Николаев Г.А. и др.Сварка в машиностроении - файл n1.doc

Николаев Г.А. и др.Сварка в машиностроении
Скачать все файлы (25956.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc25957kb.15.02.2014 14:49скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34
ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И СТАТИЧЕСКИЕ ОШИБКИ СИСТЕМЫ И А Д OJ

По структурным схемам И—А—Д—III с МРДП, АРДС и АРНД получены пере­даточные функции и статические ошибки регуляторов для всех наиболее харак­терных возмущений и четырех изучаемых величин, представляющих наибольший интерес для сварщиков' глубины hn провара, икс-параметра х,п шна, напряже­ния иа дуги и тока ia дуги.

Имея выражения передаточных функций системы И—А—Д—Ш и законы возмущающих воздействий, применив приемы, известные из теории автоматиче­ского регулирования [4], рассчитывают установившиеся динамические ошибки и переходные характеристики системы для любого из четырех выходных пара­метров.

В выражениях передаточных функций и статических ошибок системы И—А— Д—III приняты следующие обозначения

Возмущающие факторы возмущения): /д— длина дуги, мм; ис — напря­жение сети, В; осс — скорость сварки, мм/с; уп — скорость подачи электродной проволоки, см/с.

Выходные параметры: Лп — глубина провара, мм; хш — какой-либо другой параметр шва; ия — напряжение дуги, В; ia — ток дуги, А.

Коэффициенты передачи некоторых ветвей структурных схем (введены с целью сокращения записи передаточных функций):



При расчете ошибок регулирования значения knc, km, kxin fercc и kXzc следует подставлять в выражения передаточных функций и статических ошибок с отри­цательным знаком (в соответствии с характером реальных функциональных за­висимостей) — см. табл 1.

Передаточные функции Ф (s) и статические ошибки А системы И—А—Д—Ш о МРДП.

1. При возмущении по длине дуги:




























Для получения передаточных функций АРДС, соответствующих питанию дуги от сварочного трансформатора или выпрямителя, в выражениях переда­точных функций АРДС при возмущениях по скорости подачи электродной про­волоки, длине дуги и скорости сварки достаточно положить: Гц8 = 0, ТгО,

Ti= Гпс и tfo(s)= Woi(s). , „ m

Передаточные функции Ф (s) и статические ошибки А системы И—А—Д—Ш

с АРНД.

1. При возмущении по длине дуги:





ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЗФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ

И ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ ЗВЕНЬЕВ СТРУКТУРНЫХ

СХЕМ

Для расчета ошибок регулирования необходимы конкретные значения коэффи­циентов передачи и постоянных времени всех звеньев структурной схемы И—А— Л — Ш Численные значения коэффициентов передачи и постоянных времени су­щественно зависят от характера технологического процесса сварки, условий фор­мирования шва, режима сварки, свойств основного и присадочного металлов, типа защиты, диаметра и вылета электродной проволоки, угла заточки вольфра­мового электрода, условий теплоотвода и других факторов, определяющих осо­бенности данного технологического процесса. Поэтому численные значения коэф­фициентов передачи и постоянных времени необходимо определять в условиях, полностью идентичных реальному производственному процессу

Коэффициенты передачи определяют по статическим характеристикам звеньев, постоянные времени — по специальным методикам.

Статические характеристики звеньев системы И—А—Д—ill в большинстве случаев практически нелинейны. Поэтому коэффициент передачи звена находят, взяв производную от статической характеристики в точке, соответствующей номинальным значениям входного и выходного параметров звена. Статические характеристики получают на основе эксперимента. Методики проведения экспери­ментов и расчета коэффициентов передачи звеньев I, II, III, IV, VII, XIII и XIV (см. табл. 1) описаны в литературе [1, 2, 3, 5, 6, 7, 8].

Коэффициенты krH, йгт, ftrcc, kxm kKt и kXCc (звенья V, VI, VIII» XV, XVIg XVII; табл. П определяют по статическим характеристикам, снятым в окрест­ности номинала каждого из входных сигналов этих звеньев: напряжения (Удн

дуги; тока /Д1| дуги или скорости Veen сварки. Статическую характеристику звена строят по точкам при дискретном изменении варьируемого парчметра: Ј/Д) /д или VCc- При этом два другие параметра в процессе эксперимента должны сохра­нять номинальные значения.







