Специальные устройства для перемещения сварочной головки (каретки, многокоординатные суппорты, контурные, копирные и т.д.)

Схемы подъемно-поворотных колонн.

Типы : ПК-1; ПК-2; ПК-3; ПК-4.

Тележки бывают велосипедные (ВТ-1; ВТ-2; ВТ-3; ВТ-4) и глагольные (ГТ-1; ГТ-2; ГТ-3; ГТ-4).

Портальные тележки ПТ-1.

Лекция 2

1. Определение основных характеристик проектируемой сварочной машины.

2. Критерии оценки сварочной машины.

Любая сварочная машина или установка может быть оценена с таких позиций : качество изделия, производительность, степень автоматизации, надежность и долговечность, универсальность и т.д.

2.1. Надежность.

Под надежностью машины следует понимать ее свойство сохранять работоспособность в течение заданного достаточно длительного промежутка времени при неизменных нормальных условиях ее эксплуатации. Для определения степени надежности машины или агрегата необходимо располагать данными о средней статической (или гарантированной) интенсивности отказов каждого из составляющих машину узлов и механизмов, а так же о длительности вынужденных простоев для восстановления работоспособности машины.

Частота и длительность вынужденных простоев машины полностью определяют степень ее надежности и непосредственно влияют на коэффициент ее использования, а следовательно, и на производительность машины.

Так как абсолютная, стопроцентная надежность машины не достижима, то в заданиях на проектирование машин и агрегатов обычно ставится условие, чтобы в течение определенного времени (например, восьмичасовой смены) вероятность безотказной работы машины была достаточно велика, т.е. была не менее заданной допустимой величины, например, не менее 0,90. При достаточно высокой вероятности безотказной работы машину можно встраивать в автоматизированную поточную линию без существенного ущерба для коэффициента использования линии и экономичности производства в целом.

Вероятность безотказной работы машины в течении заданного времени t определяется известным выражением теории надежности :

Надежность многооперационной комбинированной машины определяется надежностью составляющих ее элементов и их числом. Поэтому общая интенсивность отказов такой машины, состоящей из n элементов, должна рассматриваться как сумма интенсивностей отказов :

2.2. Производительность.

До сих пор вопрос о надежности машины рассматривался вне зависимости от того, какое время после отказа машины требуется для восстановления ее работоспособности. Между тем это простойное время очень важно для определения эксплуатационных показателей машины – ее коэффициента готовности и производительности.

Если известно время простоя машины после каждого n_от зарегистрированных отказов, то можно определить среднюю длительность восстановления работоспособности машины:

Зная среднее время безотказной работы Т_ср и Д_ср легко определить коэффициент готовности машины:

и ее производительность:

Это выражение можно представить в несколько ином виде, иллюстрирующем непосредственную зависимость величины Q от интенсивности отказов  и числа составляющих машину элементов n. Подставив в формулу Т_ср=1/, после преобразований получим:

Для комбинированной машины, состоящей из n механизмов, имеющих одинаковую интенсивность отказов _i, в формулу можно подставить =n_i, и тогда :

Это выражение свидетельствует об относительном влиянии большого числа элементов, составляющих машину, на ее производительность. Такое влияние накладывает определенные ограничения на количественный состав выполняемых машиной операций и несколько сдерживает развитие и внедрение комбинированных машин в сварочном производстве. Однако это отрицательное влияние с избытком компенсируется огромными преимуществами комплексного объединения операций и их одновременного выполнения одной комбинированной машиной или агрегатом.

Для повышения надежности многоэлементных машин иногда применяют резервирование по отдельным, наименее надежным, но ответственным элементам, например, дублирование элементов автоматики в системе автоматического управления, сварочных головок для гарантии непрерывности процесса (особенно в многоголовочных машинах) и т.д. При резервировании применяется параллельное соединение элементов с автоматическим (или механизированным) переключением элементов в момент отказа одного из них.

2.3. Уровень механизации и автоматизации.

Уровень механизации и автоматизации производственного процесса в механизированных, п/автоматических и автоматических машинах оценивается специальными показателями. Главный из этих показателей оценивает степень замены живого труда машинной работой, т.е. степень выполнения основной функции механизации и автоматизации трудовых процессов :

Если данная многооперационная машина является лишь частью какого-либо комплексного производственного потока, то ее роль и значение в комплексной механизации производства, который характеризует вклад этой машины в комплексную механизацию потока:

3. Составление циклограммы сварочной установки.

Оперативное время, необходимое для выполнения различных операций при изготовлении (сварке) изделий на сварочных установках, разделенное на отдельные элементы работы, можно представить в виде циклограммы работы установки. На циклограмме работы установки, представленной в виде прямоугольников одинаковой высоты, откладывают в определенном масштабе отрезки времени для выполнения отдельных элементов работы или перемещений отдельных узлов механизмов установки.

Все виды перемещений, которые выполняют узлы и механизмы установки за один цикл работы, можно условно разделить на активные и совмещенные. Совмещенными являются те основные движения, которые происходят одновременно с активными вспомогательными движениями.

К активным движениям, совершаемым механизмами установки за один цикл работы, относятся: загрузка деталей изделия (закрепление деталей); быстрый отвод сварочной головки от сваренного изделия в исходное положение; разжим сваренного изделия; съем сваренного изделия с приспособления и укладка его в тару.

При разработке циклограммы работы установки необходимо стремиться к уменьшению времени цикла, что можно достигнуть путем сокращения длины ходов и увеличения скорости перемещения сварочных головок, а так же за счет снижения количества и времени активных движений вследствие их совмещения. Например, можно сократить время цикла путем совмещения следующих активных движений: быстрый подвод сварочных головок к изделию со времени фиксации и закрепления деталей изделия в приспособлении установки. Следовательно, циклограмма работы установки показывает, как установка загружена работой по времени и позволяет выявить лимитирующую операцию.

Сравнительный анализ различных систем и вариантов установок, сопоставление их относительных достоинств и недостатков, а так же выбор наиболее выгодного варианта существенно облегчается исследованием их рабочих циклограмм. Следовательно, целью построения циклограмм сварочных установок является не только определение режима их работы и основных технических параметров (ритма, производительности и т.п.), но и выбор оптимального варианта установки (машины).

Для примера и сравнения рассмотрим два варианта сварочных установок предназначенных для производства сварочных установок предназначенных для производства коротких коробчатых балок (корпусов шахтных стоек), выпускаемых в массовом количестве.

Стальной корпус шахтной стойки составляется из двух угольников или швеллеров длиной 0,8-1,2м. Два угольника или швеллера требуется точно собрать между собой и сварить двумя продольными швами, расположенных с противоположных сторон корпуса. Для этого необходимо произвести следующие операции:

1. – подачу заготовок в кондуктор и сборку их между собой с плотным зажатием;

2. – сварку первого шва автоматической электродной сваркой;

3. – кантование изделия на 180⁰;

4. – сварку второго шва;

5. – очистку швов от шлаковой корки и выдачу изделия на поток.

Как видно, схемы а и б отличаются между собой характером и степенью совмещения перечисленных выше операций. В схеме а операции совмещены в пространстве, но не во времени (выполняются на одном месте). Все пять операций производятся в одном и том же стационарном кондукторе – кантователе 1 в необходимой технологической последовательности IV.

Машина по схеме а состоит из одного сборочного кондуктора – кантователя и одного сварочного автомата, передвигающегося по рельсовому пути и последовательно выполняющего сварку сначала первого шва, а затем (после кантования изделия на 180⁰) второго шва. Машина по схеме а является простейшей, однако и наименее совершенной и малопроизводительной.

В машине по схеме б для повышения коэффициента ее использования и производительности установлены два одинаковых кондуктора – кантователя, поочередно обслуживаемые одним сварочным автоматом. Таким образом, установка работает по челночной схеме.

Сварочный аппарат совершает возвратно-поступательные перемещения от одного рабочего места к другому. Во время сварки шва в каком-либо одном кондукторе в это время производится сборка (операция I), кантовка (операция II) либо выдача изделия на поток (операция V) в другом кондукторе. Таким образом, благодаря челночной схеме появляется возможность частичного совмещения операций во времени. Можно добавить второй автомат, что позволит резко сократить ритм машины и повысить ее производительность. Можно сделать многопозиционные машины-агрегаты.

