автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка пневматических следящих систем управления положением инструмента при сварке тонкостенных изделий

Р Г Б ОЛ

2 О МАЙ

На правах рукописи

Шостеикго Сергей Валентинович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА ПРИ СВАРКЕ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.13,07 - автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 1997

Работа выполнена на кафедре "Автоматизация производственных процессов" Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Диперштейн И.Б.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Сутин А.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Чаплыгин Э.И.,

кандидат технических наук, доцент Ярмак В. А.

Ведущее предприятие - АООТ "Волгоградский завод буровой

техники"

Защита диссертации состоится 10 июня 1997 г. в часов в аудитории 209 на заседании диссертационного совета К.063.76.04 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400066, г. Волгоград, пр. Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан ' 5 ИЗЯ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент ^■'/) ' / Ю.М.Быков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 сильфшов (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.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- классификация следящих систем управления положением инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий в среде защитных газов;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров струйных первичных преобразователей положения стыка;

- математическая модель, отражающая влияние конструктивных и технологических факторов на динамические и точностные свойства пневматической следящей системы управления положением сварочного инструмента, и результаты ее экспериментальной проверки;

- новые конструкции одно- и двухкоординатных пневматических следящих систем позиционирования инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий и рекомендации по проектированию таких систем, , . ■ ■ ..

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ; • -,

Во введении отмечается актуальность исследований, проводимых в направлении разработки пневматических следящих систем управления положением сварочного инструмента с заданными статическими и

динамическими характеристиками и необходимость разработки методов их расчета, сформулирована цель работы, дано краткое содержание всех ее разделов.

В первой главе рассмотрены особенности дуговой сварки тонкостенных изделий, дана классификация и проведен анализ известных следящих систем управления положением инструмента, используемых при сварке указанных изделий, обоснована цель, сформулированы задачи исследования.

Тонкостенные изделия, получаемые дуговой сваркой в среде защитных газов, являются широко распространенными в технике. На основе анализа особенностей сварки таких изделий было показано, что определяющим показателем качества получаемого шва (особенно при сварке по криволинейной пространственной траектории) можно считать точность направления электрода по линии соединения. Отмечается, что при дуговых способах сварки для управления положением инструмента широко используются различные следящие системы ориентации. Исследованию и разработке таких систем посвящено большое количество работ. Среди них следует отметить труды Н.С. Львова, Э.А. Гладкова, В.Ф. Грефилова, И.И. Красилыцикова, И.Л. Бринберга, В.В. Смирнова, А.И. Чвертко, P.M. Широковского, Ш.А. Вайнера, Л.К. Дедкова, Я.Б.Ландо. В известных работах авторами в основном изучены системы слежения, приемлемые при дуговой сварке изделий с достаточными габаритами (с толщиной кромки под сварку не менее 2 мм), тогда как системы ориентации инструмента при сварке тонкостенных изделий исследованы недостаточно.

На основании анализа существующих следящих устройств ориентации сварочного инструмента было установлено, что наиболее приемлемыми для использования при дуговой сварке тонкостенных изделий являются пневматические следяидае системы. Однако имеющиеся аналитические зависимости для оценки эффективности применения следящих пневмосистем позиционирования сварочного инструмента не отражают особенностей дуговой сварки тонкостенных изделий.

Установлено, что основной проблемой синтеза пневматических следящих систем ориентации инструмента при сварке указанных изделий является недостаточно глубокая проработка вопросов, связанных с выбором пневматических первичных преобразователей, пригодных для определения фактического положения отслеживаемого стыка в реальных . условиях..; сварочного производства. Показано, что выполнение пневматических систем позиционирования инструмента с малогабаритными щелевыми первичными преобразователями является перспективным. При этом отмечается. что вопросы выбора

оптимальных конструктивных параметров таких пневматических преобразователей при больших смещениях заслонки (контролируемой кромки изделия) в осевом и поперечном относительно измерительных сопел устройства направлении изучены недостаточно.

На основании анализа литературных источников, касающихся исследований устройств автоматизации дуговой сварки, было установлено. что вопросы динамики пневматических следящих систем для сварки тонкостенных изделий остаются в настоящее время практически не затронутыми, недостаточное количество экспериментальных данных, а также отсутствие рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров указанных систем сдерживают их широкое использование в промышленности.