Диапазон изменения входного сигнала звена выбирают в пределах: (Уд„ — — 0,256^,; /дн — 0,3/дн и Veen — 0,ЗУСС11. Весь диапазон делят на четыре рйвичх отрезка и в условиях, полностью идентичных условиям производства реального изделия, производят сварку. Напряжение и ток дуги регистрируют астатиче­скими приборами класса 0,5; скорость сварки — по секундомеру. Из сваренных швов вырезают темплеты и изготовляют поперечные шлифы. Шлифы измеряют



с помощью бинокулярного микроскопа. По результатам эксперимента строят статиче­ские характеристики Нп (t/д), Нп (/д) и Нп (Vcc). а по ним рассчитывают коэффициенты передачи krH, krT и krcc (рис. 4—6). Анало­гично находят коэффициенты kXn, kXT и kxcc, если хт — геометрический параметр шва, на­пример ширина шва (см. рис. 4). Если *ш — содержание легирующего элемента в шве или наплавленном слое, то статические характеристики Хш (Ua), Кш (/д) и Хш сс) строят по данным химанализа. Коэффици­енты передачи звеньев kCB, kcu и kCT (звенья X, XI и XII; табл I) отображают свойство саморегулирования дуги при сварке плавя­щимся электродом. Их определяют по стати­ческим характеристикам, представляющим собою зависимость скорости плавления элск-

тродной проволоки от длины вылета V3 (LB), напряжения дуги \'3 U-'д) или 10Ка дуги V3 (/д)- Эксперимент строится так же, как в предыдущем случае. Так ккк в установившемся режиме скорость плавления равна скорости подачи электрод­ной проволоки, то измеряют скорость подачи, варьируя длину вылета, напря­жение или гок дуги. При этом два других параметра оставляют неизменными. По статическим характеристикам определяют kCB, ka, и k,zr. При расчете ошибок регулирования МРДП, АРДС или АРНД каждый из коэффициентов передачи берут со своим знаком.

Постоянные времени ТПс, Т1 и Т9 (табл. 1, звено III), 7\, (звено XIII) и Тсы (звено XIV) определяют по общепринятым методикам, известным из теории элек­трических машин и теории автоматического регулирования. Параметры Та (звенья V, VI и VIII), Тэ (звенья XI, XII) и Тх (звенья XV, XVI и XVII) опреде­ляют по специальным методикам [2, 5]. При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом постоянную времени Тх приближенно можно определить по отклоне­нию ширины шва. Для этого в процессе сварки на номинальном режиме дают скачок по току Д/д дуги. Величина скачка должна быть не менее 0,5/дн. Для получения скачка по току в сварочную цепь параллельно дуге включают балласт­ное сопротивление [5] Сфотографировав шов, измеряют отклонение ширины АВШ



шва, отсчитывают 0,63 АВШ и, зная скорость сварки, находят Тх (рис. 7). Так как все размеры зоны проплавления изменяются практически одновременно, то постоянную Гц времени проплавления изделия по глу­бине провара можно принять равной Тх. Если гш не геометрический параметр шва, а, например, содержание легирующего эле­мента в шве, то Тх можно определить анало­гично, построив кривую переходной харак­теристики гш (/) по данным спектрального анализа.

При расчете статических и установив­шихся динамических ошибок системы И—А— Д—Ш целесообразно заведомо упростить расчетные формулы. Это достигается, если в определенных случаях можно пренебречь значениями некоторых коэффициентов пере­дачи и постоянных времени по сравнению с другими.

На практике, в большинстве случаев, сварку в аргоне и под флюсом производят

на таких режимах, которым соответствует горизонтальный участок вольт-амперной характеристики дуги (см. табл. 1, звено II). При этом в передаточ­ных функциях и выражениях для статических ошибок МРДП, АРДС или АРНД можно положить АДт = 0. При расчете статических и динамических ошибок АРДС во всех случаях, кроме линейного возмущения по длине дуги (см. табл. 2), можно положить kCB = 0. Кроме этого, почти всегда можно считать 7"д = 0 и Т9 = 0. Погрешность при расчете по упрощенным формулам, как правило, не превышает ±0,2 величины установившейся ошибки при действии на систему одного возмущения и ±0.35 при совместном действии нескольких возмущений.

