SU673997A1 - Устройство дл снижени остаточных сварочных напр жений - Google Patents

Description

I .

Изобретение относитс  к оборудованию дл  сварки и воздействи  на кристаллическую структуру металла сварного шва без повышени  температуры издели , в частности к устроййтвам дл  снижени  остаточных сварю.чнь1х напр жений ви гщион- ным методом, и может быть использовано во всех област х машиностроени  дл  обработки нагруженных сварочных конструкций с целью увеличени  их несущей способности за счет снижени  остаточных сварочных напр жений.

Известны устройства дл  автома ического регулировани  резонансных машин, которые поддерживают посто нно-заданную амплитуду колебаний на восход щей ветви амплитудно-частотной характеристики (резонансной кривой).

Однако по достижении резонансной частоты сист ела работает неустойчиво йэ-за резкого смещени  рабочей точки по нирход щей ветви характеристики, что требует вначале значительного снижени  частоты вынуждающей силы, а затем повышени 

2

частоты дл  выхода на заранее заданное значение.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  устройство дл  снижени  остаточных сварочных напр жений, содержащее вибратор с регулируемым приводом, датчик амплитуды колебани  издели , датчик частоты колебаний вибратора, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и

блок управлени , св занный с регулируемым приводом.

Известные устройства могут поддерживать колебани  издели  с посто нной, наперед заданной величиной частоты, однако .они не поддержать достигнутого экстремального значени  амплитуды резонансных колебаний в процессе непрерывного изменени  собственной частоты копебаний издели , что не обеспечивает наиболее эффективного снижени  сварочных напр жений при наименьших затратах мощности приводного двигател .

673997 Цель иэобретеш1Я - повышение точности устройства. . В предлагаемом устройстве определение момента достижени  экстремального значени  амплитуды резонансных колебаний и поддерживани  экстремального значени  амплитуды осуществл етс  за счет измерени  величины и знака фазового сдвига между вынуждающей силой и вынужденными колебани ми издели  и преобразовани  этой величины в управл ющий сигнал в цифровой формедл  блока управлени  приводом вибратора. Дл  этого устройство содержит дифференциатор , фазовые компаратор детектор и блок усреднени , выход которгопайклю , чен к входу аналого-цифрового преобразовател , св занного с первым и вторым входами вычислительного блока, третийвход которого через, дифференциатор соединён с выходом фазового компаратора, входы последнего и входы фазового детектора соединены с датчиками амплитуды колебани  издели  и частоты колебаний вибратора, выход фазового детектора соедйнён с входом блока усреднени , а выход фазовогс компаратора и выход вычислительного устройства соединены с входами блока управлени . На фиг. 1 изображена блок-схема пред лагаемого устройства; на фиг. 2 - ампли- тудЧю-частотна  и фазочастотна  характ0- ристики издели , где А - амплитуда колебаний издели ; tp - сдвиг фаз между вынуждающей силой и вынужденными колебани ми; f- частота колебаний. Вибратор 1 за7{репл етс  при помощи специального приспособлени  на изделие . 2, которое необходимо подвергнуть виорообработке , на изделии также Vcтaнoвлeн датчик амплитуды 3, состо щий из чувствительного эл.емента 4, усилител  5, и формирователь 6 импульсов, датчик 3 соединен с фазовым компаратором 7 и фазовым детектором 8, другие входы последних соединены с датчиком 9 частоты колебаний вибратора. Фазовый детектор 8 соединен через блок усреднени  10 с аналого-цифровым преобразователем 11 (АЦП), состо щим из управл емого генератора 12, пр моугольных импульсов, генератора 13 пилообразного напр жени  и нуль-органа 14, средине|ННЬ1е пос/1едовательно , кроме того, вход генератора 12 соединен с другим входом нуль-органа 14 Выход генератора 12 (частотный выход нреобразовател  11) подключен к такти- рующему вхоЭу вычислительного блока 15,

