ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКЕ
SIMULATOR FOR ARC-WELDING TRAINING

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в качестве технического средства для обучения приемам и навыкам при ручной и полуавтоматической сварке.
Известен выбранный в качестве прототипа тренажер для обучения электродуговой сварке, содержащий модель свариваемого объекта с размещенным внутри нее источником света, имитатор свариваемого шва, расположенный на передней стенке модели, модель электрода с датчиком его перемещения, соединенным с регистратором, в котором регистратор состоит из счетчика ошибок и последовательно соединенных усилителя, блока управления, генератора звуковой частоты и источника звукового сигнала, при этом имитатор свариваемого шва выполнен в виде световой дорожки, а датчик перемещения - в виде фотодиода, причем вход счетчика ошибок подключен к выходу усилителя [1].
Существенными техническим недостатками данного тренажера являются:
не обеспечивается выработка правильных психомоторных навыков у обучаемого по поддержанию нормативных параметров: длины дугового промежутка, угла наклона сварочного электрода, отклонение от центра разделки кромок свариваемых деталей, скорости сварки;
не осуществляется выработка навыков сварки в различных пространственных положениях;
недостаточная эффективность обучения в связи с отсутствием необходимого контроля за нормативными параметрами сварки.
Известен также тренажер для обучения навыкам ведения сварки, содержащий источник питания, соединенный выходом с первым I входом имитатора сварочного электрода, имитатор шлема сварщика и блок регистрации пространственного положения сварочного электрода, включающий усилители и узлы индикации пространственного положения электрода, в котором блок регистрации пространственного положения сварочного электрода имеет генераторы сигналов, сумматор, дифференциальный усилитель, детектор напряжения, элементы ИЛИ, компараторы и электронные ключи, при этом выход первого генератора сигналов соединен с входами первого и второго усилителей, подключенных первыми выходами соответственно к первому и третьему входам имитатора сварочного электрода, который выходом через первый компаратор связан с входом первого узла индикации пространственного положения электрода и первым входом первого электронного ключа, связанного вторым входом с выходом второго генератора сигналов, вторые выходы первого и второго усилителей связаны с соответствующими входами сумматора и дифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом третьего усилителя, который выходом подключен через последовательно включенные детектор напряжения и второй компаратор к входу второго узла индикации пространственного положения электрода и первому входу второго электронного ключа, связанного вторым входом с выходом третьего генератора сигналов, выход сумматора соединен с вторым входом третьего усилителя и через третий и четвертый компараторы - с входами первого элемента ИЛИ, который выходом подключен к входу третьего узла индикации пространственного положения электрода и первому входу третьего электронного ключа, который вторым входом соединен с выходом четвертого генератора сигналов, причем выходы всех электронных ключей через второй элемент ИЛИ связаны с входом четвертого усилителя, соединенного выходом с входом имитатора шлема сварщика [2].
Существенными техническим недостатками данного тренажера являются: сложность и высокая стоимость при изготовлении тренажера, сложность регулировки при отработке сварки в различных пространственных положениях
Известен так же тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени, в котором имеется блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени - дополнительную нить накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, который вторым выходом соединен с управляющим входом блока управления, при этом первые входы блока моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока управления, один из входов которого подключен дополнительно ко второму входу блока моделирования теплового баланса, кроме того, блок моделирования теплового баланса может иметь пороговый элемент, ключ, интегратор, сумматор, умножитель и преобразователи, при этом выход первого преобразователя непосредственно и через второй преобразователь подключен к входам умножителя, выход которого связан с одним из выходов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления [3].
Существенными техническим недостатками данного тренажера являются: высокая стоимость изготовления тренажера,
недостаточная эффективность обучения в связи с отсутствием необходимого контроля за нормативными параметрами сварки.