В соответствии с результатами анализа и целью работы сформулированы следующие задачи исследования:

- разработка и исследование пневматических первичных преобразователей контроля положения стыка тонкостенных изделий относительно электрода при дуговой, сварке;

- построение и исследование математической модели следящей пневмосистемы управления положением инструмента при сварке тонкостенных изделий:

- теоретическое и экспериментальное исследование влияния конструктивных и технологических параметров на быстродействие и точность пневматической следящей системы ориентации сварочного инструмента:

- разработка рекомендаций по выбору конструктивных схем и основных параметров одно- и двухкоординатных пневматических следящих систем, обеспечивающих требуемые быстродействие и точность измерения положения инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий в среде защитных газов. -

Вторая глава посвящена моделированию пневматической следящей системы ориентации инструмента для сварки тонкостенных изделий. Рассмотрены также вопросы выбора параметров струйных измерительных преобразователей следящей системы.

Учитывая отмеченные выше особенности дуговой сварки тонкостенных изделий, в пневмосистемах ориентации сварочного инструмента в качестве устройств контроля положения стыка предложено использовать первичные пневматические преобразователи типа сопло-заслонка с прямоугольными в сечении щелевыми измерительными соплами. Поскольку при сварке тонкостенных изделий имеет место высокое качество предварительной подготовки кромок и низкая (обычно до нескольких десятых миллиметра в секунду) скорость

поперечного смещения линии соединения изделий ох расчетного положения, выбор параметров первичных преобразователей щелевого типа осуществлялся по их статическим характеристикам. При выполнении аналитического расчета таких характеристик принималось, что термодинамический процесс изменения состояния газа в междроссельной камере преобразователя изотермический, характер течения через дроссели турбулентный, а режим истечения докритический.

Для расчета статических характеристик Р = /(&} однощелевых „первичных пневмопреобразователей положения стыка получена формула

П = -

а!1(11!

/

Ро(Ро - Р)

(1)

где , «г

Ро. Р.

7г

й1 Ра

а. ь

80г (а + Ъ) ' Р(Р - Ра) коэффициенты расхода воздуха через входной и выходной дроссели соответственно; измерительный зазор; диаметр входного дросселя;

абсолютные значения давлений питания, на выходе преобразователя и атмосферы соответственно; размеры щелевого измерительного сопла в сечении.

Исследована работа однощелевых первичных преобразователей положения стыка при неполном перекрытии измерительного сопла заслонкой (кромкой контролируемого изделия). Расчетная схема представлена на рис. 1.

Ь.

й, |Р Ы

[>- 4— I--

Рис. 1

С учетом принятых допущений и считая плотность газа постоянной величина давления Р в мездроссельной камере преобразователя в зависимости от поперечного зазоре к определена как

РО

Р =

смещения X заслонки при постоянном Ро

1 +

16

(2)

где Ро. Р

Н X

„ „ (ш(Ь - Х)+ а]+ ах)

«2 7 Xе V I I

манометрические давления питания и на выходе преобразователя соответственно; осевой зазор преобразователя; контролируемое поперечное смещение заслонки,

Используя зависимости (1) и (2) исследовано влияние конструктивных параметров а. Ъ, к, и давления питания Ро на статические свойства однощелевых преобразователей.

Проведенный анализ статических характеристик Р = /(Л). Р = /(X) позволил установить, что однощелевые первичные пневматические преобразователи могут быть применены к качестве датчиков положения стыка в однокоординатных пневматических системах управления положением инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий. Учитывая, что при изготовлении указанных изделий предъявляются высокие технологические требования к точности пространственной ориентации инструмента, щелевые первичные преобразователи положения стыка предложено выполнять дифференциальными. Разработана конструкция такого преобразователя, позволяющего вести контроль положения стыка тонкостенных изделий одновременно по двум направлениям (вертикальном и горизонтальном) при дуговой сварке. Предложен способ коррекции статических характеристик дифференциального преобразователя, обеспечивающий не только идентичность передаточных отношений его ветвей, но и увеличение пределов измерения устройства.

