные и переменные во времени коэффициенты. Решение таких уравнений затруднительно даже с использованием цифровых вычислительных машин. Поэтому в инженерной практике для получения математических моделей процесса широко используют положения теории вероятности и математической статистики. На базе этих теорий разработаны методы идентификации объекта, сущность которых сводится к статистическому анализу записанных в ходе технологического процесса реализаций входных и выходных параметров объекта регулирования.

Иногда, при низком уровне возмущений, возможно упростить решение задачи I, рассматривая его в приращениях относительно номинальных параметров процесса. Уравнения, описывающие динамику процессов в объекте регулирования, в этом случае могут быть сведены к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами. Процедура анализа и синтеза требуемой структуры системы автоматического управления процессом упрощается.

Конечной целью решения задачи I является построение системы автоматического регулирования или управления параметрами процесса сварки. Эффективность работы этих систем зависит от уровня механизации и автоматизации подготовительных, сборочных и транспортных операций (задача II). Таким образом, решение задачи II полностью коррелировано с решением задачи I. Оно позволяет улучшить качество сборки стыка под сварку, повысить точность позиционирования детали под электродами, а следовательно, снизить уровень возмущений в сварочном контуре. Появляется возможность автоматический процесс сварки вписать в ритм работы технологической линии, автоматизировать операции поиска стыка, зажигания дуги, управления собственно процессом сварки и его окончанием.

Подводя итоги по вышесказанному становится понятна сама суть того, зачем нужна автоматизация, стоит ли её изучать и что, собственно, она нам дает. Благодаря автоматизации сварщик может выполнять высококачественные швы, ведь сам процесс сварки происходит автоматически (автоматическое регулирование, управление параметрами процесса сварки, точность сварки, регулирование сварочной дуги и т.д), единственное в чем заключается работа сварщика так это в начальной подготовке изделия к сварке и настройки аппаратуры. Благодаря автоматической сварки также повышается выпуск готовой продукции.

 

2. АНАЛИЗ   ВОЗМУЩАЮЩИХ   ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ   СВАРКЕ

 

Процесс сварки, как и любой другой процесс, протекает в тесной взаимосвязи с окружающей средой. Изменения в окружающей среде вызывают изменения в характере процесса сварки. В автоматике такой процесс называют возмущенным. Возмущения могут привести к отклонению свойств сварного соединения от требуемых, т.е. к появлению недопустимых дефектов в сварном шве.

Различные по физической природе возмущения приложены в разных точках сварочного контура источник – дуга - изделие, поэтому влияние одних возмущений на процесс сварки может быть ослаблено или относительно легко устранено путем их измерения и компенсации, устранение других - ввязано в определенными трудностями.

Например, влияние возмущений, воздействующих на цепь источник - сварочная дуга (колебания напряжения питающей сети, изменение длины дуги и т. д.), сравнительно просто устранить с помощью систем автоматической стабилизации параметров режима сварки: сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки, скорости подачи плавящегося электрода (присадочной проволоки) и т.д. Подобные системы в различных исполнениях внедрены в промышленности. Применение их стабилизирует энергетические параметры сварочной дуги и, следовательно, ее тепловую мощность.

Значительно сложнее компенсировать влияние возмущений, приложенных к цепи электрод-деталь; влияние их не ослабляется с помощью систем автоматической стабилизации параметров режима сварки.

С некоторыми допущениями эти возмущения условно можно разделить на две группы: конструктивные и технологические. Конструктивные возмущения обусловлены конструктивными особенностями сварного соединения. Они возникают при расположении отверстий или приливов в непосредственной близости стыка, изменении толщины свариваемого металла, разностенности детали и т.д. Влияние конструктивных возмущений выражается в изменении условий теплопередачи и перераспределении тепловой мощности сварочной дуги между деталью и окружающей средой.

Технологические возмущения возникают в основном при неточностях в сборке стыка, приводящих к изменению зазора между свариваемыми кромками, формы и размеров разделки кромок, смещению кромок, изменению степени прилегания формирующей подкладки по длине стыка. Кроме того, к этим возмущениям можно отнести эрозию электрода, изменение структурной и химической однородности свариваемого материала, изменение качества защитной среды, наличие технологических прихваток по длине стыка. Технологические возмущения в основном имеют случайный характер. Они чаще всего появляются из-за несовершенства сборочных приспособлений и технологической оснастки.