Циклограмма первой установки (машины) будет иметь следующий вид:

Недостаток машины в том, что в периоды автоматической сварки швов, не требующей участия человека, рабочее время оператора не используется. Между тем, из циклограммы работы установки видно, что чистое время сварки (без вспомогательных операций) составляет 80 сек, т.е. 67% времени ритма. Следовательно, коэффициент использования рабочего времени оператора составляет всего лишь 33%. Степень совмещения операций во времени равна нулю.

Для повышения коэффициента использования рабочего времени оператора, а, следовательно, и производительности труда можно организовать работу по схеме б, циклограмма которой имеет вид: (рис).

При такой организации работы сборочные операции могут производится одновременно со сварочными, хотя и в разных кондукторах. Это позволяет повысить степень совмещения операций во времени С_В от 0 до 13% и соответственно производительность машины от 30 до 35 шт/ч. Однако и в этом случае, как это видно из циклограммы, у оператора все еще остается значительный неиспользованный резерв времени в периоды сварки швов. Этот резерв составляет около 50 сек за один ритм машины, что примерно соответствует коэффициенту использования рабочего времени оператора 0,5.

Анализ циклограммы позволяет сделать вывод о том, что установку целесообразно снабдить еще одним сварочным автоматом и таким образом преобразовать ее в сдвоенную. В этом случае оператор получает возможность использовать резерв времени, работая на двух автоматах по многостаночной схеме и этим повысить степень совмещения операций. При известных условиях такое, казалось бы, незначительное изменение схемы дает разительный эффект повышения всех технико-экономических показателей машины : степень совмещения и операций возрастает с 13 до 87%; производительность – с 35 до 60 шт/ч.

Лекция 3

Разработка кинематической схемы сварочной машины.

Для того, чтобы можно было приступить к конструированию сварочной машины, необходимо предварительно разработать его кинематическую схему, т.е. такую систему механизмов, которая воспроизводит все требуемые движения свариваемого изделия и сварочного инструмента, а так же вспомогательные движения (быстрые холостые перемещения, установочные движения и т.д.). В машинах, работающих по циклу, эти движения должны совершаться автоматически в определенной последовательности, что так же должно обеспечиваться выбранной кинематической схемой.

Подобно всем задачам, решаемых путем синтеза механизмов по заданным движениям конечных звеньев системы, задача построения кинематической схемы проектируемой сварочной машины решается неоднозначно: в каждом отдельном случае возможно некоторое число вариантов решения. При разработке и оценке сопоставляемых вариантов нельзя забывать от том, что элементы кинематической схемы до известной степени предопределяют конструкции соответствующих элементов машины. Так, например, из двух вариантов плавного регулирования скорости сварки с помощью вариаторов и последующим изменением числа оборотов двигателя постоянного тока, лучшим будет при прочих одинаковых условиях вариант изменения числа оборотов двигателя так как при этом уменьшается длина кинематической цепи, а также повышается точность регулирования скорости сварки из-за этого малого износа элементов кинематической цепи по сравнению с вариаторами. Именно из-за этого недостатка не получили широкого применения вариаторы в сварочных машинах.

Известное влияние на выбор кинематической схемы имеют и требования унификации конструкций, изготовляемых на данном заводе, с чем конструктор новой сварочной машины обязан считаться.

Решение задачи построения кинематической схемы сварочной машины требует прежде всего анализа движений, которые необходимы для работы машины как машины-орудия. На основе такого анализа (методы его рассматриваются в курсе «Теория механизмов и машин») могут быть построены отвечающие этим движениям кинематические цепи, каждая из которых выполняет свою особую функцию. В совокупности эти цепи образуют кинематическую схему машины. В зависимости от характера работ, выполняемых сварочной машиной и от назначения отдельных цепей его схемы некоторые последних обязательно должны быть кинематических связаны между собой или допускать временную связь, другие цепи должны постоянно оставаться независимыми от остальных, для третьих кинематическая связь с некоторыми цепями схемы допустима, но не обязательна.

Построенная кинематическая схема должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Наибольшая возможная простота. В большинстве случаев, чем проще кинематическая схема, тем проще основанная на ней конструкция машины.

2. Наибольшая возможная автоматизация машины, что исключает влияние рабочего на скорость и точность выполняемых машиной движений, т.е. кинематическая схема полного автомата. Однако от такого решения нередко приходится отказываться, потому, что автоматизация подачи деталей в позицию крепления и сборки изделия приводит к чрезмерно сложной конструкции механизма и питающего устройства. В таких случаях операции снятия с машины сварного изделия, установки и сборки нового изделия и пуск машины производит рабочий или эти операции выполняет промышленный робот.

3. Возможно более высокий КПД. Так как общий КПД кинематической цепи зависит от КПД образующих ее передач и от их числа, то отсюда следует необходимость особого внимания при выборе основных параметров таких сильно понижающих передач, как червячные, винтовые, планетарные.

4. Точность работы механизмов кинематической схемы. Это требование относится главным образом к кинематическим цепям механизмов слежения за стыком, так как даже малые ошибки движения конечного ведомого звена цепи приводят к недопустимым отклонениям электронного или лазерного лучей и дуги от стыка, что может привести к непровару по кромке.

3.1. Основные факторы, определяющие структуру

кинематических цепей сварочной машины.

Каждая кинематическая цепь машины имеет свое строго определенное функциональное назначение. Между тем сравнение кинематических схем сварочных машин, близких по выполняемым функциям и типоразмерам, показывает, что их цепи, совершенно одинаковые по назначению, нередко сильно отличаются по своей структуре. Это объясняется двумя основными причинами:

1. Задача преобразования движения может быть решена, как правило, различными способами. При этом число возможных решений тем меньше, чем большему количеству условий должна удовлетворять кинематическая цепь, преобразующая движение.

2. Количество различных механизмов, сочетаниями которых можно осуществить требуемый закон движения соответствующего элемента сварочной машины, более или менее значительно. Поэтому может быть очень большим число таких разнообразных комбинаций этих механизмов, которые одинаково удовлетворяют поставленной кинематической задаче.

Отсюда следует, что для правильного выбора структуры кинематической цепи и составляющих ее звеньев необходимо иметь прежде всего точное и полное преставление о назначении этой цепи и рабочих, холостых и установочных движениях, которые должно совершать ее конечное ведомое звено во время работы и наладки машины. Необходимо, кроме того, знать границы возможного и целесообразного использования различных механизмов, применяемых в современном машиностроении : верхний и нижний пределы передаточного отношения, закономерность его изменений, если это отношение непостоянно (кулисные, мальтийские, звездчатые и др. передачи); возможности реверсирования; потери энергии, сопутствующие преобразованию движения и т.д. Иначе говоря, чтобы построить кинематическую схему проектируемой машины, нужно располагать характеристиками движений начального ведущего и конечного ведомого звеньев каждой цепи, с одной стороны, кинематическими и эксплуатационными характеристиками различного рода механизмов, используемых в современных машинах-орудиях – с другой.

Основными характеристиками движений, влияющими на выбор структуры кинематической цепи и составляющих ее механизмов, являются:

1. Траектории начального и конечного звеньев цепи. Движение их может быть вращательным, прямолинейным, винтовым и т.д. Исходное движение большей частью вращательное. Его можно преобразовать во вращательное же или прямолинейное с помощью простых по конструкции механизмов. Движения же сложного характера могут быть получены с помощью вращательного и прямолинейного. Например, при вырезе деталей газокислородным пламенем, плазменной резкой сложного контура по контуру необходимое сложное движение резака получается с помощью вращения в одну и другую сторону двух взаимно перпендикулярных винтов.

В кинематической цепи для преобразования движения в машинах используются следующие передачи и механизмы:

1. Для преобразования вращательного движения во вращательное же:

   1. При параллельных осях ведущего и ведомого валов применяются передачи ременная, цепная, цилиндрическими прямозубыми или косозубыми колесами.

   2. При пересекающихся осях обоих валов – передачи коническими колесами прямозубыми или с криволинейными зубьями, редко ременная, фрикционная или плоскоцилиндрическая.

   3. При скрещивающихся осях обоих валов – передачи червячная, с цилиндрическими винтовыми колесами, гипоидная; гидравлическая передача, состоящая из насоса и гидромотора для вращательного движения, может быть применена при любом относительном расположении ведущего и ведомого валов.