Определены также способы размещения щелевых первичных преобразователей положения на сварочном оборудовании.

С целью аналитического исследования процесса функционирования пневматической следящей системы ориентации сварочного инструмента на переходных режимах и определения параметров» наиболее влияющих на ее динамические и точностные свойства предложена математическая модель такого устройства на примере однокоординат-ного варианта его построения. Данная конструкция, разработанная автором, выполнена на основе следящего пневмопривода с проточными камерами переменного давления.

Расчетная схема пневмосистемы представлена на рис. 2, а. Исполнительный механизм системы выполнен в виде мембранного привода с камерами 1, 2. шток 3 которого перемещает сварочный инструмент 4. Последний жестко связан с щелевыми измерительными соплами 5, 6, которые вместе с дросселями 7, 8 образуют дифференциальный первичный преобразователь положения линии стыка 9 тонкостенных изделий. Питание пневмосистемы осуществляется от стабилизатора давления 10. При построении математической модели динамики пневмосистемы были приняты следующие основные допущения:

- неустановившиеся процессы истечения газа через дроссели и процессы изменения состояния газа в камерах являются квазистатическими;

К1

К 2

Т^рЗ + 2Т£р +■ 1

Кй

-в —.'■эю

Кос

Рис. '2. Однокоордииатная сре^яшэя д1цедмосиг-гем;1 ориентации сварочного инструмента а - расчетная схема^'.'' ' 1 б - структурная схема

р

- течение газа является адиабатическим, т.е. не происходит теплообмена или передачи механической энергии между потоком газа и внешней средой;

- изменение параметров состояния газа в камерах в переходном режиме происходит по изотермическому закону.

Пренебрегая массой жестких центров со штоком, силой трения в мембранах и считая нагрузкой пневмосисгемы только массу сварочного инструмента уравнение движения итока в малых отклонениях представлялось как

ДРЭ - СсвШ - 44) = 0 . ' (3)

где ЛЯ - перепад давления в камерах исполнительного механизма;

5 - эффективная площадь мембраны;

Сс в - жесткость связи штока с нагрузкой М (инструментом).

Уравнение нагрузки на шток имело вид <з2хи ах '

м -ПГ * у "Л + * с") = с<*х ■ (4)

ас' М -

где М - масса подвижных частей;

V - коэффициент вязкого трения;

сн - жесткость системы по отношению к позиционной нагрузке.

Приняв допущение, что Сп —» 0 при нулевых начальных условиях выражение (4) в малых отклонениях можно переписать в виде: а* АХ, йДХ„

И - * * ^Г" = ссвЛ* • «>

ас* ас

Решением системы (3), (4) относительно Д^ получено уравнение движения штока пневмосистемы в относительных координатах

—Г? , и = м (6)

V

где /V = -— - приведенный коэффициент вязкого трения;

Ы

БР

I = - механический параметр следящей системы.

МХС

Рс ~ давление в камерах исполнительного механизма в статике;

Хс - начальное смещение штока в статике.......

Для расчета коэффициента -V использовался метод гармонической ганеаризации, описанный в работах Н.М, Крылова. Н.Н. Боголюбова и :.П. Попова.

Камеры исполнительного механизма моделировались как проточ-[ые полости с турбулентными дросселями на входе и выходе. Уравне-

ние изменения давлений в камерах исполнительного механизма в относительных координатах:

1ч 1Г * Лр " г* + 2М?1 ' (7)

где Гу - постоянная времени проточной камеры; АР - перепад давления в камерах; Тх - постоянная времени, определяемая механическими

параметрами мембранного привода; ДХ - относительное изменение положения штока привода; 1С, - передаточное отношение ветви первичного преобразователя пневмосистемы;

Д?1 = Д]ц = Щ, - относительное изменение рабочего зазора в пневмопреобразователе. Учитывая, что в следящих пневмосистемах управления положением сварочного инструмента связь подвижного элемента исполнительного механизма с объектом управления как правило выполняют жесткой, принималось допущение, что Сов —♦ ю. В этом случае

и в формуле (7) вместо ДХ можно подставить ДХт

Решение системы уравнений (6) и (7) позволило получить передаточную функцию пневмосистемы по перемещению

„ , > АУР> Ко_

К0(Р =--= -—:-------- , (8)

ДН(р) Т2р3 + 2Т£р + р < К»

; Кх » : г3 = а - тхь : т = /-

где Ко - -^5- ; Ъ = гк^Ь : Г3 = 1/ - ТХЬ ; Г = / ;

■'З

Г1 - Ту ; ^ = -Д— ; Г2 = МТ1 + 1 1 V Г3"2Г ^ 1

Соответствующая структурная схема пневмосистемы представлена на рис. 2. б. Здесь К0= К^ Кг. Кос = 1.

