Устройство для стыковой контактной сварки труб из термопластов Советский патент 1992 года по МПК B29C65/18 

Изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при стыковой контактной сварке труб из термопластов.

Известно устройство для стыковой контактной сварки труб из термопластов, содержащее подвижный и неподвижный зажимы, гидравлическую систему и узел контроля параметров сварки, выполненный в виде барометрической пружины, связанной одним концом с гидравлической системой, а другим соединенной посредством рычагов с осью манометра, на которой установлена шестерня, входящая в зацепление с подвижной рейкой, снабженной установленным на одном из ее концов пишущим устройством.

Недостаток устройства заключается в том, что оно не обеспечивает точный контроль осевого сжатия свариваемых труб с учетом действующих паразитных сил сопротивления перемещению подвижного зажима.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для стыковой контактной сварки труб из термопластов, содержащее

xj го о чэ ю

установленные на раме подвижный и неподвижный зажимы для труб, нагреватель и двухканальную систему контроля осевого усилия сжатия труб, включающую первый динамометрический преобразователь, встроенный в нагреватель, второй динамометрический преобразователь для контроля усилия на подвижном зажиме и блок отображения информации.

Недостатком известного устройства является не очень удобная для восприятия форма отображения информации об осевом усилии сжатия труб на двух полях записи диаграммной ленты в блоке отображения информации, выполненном в виде двухка- нального самописца. Кроме того, такая форма представления указанной информации затрудняет контроль и управление процессом сварки на стадиях осадки и охлаждения стыка при возможных отличиях в нормативных величинах осевых усилий сжатия труб на этих стадиях сварки по сравнению со стадией оплавления, а также при необходимости автоматизации процесса сварки.

Целью изобретения является повышение удобства контроля и управления процессом сварки.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для стыковой контактной сварки труб из термопластов система контроля осевого усилия сжатия труб снабжена узлом запоминания, узлом вычитания, первым и вторым узлами коммутации, при этом вход блока отображения информации связан через первый узел коммутации с выходом первого динамометрического преобразователя и с выходом узла вычитания, один из входов которого и информационный вход узла запоминания подключены к выходу второго динамометрического преобразователя, а второй вход узла вычитания подключен к выходу узла запоминания, управляющий вход которого связан со вторым узлом коммутации, причем блок отображения информации выполнен одноканальным. Первый узел коммутации выполнен в виде концевого переключателя, установленного на раме с возможностью срабатывания при размещении нагревателя между торцами труб.

Узел запоминания включает сдвоенный потенциометр, два источника стабилизированного напряжения, нуль-усилитель и реверсивный электродвигатель, при этом реохорды обеих секций потенциометра подключены по одной к источникам стабилизи- рованного напряжения, а их движки кинематически связаны с реверсивным электродвигателем, подключенным через второй узел коммутации к выходу нуль-усилителя, к входу которого подключены включенные встречно-последовательно выход второго динамометрического преобразователя и выход первой секции потенциометра.

Второй узел коммутации выполнен в виде концевого выключателя, установленного на раме с возможностью срабатывания его при перемещении подвижного зажима. На фиг. 1 приведена конструктивная

0 схема устройства; на фиг. 2 - функциональная блок-схема системы контроля осевого усилия сжатия труб; на фиг. 3 - принципиальная схема варианта узла запоминания; на фиг. 4 - фрагмент циклограммы про5 цесса записи на диаграммной ленте самопишущего вольтметра.

Устройство для стыковой контактной сварки труб из термопластов содержит размещенные на раме 1 подвижный 2 и непод0 вижный 3 зажимы свариваемых труб, узел 4 перемещения подвижного зажима, нагреватель 5 со встроенным в нем первым динамометрическим преобразователем 6, и второй динамометрический преобразователь 7 для

5 контроля осевого усилия на подвижном зажиме.

Узел 4 перемещения подвижного зажима выполнен в виде гидроцилиндра 8 со штоком 9, прямоходовая и обратноходо0 вая полости которого соединены с насосом и сливным баком (не показаны) через органы управления (не показаны) направлением перемещения и регулирования давления в гидроцилиндре. Второй дина5 мометрический преобразователь 7 при этом представляет собой датчик давления, подсоединенный к прямоходовой полости гидроцилиндра.

В двухканальную систему контроля осе0 вого усилия сжатия труб входят (наряду с динамометрическими преобразователями 6 и 7) также блок 10 отображения информации (самопишущий вольтметр), выполненный одноканальным, первый узел 11 коммута5 ции, узел 12 вычитания, а также узел 13 запоминания, управляемый посредством второго узла 14 коммутации. При этом вход блока 10 отображения информации подключен через узел 11 коммутации к выходу пер0 вого динамометрического преобразователя 6 (первое положение), а также к выходу узла 12 вычитания (второе положение узла коммутации).

