RU45667U1

RU45667U1 - AUTOMATIC ELECTRIC ARC FUSE

Info

Publication number: RU45667U1
Application number: RU2004104713/22U
Authority: RU
Inventors: А.А. Погонин; А.Н. Бабаевский
Original assignee: Погонин Анатолий Алексеевич; Бабаевский Александр Николаевич
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-05-27

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям станков для восстановления работоспособности деталей. Автоматическая электродуговая наплавочная установка состоит из источника питания дуги, механизма вращения наплавляемой детали и автоматической наплавочной головки. Привод всех механизмов подач образован высокоточными системами сервоприводов. Управление режимами в процессе наплавки происходит программируемым логическим контроллером по вводимой в контроллер программе. Процесс наплавки в данном случае полностью автоматизирован, режимы наплавки оптимизируются адаптивно температуре зоны термического влияния. Это позволяет наплавлять слои металла высокого качества.The invention relates to the field of engineering, in particular to the design of machines for restoring the health of parts. An automatic electric arc surfacing installation consists of an arc power source, a mechanism for rotating the deposited part, and an automatic surfacing head. The drive of all feed mechanisms is formed by high-precision servo systems. The control of the modes in the process of surfacing is carried out by a programmable logic controller according to the program entered into the controller. The deposition process in this case is fully automated, the deposition modes are optimized adaptively to the temperature of the heat affected zone. This allows surfacing layers of high quality metal.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям станков для восстановления работоспособности деталей.The invention relates to the field of engineering, in particular to the design of machines for restoring the health of parts.

Известна конструкция электродуговой наплавочной установки, выбранной в качестве прототипа, предназначенной для наплавки тел вращения и состоящей из стандартной наплавочной головки, привода вращения наплавляемой детали на базе токарного станка и источника питания электрической дуги. Наплавочная головка предназначена для непрерывной подачи наплавочной проволоки в зону горения дуги и подвода питания дуги к проволоке. Головка состоит из подающих роликов, редукционного механизма и привода их вращения, а также механизмов ручного позиционирования головки относительно наплавляемой детали. Привод вращения предназначен для обеспечения наплавляемой детали круговой подачей. Источник питания состоит из сварочного трансформатора и выпрямителя и предназначен для зажигания и поддержания питания электрической дуги [1].A known design of an electric arc surfacing installation, selected as a prototype, designed for surfacing bodies of revolution and consisting of a standard surfacing head, a rotation drive of the deposited part based on a lathe and an electric arc power source. The surfacing head is designed for continuous feeding of the surfacing wire into the arc burning zone and supplying arc power to the wire. The head consists of feed rollers, a reduction mechanism and a drive for their rotation, as well as mechanisms for manual positioning of the head relative to the fused part. The rotation drive is designed to provide the weldment with a circular feed. The power source consists of a welding transformer and a rectifier and is designed to ignite and maintain the power of the electric arc [1].

Недостатком известной электродуговой наплавочной установки является отсутствие возможности полной автоматизации процесса наплавки и адаптивного регулирования режимами наплавки по температуре зоны термического влияния, что приводит к недостаточному качеству наплавки. При отсутствии контроля температуры зоны термического влияния возможно появление внутренних микротрещин наплавленного и основного металла или отпуск металла, влекущий потерю твердости и износостойкости [2].A disadvantage of the known electric arc surfacing installation is the lack of the ability to fully automate the surfacing process and adaptively control the surfacing modes according to the temperature of the heat affected zone, which leads to insufficient surfacing quality. In the absence of temperature control of the heat affected zone, the appearance of internal microcracks of the deposited and base metal or the tempering of the metal, leading to a loss of hardness and wear resistance [2], is possible.

Изобретение направлено на повышение качества наплавки за счет использования регулирующего логического устройства, управляющего процессом наплавки адаптивно температуре зоны термического влияния.The invention is aimed at improving the quality of surfacing through the use of a regulatory logic device that controls the surfacing process adaptively to the temperature of the heat affected zone.