Исследование динамических свойств пневматической следящей системы проведено моделированием на ЭВМ с применением пакета прикладных программ СИАМ (версия 4.3э). Анализ результатов моделирования позволил получить уравнение для расчета границ параметров устойчивой работы следящей пневмосистемы, аналитически оценить быстродействие такого устройства и подготовить рекомендации для обоснованного выбора его конструктивных параметров (давления питания Ро, измерительного зазора и. массы подвижных частей М, объема камер исполнительного механизма Ус, требуемого коэффициента вязкого трения V). Установлено, что полоса пропускания пневмо-

системы ориентации сварочного инструмента ограничена значениями 2.5-3 Гц. что соответствует требованиям, предъявляемым к автоматическому оборудованию для сварки тонкостенных изделий. Проведена также аналитическая оценка точности позиционирования следящей пневмосистемы.

В третьей главе приводятся методики и результаты экспериментальной проверки достоверности теоретических выводов.

Для повышения эффективности опытных исследований для каждой группы экспериментов разрабатывалась методика их проведения с учетом основных положений теории планирования эксперимента. За основу был принят метод однофакторного эксперимента. Исследование статических характеристик струйных первичных преобразователей положения стыка проводилось на специально разработанной лабораторной установке,. В экспериментах использовались физические модели однощелевых и двухщелевых (дифференциальных) первичных преобразователей с различным передаточным отношением, изменение которого достигалось за счет варьирования."диаметром входных дросселей, а также давлением питанйя. Результаты исследования статических характеристик Р = Р = f(X) однощелевых первич-

ных преобразователей положения подтвердили правомочность аналитических зависимостей (1) и (2). Расхождение теоретических и экспериментальных.данных на прямолинейном участке, статических характеристик :для всего диапазона изменения геометрических и аэродинамических параметров однощелевых преобразователей не превышало 10%. Показано, что такие преобразователи допускают работу при размерах заслонки (кромки контролируемого объекта), незначительно превосходящих ширину щелевого сопла и могут быть использованы в однокоординатных устройствах контроля положения сварочного инструмента, . например для измерения вылета яеплавящегося электрода при дуговой сварке тонкостенных изделий.

На рис. 3 представлены опытные статические зависимости цвухщелевого первичного преобразователя при поперечном смещении громки относительно оси измерительных сопел в режиме работы с фиксированным, осевым зазором 7i. Они свидетельствуют о 1равомочности предложенного способа увеличения пределов измерения 1реобразователя. Так, для указанных параметров устройства ззаимная компенсация нелинейностей противоположной кривизны характеристик Pt - f{X) позволяет получить результирующую зависимость ДР = f{X) с коэффициентом передачи до 600 Па/мкм при зтносмтЕЛЬшм отклонении от линейности в диапазоне перемещений И80 мкм не более 2%, тогда как протяженность линейных учаётков

кривых Р1= /(X) не превышает 35-40 мкм. Определено, что рассматриваемый пневмодатчик не может быть непосредственно подключен к устройству управления следящей системы, выполненному на стандартных струйных элементах, так как управляющие каналы таких элемен-

Рис. 3. Зависимость выходных давлений Р1 и перепада давлений АР щелевого дифференциального первичного преобразователя от поперечного смещения кромки X при различных значениях осевого зазора fc: 1 - 20 мкм; 2-30 мкм; 3-40 мкм.