Один из входов узла 12 вычитания и

5 информационный вход узла 13 запоминания подключены к выходу второго динамометрического преобразователя 7, причем к управляющему входу узла запоминания подключен второй узел 14 ком- мутации. который выполнен в виде

концевого выключателя, установленного на раме и срабатывающего в начале перемещения подвижного зажима 2 из начального положения в направлении к неподвижному зажиму 3. Второй вход узла

12вычитания подключен к выходу узла 13 запоминания.

Узел 11 коммутации выполнен в виде концевого переключателя, размещенного на раме 1 в положении, обеспечивающем его срабатывание при установке нагревателя 5 между торцами свариваемых труб, причем первое положение узла 11 коммутации соответствует рабочему положению нагревателя 5 между торцами, а второе положение - отсутствию нагревателя 5 между торцами труб.

Узел 13 запоминания содержит сдвоенный потенциометр с двумя секциями 15 и 16, два источника 17 и 18 стабилизированного напряжения, нуль-усилитель 19 и реверсивный электродвигатель 20, кинематически связанный с движками обеих секций 15, 16 потенциометра. При этом pi- охорды обеих секций 15, 16 потенциометра подключены по одной к источникам 17 и 18 стабилизированного напряжения соответственно. Электродвигатель 20 подключен к выходу нуль-усилителя 19 через второй узел 14 коммутации, а к входу нуль-усилителя 19 подключены включенные встречно-последовательно выход первой секции 15 потенциометра и выход второго динамометрического преобразователя 7. Выход секции 16 потенциометра образует выход узла

13запоминания.

Второй узел коммутации выполнен в виде концевого выключателя, установленного на раме в положении, обеспечивающем его срабатывание при начале перемещения подвижного зажима 2 из начальной (максимально удаленной от неподвижного зажима) позиции по направлению к неподвижному зажиму.

Устройство работает следующим образом.

Свариваемые трубы 21 и 22 устанавливают и зажимают в предварительно разведенных на максимальное расстояние зажимах 2 и 3, после чего в зазор между трубами вставляются нагреватель 5 с нагретыми до заданной температуры торцевыми поверхностями. При этом срабатывает концевой переключатель (узел 11 коммутации), и его контакты устанавливаются в первое положение, в котором к входу блока 10 отображения информации подключается выход встроенного в нагреватель 5 динамометрического преобразователя 6. Далее подвижный зажим 2 с зажатой в нем трубой 21

посредством создания давления в прямо- ходовой полости гидроцилиндра-8 перемещается по направлению к неподвижному зажиму 3 с зажатой в нем трубой 22. В

результате этого свариваемый трубы 21 и 22 прижимаются своими торцами к нагретым торцам нагревателя 5 с осевым усилием, величина которого зависит от давления в прямоходовой полости гидроцилиндра 8 и задается в соответствии с известными из нормативных документов значениями удельного осевого усилия сжатия труб и площади их поперечного сечения:

Foc Poc S,

где FOC - осевое усилие сжатия труб, Н,

Рос - удельное осевое усилие сжатия труб (давление), МПа,

S - площадь поперечного сечения труб, м2.

В процессе прижатия торцов труб 21 и 22 к нагревателю 5 динамометрический пре- образователь 6 преобразует осевое усилие сжатия труб в электрический сигнал напряжения в соответствии с соотношением

30

Ul KrFoc,

где Ui - выходной сигнал динамометрического преобразователя, В;

Ki - коэффициент преобразования преобразователя, В/И.,

Указанный сигнал поступает на вход блока 10 отображения информации, в котором преобразуется в вид, удобный для использования информации об осевом усилии сжатия труб, например, в отклонение линии

23 записи контролируемого параметра на диаграммной ленте 24 самопишущего прибора (не показан) относительно нулевого уровня записи 25 (фиг. 4).

Одновременно с описанным процессом

на начальной стадии сварки происходит и другой процесс, а именно процесс измерения и запоминания величины осевого усилия сопротивления перемещению подвижного зажима, вызываемого трением

и негоризонтальным положением устройства. Указанный второй процесс начинается при начальном максимально разведенном положении подвижного 2 и неподвижного 3 зажимов, когда контакт в концевом выключателе и узла 14 коммутации замкнут. При этом в прямоходовой полости гидроцилиндра 8 отсутствует избыточное давление и на выходе датчика давления динамометрического преобразователя выходной сигнал

имеет нулевой уровень. Если при этом движок секции 15 потенциометра находится в промежуточном положении, то на входе нуль-усилителя 19 возникает сигнал рассогласования, который после усиления заставляет вращаться электродвигатель 20 в сторону уменьшения указанного сигнала рассогласования, т.е. будет перемещать движок секции 15 потенциометра в начальное (нулевое) положение.