Для преобразования вращательного движения в прямолинейное применяются передачи: шестерня - зубчатая рейка; червяк – червячная или зубчатая рейка; винт – гайка; кривошипно-шатунная, кулисные различных типов, кулачно-рычажные, гидравлическая.

2. Величина передаточного отношения кинематической цепи. Так как требуемое полное передаточное отношение кинематической цепи может быть разложено на частные передаточные отношения различными способами, то необходимое понижение или повышение скорости от начального звена к конечному почти всегда можно осуществить с помощью нескольких различных механизмов. Для сильного понижения используются червяки передачи, планетарные механизмы, ряд зубчатых передач, червяком и рейкой или сочетанием этих передач.

3. Постоянство передаточного отношения при каждой настройке кинематической цепи. Если это требование предъявляется, то не должны применяться передачи допускающие проскальзывание, т.е. ременные, фрикционные, гидравлические и фрикционные муфты.

4. Регулирование передаточного отношения кинематической цепи. Цепь получается весьма простой в случае, если передаточное отношение остается неизменным. В случае необходимости регулирования передаточного отношения вводят в кинематическую цепь кулачно-рычажную передачу, бесступенчатый редуктор или несколько механизмов, включаемых в те моменты и в той последовательности, которые определяются характером работы машины.

5. Постоянство или переменность направления движения конечного звена кинематической цепи. Если движение какого-либо элемента машины должно происходить как в одном, так и в другом направлении, то в соответствующей кинематической цепи должен быть предусмотрен механизм, позволяющий реверсировать движение. Прямолинейное возвратно-поступательное движение может быть осуществлено с помощью кривошипно-шатунного, кулисного или кулачно-рычажного механизмов. Если конечное звено кинематической цепи имеет вращательное движение, то изменить направление вращения можно с помощью реверсирования двигателя.

3.2. Указания по разработке кинематических схем.

Многочисленность факторов, влияющих в каждом отдельном случае на структуру кинематической схемы проектируемой сварочной машины, позволяют дать лишь некоторые общие указания по разработке схемы.

1. Кинематическая цепь должна быть по возможности проще, т.е. иметь меньше передач. Это указание может быть выполнено в том случае, когда различие между скоростями ведущего и ведомого звеньев невелико, что может быть достигнуто применением более высокооборотистого двигателя (если конечное звено должно вращаться с большей скоростью) или, наоборот, низкооборотистого (если конечное звено должно вращаться с небольшой скоростью). При решении этого вопроса необходимо помнить, что габариты и вес двигателя тем больше, чем меньше при одной и той же мощности его число оборотов.

2. Полное передаточное отношение i кинематической цепи можно разложить на частные передаточные отношения (i=U₁*U₂*U₃…U_K), где каждый множитель U_К отвечает отдельному механизму, а индекс «К» указывает на порядковый номер механизма, считая по направлению от ведущего к конечному ведомому звену. Из всех возможных вариантов разложения наиболее выгодным в конструктивном отношении является тот, при котором множители «U_К» расположены в порядке уменьшающихся величин, т.е. при котором U₁U₂U₃…U_K, т.к. при этом числа оборотов валов убывают медленнее в понижающих цепях и возрастают быстрее в повышающих, чем при всяком ином расположении U_K. Действительно, для вала с порядковым номером j число оборотов будет n_j=n₁*U₁*U₂…U_j-1 тем больше, чем больше множители U₁, U₂, …, U_j-1. Например, если требуется редукция 1/480, то из разложений, возможных при составлении кинематической цепи из двух цилиндрических зубчатых передач и одной червячной,

Наиболее целесообразным будет первое.

Это правило основано на том, то многие размеры деталей механизмов кинематической цепи, передающей некоторую мощность N, по мере уменьшения чисел оборотов увеличиваются. Например, поперечное сечение вала возрастает обратно пропорционально . Аналогично изменяются размеры деталей различных других механизмов кинематической цепи. При малых различиях между отдельными значениями U_К порядок расположения отвечающих им передач в кинематической цепи практически безразличен.

3. Кинематическая цепь нередко должна обеспечивать возможность получения различных чисел оборотов конечного звена при постоянном числе оборотов начального ведущего звена. Это может быть достигнуто различными способами : включением в цепь пары сменных зубчатых колес с постоянным межцентровым расстоянием или введением в цепь несколько механизмов с постоянными передачами, которые дают P₁, P₂,… P_W различных передаточных отношений, причем P₁* P₂*… P_W=z, где z – число ступеней регулирования.

Каждое из требуемых передаточных отношений цепи получается при определенной комбинации передаточных отношений этих механизмов. Если Р₁ пар зубчатых колес, Р₂ отношений второго механизма – с помощью Р₂ пар колес и т.д., то общее число зубчатых колес в этих механизмах равно :

SK=2(P1+P2+…+PW)

Наиболее экономичным в отношении числа колес будет то решение, при котором сумма S_K имеет минимальное значение. Определение экстремума приводит к результату

P1=P2=…=PW=

Таким образом, в кинематической цепи, которая должна давать z различных отношений i_j, устанавливаемых при помощи заранее выбранного числа w механизмов с постоянными (не сменными) передачами и изменяемыми независимыми передаточными отношениями U_j, количество передач будет наименьшим, если числа передач во всех w механизмах одинаковы и равны . Так, например коробка скоростей полуавтомата А-537 на z=9 ступеней при w=2 независимых групп (группа – совокупность передач между двумя последовательными валами коробки) в ней получится наиболее экономично в отношении общего числа зубчатых колес, если каждую группу составить из p= =3 передач (рис.). При этом 9=3*3 и число колес коробки скоростей S_K=2wp=2*2*3=12.

В сварочных автоматах и полуавтоматах, предназначенных для серийного или массового производства, целесообразно вместо коробки скоростей использовать сменные зубчатые колеса, при таком решении упрощается конструкция механизма – меньше валов и осей расточек в корпусе редуктора – вместе с тем улучшаются эксплуатационные качества благодаря возможности более точной настройки на требуемый режим по сравнению с коробкой скоростей.

Кинематическая схема полуавтомата А-537

При этом разрабатывается кинематическая цепь таким образом, что определяется минимальное передаточное отношение, соответствующее минимальной скорости, а затем, задаваясь необходимым числом ступеней регулирования, определяют передаточные отношения для каждой ступени вплоть до максимальной. Так как сменные колеса обратимые, т.е. каждая пара колес а и в может быть установлена в порядке а/в и в/а, то набор их будет состоять из количества колес в два раза меньшего количества передаточных отношений.

4. Иногда движение конечного ведомого звена цепи целесообразно получить как сумму двух движений. В подобных случаях в соответствующем месте кинематической цепи следует предусмотреть дифференциал или другое устройство, работающее по аналогичному принципу.

Лекция 4

4.1. Кинематическая цепь как средство согласования перемещения инструмента и изделия.

На кинематической схеме должны быть указаны диаметры шкивов, числа зубьев цепных, зубчатых и червячных колес, числа заходов червяков, модули зубчатых реек и шаги ходовых винтов.

Чтобы достичь необходимых перемещений конечных звеньев в цепи производят кинематическую настройку автомата, станка, которая в основном сводится к определению параметров органа настройки. Расчетные перемещения определяют исходя из требуемых параметров режима сварки (скорости подачи электродной проволоки, скорости сварки, частоты колебаний электрода, конфигурации шва). Затем по кинематической цепи составляется уравнение кинематического баланса, связывающие начальное и конечное перемещения, и из последнего находится зависимость параметра органа настройки от расчетных перемещений и постоянных коэффициентов цепи.

В общем виде уравнение кинематического баланса имеет вид:

n_н*i =n_к (об/с)

где n_н и n_к – частота вращения соответственного начального и конечного звена в (об/с); i–передаточное отношение кинематической цепи.

Уравнение кинематического баланса в общем виде для цепи, у которой начальное звено имеет вращательное движение, а конечное – прямолинейное, будет:

Величина хода равна перемещению прямолинейно движущегося звена за один оборот вращающегося звена. Для винтовой пары (винт-гайка):

Для реечной передачи:

На этом основании уравнение кинематического баланса для цепи с винтовой парой:

n_нiКt_В=S (мм/с)

для реечной передачи:

n_нimZ=S (мм/с)

из этих уравнений кинематического баланса определяют передаточное отношение органа настойки, то есть:

i =n_к/n_н

4.2. Типовые кинематические связи.