ОЦЕНКА СТАТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

СИСТЕМЫ И-А—Д—Ш. КОЭФФИЦИЕНТЫ КАЧЕСТВА

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВАРНОГО ШВА

Задача получения сварного соединения определенного качества в производствен­ных условиях предполагает разработку технологического процесса и выбор обору­дования для сварки конкретного изделия.

Основной, характерной особенностью дуговых автоматов, точнее системы И—А—Д—Ш, является наличие естественных обратных связей. В автоматах типа МРДП и АРДС естественная обратная связь является главной обратной связью (см. рис. 1,2) и, следовательно, полностью определяет качество регулиро­вания. В АРНД она представляет собою местную обратную связь (см. рис. 3). Эффективность действия естественных обратных связей зависит от передаточных коэффициентов звеньев всех реальных органов системы И—А—Д—III и, в част­ности, от коэффициентов передачи технологических звеньев, отображающих

Статические свойства системы ИА— ДШ 27

зависимость скорости плавления электродной проволоки и геометрических раз­меров шва от параметров режима сварки (см. табл. 1). В связи с этим, даже при использовании одного и того же автомата, качество регулирования параметров сварного шва, определяющих несущую способность и качество сварного соедине­ния, при сварке или наплавке различных по составу металлов и сплавов может оказаться существенно различным. Таким образом, для того чтобы в реальных условиях обеспечить заданное качество сварных соединений, необходимо не только разработать технологический процесс, выбрать номинальный режим сварки и оборудование, но и оценить качество регулирования системы И—А— Д—Ш при воздействии возмущений, характерных для данного конкретного .слу­чая. Эту задачу можно решить, применив определенные критерии качества ре­гулирования.

В основу выбора критерия оценки свойств системы И—А—Д—Ш должча быть положена практическая целесообразность и научная объективность показа­теля качества регулирования. Критерий качества регулирования должен давать сварщикам непосредственное представление о том, с какой точностью система регулирования способна поддерживать регламентируемые параметры шва при воздействии возмущений. Это обусловлено тем, что в технической документации на сварные конструкции регламентируются непосредственно отклонения параметров сварного шва.

Оценку свойств системы И—А—Д—Ш по значениям ошибок по току и на­пряжению дуги нельзя признать состоятельной потому, что значения этих ошибок не да юг сварщикам объективного представления о качестве регулирования по шву. Это объясняется, во-первых, различной проплавляющей способностью дуги при сварке различных металлов и сплавов, а, во-вторых, тем, что при воздействии одних возмущений ошибки по току и напряжению дуги складываются, других — вычитаются, в связи с чем при одних и тех же абсолютных значениях этих ошибок отклонения параметров шва будут существенно различны.

Критерий качества регулирования должен отображать не только количе­ственную связь между возмущением и отклонением изучаемого параметра шва, а и влияние каждого из реальных органов замкнутой системы И—А—Д—Ш на величину ошибки. Только при этом можно составить конкретное представление о пушх и методах улучшения качества регулирования.

В реальных условиях система И—А—Д—Ш подвержена воздействию раслич-ных по величине возмущений. При этом возникают и различные ошибки регу­лирования. Абсолютное значение ошибок регулирования по шву не дает объек­тивного представления о свойствах системы. Для того чтобы получить объектив­ный критерий, целесообразно сопоставлять относительные величины возмуще­ний и ошибок.

При заданном характере входного воздействия (возмущения) ошибки по шву будут определяться свойствами системы И—А—Д—III. В теории автоматического регулирования свойства различных систем характеризуют значениями установив­шихся ошибок (статических и динамических), а также параметрами переходной характеристики (перерегулированием, длительностью переходного процесса, ко­лебательностью).

При оценке свойств дуговых автоматов за основу (в первом приближении) можно принять статические ошибки системы И—А—Д—Ш. Это определяется тем, что в соответствии с ГОСТ 8713—70 и производственными нормалями регламен­тируемые отклонения параметров шва правомерны, как правило, на всей длине шва и, следовательно, при скачкообразных возмущениях, по смыслу представ­ляют собою допустимые статические ошибки системы.