Это достигается за счет того, что в конструкции наплавочной установки каждый механизм позиционирования наплавочной головки, а также механизм подачи наплавочной проволоки и механизм вращения наплавляемой детали имеет свой независимый регулируемый привод, а сварочный выпрямитель источника питания дуги выполнен тиристорным с целью возможности регулирования тока и напряжения дуги. Это дает возможность автоматического управления всеми режимами электродуговой наплавки. В качестве автоматического управляющего устройства применен программируемый логический контроллер.This is achieved due to the fact that in the design of the surfacing installation, each mechanism for positioning the surfacing head, as well as the feed mechanism for the surfacing wire and the rotation mechanism of the surfaced part has its own independent adjustable drive, and the welding rectifier of the arc power source is made thyristor in order to control the arc current and voltage . This makes it possible to automatically control all modes of electric arc surfacing. A programmable logic controller is used as an automatic control device.

Предлагаемая конструкция автоматической наплавочной установки отличается от прототипа тем, что в качестве механизмов перемещения наплавочной головки применены поперечный и продольный суппорта, имеющие по одной степени свободы - движение по цилиндрическим направляющим посредством ходовых винтов. Каждый ходовой винт приводится во вращение сервоприводом. В состав сервопривода входят серводвигатель и сервоусилитель. Серводвигатель состоит из асинхронного двигателя и энкодера - датчика частоты вращения. Сервоусилитель, получая команду на перемещение суппорта, четко выдерживает задание благодаря местному контуру обратной связи сервоусилитель - двигатель - энкодер - сервоусилитель. В механизме подачи проволоки однофазный двигатель The proposed design of an automatic surfacing installation differs from the prototype in that the transverse and longitudinal supports having one degree of freedom — movement along cylindrical guides by means of spindles — are used as mechanisms for moving the surfacing head. Each lead screw is driven by a servo drive. The servo drive includes a servo motor and a servo amplifier. The servomotor consists of an induction motor and an encoder - speed sensor. The servo amplifier, receiving a command to move the caliper, clearly withstands the task due to the local feedback loop of the servo amplifier - motor - encoder - servo amplifier. In the wire feeder single-phase motor

переменного тока заменен на сервопривод. Привод вращения наплавляемой детали состоит из двухступенчатого червячного мотор-редуктора и приспособления для закрепления детали. На быстроходном валу мотор-редуктора установлен энкодер. Роль сервоусилителя в последнем случае берут на себя контроллер и частотный вариатор. Частотный вариатор может изменять частоту питающего электродвигатель напряжения в зависимости от входного задающего сигнала. Поэтому вращение наплавляемой детали производится также сервоприводом. В механизмах подачи проволоки и наплавляемой детали ведется отслеживание скорости вращения. Администратором всех движений сервоприводов является программируемый логический контроллер. Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна». Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемой конструкции станка и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».AC is replaced by a servo. The rotation drive of the surfaced part consists of a two-stage worm gear motor and a device for fixing the part. An encoder is mounted on the high-speed shaft of the gearmotor. The role of the servo amplifier in the latter case is assumed by the controller and the frequency variator. The frequency variator can change the frequency of the voltage supplying the electric motor, depending on the input reference signal. Therefore, the rotation of the deposited part is also performed by a servo drive. In the wire feeders and the surfaced part, rotation speed is monitored. The administrator of all servo movements is a programmable logic controller. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." Analysis of the known technical solutions allows us to conclude that they lack features similar to the essential distinguishing features in the claimed design of the machine and recognize the claimed solution as meeting the criterion of "significant differences".