Sffi:-:-,- -. изК ерительный вход этого блока подключен к выходу нуль-органа 14, который  вл етс  частотным выходом аналого-ци4 рового преобразовател  11. Входы блока управлени  16 шаговым регулируемым приводом 17 соединены с вычислительным блоком 15 и фазовым компаратором 7. Регулируемый привод 17 электрически соединен с блоком управлени  16 и подключен к  корной цепи приводного двигател  вибратора 1. Дифференциатор 18 включен между фазовььм компаратором 7 и входом ;вычислительного блока 15. Вычислительный блок 15 состоит из ключей 19 - 23, представлющих србой обьгчные схемы совпадени , триггера управлени  24 и реверсивного счетчика 25, Вход ключа 19 соединен с выходом реверсивного счетчика 25 и с выходом триггера управлени  24, а выход ключа 19 с из входов ключа 2О, другчэй вход которого соединен с широтным выходом Aim 11. Один вход ключа 21 соединен с выходом реверсивного счетчика 25 и одним из входов триггера управлени  24, а другой вход - с выходом триггера управлени  24 и входом реверсивного счетчика 25. Выход ключа 21 соединен с одним из входоб тшючей 22 и 23, а другой вход ключей 22 к 23 и триггера управлени  24 соединен с частотным выходом АШ 11. Выходы триггера управ тени  24 соединены с входами реверсивного считчика 25, а другие входы реверсивного счетчика 25 соединены с выходами ключей 22 и 2О и дифференциатором 18. Устройство работает следующим обра При включении установки на двигатель вибратора 1 с регулируемого привода 17 подаетс  напр жение, соответствующее какому-то произвольному значению частоты вращени  из диапазона рабочих частот, равного 10-150 Гц, при этом двигатель вибратора 1 начинает вращатьс  и создавать вынуждающую сипу. Одновременно с запуском на вычислительный блок 15 поступает команда сброс, перевод ща  все случайно установленные значени  триггеров реверсивного счетчика 25 в нулевое состо ние, при обратна  св зь, воздействующа  на триггер управлени  24, переводит етх) в режим записи, и ключ 19 выдает на раарешенгие-записи на ключ 20, перевод  его в состо ние, гфи котором он сможет пропустить пачку импульсов с широтного выхода АЦП 11, а ключ 21 выдает комавду на запирание ключей 22 и 23. За первый оборот двигател  вибратора 1 фазовый компаратор 7 и фазовый детектор 3 вырабатывают сигналы о наличии положительного сдвига фаз между вынуждающей силой и вынужденными колебани м поскольку очевидно, что при разгоне двигател  вибратора от нул  частота толкающих усилий ниже частоты резонанса колебаний издели , подвергаемого виброобработке .. Допустим, что точка А (фиг. 2) соответствует рабочей точке на резонансных амплитудной и фазовой частотных характе ристиках издели , при этом электродвигатель вибратора 1 создает вынуждающую силу, частота которой ниже резонансной частоты издели  и фазовый сдвиг между : вынуждающей силой и вынужденными колеб ни ми положителен. . Информапи  о амплитуде и частоте виб рации снимаетс  с датчиков 3 и 9. Датчи 3 генерирует сигналы, пропорциональные амплитуде виброперемещени , а частота равна частоте вибрации издели  2, создаваемого вибратором. Датчик 9 генерирует npsAioyronbHbie импульсы с частотой вращени  двигател , т.е. с частотой вынуждающей силы, причем фаза этих импульсо соответствует фазе вынуждающей силы, Сформированные сигналы датчиков 3 и 9 поступают на выходы фазового детектора 8 и фазового компаратора 7. Фазовый детектор 8 определ ет величину фазового угла рассогласовани  и преобразует его на выходе в виде щиротно-модулированных импульсов. Эти импульсы блоком усреднени  10 преобразуютс  в посто нное напр жение, пропорциональное фазовому сдвигу, фазовый компаратор 7 определ ет знак фазового сдвира и тем самым опредеть ет нал- равление вращени  шагового регулируемого привода через блок управлени  16. Положительный сдвиг фаз вызывает увеличение скорости вращени  двигател  вибратора, и тем самым, увеличение частоты вынуждающей силы, а отрицательный снижение скорости вращени  двигател  и частоты вынуждающей силы. С выхода блока усреднени  10 посто н ное напр жение, пропорциональное разности фаз {вынуждающей силы и вынужденны колебаний) подаетс  на входы управл емо го генератора 12 пр моугольнУх импуль- 6 7 сов и пуль-органп 1.