Критерии, полученные на базе статических ошибок системы, не могут пре­тендовать на исчерпывающее отображение свойств динамической системы (впро­чем так же, как любые другие критерии, применяемые в теории регулирования), но в то же время они характеризуют статические свойства И—А—Д—Ш. Такие критерии называют коэффициентами качества регулирования системы И—А—

ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ И РАЗМЕРНОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТОВ КАЧЕСТВА

Определение. Коэффициент качества регулирования системы И—А—Д—Ш есть отношение отклонения параметра сварного шва к вызвавшему его возмущению, составленное в относительных единицах. Согласно этому определению коэффи­циент качества для любого параметра сварного шва и любого из возмущений



где Д(/ — статическая ошибка любого параметра шва в абсолютных единицах; Y — значение изучаемого параметра шва в номинальном режиме; г — величина возмущения (скачок) в абсолютных единицах; Z — номинальное значение возму­щающего параметра. Например, коэффициент качества регулирования глубины провара при возмущении по напряжению сети



где A/in — статическая ошибка по глубине провара при возмущении по напря­жению сети ис на вторичной стороне сварочного трансформатора (выпрямителя), мм; Нпи — глубина провара в номинальном режиме, мм; [/.,„ — напряжение холостого хода сварочного трансформатора (выпрямителя), В.

Физический смысл. Выразив из уравнения (1) относительную величину ошибки в явном виде, получим



Выражение (3) дао представление о физическом смысле коэффициента качества. Коэффициент качества — число, показывающее, во сколько раз относительная величина статической ошибки изучаемого параметра сварного шва больше (меньше) относительной величины вызвавшего ее возмущения. Например, если игс = 1. то это означает, что при увеличении напряжения сети на 10%, глубина провара возрастет также на 10%. Из (3) очевидно, что чем больше абсолютная величина коэффициента качества, тем больше ошибка системы, т. е. тем хуже качество регулирования. Чем меньше к, тем лучше качество регулирования, тем точнее поддерживает система заданные номинальные значения параметров свар­ного шва. В соответствии о этим для астатических режимов хг„ = 0.

Размерность и знак. Из уравнения (3) очевидно, что коэффициент качества представляет собою безразмерное число. Коэффициент качества может иметь как положительный, так и отрицательный знак. В каждом конкретном случае его знак определяется знаком статической ошибки системы И—А—Д—Ш при единичном возмущении.




где Ф(0) — статическая ошибка системы при единичном возмущении.

г—1/


Расчетные выражения. Выразив статическую ошибку системы через переда­точную функцию по возмущению, получим












Например, расчетное выражение коэффициента качества регулирования глубины провара при возмущении по напряжению сети для МРДП


Расчетное выражение коэффициента качества регулирования глубины провара при возмущении по скорости подачи электродной проволоки для АРДС


Расчетное выражение коэффициента качества регулирования глубины провара при возмущении по скорости сварки для АРНД

Аналоги4h:j Mtuyr быть получены расчетные выражения коэффициентов качества для любого другого параметра сварного шва. Для этого используют выражения статических ошибок для икс-параметра шва.

Приведенные выше расчетные выражения коэффициентов качества МРДП, АРДС и АРНД относятся к процессу сварки. Соответствующие выражения при наплавке будут иметь иной вид, учитывающий технологические особенности этого процесса. Наплавку, как правило, производят в четыре-пять слоев. В про­цессе наплавки очередного слоя предыдущий проплавляется на определенную глубину. В сварочной ванне наплавленный и проплавленный металл перемеши­ваются и состав их осредняется. Последнее необходимо учитывать при расчете ошибок концентрации легирующих элементов в шве, обусловленных влиянием возмущений. В соответствии с этим действительная ошибка в концентрации лю­бого из легирующих элементов в последнем (завершающем) слое



где kp — коэффициент перемешивания; при наплавке под керамическим флю­сом kp те 0,6; Д [Ме]0— статическая ошибка в концентрации любого из леги­рующих элементов, рассчитанная без учета перемешивания.

Выражение (5) справедливо для последнего (завершающего) слоя наплавки, т. е. при том условии, что в предыдущем слое концентрация легирующих элемен­тов достаточно близка к номинальной, что обычно и имеет место [3].

Таким образом, расчетное выражение коэффициента качества И—А—Д—Ш с АРДС при наплавке



где Ф (0) — статическая ошибка АРДС при единичной величине данного воз-
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации