Тренажер сварщика Советский патент 1982 года по МПК G09B19/24 

(34 } ТРЕНАЖЕР СВАРЩИКА

Изобретение относится к тренажерам сварщика и может быть использовано в качестве технического средства для обучения приемам и навыкам электросварки .

Известен тренажер свар1 ;ика, содержащий икштатор мишени с размещенноП в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени l.

Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность обучения навыкам сварки.

Цель изобретения - повышение эффективности обучения навыкам сварки.

Поставленная цель достигается тем, что тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени, имеет блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени - дополнительную нить наксша,подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, который вторим выходом соединен с управля-.

ющим входом блока управления, при этом первые входы блока моделирования теплового баланса связаны дополнительно С перовыми выходами блока управления, один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока моделирования теплового баланса.

Блок моделирования теплового ба10ланса имеет пороговый элемент, ключ, интегратор, сумматор, умножитель и преобразователи, при этом выход первого преобразователя непосредственно и через второй преобразова15тель подключен к входам умножителя, выход которого связан с одним их входов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с

20 одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления.

25

На фиг. 1 приведена блок-схема тренажера; на фиг. 2 - блок-схема блока моделирования теплового баланса,t

Тренажер сварщика (фиг. 1J состо30ит из имитатора 1 мишени, имитатора

2 электрода, имитатора 3 uuiena сварщика, блока 4 управления, блока 5 моделирования теплового баланса.

Имитатор мишени 1 содержит подвижную каретку 6, предназначенную для имитации сварочной ванны, на которой в свою очередь смонтированы датчики Холла ( на фиг. 1 не показаны) и лампа 7 накаливания. Каретка 6 снабжена двухкоординат1шм моторным приводом со схемой управления.

В тренажерю Лс1мпа 7 накаливания, смонтированная, в подвижной каретке, имеет-две нити 8 и 9-накала. Первая нить 8 накала подключена к выходу 10 сигнала горения дуги блока 4 управления, а вторая, 9 - к выходу сигнала 11 энтальпии блока 5 моделирования теплового балансч1.

Имитатор 2 электрода содержит держатель 12 электрода с вмонтированным в него датчиком 13 углового положения электрода, собственно имитатор 14 электрода стержень,осншценный моторным приводом 15 и постоянным магнитом 16 на конце стержня 14, при этом первые входы блока 5 моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока 4 управления, , один из входов которого подключен д полнительно к второму входу блока 5 моделирования теплового баланса.

Блок--5 моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент 17, ключ 18, интегратор 19, сумматор 20 умножитель 21 и преобразователи 22 и 23, при этом выход преобразовател 22 непосредственно и через преобразователь 23 подключен к входам умаожителя 21, выход которого связан с одним из входов сумматора 20, подключенного своим выходом к информационному входу ключа 18, соединенного через интегратор 19 с одним йэ .выводов порогового элемента 17 и дополнительной нитью 9, накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управЛякнцим входом блока 4 управления .

Позициями 24 - 36 обозначены вхо ды и выходы примененных в тренажере блоков./

Имитатор 1 №1шени предназначен для имитации операционного поля сварки,, сварного шва, подвижной ван ны жидкого металла и горящей дуги.

11митатор 3 шлема сварщика предстляет собой стандартный по размеру к внешнему виду шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны с регулятором громкости.

Блсэк 4 управления содержит схему формирования сигнала ошибки по длине дуги, схему формирования сигнала ошибки по величине угла наклона электрода и схему формирования сигнала отклонения траектории, снабженные соответствующими индикаторами , схемы управления мотором приводом имитатора 1 мишени и имитатора 2 электрода, часы времени имитации и часы времени движения каретки, снабженные механизмами задания времени сеанса и соответствующими индикаторами, а также звуковой Генератор тревоги и звукового сопророждения.