(Суммирующие механизмы)

Для расширения диапазона настройки кинематических цепей применяется суммирование движений. В качестве суммирующих механизмов применяются винтовые, реечные, червячные, планетарные и дифференциальные передачи.

4.2.1. Дифференциальный винт.

Основными элементами дифференциального винта является винтовая пара. Она состоит из стаканообразной гайки 3 и ввинченного в нее винта 4. Приводом гайки является валик 1, смонтированный в подшипник 2, позволяющий осуществлять только вращательные движения гайки.

Шейка ходового винта охвачена вилкой 5, которая может перемешаться в осевом направлении. Таким образом, ходовой винт может совершать одновременно вращательное и поступательное движение. Резьба винтовой пары выполнена с большим шагом Т, вследствие чего она пологая и несамотормозящая.

Рассмотрим суммирование движений дифференциальным винтом. Если принять вилку 5 неподвижной, а гайке 3 сообщить n оборотов, то ходовой винт сделает тоже n оборотов. Допустим что гайка неподвижна, а ходовой винт перемещается на величину l, тогда он сделает l/T оборотов. Если производить одновременно вращательное движение гайки и поступательно – ходового винта, то на ходовом винте возникает суммарное движение равное (nl/T) оборотов.

4.2.2. Суммирующий механизм.

Суммирующий механизм может состоять из рейки 1 и реечного колеса 2 (рис. Б). Если одновременно в продольном направлении перемещать рейку на величину l₁, а реечное колесо на l₂, то на реечном колесе возникает суммарное перемещение :

4.2.3. Червячная пара.

Большое число вариантов суммирования можно получить с помощью червячной пары. Принимая поочередно ведущим звеном червяк и червячное колесо суммарное движение может быть или на червячном колесе или на червяке.

Принимаем червяк 1 ведущим, а червячное колесо ведомым. Сообщим червяку n оборотов (рис А), тогда червячное колесо сделает n(Z₁/Z₂) оборотов. Перемещение червяка в осевом направлении на величину l вызывает дополнительные обороты червячного колеса ( l/(Z₂P) об., где Z₂ – число зубьев колеса, Р – шаг червяка). Одновременное вращательное и поступательное движение червяка вызовут суммарное перемещение на червячном колесе n(Z₁/Z₂) l/(Z₂P)

Если принять червяк 1 (рис Б) ведущим и осуществляющим только одно вращательное движение, а червячное колесо 2 помимо вращательного движения будет перемещаться вдоль червяка на величину l, то на червячном колесе возникнет суммарное вращательное движение (обороты червячного колеса) n(Z₁/Z₂) l/(Z₂P).

Теперь предположим, что червяк 1 (рис. В) ведомый, а червячное колесо 2 ведущее. Сообщаем червячному колесу n оборотов, тогда червяк сделает n(Z₂/Z₁) оборотов. При перемещении в продольном направлении на величину l червяк сделает l/(Z₁P) оборотов, где Z₁ – число заходов червяка.

При вращении червячного колеса и одновременно поступательном перемещении червяка на червяке возникает суммарное перемещение (обороты червяка) n(Z₂/Z₁) l/(Z₁P).

Принимаем червяк 1 ведомым, а червячное колесо 2 ведущим (рис. Г). Червячное колесо имеет вращательное и поступательное движение, а червяк имеет только вращательное. Тогда за n оборотов червячного колеса червяк совершает Z₁/Z₂ оборотов, а за тот же период при поступательном перемещении червячного колеса на величину l он сделает l/(Z₁P) дополнительных оборотов. Суммарное число оборотов на червяке n(Z₂/Z₁) l/(Z₁P).

4.2.4. Планетарная передача.

Планетарные передачи применяют в станках и механизмах в ряде случаев как суммирующие, так и понижающие оборотность конечных звеньев цепи, т.е. они заменяют редуктор.

Рассмотрим одноприводную планетарную передачу (рис А). В ней поводок является шкивом, а вал 1 обеспечивает подачу электродной проволоки ( на нем насажен подающий ролик). Передаточное отношение этой передачи подсчитываем по правилу Швампа, из которого слудует:

1. всем звеньям планетарного механизма сообщать +1 оборот;

2. неподвижному звену сообщать –1 оборот;

3. записать передаточное отношение между неподвижным и ведомым и проверить знак;

4. суммировать значения по первому и второму пунктам.

Это и есть передаточное отношение планетарного механизма :

В двухприводной планетарной передаче движение на валик 3 передается от первого привода корпуса 1 и второго – валика 2. в этом случае передаточное отношение оперделяется по формуле:

4.2.5. Конический дифференциал.

Конический дифференциал – суммирующий механизм, выполненный из конических зубчатых колес. На рис А показан конический дифференциал, состоящий из неподвижного конического колеса Z₁, Т-образного вала 1 с сателлитами Z₂ и Z₄ (ведущего) и ведомого Z₃ конического колеса. При вращении Т-образного вала сателлиты Z₂ и Z₄ катятся по неподвижному колесу Z₁ и передают движение ведомому колесу Z₃.

Для определения передаточного отношения построим график скоростей, приняв точку С за мгновенный центр качения сателлита Z₂ по неподвижному колесу Z₁. На графике скоростей V₁ – скорость точки колеса Z₂ находящаяся от точки C₁ yна расстоянии диаметра D от точки С, соответствующая окружной скорости колеса Z₃. Тогда передаточное отношение конического дифференциала при ведущем колесе Т-образном валу составит:

Конический дифференциал может создавать различные варианты передаточных отношений. Так, на рис. Б показан дифференциал, у которого коническое колесо Z₁ неподвижно, Т-образный вал ведомый, коническое колесо Z₃ ведущее. В этом случае передаточное отношение:

Если Т-образный вал неподвижен (рис В), зубчатое колесо Z₁ ведущее, а Z₃ ведомое, то передаточное отношение:

При суммировании движений конический дифференциал имеет два привода. Так, на рис Г показана схема дифференциала, у которого ведущими звеньями являются Т-образный вал и коническое колесо Z₃, а ведомым – колесо Z₁. тогда суммарное передаточное отношение i₄=21=3; 1. Знак плюс или минус зависит от направления вращения ведущих звеньев. Если же ведущими звеньями будут колеса Z₁ и Z₃, а ведомым Т-образный вал (рис Д), то суммарное передаточное отношение:

4.2.6. Простые и дифференциальные цепи.

Простой кинематической цепью называется такая цепь, у которой от одного конечного звена к другому передается только одно движение. Например, в наплавочной установке у цепи от шпинделя к суппорту передается только одно движение (рис). Уравнение баланса в этом случае будет:

Дифференциальной кинематической цепью называется такая, которая дополняет движение конечному звену. В результате суммируются два движения. Преобразуем простое уравнение баланса (1) в дифференциальное уравнение баланса путем замены i суммой i=i₁+i₂ и подстановки ее в уравнение (1) получим:

Уравнение (2) есть уравнение баланса дифференциальной цепи, т.к. левая его часть представляет сумму. Построим по уравнению (2) кинематическую цепь (рис) из кинематической цепи видно, что перемещение гайки 2 ходового винта, а, следовательно, и перемещение суппорта 1 с наплавочным автоматом 4 вдоль заготовки складывается из поворота ходового винта и поворота гайки. Настройку вращения на обороты ходового валика 3 и гайки 2 – i_x. Наличие двух известных в уравнении может дать бесконечно большое число решений, поэтому дифференциальные цепи имеют большой диапазон настройки, чем простые и делают установку более универсальной.

4.2.7. Делительные механизмы.

Делительные механизмы предназначены для кругового и продольного деления. К делительным механизмам относят делительные приспособления, головки и машины.

Делительные приспособления – это механизмы непосредственного деления, при котором ошибка между делительными отверстиями лимба целиком переносятся на обрабатываемую деталь. Их применяют, когда нет необходимости в точном делении, например, при обработке граней головок болтов (или многопозиционные приспособления для сварки). На рис показано приспособление для кругового деления. Погрешность деления лимба ₀ ( - угол поворота лимба и детали) будет передаваться на погрешность поворота детали , т.е. ₀=.

Делительные головки предназначены для точных периодических поворотов заготовки на равные или неравные доли окружности. Их применяют при обработке различных режущих инструментов (метчиков, разверток, зенкеров, фрез и т.д.), зубчатых колес и фасонных деталей. С помощью делительных головок производят более точное деление, чем с помощью делительных приспособлений, за счет передаточного отношения червячной пары, введенной в механизм делительной головки.

Большое влияние на точность делительных процессов оказывает передаточное отношение делительной цепи. Простой делительный механизм для кругового деления (рис А) состоит из лимба 1, пары цилиндрических зубчатых колес Z₁ и Z₂, шпинделя 2.

Уравнение делительной цепи:

Погрешность расстояния между отверстиями лимба будет передаваться на деталь. Уравнение погрешности будет:

Из уравнения видно, что если Z₂=Z₁, то ₀=1/Z, если Z₂>Z₁, то ₀<1/Z, если Z₂<Z₁, то ₀>1/Z (рис В).

Следовательно, чем меньше по абсолютной величине передаточное отношение Z₂/Z₁, тем больше уменьшается погрешность лимба на делительном повороте детали. Поэтому для уменьшения погрешности поворот в делительных цепях применяют червячную пару.

Рассмотрим влияние диаметра делительной окружности на точность деления, для этого напишем уравнение погрешности, в которое вошел бы диаметр делительной окружности D (рис А).

Из уравнения следует, если принять ошибку между делительными отверстиями на всех делительных окружностях одинаковой, то для повышения точности делительного поворота нужно брать большой диаметр D делительной окружности.

4.2.7.1. Простые делительные головки.

Простые делительные головки бывают лимбовые и безлимбовые. Шпиндель простых делительных головок всегда расположен только горизонтально.

Цикловая работа простой лимбовой головки характеризуется уравнением баланса :

К простым делительным головкам прилагаются три сменных лимба, имеющих следующее число отверстий на делительных окружностях : первый лимб – 15, 16, 17, 18, 19, 20; второй лимб – 21, 23, 27, 29, 31, 33; третий – 37, 39, 41, 43, 49.

Для удобства отсчета делительных отверстий при перемещении рукоятки 4 на лимбе 3 расположен угольник (рис Б). При повороте рукоятки на требуемый угол от положения I до положения II угольник остается неподвижным, а при последующем отсчете угольник сдвигается до фиксатора 5. На рис Б показаны два типичных случая раствора ножек угольника.

Простые делительные головки иногда оформляют в виде делительных столов.

4.2.7.2. Универсальные делительные головки.

Универсальные делительные головки отличаются от простых тем, что имеют поворотную среднюю часть корпуса, в которую вмонтирован шпиндель (рис). Это позволяет устанавливать шпиндель не только в горизонтальном положении, но и под углом, что необходимо, например, при нарезании конических зубчатых колес, конических разверток, дисковых кулачков и других деталей. Универсальные делительные головки могут быть лимбовые и безлимбовые. Как правило, на них можно осуществлять дифференциальную настройку для деления, а так же настройку на фрезерование различных спиралей.

Во время делительного процесса угол поворота рукоятки относительно лимба будет равен b/а, (где b – число отверстий, на которое поворачивается рукоятка; а – число отверстий окружности лимба), в то же время угол поворота лимба будет равен:

Абсолютный поворот рукоятки за делительный цикл будет равен :

Уравнение баланса можно записать так:

В большинстве делительных головок червяк однозаходный, поэтому для дальнейшего вывода принимаем К₀=1, тогда уравнение примет вид:

Чтобы настроить делительную головку, в уравнении необходимо определить два неизвестных (b/a и i_x), для этого прибавляем к правой части уравнения:

Расчленяем его на два уравнения:

К универсальным делительным головкам прилагается только один лимб, имеющий различные числа отверстий на делительных окружностях с обеих его сторон: первая сторона – 24, 25, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42, 43; вторая сторона – 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62, 66.

4.2.7.3. Оптические делительные головки.

Оптические делительные головки все более широко применяют как для обработки деталей, так и для контроля изделий. Точность оптических головок высока и лежит в пределах +20”. Делительный процесс производится с использованием оптической системы, в которую входят стеклянный диск 1 с 360 делениями, трубки с призмой 2 и окуляр 3 (рис).

Для поворота шпинделя, а следовательно, заготовки и стеклянного диска 1, введена кинематическая цепь, состоящая из конических зубчатых колес Z₁ и Z₂, червячной пары К и Z₀.

Формула настройки оптической делительной головки =360/Z₃, где  - угол на который необходимо повернуть стеклянный диск 1, чтобы осуществить делительный поворот детали на Z₃ число делений на заготовке.

Отсчет угла  производят по шкалам стеклянного диска 1 и шкале нониуса 4, видимой в окуляр 3. Предварительный поворот шпинделя и стеклянного диска производят рукояткой 7, а точный – барабанчиком 5. Расстояние между двумя соседними шкалами 6 стеклянного диска 1 соответствует 1⁰ поворота шпинделя. Размер шкалы нониуса 4, видимой в окуляр 3, равно одному делению шкалы стеклянного диска 1. Шкала нониуса разделена на 60 частей (от 1 до 60), следовательно, каждое деление соответствует 1’.

4.2.8. Механизмы поворота, фиксации и точной остановки.

В станках и установках широко применяют различные механизмы периодического поворота с последующей фиксацией положения поворачиваемых узлов.

К таким узлам относятся:

1. Шпиндельные барабаны, на вращающихся шпинделях которых закреплены обрабатываемые детали.

2. позиционные столы для периодического подвода закрепленных на них заготовок к различным инструментам. Иногда заготовки закрепляют в поворотных приспособлениях на позиционных столах – при повороте стола одновременно поворачиваются детали в приспособлениях для поочередной обработки различных сторон.

3. револьверные головки для поочередного подвода инструмента к обрабатываемой детали.

Важнейшими требованиями к поворотным и фиксирующим механизмам являются точность и жесткость фиксации поворачиваемого узла, а также поворот на требуемых угол в минимальное время при возможно меньших динамических нагрузках. В некоторых случаях предъявляют также дополнительное требование – возможность переналадки механизма на другие углы поворота.

Наиболее часто для периодического поворота применяют мальтийские механизмы.

Кулачковые механизмы поворота позволяют осуществлять наивыгоднейшие законы движения.

цилиндрический кулачек 7 выводит колесо 8 из зацепления кулачком 6 в исходное положение, после чего колесо 8 вновь входит в зацепление с ним.

На рис Г показан цевочный механизм поворота. На диске 13 равномерно по окружности закреплены цевки 14. Штриховой линией показано положение диска 13 до начала поворота. При поступательном движении диска 13 в направлении стрелки одна из цевок упирается в неподвижный рычаг 15, и тогда происходит поворот диска 13 относительно своей оси. Когда будет достигнут требуемый угол поворота, произойдет фиксация углового положения диска 13 специальным устройством. Вследствие наличия второго плеча рычага 15 исключена возможность чрезмерно большого поворота диска 13. такие цевочные механизмы применяют для поворота револьверных головок, имеющих сравнительно небольшой момент инерции.

На рис Д показан механизм периодического поворота стола 16 при помощи червячной передачи 17, получающей вращение при включении в определенный момент времени муфты 18. Если муфта кулачковая, то при ее включении происходит удар. Если же она фрикционная, то можно при плавном включении избежать удара. Такой привод применяют при небольшой скорости поворота, когда динамические нагрузки сравнительно невелики.

Фиксация точного положения поворачиваемого узла может быть одинарной при помощи одного фиксатора и двойной – при помощи двух элементов, один из которых служит фиксатором – упором, а второй доводит фиксирующий узел до точного положения, определяемого упором.

На рис А-В показаны механизмы с одинарной фиксацией, а на рис Г-Д с двойной фиксацией. При расположении оси фиксатора 1 параллельно оси фиксируемой детали 2 в последнюю запрессовываются фиксаторные гнезда 3 с клиновыми пазами, оси которых расположены по радиусу (рис Б).