Параметры первичного преобразователя: Ро = 0,1 НПа; dj = 0.2 мм; q = 0,32 мм; размер сечения измерительных сопел 0,2x0,7 мм; z = 0,35 мм

тов имеют площадь соразмерную с щелевыми соплами или превосходят их. Разработана и экспериментально испытана схема сопряжения дифференциального пневмодатчика положения щелевого типа с устройством управления на струйных элементах типа "Волга". Проведенные испытания показали, что схема обеспечивает устойчивую работу в диапазоне давлений 0,024), 14 НПа. Установлено, что работоспособность дифференциальных щелевых первичных преобразователей при значительных поперечных и осевых смещениях кромки дела-

ет возможным применение таких устройств для целей непрерывного слежения (одновременно по двум координатам) за линией соединения при дуговой сварке тонкостенных изделий встык с зазором, разделкой или отбортовкой кромок и по фланцу.

Исследования динамических характеристик пневматической системы ориентации сварочного инструмента, построенной по однокоординатноиу варианту, проводилось в лабораторных условиях на специально изготовленной установке. Измерения перемещений на входе и выходе пневмосистемы выполнялись с помощью фотодатчиков и фиксировались осциллографом. Сравнительный анализ динамических характеристик, полученных расчетным путем и экспериментально, подтвердил достоверность предложенной математической модели пневмосистемы. При качественной идентичности количественное расхождение теоретических и экспериментальных данных на основных участках диапазонов изменения начальных условий не превышало: для частотных характеристик - 25%; по времени переходного процесса - 15%.

Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов исследования, полученных в предыдущих разделах.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований выработаны основные рекомендации по выбору конструктивных схем и основных параметров пневматических следящих систем, обеспечивающих требуемые быстродействие и точность измерения положения инструмента при дуговой сварке тонкостенных изделий в среде защитных газов. При этом:

- обоснован выбор принципа измерения и конструкции первичного пневматического преобразователя положения рабочего органа следящих пневмосистем применительно к различным типам сварных соединений;

- рассмотрены вопросы выбора исполнительных пневмоприводов и аппаратуры управления пневмосистем;

- сформулированы основные технические требования к сварочному оборудованию, оснащаемому следящими пневмосистемами ориентации инструмента.

Разработана бесконтактная следящая пневмосистема, обеспечивающая связное регулирование положения горелки с неплавящимся электродом по двум координатам при дуговой сварке пластинчатых сильфонов (патент РФ N 2066844). Для контроля положения стыка кромок мембран сильфона при сварке в устройстве применен струйный дифференциальный первичный преобразователь с прямоугольными в сечении щелевыми измерительными соплами. Предложена система управления устройством, сохраняющая работоспособность последнего

даже в том случае, когда лишь одно из сопел пневмодатчика расположено над кромкой изделия.

Рассматривается перспектива применения пневматических следящих систем с щелевыми первичными преобразователями в устройствах активного контроля размеров тонкостенных объектов. Приводится краткая характеристика действующих моделей таких устройств, разработанных автором.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Установлено, что применение пневматических следящих систем управления положением инструмента является одним из приоритетных направлений в решении проблемы автоматизации дуговой сварки тонкостенных изделий. Эффективность использования таких систем обеспечивается высокой помехозащищенностью и возможностью бесконтактного контроля положения сварочного инструмента в условиях ограниченного пространства рабочей зоны.

2. Предложена однокоординатная пневматическая система ориентации сварочного инструмента на основе следящего пневмопривода с проточными камерами переменного давления, обладающая повышенным быстродействием по сравнению с устройствами, содержащими пневмопривод с камерой противодавления.

3. Получены аналитические и графические зависимости, позволяющие определить рабочие параметры пневматических щелевых первичных преобразователей как датчиков положения одно- и двухко-ординатных следящих пневмосистем ориентации инструмента при сварке тонкостенных изделий. Предложены способы увеличения измерительного зазора и коррекции статических характеристик щелевых первичных преобразователей дифференциального типа.

4. Предложена математическая модель однокоординатной следящей пневмосистемы управления положением инструмента при сварке тонкостенных изделий. На ее основе показано существенное влияние конструктивных параметров первичного преобразователя (Ро, 7гс), исполнительного механизма (у, 1'с), а также величины подвижных масс М на динамические и точностные свойства пневмосистемы.

5. Разработаны методики, спроектирована и изготовлена аппаратура для проведения экспериментальных исследований статических характеристик пневматических щелевых первичных преобразователей, а также динамики однокоординатной следящей пневмосистемы управления положением сварочного инструмента.