Блок 5 предназначен для реализаци реш1-ния управления теплопроводности. Так как имитация процесса сварки в тренажере не требует знания распредления температуры во всем объеме сва.риваемых деталей, то можно воспользоваться не уравнением параболического типа в частных производных, а дифференциальным уравнением в обыкновенны производных, соответствующим балансу количества тепла, поступившего в рассматриваекый объем от сварочного исто 1ника тепла, и тепла, ушедшего за пределы объема всеми видами теплопередачи ( теплопроиэводность, конвекция, излучение и др.. Математическое описание теплового баланса в упрощенной форме при этом имеет

вид

iH,t(Rv KUAiA)(

dt

1д--ач-Ъед

(2) UA-.HClA)

(Ь)

- объемная энтальпия сварочной ванны; Vgg - скорость сварки; Од - напряжение дуги , . 1 - ток дуги , Ед - длина дуги а, Ь, D, R, К, } - константы, зависящие от типа и режима сварки, геометрических размеров и теплофизических характеристик электрода и свариваемых дет;алей

сигнал нарутления нормального режима сварки (( о, если режим наруиен, С 1, если режим сварки нормальный) .

Пороговый элемент 17 предназначен для формирования сигнала нарушения теплового режяма, т.е. выхода величины энтальпии h за заранее установленные пределы.

Электронный ключ 18 предназначен для выключения сигналов, имитирующи скорость сварки и ток дуги (последние два слагаемые уравнения ( 1) при появлении сигнала нарушения нормального режима сварки.

Преобразователь 22 предназначен для формирования сигнала тока дуги в соответствии с уравнением (2J.

Преобразователь 23 предназначен для реализации внешней характеристики сварочнрго источника тепла в соответствии с уравнением (3.

После включения тренажер сварщика работает следующим образом.

Обучаемый подводит имитатор 2 электрода к центру подвижной каретки б для имитации сварочной Baarifi блока 1, соблюдая необходимую длину дугового промежутка и заданное угловое положение имитатора электрода. Если выполнены ограничения заданных длины дуги и углового положения электрода, то сигналы датчи- ков Холла, смонтированных на подвижной каретке 6 имитатора 1 мишени , несущие информацию о расстоянии от конца электрода 16 до поверхности каретки б блока 1 и отклонении того же конца от центра каретки б в ее плоскости, поступают с выходов 24 и 25 имитатора 1 мишени на входы схем формирования сигналов оишбок по длине дуги и отклонения траектории (соответствующие входы 26 и 27 блока 4 управления. Выходной сигнал схемз формирования ошибок по длине дуги включает с .выхода 10 блока 4 управления нить 8 7 накаливания - имита тора горящей дуги, смонтированной на подвижной каретке б блока 1. Всякий раз, когда нарушается установленный дуговой промежуток , упомянутая нить 8 лампы 7 накаливания выключается. и выходной сигнал схемы формирования сигналов ошибок по длине дуги с выхода 10 управляет блоком 5 моделирования теплового баланса, фиксирует ошибку на индикаторе блока 4 управления и включает сигнал тревоги на выход 28 блока 4 управления.

Управление блоком 5 моделирования теплового баланса упомянутым сигнале схемы форАшрования сигналов ошибок по длине дупг 10 будет подробнее рассмотрено при описании работы блока 5 моделирования теплового баланса.

При отсутствии ошибки по длине . дуги .этот же сигнал, поступая на вход схемы управления моторным приводом блока 1, расположенной в блоке 4 управления, приводит к формированию сигналов управления двигателями подвижной каретки б (выходы блока 4 управления 29 - 31. Каретка б приходит в движение, имитируя перемещение жидкой сварочной ванны вдоль кромок сварного шва.