Иногда фиксацию осуществляют по конической поверхности. Чтобы уменьшить влияние отклонений радиального расположения фиксаторных гнезд от расположения самого фиксатора, на последнем снимаются две лыски перпендикулярно радиусу фиксируемой детали. Рычажный фиксатор 1 (рис В) сопрягается с клиновым пазом детали 2 по линиям (без учета деформации). Этот вид фиксации можно применять только при малых нагрузках. Существенное влияние на получаемую точность фиксации могут оказать зазоры в направляющих самого фиксатора 1 и детали 2.

На рис 2 показана схема одного из вариантов двойной фиксации. Поворотом детали 2 приводом после отвода запирающего клина 7 происходит в направлении, обозначенном стрелкой. При этом из-за наличия соответствующих скосов на пальце 8 и фиксаторе 9 последний выжимается. После поворота на угол, несколько больший требуемого, фиксатор 9 под действием пружины возвращается в исходное положение, а клин 7 запирает деталь 2 – поворачивает ее в обратном направлении до упора в фиксатор 9. на рис Д показана схема двойной фиксации, обычно применяемая в многошпиндельных токарных автоматах для фиксации шпиндельных барабанов. После поворота барабана 2 головка фиксирующего рычага 10 и запирающего рычага 12 свободно входят в пазы фиксаторных гнезд. Затем при помощи системы рычагов с приводом от кулачка 11 запирающий рычаг 12 поворачивает барабан в обратном направлении, прижимая друг к другу фиксирующие поверхности гнезда и рычага 10, вследствие этого барабан фиксируется. При освобождении барабана оба рычага отводятся и барабан при наладке можно поворачивать в любую сторону.

При двойной фиксации относительное скольжение поверхностей, определяющих точность фиксации, можно свести к минимуму и этим обеспечить высокую точность фиксации в течение длительного времени эксплуатации.

На рис Е приведена схема электрического поворотного стола. Электродвигатель 1 через редуктор, обгонную муфту 2 и червячную пару наворачивает стол 4. из-за наличия соответствующих скосов на выступах делительного диска 5 и фиксаторе 6 последний пр повороте стола устанавливается, сжимая слабую пружину. После реверсирования электродвигателя вращение передается через муфту предельного момента 3, а не через обгоную муфту – происходит фиксация положения стола. Соответствующий выступ делительного диска упирается в фиксатор 6 и стол останавливается, а червяк, продолжая вращаться, ввинчивается в зубья колеса и перемещается вдоль совей оси, сжимая пружину, и нажимает на конечный выключатель 7 – электродвигатель выключается.

4.2.9. Мальтийские механизмы.

Мальтийские механизмы широко применяют в станках-автоматах для получения периодического поворота шпиндельных барабанов, револьверных головок и других узлов.

Наиболее широко применяют «правильные» плоские мальтийские механизмы с внешним (рис А, Б) и внутренним (рис Г) зацеплением и с радиальными равномерно расположенными пазами. Ролик входит в паз креста и выходит из него в положениях, в которых ось пазов касается траектории центра ролика. После выхода ролика из паза крест останавливается и положение его фиксируется каким-либо устройством.

Широко применяемое для этого фиксирующее устройство приведено на рис Б : одновременно с выходом ролика из паза креста 2 сектор 3, жестко связанный с кривошипом 1, входит в одну из цилиндрических выемок креста и фиксирует его до момента входа ролика в следующий паз креста.

В механизмах с внешним зацеплением при малом числе пазов требуется значительно меньшие углы поворота кривошипа для соответствующего поворота креста, чем в механизмах с внутренним зацеплением или в сферических механизмах. Поэтому механизмы с наружным зацеплением и малым числом пазов применяют в тех случаях, когда угол поворота креста должен соответствовать возможно меньшему углу поворота кривошипа.

В случаях, когда кривошип получает движение от отдельного привода и угол поворота его неограничен, можно выбрать любой тип мальтийского механизма; при этом следует исходить из условий получения возможно меньших динамических нагрузок, условий компоновки и др.

Лекция 5

5.1. Проектирование оборудование для дуговой сварки и наплавки.

Рост сварочного производства, разработка новых способов и приемов механизированной сварки и наплавки требуют создания новых образцов разнообразного оборудования и его непрерывного совершенствования, обеспечивающего эффективность применения промышленности указанных способов сварки. Разновидности технологических процессов обуславливают разнообразием типов, компоновок и конструкции сварочного оборудования, значительно большее, чем, например, у металлорежущих станков и кузнечно-прессового оборудования.

В целом сварочное оборудование в зависимости от разнообразия типов свариваемых изделий подразделяют на оборудование общего назначения, допускающее универсальное его применения для широкого круга работ, специализированное (для сварки изделий одного типа) и специальное (для сварки изделия одного типоразмера).

Оборудование для автоматической и механизированной электрической сварки и наплавки по конструктивным признакам делится на следующие основные группы: сварочные аппараты, установки и станки (станы); механическое оборудование; рабочие места; поточные линии.

Определение «аппарат для дуговой сварки (наплавки)» объединяет понятие «сварочный автомат» и «сварочный полуавтомат». Основной частью сварочного автомата является сварочная головка – устройство, осуществляющие подачу сварочной проволоки и поддержание заданного режима сварки. Закрепляемая неподвижно сварочная головка называется подвесной. Если же имеется механизм для ее перемещения по направляющим вдоль стыка, она называется самоходной. В том случае, когда она перемещается вдоль стыка по поверхности изделия или переносному пути, она называется сварочным порталом

Строгого различия между станком и установкой нет. Обычно установки занимают большую производственную площадь, их составные не обязательно устанавливаются на единой раме (станине). В тоже время для станка наличие единой рамы и станины, как правило, обязательно.

В состав установки или станка входят: Электросварочное оборудование (сварочный аппарат, источник питания, аппаратура управления и регулирования процесса сварки и т.д.); Механическое оборудование (устройства для крепления и передвижения в заданном направлении сварочных аппаратов; устройства для установки, крепления и перемещения свариваемого изделия); Вспомогательное оборудование (флюсовые аппараты, скользящие токоподводы, флюсовые подушки, подкладки и т.д.).

Комплексно – механизированными рабочими местами и участками называют специально оборудованные рабочие места с источником питания, сварочным аппаратом (полуавтоматом) и механическим сварочным оборудованием.

Механическое сварочное оборудование – оборудование для установки свариваемых частей в удобное для сварки положение, перемещения их при сварке, а также для размещения и перемещения сварочного оборудования и сварщиков при выполнении сварочных операций.

Автоматизированная и механизированная поточная линия – ряд машин (автоматов, полуавтоматов), расположенных по технологическому циклу и соединенных транспортными устройствами.

В настоящей главе из общего комплекса оборудования установок и станков для механизированной дуговой сварки и наплавки рассматриваются только собственно сварочная и наплавочная аппаратура: автоматы (самоходные и подвесные головки, тракторы) и полуавтоматы. Эта аппаратура в целом носит универсальный характер, изготавливается серийно и заводами используется для изготовления станков и установок. Известно, что получил достаточно широкое распространение метод создания технологического оборудования, в том числе сварочного (наплавочного), путем агрегатирования из унифицированных узлов. Он позволяет создавать различные компоновки станков, установок и аппаратов для выполнения конкретных технологических задач из оптимального количества функциональных узлов и агрегатов с минимальной затратой труда на разработку и изготовление оригинальных конструкций.

Применительно к сварочной аппаратуре к таким унифицированным узлам относятся: подающие механизмы, прижимные устройства, механизмы подъема головки, тележки, суппорты, горелки со шлангами, тормозные и кассетные устройства, панели и блоки системы управления и т.д.. Эти применяются во многих компоновках, различные как по основным параметрам, так и по технологическим особенностям. Поэтому в начале рассматриваются основные унифицированные узлы, из которых компонуются комплексные аппараты.

Серийно выпускаемые аппараты можно разделить на три группы:

1. Сварочные полуавтоматы, в которых механизирована подача электродной проволоки и автоматизировано возбуждение и поддержание устойчивого горения дуги;

2. Автоматы самоходного или подвесного типа;

3. Автоматы тракторного типа, которые перемещаются непосредственно по свариваемому изделию или по переносным направляющим.

5.2. Выбор типа машины.