Сущность конструкции автоматической наплавочной установки поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид автоматической наплавочной установки; на фиг.2 - фронтальный вид автоматической наплавочной головки; на фиг.3 - вид справа автоматической наплавочной головки; на фиг.4 - схема управления автоматической наплавочной установкой.The essence of the design of the automatic surfacing installation is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a General view of the automatic surfacing installation; figure 2 is a front view of an automatic surfacing head; figure 3 is a right side view of the automatic surfacing head; figure 4 - control circuit of the automatic surfacing installation.

Автоматическая наплавочная установка может использоваться для электродуговой наплавки как под флюсом, так и в среде защитных газов. На фиг.1 показан пример наплавки под флюсом кранового ходового колеса.Automatic surfacing installation can be used for submerged arc welding and shielding gases. Figure 1 shows an example of surfacing under the flux of a crane running wheel.

Привод наплавляемой детали состоит из двухступенчатого червячного мотор-редуктора 1, энкодера U1 и частотного вариатора U2, позволяющего плавно изменять частоту вращения асинхронного двигателя мотор-редуктора 1 от 5 до 400% от номинального значения. Такое решение позволяет наплавлять детали практически любого диаметра без изменения кинематической схемы привода их вращения. Наплавочная головка 2, мотор-редуктор 1 с наплавляемой деталью и бухта с наплавочной проволокой 3 устанавливаются на раме 4 относительно друг друга, как показано на фиг.1. Наплавочная головка 2 направляет и подает наплавочную проволоку в зону горения дуги. На фиг.2 и фиг.3 представлена автоматическая наплавочная головка. Подающий проволоку механизм состоит из ведущего колеса 5, серводвигателя 6, сервоусилителя U3, прижимных кулачков 7 и холостого ролика 8. Питание дуги осуществляется посредством токоподводящего мундштука 9. Позиционирование мундштука 9 в вертикальной плоскости осуществляется механизмом поперечных перемещений, состоящего из телескопического суппорта 10, гайки-хомута 11, поперечного ходового винта 12, серводвигателя 13 и сервоусилителя U4. Движение мундштука 9 в горизонтальной плоскости осуществляется механизмом продольных перемещений, включающего в себя суппорт 14, ходовые втулки 15, цилиндрические направляющие 16, закрепленные в кронштейнах 17, The drive of the surfaced part consists of a two-stage worm gear motor 1, an encoder U1 and a frequency variator U2, which allows you to smoothly change the speed of the induction motor of the gear motor 1 from 5 to 400% of the nominal value. This solution allows surfacing parts of almost any diameter without changing the kinematic scheme of the drive for their rotation. The surfacing head 2, the gear motor 1 with the fused part and the coil with the fused wire 3 are mounted on the frame 4 relative to each other, as shown in figure 1. The surfacing head 2 guides and feeds the surfacing wire into the arc burning zone. Figure 2 and figure 3 presents the automatic surfacing head. The wire feed mechanism consists of a drive wheel 5, a servo motor 6, a servo amplifier U3, pressure cams 7 and a single roller 8. The arc is powered by a current-carrying mouthpiece 9. The positioning of the mouthpiece 9 in the vertical plane is carried out by a lateral movement mechanism consisting of a telescopic support 10, a nut- the clamp 11, the transverse spindle 12, the servomotor 13 and the servo amplifier U4. The movement of the mouthpiece 9 in the horizontal plane is carried out by the mechanism of longitudinal displacements, including a support 14, running bushings 15, cylindrical guides 16, fixed in brackets 17,

ходовую гайку 18, продольный ходовой винт 19, серводвигатель 20 и сервоусилитель U5.spindle nut 18, longitudinal spindle screw 19, servo motor 20 and servo amplifier U5.