Известен также тренажер сварщика, содержащий имитатор электрода с держателем, соединенный с блоком управления, подключенным к клеммам шлема сварщика, блоку моделирования теплового баланса процесса сварки и блоку имитации объекта тренажа, который имеет блок регистрации пространственного положения электрода, а имитатор электрода выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого расположены изолированные один относительно другого датчики угла и длины дугового промежутка с инфракрасными излучающими и приемными элементами, при этом излучающие и приемные элементы датчиков, оси которых параллельны центральной оси имитатора электрода, разделены на группы, одна из которых расположена вдоль центральной оси имитатора электрода, а другие размещены вдоль образующей цилиндра имитатора электрода, причем выходы имитатора электрода с держателем электрически соединены с первыми входами блока регистрации пространственного положения электрода, вторые входы которого подключены к сигнальным выходам блока управления, соединенного информационными входами с первыми выходами блока регистрации пространственного положения электрода, подключенного одним из первых выходов дополнительно к информационному входу блока моделирования теплового баланса процесса сварки и связанного вторыми выходами с входами имитатора электрода с держателем [4].
Существенным техническим недостатком данного тренажера является высокая стоимость тренажера из-за сложности заложенной схемы и оборудования, входящего в состав тренажера для определения пространственного положения при проведении обучения сварки.
Известен так же имитатор ручного инструмента для тренажера сварщика, содержащий имитатор электрода, держатель имитатора электрода, датчик углового положения, датчик длины дугового промежутка, моторный привод имитации оплавления электрода, который содержит вакуумное прижимное устройство, датчик имитации привара электрода, электроуправляемый клапан и настраиваемый пороговый элемент, причем вакуумное прижимное устройство выполнено в виде гибкого шланга, один конец которого через держатель имитатора электрода связан с входом электроуправляемого клапана, один из выходов которого подключен к каналу управляемой откачки воздуха, второй конец гибкого шланга закреплен на рабочем конце имитатора электрода и имеет форму полого усеченного конуса, выход датчика длины дугового промежутка через настраиваемый пороговый элемент связан с управляющим входом электроуправляемого клапана, а датчик имитации привара электрода связан с гибким шлангом вакуумного прижимного устройства; причем имитатор может содержать датчик имитации привара электрода, включающий корпус, полость которого соединена с полостью гибкого шланга вакуумного прижимного устройства и закрыта двумя металлическими мембранами, закрепленными параллельно в корпусе на некотором расстоянии одна от другой, причем внутренняя мембрана выполнена перфорированной, а внешняя - цельной [5].
Существенными техническим недостатками данного имитатора ручного инструмента для тренажера сварщика являются:
высокая стоимость и сложность из-за применения вакуумного прижимного устройства,
недостаточная эффективность обучения в связи с отсутствием необходимого контроля за нормативными параметрами сварки со стороны обучаемого.
Техническим результатом изобретения является: обеспечение выработки правильных психомоторных навыков у обучаемого по поддержанию нормативных параметров (длины дугового промежутка, угла наклона сварочного электрода, отклонение от центра разделки кромок свариваемых деталей, скорости сварки) в различных пространственных положениях; повышение эффективности обучения путем контроля нормативных параметров сварки; уменьшение стоимости тренажера при изготовлении, снижение затрат на обучение.
Указанный технический результат достигается тем, что известный тренажер для обучения электродуговой сварке, содержащий модель свариваемого объекта с размещенным внутри нее источником света, имитатор свариваемого шва, расположенный на передней стенке модели, модель электрода с датчиком его перемещения, соединенным с регистратором, состоящим из счетчика ошибок и последовательно соединенных усилителя, блока управления, генератора звуковой частоты и источника звукового сигнала, согласно изобретению дополнительно имеет таймер, производящий отключение источника света при заданном времени, и набор макетов траекторий движения электрода для различных свариваемых швов на сменных светонепроницаемых листах со светопроницаемой траекторией, при этом имитатор свариваемого шва выполнен в виде экрана из оргстекла с возможностью установки в различных пространственных положениях, освещенность экрана обеспечивается с помощью удаления или приближения от задней стенки экрана и изменением сопротивления нити накала источника света, причем модель электрода выполнена в соответствии с конструкцией электрододержателя и электрода для дуговой сварки покрытыми электродами, торец электрода выполнен из светопроницаемого материала, торец электрода и светодиод установлены с возможность регулирования расстояния между ними, при этом звуковой сигнал от источника звукового сигнала подается при отклонении от заданного угла наклона электрода, превышающем 10°, отклонении траектории движения электрода от установленной на экране макета траектории движения электрода на время, превышающее 0,5 с, и при времени прохождения установленной на экране макета траектории движения электрода более заданного, причем звуковой сигнал подается на наушники обучаемого, а сила звука регулируется реостатом в зависимости от требований обучаемого.