6. Экспериментальные исследования статических характеристик однощелевых первичных преобразователей подтвердили правомочность

предложенных для их определения аналитических зависимостей. Расхождение теоретических и экспериментальных данных на прямолинейном участке статических характеристик для всего диапазона изменения геометрических и аэродинамических параметров преобразователей не превышало 10 %.

7. Решена задача сопряжения дифференциального щелевого первичного преобразователя (с малым проходным сечением измерительных сопел) с устройством управления следящей системы ориентации сварочного инструмента, выполненным на струйных элементах.

8. Экспериментально подтверждена достоверность разработанной математической модели динамики пневмосистемы ориентации электрода для сварки тонкостенных изделий. При практически полной [сачественной сходимости количественное расхождение теоретических » экспериментальных данных на основных участках диапазонов изменения начальных условий не превышало: для частотных карактеристик -- 25 %; по времени переходного процесса - 15 %.

9. На базе проведенных исследований выработаны основные рекомендации по выбору конструктивных схем и основных параметров тевматических следящих систем управления положением инструмента 1ри дуговой сварке тонкостенных изделий. Разработана и исследова-m двухкоординатная пневматическая система ориентации электрода цля сварки пластинчатых сильфонов. Конструкция системы защищена 1атентом РФ N 2066844. Показана перспективность применения пневматических следящих систем с первичными преобразователями щелевого типа в устройствах активного контроля размеров тонкостенных )бъектов.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Шостенко C.B. Исследование пневматического привода для штоматизации процессов контроля и управления сварочным зборудованием / Тезисы докладов I межвузовской научно-практичес-сой конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области. >-9 декабря 1994 г.. г. Волгоград. - Волгоград: Перемена, 1994. -

154 - 155.

2. Диперштейн М.Б., Шостенко C.B. Щелевые датчики позиционирования для следящих пневматических систем // Тезисы докладов }сероссийского совещания по пневмоавтоматике. 8-9 октября 1996 г, \ Москва. - М.: ИПУ РАН, 1996. - с. 41.

3. Диперштейн М.Б.. Харькин 0.С., Шостенко C.B. Пневматичес-сая следящая система управления положением сварочной горелки // Гезисы докладов научно-технической конференции "Гидромеханика в

инженерной практике", 21-24 мая 1996 г., г. Киев. - Киев: НТУУ, 1996. - с. 28-29.

4. Пневматическая следящая система позиционирования следящего инструмента / Диперштейн М.Б. Харькин О.С., Шостенко C.B./ В сб. трудов АНН Украины. - Днепропетровск. 1996.

5. Диперштейн М.Б.. Сутин А.И., Шостенко С.В. Исследование следящего пневмопривода для автоматизации процессов сварки // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1995. - с. 177 - 182.

6. Диперштейн М.Б., Харькин О.С., Шостенко C.B. Пневматическая следящая система активного контроля размеров при шлифовании / Тезисы докладов Всероссийского совещания по пневмоавтоматике, 8-9 октября 1996 г., г. Москва. - М.: И1У РАН. 1996. - с. 28.

7. Исследование пневматических щелевых первичных преобразователей для слежения за кромкой изделия / Диперштейн М.Б., Сутин А.И., Шостенко С.В. : Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград. 1995. - 10 с. - Деп. В ВИНИТИ 07.04.95, N 950-В95.

8. Исследование динамических свойств пневматической системы слежения за тонкостенной кромкой изделия / Диперштейн М.Б.. Сутин À.И., Шостенко С.В. ; Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград, 1995. - И с. - Деп. в ВИНИТИ 03.11.95, H 2937-В95.

9. Первичный преобразователь для измерения динамических характеристик / Шостенко C.B., Кондратов Е.В.; Волгогр. гос. техн. ун-т. - Волгоград, 1995. - 5 с. - Деп. в ВИНИТИ 25.10.95, N 2843-В95.

10. Патент РФ N 2066844, МКИ G01 В13/02 Бесконтактная следящая система /Сутин А.И.. Шостенко C.B.- Опубл. 20.09.96, Бюл. N26

Шостенко Сергей Валентинович