Разработка того или иного типа сварочной машины должна предшествовать работа по составлению технического задания на проектирование, а иногда и по составлению технических условий на изготовление машины. При этом особое внимание должно быть обращено на материал и конфигурацию свариваемой детали и швов, их протяженность и расположение в пространстве, так как от этих факторов зависит конструкция сварочной машины или установки.

Современный этап развития сварочного производства характеризуется непрерывным усложнением сварных конструкций, неуклонным ростом объема сварочных работ. Поэтому большую роль играет правильное проведение технологической подготовки производства, значительной степени определяющей его трудоемкость и сроки освоения, экономические показатели, эффективность использования средств механизации и автоматизации. Наибольший эффект технологической подготовки достигается при комплексном решении вопросов по технологической отработке конструкций, разработке технологических процессов и их оснащения на всех этапах производства.

Непрерывное усложнение конструкций неизбежно сопровождается возрастанием трудоемкости их изготовления и себестоимости. Поэтому механизация и автоматизация производства также является одной из особенностей развития современного машиностроения. Правильное использование средств механизации автоматизации позволяет сократить производственный цикл, уменьшить трудоемкость изготовления и себестоимость, более эффективно использовать производственные площади и обслуживающий персонал, обеспечить равномерный выпуск продукции высокого и стабильного качества.

5.3. Сварочные полуавтоматы

Полуавтоматической принято называть сварку или наплавку с механизированной подачей проволоки и других сварочных материалов в зону плавления и ручным перемещением дуги вдоль линии сварного соединения. Аппараты для полуавтоматической сварки называют сварочными полуавтоматами.

В наиболее распространенных полуавтоматах в комплект подающего устройства входят следующие сварочные единицы: механизм подачи проволоки, катушка, кассета или кассетное устройство для электродной проволоки с тормозным устройством, газовый клапан, блок управления или отдельные элементы системы управления. Все они размещаются в специальном корпусе.

В подающих устройствах различают три основные системы подачи электродной проволоки:

а) толкающего типа.

б) тянуще-толкающего типа.

в) тянущего типа.

Система подачи толкающего типа (рис.а) является наиболее распространенным и используется во всех полуавтоматах и автоматах. К недостатком этой системы относится: ограничения длины шланга до 3м., изгиб проволоки в направляющем канале, невозможность подачи проволоки малого диаметра и значительные усилия в механизмах подачи. Преимуществами является простота устройства, небольшие размеры и масса горелки.

Система подачи тянуще-толкающего типа (рис.б) – комбинационная, усилия в ней минимальны. Токая система может быть использована для подачи тонких (диаметром менее 1мм.) проволок на значительное (до 10...20м.) расстояние. Однако горелки имеют большую массу и габариты. При отсутствии в системе полной синхронизации используют один двигатель с постоянным моментом (толкающий), а другой – с постоянной скоростью (тянущий).

В системе подачи тянущего типа (рис.в) к электродной проволоке приложена сила натяжения и она не изгибается в направляющем канале, но при скручивании канала существует опасность разрыва проволоки.

Одним из наиболее существенных требований, предъявляемых к конструкции толкающей системы, является значение тянущего усилия, проталкивающего электродную проволоку в зону дуги по направляющему каналу. В соответствии с требованиями ГОСТ 18.130-79 тяговые усилия подающих механизмов полуавтоматов с толкающей системой подачи электродной проволоки должны составлять: 100 Н – для стальных проволок диаметром до 1,4мм. и алюминиевых проволок всех диаметров, 200 Н – для стальных проволок диаметром 1,6-3,0мм.. При выборе мощности на валу двигателя нужно учитывать следующие составляющие: Pдв = Рр+Рп.р.+Рс.п.+Рп.п.,

где Рр – потеря мощности в редукторе.

Рп.р. – потери мощности на трение в подающих роликах.

Рс.п. – потери мощности на сматывание проволоки с бухты.

Рп.п. – потеря мощности на проталкивание проволоки по направляющему каналу (шлангу).

Значения Рп.р. и Рс.п.(при бухте с проволокой массой 25кг.) по экспериментальным данным составляют по 5Вт. Потери мощности на проталкивание проволоки Рп.п. можно определить по формуле: Рп.п.=F*V где F–тяговое усилие, равное силе сопротивления проталкиванию проволоки (Н); V-скорость подачи проволоки (м/с)

Потери мощности в кондукторе Рр учитываются через КПД редуктора, то есть

Сила сопротивления проталкиванию электродной проволоки по всему тракту ее движения возникает в результате трения, изгибов ее внутри направляющего канала, изгибов самого направляющего канала в процессе работы и т.д. В общем виде силу сопротивления движению электродной проволоки можно представить в виде:

F=F₁+F₂+F₃+F₄,

где F₁ – сила сопротивления движению электродной проволоки по каналу токоподвода равна:

Лекция 6

6.1. Классификация движений сварочных агрегатов.

Перемещения отдельных звеньев сварочных агрегатов целесообразно разделить по техническому назначению на четыре группы:

• основные (сварочные);

• вспомогательные;

• проектирующие;

• наладочные.

Основными (сварочными) называются перемещения звеньев, выполняемые в процессе сварки и обеспечивающие движения точки сварки вдоль расчетной линии соединения свариваемых элементов.

Вспомогательными – относительные перемещения горелки (или мундштука) и изделия из исходного положения в точку начала сварки, из конечной точки сварки в исходное положение, а так же между отдельными отрезками шва, точками варки, различными швами. Вспомогательными являются также перемещения, связанные с загрузкой и выгрузкой изделия, его фиксацией и зажимом, однако эти перемещения выполняются, как правило, не звеньями (МС) сварочного агрегата, а отдельными устройствами. При выполнении вспомогательных движений сварка не производится.

Корректирующими в общем случае называются перемещения, которые необходимы для компенсации случайных отклонений от заданного взаимного положения горелки (мундштука) и линии (точек) соединения свариваемых элементов изделия. Корректирующие перемещения по времени могут быть совмещены с основными или вспомогательными или выполняться в отдельно отведенное время. Корректирующие перемещения, совмещенные по времени с основными, называются следящими, а совмещенные по времени с вспомогательными или выполняемые в отдельно отведенное время – поисковыми.

Наладочными (настроечными) называются перемещения, связанные с необходимостью перенастройки на другой типоразмер изделия и согласования положения отдельных элементов оборудования. Наладочные перемещения осуществляются обычно с помощью простейших регулировочных устройств или механизмов с ручным или механизированным приводом.

По транспортному назначению различают переносные (региональные) или ориентирующие (локальные) перемещения. Переносными называются перемещения, необходимые для переноса рабочей точки по изделию в пределах всего рабочего пространства. Ориентирующими – для ориентации сварочного инструмента и изделия в данной точке рабочего пространства.

6.2. Выбор предельных скоростей подачи электродной проволоки

и скорости сварки.

Для каждого типа сварного соединения наивыгоднейшими являются те скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки, которые отвечают наилучшему экономическому использованию сварочного аппарата или станка, т.е. обеспечивает совместно с другими параметрами режима сварки максимальную производительность аппарата при соответствующем качестве сварки. Правильный выбор режима сварки оказывает большое влияние на качественные показатели сварного соединения и производительность сварки.

В свою очередь режим сварки сам зависит от многих переменных величин, связанных друг с другом. При выборе оптимальных величин, составляющих режим, необходимо исходить из соображений получения максимальной производительности и высоких показателей качества сварки.

Производительность сварки измеряется или количеством металла, наплавляемого в единицу времени, или количеством погонных метров шва за единицу времени. Повышение производительности в основном достигается за счет увеличения силы сварочного тока, уменьшения сечения шва, сокращения вспомогательного времени.

Для получения оптимальных результатов сварки должны быть правильно выбраны и определены:

1. сила сварочного тока;

2. диаметр электродной проволоки;

3. сечение шва;

4. скорость перемещения дуги по шву;

5. скорость подачи электродной проволоки;

6. напряжение дуги.

Одним из важных факторов при выборе режима сварки является определение скорости подачи электродной проволоки. Особое значение это приобретает при упрощенных автоматических системах, работающих с постоянной скоростью подачи.