Автоматическая наплавочная установка работает следующим образом. При пуске автоматического цикла наплавки включается источник питания электрической дуги и механизм подачи проволоки. При зажигании дуги включается привод вращения детали. После полного оборота наплавляемой детали, который контролируется энкодером вращения U1, включается привод продольной подачи и перемещает суппорт 14 на шаг наплавки, который контролируется энкодером продольного суппорта. Далее деталь совершает следующий оборот и т.д., пока мундштук 9 не пройдет полностью всю поверхность. Затем питание дуги и вращение детали выключается. Включается привод продольного суппорта 14 и перемещает мундштук 9 в начальную точку. Включается привод поперечного суппорта 10 и перемещает мундштук 9 на следующий слой, величина которого контролируется энкодером поперечного суппорта. Включается механизм подачи проволоки и источник питания дуги. При касании проволокой детали зажигается дуга и начинается ее вращение. Процесс продолжается аналогично. Величины перемещений суппортов 10 и 14 для обеспечения геометрии наплавки задаются в программе управления программируемого логического контроллера. Эта же программа учитывает коррекцию режимов в процессе наплавки, для исключения перегрева и превышения скорости нагрева наплавляемой детали выше предельного значения. Структурная связь Automatic surfacing works as follows. When starting an automatic deposition cycle, the power source of the electric arc and the wire feed mechanism are turned on. When the arc is ignited, the part rotation drive is switched on. After a complete revolution of the deposited part, which is controlled by the rotation encoder U1, the longitudinal feed drive is turned on and moves the support 14 to the surfacing step, which is controlled by the longitudinal support encoder. Further, the part makes the next revolution, etc., until the mouthpiece 9 passes completely through the entire surface. Then the arc power and part rotation is turned off. The drive of the longitudinal support 14 is turned on and moves the mouthpiece 9 to the starting point. The drive of the transverse caliper 10 is turned on and moves the mouthpiece 9 to the next layer, the value of which is controlled by the encoder of the transverse caliper. The wire feed mechanism and arc power source are turned on. When the wire touches the part, the arc ignites and its rotation begins. The process continues similarly. The displacement values of the calipers 10 and 14 to ensure the deposition geometry are set in the control program of the programmable logic controller. The same program takes into account the correction of modes during the surfacing process, to exclude overheating and exceed the heating rate of the deposited part above the limit value. Structural connection

программируемого логического контроллера со всеми узлами автоматической наплавочной установки показана на фиг.4.programmable logic controller with all nodes of the automatic surfacing installation shown in figure 4.

Применение предлагаемой конструкции наплавочной установки имеет следующие преимущества:The application of the proposed design of the surfacing installation has the following advantages:

- использование регулируемых контроллером сервоприводов позволяет более оптимально управлять процессом наплавки и реализовать автоматический режим управления, что позволяет повысить точность и качество наплавляемой поверхности;- the use of servo-controlled by the controller controller allows more optimal control of the surfacing process and the automatic control mode, which improves the accuracy and quality of the surfaced surface;

- регулируемый электрический привод позволяет полностью исключить использование механических коробок подач, являющихся в подобном оборудовании самыми громоздкими устройствами;- an adjustable electric drive allows you to completely eliminate the use of mechanical feed boxes, which are the most bulky devices in such equipment;

- данное оборудование обладает высокой гибкостью и может применяться для наплавки широкого ассортимента деталей.- This equipment is highly flexible and can be used for surfacing a wide range of parts.

Моделирование процесса наплавки на данной автоматической наплавочной установке с использованием системы MATLAB 6 показало достаточную эффективность подобного варианта реализации конструкции.Simulation of the surfacing process in this automatic surfacing installation using the MATLAB 6 system showed sufficient efficiency of such an embodiment of the design.

Claims

Automatic electric arc surfacing installation, consisting of a power source for an electric arc, a device for rotating the surfaced part, an automatic surfacing head, characterized in that, in order to improve the quality and accuracy of the deposited layers of metal, a programmable logic controller and mechanisms for moving the surfacing head are used as the administrator of the installation installations are made in the form of calipers with servos, in the filing mechanism of the surfacing wire and the device for rotating the weld servo drives were used, and the electric arc power supply was equipped with a thyristor rectifier, which had the ability to centrally control the controller.