Тренажер сварщика

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоеетскиаСфциалистическикРеспублик и 980124(22) Заявлено 22, 06, 81 (21) 3305432/18-12 И) М. Кл.з с присоединением заявки М Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий. 51 1088. 8) Опубликовано 07,1282, Бюллетень М 45 Дата опубликования описания 07. 12. 82 Б.Е.Патон, Г.Е.Пухов, В.В.Васильев и В.А Богйарйскна.жрз ьл"-т3зИнститут проблем моделирования в энергетййъ-.М украийской ССР(54 ) ТРЕНАЖЕР СВАРЦИ 1 А Изобретение относится к тренажерам сварщика и может быть использовано в качестве технического средства для обучения приемам и навыкам электросварки.Известен тренажер сварщика, содержащий имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный че- рез блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором электрода, подключенным к имитатору мишени 1 .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 накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, который вторым выходом соединен с управля-. ющим 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.Блок 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 связан с одним их входов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления.На фиг. 1 приведена блок-схема тренажера.; на фиг. 2 - блок-схема блока моделирования теплового баланса.тренажер сварщикафиг. Ц состоит из имитатора 1 мишени, имитатораляет собой стандартный по размеру к внешнему виду шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны с регулятором громкости.Блок 4 управления содержит схему формирования сигнала ошибки по длине дуги, схему Формирования сигнала ошибки по величине угла накло 60 65 2 электрода, имитатора 3 шлема сварщика, блока 4 управления, блока 5моделирования теплового баланса.Имитатор мишени 1 содержит подвижную каретку 6, предназначеннуюдля имитации сварочной ванны, на 5которой и свою очередь смонтирова-.ны датчики Холлана фиг. 1 не показаны) и лампа 7 накаливания. Каретка 6 снабжена двухкоординатныммоторным приводом со схемой управления.В тренажере лампа 7 накаливания,смонтированная в подвижной каретке,имеет.две нити 8 и 9 накала. Перваянить 8 накала подключена к выходу10 сигнала горения дуги блока 4управления, а вторая, 9 вк выходусигнала 11 энтальпии блока 5 моделирования теплового баланса.Имитатор 2 электрода содержитдержатель 12 электрода с вмонтированным в него датчиком 13 угловогоположения электрода, собственно имитатор 14 электрода стержень, оснащенный моторным приводом 15 и25постоянным магнитом 16 на концестержня 14, при этом первые входыблока 5 моделирования теплового баланса связаны дополнительно с первыми выходами блока 4 управления,один из входов которого подключен дополнительно к второму входу блока5 моделирования теплового баланса.Блок.5 моделирования тепловогобаланса имеет пороговый элемент 17,ключ 18, интегратор 19, сумматор 20,умножитель 21 и преобразователи 22и 23, при этом выход преобразователя22 непосредственно и через лреобраэователь 23 подключен к входам умножителя 21, выход которбго связан 40с одним из входов сумматора 20,подключенного своим выходом к информационному входу ключа 18, соединенного через интегратор 19 с одним.иэ,выводов порогового элемента 17 45и дополнительной нитью 9,накала, авторой вывод порогового элементасоединен с управляющим входом блока4 управленияПозициями 24 - 36 обозначены входы и выходы примененных в тренажереблоков.Имитатор 1 мишени предназначендля имитации операционного полясварки,. сварного шва, подвижной ванны жидкого металла и горящей дуги.Имитатор 3 шлема сварщика представна электрода и схему Формированиясигнала отклонении траектории,снабженные соответствующими индикаторами, схемы управления моторомприводом имитатора 1 мишени и имитатора 2 электрода, часы времениимитации и часы времени движения каретки, снабженные механизмами задания времени сеанса и соответствующими индикаторами, а также звуковойенератор тревоги и звукового сопроождения.Блок 5 предназначен для реализацииреш.ния управления теплопроводности.Так как имитация процесса сварки втренажере не требует знания распределения температуры во всем объеме сва.риваемых деталей, то можно воспользоваться не уравнением параболическоготипа в частных производных,а дифференциальным уравнением в обыкновенныхпроизводных, соответствующим балансу количества тепла, поступившегов рассматриваемый объем от сварочного источника тепла, и тепла, ушедшего за пределы объема всеми видамитеплопередачи (теплопроизводность,конвекция, излучение и др.), Математическое описание теплового балансав упрощенной форме при этом имеетвидф 1 ЬФ 1 Юц+ КОдд)б"=0 Ю1 д: а+ Ыд (Я)0 д:ч Од) (3)где п - объемная энтальпия сварочной ванны,Ус 8 - скорость сварки,Уд - напряжение дуги1Рд - длина дуги ,.а, Ь, О, В, К,- константы,зависящие от типа и режима сварки,геометрических размеров и теплофизических характеристик электрода исвариваемых деталейсигнал наруиения нормальногорежима сварки (Д"= О, если режим нарушен, (У= 1, если режим сварки нормальный).Пороговый элемент 17 предназначен для формирования сигнала нарушения теплового режима, т.е. выходавеличины энтальпии и за заранее установленные пределы.Электронный ключ 18 предназначендля выключения сигналов, имитирующихскорость сварки и ток дуги (последние два слагаемые уравнения ( 1) припоявлении сигнала нарушения нормального режима сварки,Преобразователь 22 предназначендля формирования сигнала тока дугив соответствии с уравнением ( 2).Преобразователь 23 предназначендля реализации внешней характеристики сварочного источника тепла всоответствии с уравнением ( 3).После включения тренажер сварщи- электрода относительноел но блока 1ка работает следующим образом. таким образом, что ычтобы отслеживать проОбучаемый подводит имитатор 2 странственное положение каретки б,электрода к центру подвижнойкарвт- выдерживая заданные з дланные значения длины .ки б для имитации сварочной ваньк дуги и углового положения электроблока 1, соблюдая необходимую дли да с учетом имитации движения свану дугового промежутка и заданное рочной ванны и сплав р -и оплавления электроугловое положение имитатора электро- да. В тех случаях, ко д дикогда один изда. Если выполнены ограничения за- упомянутых параметров выйдет засоответствчюданных длины дуги и углового поло- допустимые пределы, со уюжения электрода, то сигналы датчи щие схемы Формирования сиг алия сигналовнов Холла,. смонтированных на под- сшибок будут обеспечивать регистравижной каретке б имитатора 1 мише- цию допущенных ошибок на рндикатони, несущие информацию о расстоянии рах. Выходные сигналы этих схем,от концаэлектрода 16 до поверхнос- . поступая на входы звукового генети каретки б блока 1 и отклонении 15 ратора сигналов тревоги и звуковотого же конца от центра каретки б го сопровождения, управляют посв ее плоскости,. поступают с выходов ледним независимо друг от друга.24 и 25 имитатора 1 мишени на входы . С этой целью на входе звуковогосхем формирования сигналов ошибок по генератора установлена схема логидлине дуги и отклонения траектории р 0 ческого объединения выходных сиг-соотвсоответствующие входы 2 б и 27 бло- ,налов схем формирования сигналовка 4 управления). Выходной сигнал ошибок.схемы формирования ошибок по длине Сигнал горизонтальной скорости свыхо -дуги вкключает с .выхода 10 блока 4 выхода 29 блока 4 управления и дхо а 24авления нить 8 лампы 7 накали ной сигнал длины дуги с выходаупр лс сигналоми - имит тора горящей дуги, смой- блока 1 поступают вместе с сиа сва китированной на подвижной каретке б нарушения нормального режима с рблока 1. Всякий раз, когда наруша- с выхода 10 блока 4 управления нается установленный дуговой проме- входы 32 - 34 блока 5 моделированияжуток, упомянутая нить 8 лампы 7З 0 теплового баланса,накаливания выключается., и выходной Сигнал длины дуги, поступив насигнал схемы формирования сигналов вход 33 блока 5 моделирования тепло"ошибок по длине дуги с выхода 10 вого баланса, пройдя через преобрауправляет блоком 5 моделирования зоватвли 22 и 23, преобразуется втеплового баланса, фиксирует ошиб- З 5 значения тока дуги и напряженияку на индикаторе блока 4 управле- дуги, которые поступают на входыния и включает