Л ЛИП 1J. Частотч импульсов управл емого гопоратора Л 2 пропорциопальна этой paonocTvi ijma ti и-ммен етс  в диапазоне Т-10 Гц, т.о. при разности фаз, равной нулю, упрш л омг.и генератор 12 пр моугольных 1Г шульсов вьфабатывает последовательность кмпул сов с частотой 1 Ги, а при максималЕ.пой разности фаз, равной -s,- с частотой -J . 10 Гц. Генератор 12 управл ет работой генератора 13 пилообразного напр ч егш  и вычислительного блока 15, обеспечива  работу всего устройства в двухтактгюм режиме: такт измерени , такт отработки рассогласовани , при этом вдали от ро-. зонанса частота следовани  тактов увеличена , а с приближением резотгпнса - заМеддена , потому, что величина фазового угла рассогласовани  больще вдали от р: зонанса и уменьшаетс  при приближении к резонацсу. Генератор 13 пилообразного напр жени  работает в ждущем режиме и запускаетс  импульсами управл емого генератора 12. Выходные пилообразные импульсы, тлеющие длительность 5 мс подаютс  на один из входов нуль-органа 14, на входе которого непрерывно присутствует посто нное напр жение, пропорциональное фазовому сдвигу. Нуль-орган 4 производит уравнение двух напр жений по амплитуде . Часть периода, в течение которого амплитуда пилообразного напр жени  провьпиает посто нное напр жентш с блока усреднени  1О, преобразуетс  в соответствующее количество импульсов. Частота выходных импульсов нуль-органа 14 посто нна и равна 10О Гц. Таким образом, на выходе аналого-цифрового преобразовател  11 по вл етс  последовательность пачек импульсов, где частота следовани  пачек и щирина пачки, ,а, следовательно, и количество импульсов в ней пр мопрюпорциональны фазовому сдвигу между вынуждающей силой и вынужденными колебани ми. Одна из пачок заноситс  в вычислительный блок 15. Происходит запись, и запоминание фазового сдвига в. цифровой форме. В режиме записи количество импульсов С нуль-органа 14, соответствующее фазовому сдвигу между вынуждающей силой и вынужденными колебани ми и, следовательно , величине ухода частоты колебаний от частоты резонанса, через ключ 20 заноситс  в реверсивный счетчик 25, Записг, пачки импульсов производитс  при нпличигт разрешающего потенциала с выхода ключа 19, включенного на входе ключа 20. При поступлении импульса с ген атора 12, . который считал последн й из занесенных импульсов в реверсивный 25, этот счетчик вьщаёт разрешающи сигнал на ключи 19 и 21, а триггер управлени  24 перебрасывает в состо ние, соответствующее такту измерени , при эт триггер управлени  24 вьщаёт сигнал на ключ 21 и реверсивный счетчик St5, подготовив его к записи пачки импугаэсов. Ключ 21, на входе которого имеютс  сигналы об освобо,ждении реверсивного счетчика 25 и переводе триггера управле ни  24 в режим записи, вьщаёт сигнал на ключи 22 и 23, закрыва  их и предотвра ща  прохождение импульсов на вхбд считы вани  реверсивного счетчика 25 н блока управлени  16. Пачка импульсов с широтного выхода АЦП 11 через ключ 2О 3iaноситс  в реверсивный 25, причем измен етс  состо ние триггера управлени  24, ключей 19 и 21, так же ключей 22 и 23, которые получают разрешаю щий сигнал. Счить1вание информации производитс  импульсами управл емого генератора 12, koTOpbie поступают на вход реверсивного счетчика 25 ключ 22 и на блок управлени  16 через ключ 23. Пол рность напр жени  на электродвигателе вифатора 1 определ етс  фазовьтм компаратором 7. Одновременно с этим, импульсы счргывани  через ключ 22 поступают на реверсивный счетчик 25, уменьЦй  количество записанных в нем импульсов на i при пос туплении каждого послепуюшего импульса от генератора 12. Таким образом, вдали от резонанса, когда фазовый сдвиг между вынуждающей силой и вынужденными колебани ми отрёмитс  к - , частота импульсов генератора 12 высока  - 10 Гц, и отработка производитс  быст|рЬ. При приближе1ши к резонансу количество . Импульсов, записываемых в с«1етчике 25, и частота импульсов генератора 12 уменьшаютс , следовательно, снижаетс  и скорость отработки, что повышает динамические свойства системы регулировани .