Тот же сигнгш схеки формирования ошибок по длине дуги, пройдя через схему управления моторным приводом имитатора 2 электрода, расположенную в блоке 4 управления, приводит в действие моторный привод 15 имитатора 2 электрода. Электрод выдвигается, имитируя оплавление конца электрода при сварке. Обучае« 1й должен манипулировать имитатором 2

электрода относительно блока 1 таким образом, чтобы отслеживать пространственное положение каретки б, выдерживая заданяые значения длины . дуги и углового положения электрода с учетом имитации движения сварочной ванны и оплавления электрода. В тех случаях, когда один из упомянутых параметров выйдет за допустимые пределы, соответствую0 1г,ие схемы формирования сигнгшов

ошибок будут обеспечивать регистрацию допущенных ошибок на рндикаторах. Выходные сигналы этих схем, поступая на входы звукового генератора сигналов тревоги и звукового сопровождения, управляют последним независимо друг от друга. .С этой целью на входе звукового генератора установлена схема логического объединения выходных скг.налов схем формирования сигналов ошибок.

Сигнал горизонтальной скорости с выхода 29 блока 4 управления и выходной сигнал длины дуги с выхода 24 блока 1 поступают вместе с сигналом нарушения нормального режима сварки с выхода 10 блока 4 управления на входы 32 - 34 блока 5 моделирования

0 теплового баланса.

Сигнал длины дуги, поступив на вход 33 блока 5 моделирования теплового баланса, пройдя через преобразователи 22 к 23, преобразуется в

с значения тока дуги и напряжения дуги, которые поступаю на входы умножителя 21. Функциональный преобразователь 22 реализует зависимость тока дуги от длины дуги (уравнение 2К Функциональный пре0образователь 23 реализует внетинюю характеристику источника сварочного тока (уравнение 3. Таким образом, элементы блока моделирования теплового баланса 21 -23 формируют в

5 электронной схеме слагаемое Чд1д / отражающее мощности дуги (уравнение 1).

Сигнал скорости сварки, поступающий со входа 32 блока 5 электронной

0 модели теплового баланса, отражает эффект движения система координат со скоростью сварки, который был заложен в уравнение ( 1) при его составлении.

55

Сигнал нарушения нормального режима сварки, поступая со входа 34 блока 5 моделирования теплового баланса на вход управления электронного ключа 18, имитирует обрыв дуги

и остановку сварочной ванны. В соответствии с управлением (1 на выходе интегратора 19 формируется сигнал объемной энтгшьпии сварочной ванны, который характиризует количество тепла, содержащегося в овъе-. ме сварочной ванны. Этот сигнал в тренсшере выполняет две функции: поступая на вход 35 блока 1, упра ляет яpкocть..cвeчeния нити 9 лампы 7 накаливания, смонтированной центре каретки б, и является визу альным сигналом степени прогрева ванны, пройдя пороговый элемент 1 формирует, в случае необходимости сигнал выхода энтальпии за установ ленные пределы и включает сигнаил тревоги на вход 36 блока 4 управления. Для реализации сигнала тревоги нарушении теплового режима звуковой генератор сигналов тревоги и звукового сопровожденияблока 4 управления имеет еще один вход управления аналогичный входам.управл ния по сигналам ошибок длины дуги величине угла наклона электрода и т.п. Использование тренажера повышае эффективность обучения навыкам сва ки. Формула изобретения 1. Тренажер сварщика, содержащ имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный чер блок Управления с имитатором шлем сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности обучения навыкам сварки, он имеет блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени - дополнительную нить накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового балайса, который вторым выходом соединен с управляющим входом блока управления, при этом первые входы блока моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока управления, один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока моделирования теплового баланса. 2. Тренажер по п.1, о т л и г чающийся тем, моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент, ключ, интегратор сумматор,умножитель и преобразователи, при этом выход первого преобразователя непосредственно и через второй преобразователь подключен к входам умножителя, выход которого связен с одним из выходов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним вэ выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления. Источники информации, приняпае во внимание при экспертизе 1. Патент США М 4124944, кл. 35-13, 1978.

3S

га

30 SI

Z7

26

w

3S

25

J}

/

l

36

Put.t

If

19

Г