УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧИ ПРОВОЛОКИ В ЗОНУ СВАРКИ

Полезная модель относится к технологическому сварочному оборудованию, в частности, к устройствам импульсной подачи сварочной проволоки в зону сварки.
Известно устройство для автоматической подачи присадочной проволоки (ЕР 10880818, опубл. 07.03.2001), которое обеспечивает непрерывную протяжку сварочной проволоки, при этом она совершает маятниковое (возвратно-поступательное) движение. Устройство содержит корпус, в котором установлен механизм протяжки и приводной двигатель механизма протяжки. Корпус закреплен неподвижно на направляющих салазках, которые соединены с отдельным приводным электродвигателем посредством эксцентрика и приводного штока. Указанный приводной мотор придает направляющим салазкам линейное возвратно-поступательное движение.
Недостатком данной конструкции является то, что она усложнена наличием таких элементов как салазки, эксцентрик и приводной шток, и содержит приводящий их в движение отдельный приводной электродвигатель.
Известен также механизм импульсной подачи сварочной проволоки (заявка RU 93033517, опубл. 20.12.1996), который осуществляет непрерывную подачу проволоки при помощи подающего устройства, накладывая дополнительные кратковременные импульсы. При включении механизма импульсной подачи проволоки вращательное движение кулачка через ролик и рычаг преобразуется в возвратно-поступательное движение подвижной обоймы с гибким шлангом и движущейся по ним присадочной проволоки.
Недостатком данной конструкции является то, что в ней использованы два электродвигателя: один - для подачи проволоки, а другой - для колебательного перемещения проволоки, что приводит в движение кулачок, а это усложняет и удорожает конструкцию. Конструкцию также усложняет наличие подвижной обоймы с гибким шлангом. К тому же управлять амплитудой колебаний проволоки довольно затруднительно, т.к. для этого необходимо изменять геометрические размеры кулачка.
В качестве прототипа выбрано устройство для подачи электродной проволоки, которое непрерывно подает проволоку и дополнительно сообщает ей импульсное перемещение различной амплитуды с помощью кривошипно-шатунного механизма со штоком путем чередования импульсов (RU 2301728, опубл. 27.06.2007).
В этом устройстве для осуществления подачи и перемещения проволоки необходимо использовать два электродвигателя - для привода импульсного перемещения проволоки и отдельно для привода кривошипно-шатунного механизма ее подачи. Наличие двух электродвигателей усложняет устройство, также как и систему управления ими и не позволяет синхронизировать оба процесса.
Технический результат - создание компактного устройства, позволяющего в зависимости от сформированного задания синхронизировать подачу и возвратно-поступательное (импульсное) перемещение проволоки при осуществлении сварки с помощью одного электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что устройство импульсной подачи проволоки в зону сварки, содержащее электродвигатель, приводные ролики и гибкую направляющую проволоки, снабжено микроконтроллерным блоком формирования задания и системой управления электроприводом, выполненной с возможностью регулирования скорости и частоты разнонаправленного вращения вала электродвигателя.
Такое выполнение устройства позволяет использовать один электродвигатель для выполнения синхронизированных процессов подачи и импульсного перемещения проволоки при осуществлении сварки.
Причем указанная система управления электроприводом содержит программный пропорционально-интегральный регулятор скорости (PC), аппаратный регулятор тока (РТ), силовой преобразователь (СП) и датчик тока (ДТ), а вал электродвигателя и приводные ролики связаны между собой зубчатой передачей, что позволяет своевременно осуществлять управление электродвигателем при изменении условий.
Сущность технического решения поясняется фигурами.
Фигура 1 - схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - блок-схема управления импульсной подачей проволоки.
На Фиг. 3 изображен график зависимости напряжения и скорости вращения якоря вала электродвигателя от времени t, где
Uд - задаваемое напряжение на электродвигатель;
V - скорость вращения якоря.
Как следует из графика при импульсе напряжения Uд скорость вращения V якоря вала электродвигателя растет, а при паузе - падает. Амплитуда переменной составляющей скорости вращения якоря вала электродвигателя пропорциональна среднему значению напряжения Uд на якоре. При этом скорость перемещения сварочной проволоки переменная, а направление перемещения поступательное.