Конструктивные и технологические возмущения трудно контролировать в процессе сварки. Для измерения их требуются специальные датчики, работающие по различным физическим принципам.

При отработке с помощью САР конструктивных и технологических возмущений необходимо учитывать их симметрию относительно свариваемого стыка. Влияние симметричных возмущений (наличие в свариваемом изделии отверстий, симметрично расположенных относительно стыка) можно устранить с помощью САР с одним регулирующим воздействием. Таким воздействием может быть, например, сварочный ток, изменением которого обеспечивается стабилизация изотермы температурного поля в зоне стыка.

 

Рис. 2.1. Классификация возмущений в сварочном контуре

 

При воздействии несимметричных возмущений (смещение кромок стыка) изменяются размеры и форма изотерм температурного поля. В этом случае для стабилизации температурного поля требуется не менее двух воздействий на объект, например изменение сварочного тока и смещение электрода с линии стыка. Структура САР при этом несколько усложняется.

Методы теории автоматического регулирования позволяют исключить влияние конструктивных и технологических возмущений на выходные параметры объекта. При этом необязательно непосредственно измерять возмущение, а достаточно построить систему автоматического регулирования таким образом, чтобы точка приложения возмущения оказалась внутри замкнутого контура системы регулирования. Если возмущение легко измерить, то его действие легко ослабить построением системы регулирования с управлением по возмущению либо построением комбинированной системы регулирования, сочетающей в своей работе управление по отклонению выходной величины и управление по возмущению. При определенных условиях такая система реализуется полностью инвариантной по отношению к рассматриваемому возмущению.

При построении систем автоматического регулирования учитывают только доминирующие технологические возмущения, т.е. такие, влияние которых существенно сказывается на основных свойствах сварного соединения и к тому же не может быть ослаблено действием систем стабилизации энергии источника нагрева. Доминирующие возмущения и их общее число определяют обычно экспериментально для каждого конкретного случая сварки. Измеряют их с помощью контактных или бесконтактных датчиков с различными принципами действия (потенциометрических, емкостных, пневматических, телевизионных, электромагнитных, фотоэлектрических и др.). Классификация основных возмущений, действующих в сварочном контуре, приведена на рис. 2.1. В ней учтена точка приложения возмущений в сварочном контуре, физическая природа возмущения. Классификация упрощает выбор в каждом конкретном случае требуемой системы управления процессом сварки.

 

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ   ОБЪЕКТОВ   РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ  ДУГОВОЙ СВАРКЕ

 

Дуговая сварка. При дуговой сварке для нагрева и плавления металла используют тепловую энергию дуги.

 

Рис.    3.1.    Структура   сварочного контура:

 

ИП — источник  питания;     Д — дуга; СВ —

сварочная ванна; 

— возмущения, действующие на элементы контура.


 

Сварочный контур (рис. 3.1) при дуговой сварке включает источник питания, дугу, сварочную ванну. Все элементы контура с учетом функциональной связи между ними образуют двухконтурную электрогидродинамическую систему. Воздействие на систему по любому из указанных на схеме возмущений вызывает одновременное изменение параметров во всех элементах контура. Например, изменение в процессе сварки длины дуги вызывает изменение ее динамического сопротивления, силы тока, напряжения в источнике питания и, как следствие, энергетического и силового воздействия дуги на сварочную ванну. Изменяется геометрия сварочной ванны, в частности положение зеркала под дугой. В дуге изменяется скрытая составляющая, что отражается на длине и напряжении дуги. Временной характер изменения параметров в системе существенно зависит от статических и динамических свойств источника питания. При некотором сочетании параметров источника питания и дуги контур I может потерять устойчивость, а в контуре II могут появиться незатухающие автоколебания. Обеспечение условий стабильного горения дуги в электрогидродинамической системе является одним из основных условий протекания процесса сварки в требуемом режиме.

Под стабильным горением дуги понимается возможность ее длительного горения в прерывистом и непрерывном режимах в условиях действующих на нее возмущений.

Информация о работе Система автоматического регулирования скорости перемещения горелки при дуговой сварки