сигнал тревоги на умножителя 21. Функциональный прев ыход 28 блока 4 управления. образователь 22 реализует зависиУ авлвние блоком 5 моделирования мость тока дуги от длины дупрапетеплового абаланса упомянутым сиг-(уравнение 2). Функциональный р 40налом схемы форвйрования сигналов образователь 23 реализует внешнююошибок по длине дуги 10 будет характеристикуисточника сварочногоподробнее рассмотрено при описанииработы блока 5 моделирования тепло- элементы блока моделирования теплового баланса 21 -23 формируют вКО сП и отсутствии ошибки по длине 45 электронной схеме слагаемое дддуги, этот же сигнал, поступая нариотражающее мощности дуги (ури ( авнениевход схемы управления моторным 1).приводом лона, рб а 1 асположенной в Сигнал скорости сварки, поступаюб 4 п авления приводит к Фор- ций со входа 32 блока 5 электроннойлоке упрФмированию сигналов управления двига модели теплового балан , ртелями подвижной каретки б (выходы эффект движения систеж координатблока 4 управления 29 - 31) . Карет" со скоростью сварки, ко ри кото ый был зака б приходит в движение, имитируя ложен в уравнение ( 1) при его сосперемещение жидкой сварочной ван- тавлении.ны вдоль кРомок сваРного шва. 5 Сигн наруыения норм ьного рейТот же сигнал схемы формирова- ма сварки, поступая со входа 34б к по длине дуги, пройдя блока 5 моделирования теплового бачервз схему управления моторным ланса на вход управления э трлек онприводом имитатора 2 электрода, рас- ного ключа 18, имитирует обрыв дугиположенную в л кблоке 4 управления, при- в 0 и остановку сварочной ванны. В со(1 на выв ействие моторный привод 15 ответствии с управлением ) на выводит в де тимитатора 2 электрода. Электрод вы- ходе интегратора фор рдвигается, имитируя оплавление кон- сигнал объемной энтальпии сварочнойца электрода при сварке. Обучаеьый ванны, который характиризует колидолжволжвн манипулировать имитатором 2 43 чество тепла, содержащегося в объе 98012410 25 ме сварочной ванны. Этот сигнал в тренажере выполняет две Функции: поступая на вход 35 блока 1, управляет яркость,.;свечения нити 9 лам- пы 7 накаливания, смонтированной в центре каретки 6, и является визуальным сигналом степени прогрева ванны, пройдя пороговый элемент 17, Формирует, в случае необходимости, сигнал выхода энтальпии за установленные пределы и включает сигнал тревоги на вход 36 блока 4 управления.Для реализации сигнала тревоги о Нарушении теплового режима звуковой генератор сигналов тревоги и звукового сопровождения блока 4 управления имеет еще один вход управления аналогичный входам.управленйя по сигналам ошибок длины дуги, величине угла наклона электрода и т.п.Использование тренажера повышает эффективность обучения навыкам сварки. Формула изобретения 1. Тренажер сварщика, содержащийимитатор мишени с размещенной внем нитью накала, соединенный черезблок управления с имитатором шлемасварщика и имитатором электрода,пОдключенным к имитатору мишени,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективностиобучения навыкам сварки, он имеет блок моделирования теплового баланса, а имитатор мишени - дополнительную нить накала, подключенную к первому выходу блока моделирования теплового баланса, 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 -. ч а ю щ и й с я тем, что.блок моделирования теплового баланса имеет пороговый элемент, ключ, интегратор сумматор,умножительи преобразователи, при этом выход первого преобразователя непосредственно и через второй преобразователь подключен к входам умножителя, выход которого связан с одним из выходов сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, соединенного через интегратор с одним из выводов порогового элемента и дополнительной нитью накала, а второй вывод порогового элемента соединен с управляющим входом блока управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе980124 Составитель С. АлексанТемред М.Гергель Ко ор М. Демчи Редактор .А. Власе Закаэ 9365/ 5 лиал ППП фПатент 11, г. Ужгород, ул, Проектная О Тираж 472ВНИИПИ Государствепо делам изобре 3035, Москва, Ж, Ра Подпис ого коьытета ний и открыты ушская наб., д.