После установки потенциометра в начальное положение создается постепенно нарастающее давление в пря- моходовой полости гидроцилиндра 8, которое преобразуется датчиком давления динамометрическим преобразователем 7 в электрический сигнал напряжения в соответствии с соотношением

U2 К2 Ргц К2

ГЦ

ГЦ

К2 Рпз ,

где U2 - выходной сигнал датчика давления, В;

К2 - коэффициент преобразования датчика давления, В/МПа;

Ргц - осевое усилие на поршне гидроцилиндра, Н;

8гц - площадь гидроцилиндра;

«2 - коэффициент преобразования датчика давления в совокупность с гидроцилиндром, В/Н;

Рпз - осевое усилиэ на подвижном зажиме, Н.

При появлении на выходе датчика давления выходного напряжения на входе нуль-усилителя 19 появляется сигнал разбаланса, который после усиления приводит во вращение вал электродвигателя 20, перемещающий движок секции 15 потенциометра в положение, при котором выходное напряжение датчика давления уравновешивается (с точностью до уровня нечувствительности нуль-усилителя) выходным напряжением указанной секции 15 потенциометра;

.

Предполагается при этом, что схемно- конструктивные параметры запоминающего узла выбраны такими, что его быстродействие достаточно для отработки изменений входного сигнала с допустимой динамической погрешностью.

Выходное напряжение секции 16 потенциометра дублирует (с возможным изменением масштаба) выходное напряжение секции 15 потенциометра, т.е.

Ul6 M-Ul5 M-U2 Кз Рпз,

где Ui5, Die - выходные напряжения соответственно секций 15 и 16 потенциометра, В;

м - масштабный коэффициент, опреде- ляемый соотношением напряжений источников 17 и 18;

Кз - коэффициент преобразования, В/Н.

Как только началось перемещение по- движного зажима 3, происходит срабатывание концевого выключателя (узла 14 коммутации), контакты которого размыкаются, в результате чего управляющая обмотка электродвигателя обесточивается и происходит фиксация выходного вала электродвигателя и кинематически связанных с ним движков обеих секций i5 и 16 потенциометра в положении, предшествующем размыканию контакта в выключателе. Таким образом, на выходе секций 16 потенциометра фиксируется напряжение, пропорциональное осевому усилию сопротивления перемещению подвижного зажима

(Ul6)o K3-Fr.3o,

где (1Иб)о - запомненная величина напряжения на выходе секции 16 потенциометра, В;

Рпзо - величина осевого усилия сопротивления перемещения подвижного зажима, Н.

После прижатия торцов труб 21 и 22 к нагревателю 5 происходит их прогрев (оплавление) в течение времени Т0пл. При этом эта стадия обычно осуществляется в два этапа: на первом задается относительно большое усилие (исходя из нормативного значения от 1 до 2 кгс на 1 см2 поперечного

сечения труб), а на втором усилие снижается во много раз. Такой характер осевого нагру- жения свариваемых труб вызывается необходимостью получения на первом этапе оплавления плотного прилегания торцов

труб к нагревателю, а на втором этапе предотвращения чрезмерного деформирования нагревающихся торцов труб.

После окончания стадии оплавления производится кратковременное обратное

перемещение подвижного зажима 2 (необходимое для освобождения нагревателя бот сжимающих усилий со стороны труб 21 и 22) и удаление нагревателя 5 из зазора между трубами 21 и 22. Указанная стадия сварки,

именуемая технологической паузой, должна производиться достаточно быстро в течение времени Тп, не приводящему к заметному охлаждению разогретых торцов труб.

При указанном промежуточном обратном перемещении подвижного зажима во время технологической паузы не допускается повторное срабатывание концевого выключателя (узла 14 коммутации). Это условие может быть выполнено в простейшем варианте путем соответствующего ограничения величины обратного перемещения подвижного зажима оператором.