™..,-. . . - - - ; -- - - - При считывании последнего импульса производитс  новый такт измерени  и за писи, при котором нова  сери  импульсов с нуль-органа 14 заноситс  в рев рсивнь1Й счетчик 25 вычислительного блока 15. Когда при считывании записанной информации резонансна  частота измен етс  таким образом, что часть записанной инфорк йции становитс  излишней, т.е. резонанс достигаетс  за меньшее число импульсов . отработки шаговым двигателем, тогда при перебросе выходного сигнала фазового компаратора 7 дифференциатор 18 вырабатывает импульс, стирающий в вычислительном блоке 15 записанную информацию , и дальнейша  обработка не происходит . По достижении резонанса вынужденные колебани  издели  совпадают по фазе с вынуждающей силой вибратора, при этом напр жение на выходе фазового детектора 8 отсутствует, а следовательно с частотного выхода АЦП 11 идут импульсы генератора 12 с частотой 1 Гц, а на широтном выходе сигнал отсутствует. Однако импульс генератора 12 не проходит через ключ 23 на вход блока управлени  приводом вибратора, поскольку на втором входе ключа 23 отсутствует разрещаю ший потенциал ключа 21. Вычислительный блок 15 продолжает находитьс  в рюжиме записи, поскольку в реверсивный счетчик 25 не занос тс  никакие импульсы , а обратйа  св зь на триггер управлени  24 удерживает его в такте записи. Следовательно, экстремальные колебани  издели  поддерживаютс  по фазовым соотНОШ0НИЯМ между вынуждающей силой и вынужденньтми кол ани ми. При смадении частоты резонанса издели  по вл етс  фазовый сдвиг между вынуждающей сидой и вынужденными колебани ми ,, и устройство оп ть стремитс  совместить Ч(астоту вьшуждаюшей силы с собственной частотой издели . ..: . .-.- - . Если в процессе вифообработки изде;ли  резонансна  частота последнего изме- нитс  таким , что рабоча  точка системы пералетцаетс  на спадающий склон амплитудно-частотной характеристики, то ри этом знак фазового сдвига между вынуждающей силой и вынужденными колебани$1ми станет отрицательным, и фазовый компаратор 7 вьфаботает сигнал на .изменение направлени  вращени  привода 17, а следовательно, на снижение напр жени  на двигатель вифатора 1, т.е. на снижение частоты вынуждающей силы. Устройство автоматически обеспечивает поиск резонансной частоты по минимуму фазового сдвига рассогласовани  входных сигналов датчика амплитуды и датчика

частоты и поддерживает колебани  издели  на резонансной частоте.

ула изобретени 

Ф о

р м

Устройство дл  снижени  остаточных сварочных напр жений, содержащее вибратор с регулируемым приводом, датчик амплитуды колебаний издели , датчик частоты колебаний вибратора, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и блок управлени , св занный с регулируемым приводом, 6 т л Ич а к) щ ё ее   тем, что, с целью повьппа и  точности устройства, оно содержит дифференциатор.

фазовые компаратор, детектор и блок усреднени , выход которого подключён к входу аналого-цифрового преобразовател , св занного с первым и вторым входами

вычислительного блока, третий вход которого через дифференциатор соединен с выходом фазового компаратора, входы последнего и входы фазового детектора соединены с датчиками амплитуйы колебани 

издели  и частоты колебаний вибратора, выход фазового детектора соединен с входе блока усреднени , а вьрсод фазового компаратор а и выход вьгаислительного блока соединеньг с входами блока управлени .