Схема заявляемого тренажера для обучения электродуговой сварке приведена на фиг 1.
Тренажер состоит из:
1 - экран,
2 - крепление,
3 - лампа,
4 - макет траекторий движения электрода,
5 - модель электрода,
6 - усилитель,
7 - генератор звуковой частоты,
8 - источник звукового сигнала (наушники),
9 - таймер,
10 - счетчик.
Тренажер работает следующим образом.
Экран (1), изготовленный из оргстекла, с помощью крепления (2) может быть закреплен в различных пространственных положениях - горизонтальном, вертикальном, потолочном. За экраном располагают лампу (3). Освещенность экрана обеспечивают с помощью удаления или приближения от задней стенки экрана и изменением сопротивления нити накала лампы с помощью сопротивления. На экран (1) накладывают макет траекторий движения электрода (4). Для обучения имеют различные макеты траекторий движения электрода для различных свариваемых швов на сменных светонепроницаемых листах со светопроницаемой траекторией. Модель электрода (5) выполняют в соответствии с конструкцией электрододержателя и электрода для дуговой сварки покрытыми электродами, торец электрода выполняют из светопроницаемого материала и внутри размещают светодиод, причем расстояние между торцом электрода и светодиодом регулируют в зависимости от требований к углу наклона электрода. В электрическую сеть включают лампу и последовательно соединенные усилитель (6), генератор звуковой частоты (7) и источник звукового сигнала (наушники) (8).
Для тренировки скорости сварки используют таймер (9), производящий отключение источника света при заданном времени. При нахождении торца электрода модели электрода (5) над светопроницаемой траекторией макета траектории движения электрода (4) свет от лампы (3) попадает в фотодиод, расположенный в торце модели электрода (5), при этом звуковой сигнал через источник звукового сигнала (наушники) (8) не подается, что означает правильную имитацию траектории движения руки при различной технике сварки. Звуковой сигнал подается при отклонении от заданного угла наклона электрода на более чем 10°, (обеспечивается расстоянием между торцом электрода и светодиодом), при отклонении траектории движения электрода от установленной на экране макета траектории движения электрода на время более 0,5 с, а также при времени прохождения установленной на экране макета траектории движения электрода более заданного; причем звуковой сигнал подается на наушники обучаемого, а сила звука регулируется реостатом источника звукового сигнала (наушники) (8) в зависимости от требований обучаемого. После отработки предварительных навыков у обучаемого начинают фиксацию количества отклонений траектории движения электрода от заданной траектории с помощью счетчика (10). Последующее усложнение - обучаемому предлагают воспроизвести траекторию движения электрода «вслепую».
Использование заявляемого тренажера для обучения электродуговой сварке позволило:
1. обеспечить выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого по поддержанию нормативных параметров (длины дугового промежутка, угла наклона сварочного электрода, отклонения от центра разделки кромок свариваемых деталей, скорости сварки) в различных пространственных положениях в среднем за 6-10 часов. (При использовании тренажера-прототипа для обеспечения тренировки только в горизонтальном положении 10-14 часов тренировка в вертикальном и потолочном положениях осуществляться не может);
2. повысить на 30-40% эффективность обучения в связи с одновременным контролем нескольких нормативных параметров сварки за счет подачи звукового сигнала при отклонении от заданного угла наклона электрода, при отклонении траектории движения электрода от установленной и времени прохождения установленной на экране макета траектории движения электрода более заданного;
3. снизить стоимость тренажера при изготовлении;
4. уменьшить затраты на полное обучение сварщиков за счет снижения затрат на сварочные электроды на 28-34%.
Источники информации
1. А.с. СССР №871176, G09B 19/24.
2. А.с. СССР №1295434, G09B 19/24.
3. А.с. СССР №980124, G09B 19/24.
4. А.с. СССР №1038963, G09B 19/24.
5. А.с. СССР №1399804, G09B 19/24.