После удаления нагревателя 5 из зазора между трубами 21 и 22 их оплавленные торцы сжимаются за счет повторного повышения давления в прямоходовой полости гидроцилиндра 8 (стадия осадки Т0с) и оставляются в сжатом состоянии до охлаждения сварного стыка (стадия охлаждения стыка Тохл). При удалении нагревателя 5 из зазора между трубами 21 и 22 контакты концевого переключателя (узла 11 коммутации) устанавливаются во второе положение и вход блока 10 отображения информации оказывается подключенным к выходу узла 12 вычитания, на одном входе которого имеется сигнал с выхода датчика давления (динамометрического преобразователя 7), а на другом входе - сигнал с выхода узла 13 запоминания. Следовательно, на выходе узла 12 вычитания имеется сигнал, описываемый соотношением

AU U2 U30 К2 Рпз К3 Рпзо . При легко выполнимом условии ,

указанное соотношение преобразуется к виду:

( Рпз - Рпзо ) KZ -F

ос

т.к. очевидно, что заключенная в скобки разность осевых усилий по физическому смыслу представляет собой осевое усилие на торцах сжимаемых труб.

Указанный сигнал поступает на вход блока 10 отображения информации, где фиксируется на стадиях осадки и охлаждения стыка в таком же виде, как и при работе системы контроля от встроенного в нагреватель 5 динамометрического преобразователя 6 на стадии оплавления.

Имеется в виду при этом, что указанный сигнал имеет положительный знак. Противное возможно в период технологической паузы и будет приводить к обратному зашкаливанию самопишущего вольтметра (блока 10 отображения информации) в указанный

период, от которого при необходимости можно легко избавиться, например, подключив на входе вольтметра вентиль (не показан).

Таким образом, реализация устройства

обеспечивает повышение удобства восприятия и использования информации о результатах контроля осевого усилия сжатия труб из термопластов в процессе их стыковой сварки.

Формула изобретения

1.Устройство для стыковой контактной сварки труб из термопластов, содержащее

установленные на раме подвижный и неподвижный зажимы для труб, нагреватель и двухканальную систему контроля осевого усилия сжатия труб, включающую в себя первый динамометрический преобразователь, встроенный в нагреватель, второй динамометрический преобразователь для контроля усилия на подвижном зажиме и блок отображения информации, от л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения удобства контроля и управления процессом

.сварки, система контроля осевого усилия

сжатия труб снабжена узлом запоминания,

узлом вычитания, первым и вторым узлами

коммутации, при этом вход блока отображения информации связан через первый узел коммутации с выходами первого динамометрического преобразователя и узла вычитания, один из входов которого и информационный вход узла запоминания

подключены к выходу второго динамометрического преобразователя, а второй вход узла вычитания подключен к выходу узла запоминания, управляющий вход которого связан с вторым узлом коммутации, причем

блок отображения информации выполнен одноканальным.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что первый узел коммутации выполнен в виде концевого переключателя, установленного на раме с возможностью срабатывания при размещении нагревателя между торцами труб.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что узел запоминания включает в

себя сдвоенный потенциометр, два источника стабилизированного напряжения, нуль-усилитель и реверсивный электродвигатель, при этом реохорды обеих секций потенциометра подключены по одному к источникам стабилизированного напряжения, а их движки кинематически связаны с реверсивным электродвигателем, подключенным через второй узел коммутации к выходу нуль-усилителя, к входу которого подключены включенные встречно-последовательно выходы второго динамометрического преобразователя и первой секции потенциометра, причем выход второй секции потенциометра образует выход узла запоминания.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что второй узел коммутации выполнен в виде концевого выключателя, установ- ленного на раме с возможностью срабатывания его при перемещении подвижного зажима.

Использование: изобретение относится к сварке пластмасс и может найти применение при стыковой контактной сварке труб из термопластов для повышения удобства контроля и управления процессом сварки. Сущность изобретения: в устройстве для стыковой контактной сварки труб из термопластов система контроля осевого усилия сжатия труб снабжена узлом запоминания, узлом вычитания, первым и вторым узлами коммутации. Вход блока отображения информации связан через первый узел коммутации с выходом первого динамометрического преобразователя и с выходом блока вычитания. Один из входов узла вычитания и информационный вход узла запоминания подключены к выходу второго динамометрического преобразователя. Второй вход узла вычитания подключен к выходу узла запоминания. Управляющий вход узла запоминания связан с вторым узлом коммутации. Блок отображения информации выполнен одноканальным. Кроме того, первый узел коммутации выполнен в виде концевого переключателя. Узел запоминания включает сдвоенный потенциометр, два источника стабилизированного напряжения, нуль-усилитель и реверсивный электродвигатель. Второй узел коммутации выполнен в виде концевого выключателя 3 з. п. ф-лы, 4 ил. СО С

Фие.1

Ц F

УЗ.

KЈ

Фиг. 2

0.

/2

25-,

tf

-1

. .UHlwJ

fl

JO

n1

20

Фиг.З