На Фиг. 4 показан график зависимости напряжения Uд и скорости вращения V якоря вала электродвигателя от времени t, где
Н - 1-ый уровень задания напряжения Uд;
h - 2-ой уровень задания напряжения Uд.
Из графика следует, что если амплитуда переменной составляющей скорости больше среднего значения напряжения на якоре вала электродвигателя, то скорость перемещения сварочной проволоки знакопеременная, а направление перемещения возвратно-поступательное.
Устройство импульсной подачи проволоки 1 выполнено с бобиной 2, закрепленной на кронштейне 3, содержит корпус 4, на котором установлен ЭД 5, шестерни 6, механизм 7 подачи проволоки 1 с приводными роликами 8 и гибкая направляющая 9.
Внутри корпуса 4 размещен микроконтроллерный блок формирования задания (ФЗ) 10 и система управления электроприводом.
Блок ФЗ 10 выполнен на отдельной плате на базе микроконтроллера, задающего скорость вращения и частоту изменения скорости ЭД 5. Задание устанавливают в абсолютных величинах (скорость вращения от 5 до 100 мм/с, частота изменения скорости от 1 до 16 Гц), микроконтроллер блока ФЗ 10 переводит их в дискретные единицы.
В электроприводе использовано двухконтурное управление ЭД 5 с внутренним контуром тока и внешним контуром скорости, которое реализовано двумя обратными связями - отрицательной по скорости и положительной по току.
Система управления электроприводом расположена также на отдельной плате и состоит из нескольких блоков, а именно программного пропорционально-интегрального регулятора скорости PC 11, выполненного на микроконтроллере, аппаратного регулятора тока РТ 12, схема которого выполнена на компараторах, силового преобразователя СП 13, выполненного по мостовой схеме на полевых транзисторах и датчика тока ДТ 14, работа которого основана на эффекте Холла (Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Сов. Радио, 1984. - 567 с.; Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1977. - 672 с.; Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. - М.: Высшая школа, 1977. - 448 с.; Кучис Е.В. Методы исследования эффекта Холла. - М.: Сов. Радио, 1974. - 328 с.). К ЭД 5 подключен датчик скорости ДС 15.
Устройство работает следующим образом.
Блок ФЗ 10 в цифровом виде подает на вход PC 11 электропривода задание скорости V вращения вала ЭД 5. Задание скорости V формируется двухуровневым (Фиг. 3 и Фиг. 4). Если оба уровня задания Н и h одной полярности, то ЭД 5 ускоряется при большем уровне задания напряжения Uд и замедляется при меньшем уровне. Если уровни задания разной полярности, то ЭД 5 реверсируется при каждом изменении уровня задания. Уровни задания скорости V изменяются с заданной частотой микроконтроллером блока ФЗ 10.
PC 11 сравнивает задание со скоростью V, полученной от ДС 15, и формирует задание тока для РТ 12, которое выдается микроконтроллером с помощью цифро-аналогового преобразователя (не показан).
РТ 12 сравнивает задание с сигналом тока от ДТ 14 и формирует сигналы управления для СП 13, который питает ЭД 5.
зад.
СП 13 формируется напряжение Uд, которое повторяет форму задания скорости V. На двигатель 5 подается постоянное напряжение, которое разгоняет или тормозит ЭД 5 с заданной частотой, либо разнополярное напряжение Uд, которое реверсирует ЭД 5 с заданной частотой. При этом в обоих случаях средняя скорость перемещения проволоки на выходе из корпуса 4 будет равна заданной скорости V.
Устройство работает следующим образом.
ЭД 5 приводит во вращение шестерню 6, которая в свою очередь приводит во вращение зубчатое колесо 7, и далее - зубчатые приводные ролики 8, которые перемещают проволоку 1 вдоль гибкой направляющей 9, сматывая ее с катушки 2. При отрицательном напряжении Uд проволока 1 скользит назад по гибкой направляющей 9. При положительном напряжении Uд проволока 1 скользит вперед по гибкой направляющей 9, т.е. осуществляет колебательные движения. Так с помощью одного электродвигателя можно и подавать проволоку 1 и осуществлять ее импульсное перемещение.
Заявляемое устройство нашло применение в механизме подачи проволоки "АРГО", производимое на предприятии НПП "Технотрон", ООО.