Зная скорости плавления проволоки при беспрерывном горении дуги q_н и вес 1м электродной проволоки q, можно определить скорость подачи из следующего соотношения:

Выражая в этом уравнении вес электродной проволоки через ее диметр будем иметь:

Так как скорость плавления или количество расплавляемой электродной проволоки в час может быть выражено, как q_н=*I, то окончательное выражение для скорости подачи электродной проволоки будет:

Значения его можно брать из справочников и учебников, в частности, из книги Акулова А.И., Бельчук Г.А. и Демянцевица В.П. «Технология и оборудование сварки плавлением. Учебника для студентов ВУЗов». М.: Машиностроение, 197 – 432с. По этому же учебнику можно определить величину сварочного тока ШI, и диаметр электродной проволоки d, задаваясь необходимой глубиной проплавления. Так сила сварочного тока равна:

Таблица

Значения K_h в зависимости от условий сварки.

Диаметр электродной проволоки ориентировочно может быть определен по формуле:

При автоматической сварке стыковых швов без скоса кромок зависит от диаметра электрода:

При проектировании сварочной головки в зависимости от ее назначения (универсальная или специализированная) задаются минимальной глубиной проплавления (или толщиной свариваемых деталей) и максимальной. Определяют минимальное и максимальное значение силы сварочного тока, а затем и минимальную и максимальную скорость подачи электродной проволоки.

Найденные таким образом предельные скорости подачи проволоки позволяют определить числа оборотов подающего ролика проектируемой сварочной головки по формулам:

Отношение найденных таким образом предельных значений n:

называется диапазоном регулирования скорости подачи электродной проволоки.

При проектировании подающих механизмов применяют ступенчатое, плавное и смешанное регулирование скорости подачи электродной проволоки. В полуавтоматах приводные механизмы со ступенчатым регулированием скорости подачи выполняют в виде редукторов, имеющих пару смешанных шестерен, или в виде коробки скоростей. В автоматах приводные механизмы со ступенчатым регулированием скорости подачи электродной проволоки выполняют только в виде редукторов со смешанными шестернями. Диапазон регулирования достигает 10.

Передаточное число редуктора подающего механизма определяют по формуле:

Подающие механизмы с плавным регулированием скорости подачи распространены значительно шире и их целесообразно исследовать в аппаратах общего назначения (универсальных). Обычно плавное регулирование осуществляется при помощи электродвигателя постоянного тока. Применяют высокоскоростные электродвигатели типа КПА и КПК с номинальной частотой вращения 5500 об/мин, а также электродвигатель Д-90 с номинальной частотой вращения 8000 об/мин.

Полезную мощность, необходимую для подачи электродной проволоки, определяют по формуле:

Фактическую мощность электродвигателя выбирают выше в основном из-за необходимости преодоления тормозных и инерционных усилий кассетных устройств и компенсации потерь в редукторе и в роликовом подающем устройстве.

Скорость сварки является важным параметром режима сварки, определяющим качественное формирование шва без подрезов, наплывов и прожогов, а так же глубину проплавления. Этот параметр является исходной величиной, на основании которой проектируют механизм перемещения сварочной дуги по линии шва.

Скорость сварки определяют по формуле:

Установлено, что для получения швов требуемой формы, обладающих высокой технологической прочностью, значения А следует применять в пределах, указанных ниже в таблице.

Таблица.

Здесь также, принимая минимальное и максимальное значения силы сварочного тока, определенные ранее при расчете скорости подачи электродной проволоки, определяют минимальную и максимальную скорость сварки. Определяют диапазон регулирования скорости сварки. Так как диапазон изменения рабочей скорости (скорости сварки) достигает 10, при верхнем пределе скорости сварки 120 м/час, общий диапазон изменения скорости тележки должен быть в пределах 27-75 с учетом маршевой скорости. Привод маршевых перемещений должен обеспечивать скорость перемещения 5…15м/мин (300…900 м/час). Регулирование рабочей скорости может быть плавным, ступенчатым или плавно-ступенчатым. Чтобы обеспечить такой широкий диапазон регулирования требуется очень дорогостоящие электроприводы постоянного тока с мощностью, рассчитанной на максимальную скорость. Поэтому нашли применение приводы тележек с двумя электродвигателями, один из которых обеспечивает рабочие скорости, а второй (более мощный), нерегулируемый, - маршевую скорость. В приводном механизме тележки в этом случае предусматривают электромагнитные муфты – одна или две в зависимости от принятой кинематической схемы. Дальнейшие расчеты привода тележки не представляют затруднений – они аналогичны расчету привода подачи электродной проволоки и методики расчета редуктора из курса «Детали машин».

Лекция 7

7.1. Механизмы подачи электродной проволоки (или ленты)

или присадочного материала в сварочных автоматах.

В сварочных автоматах применяют механизмы подачи главным образом роликового типа, подобные подающим устройствам полуавтоматов, которые могут быть с плавным, ступенчатым и плавно-ступенчатым регулированием. Однако кинематические схемы значительно отличаются.

Так как режим работы сварочных автоматов в большинстве случаев более тяжелый, чем у полуавтоматов, а требуемые усилия проталкивания проволоки достигают 300Н (для автоматов с номинальным сварочным током 1600А), то обычно механизмы подачи проволоки сварочным автоматов более тяжелые и более мощные.

Кинематическая схема большинства подающих механизмов со ступенчатым регулированием скорости подачи сменными шестернями построены с использованием элементарных механизмов с так называемыми ступенями возврата (рис а). Это позволяет уменьшить при заданном числе скоростей ведомого вала количество зубчатых передач, уменьшить количество валов, а следовательно, количество расточек в корпусе редуктора под валы и уменьшить в конечном итоге габариты и вес подающего механизма.

Механизм подачи состоит из трехфазного (головка АБСК) электродвигателя 1 или двигателя постоянного тока (в автомате А-1401), червячной пары 2, червячное колесо которой представляет блок-шестерню, цилиндрической пары 4, пары сменных шестерен 5 и подающего 3 и пружинного роликов.

В автоматах тракторного типа (самоходы) со ступенчатым регулированием скорости подачи проволоки механизм подачи состоит из двух червячных пар и одной пары сменных шестерен. Это вызвано тем, что, с целью уменьшения габаритов механизма, используется высокооборотистый (n=8000 об/мин) электродвигатель и требуется обеспечить большое понижение (редукцию) числа оборотов ведомого вала.

В механизмах подачи сплавным регулированием (сварочный трактор АДС-1000) скорости подачи электродной проволоки кинематическая схема значительно проще и состоит из одной цилиндрической 2 и одной червячной пары 3 и подающего 4 и прижимного роликов (рис), электродвигателя постоянного тока.

В том случае, когда в кинематической схеме подающего механизма не используется червячная пара, она усложняется, увеличивается число валов и зубчатых цилиндрических пар. Это наглядно видно по схеме головки трактора АДПГ-500.

Механизм подачи закреплен на горизонтальной трубе. На одном конце трубы установлен электродвигатель постоянного тока 1 с редуктором 2 из 4 цилиндрических пар, обеспечивающим две ступени регулирования (2,5…6 и 6…12 м/мин). Переключение диапазонов осуществляется переналадкой редуктора, т.е. подающий механизм с помощью промежуточного приводного валика, уложенного в трубе, подключается или к первому выходному валу 3 редуктора или ко второму выходному валу 4.

Механизм привода тележки состоит из трехфазного электродвигателя мощностью 100Вт, червячной пары, пары сменных шестерен, двух червячных пар и ходовых бегунков. Червячные шестерни бегунков закреплены на фрикционах, при выключении которых автомат легко перекатывается по рельсам вручную.

Механизм подачи электродной проволоки состоит из трехфазного электродвигателя мощностью 100Вт, червячной передачи, пары цилиндрических шестерен, сменных шестерен, подающего и прижимного роликов.

Бронзовый корпус с правильным механизмом и мундштуком может быть повернут вокруг оси подающего ролика на угол до 60⁰. Червячная пара с маховичком позволяет корректировать положение конца электрода при сварке в пределах 100мм. Подъемный механизма позволяет регулировать положение головки по высоте в пределах до 100мм и поворачивать ее вокруг вертикальной оси на угол 90⁰. требуемые скорости подачи электрода и сварки обеспечиваются подбором сменных шестерен.

Трактор АДПГ-500 выполнен в виде самоходной каретки с вертикальной стойкой, на которой установлена сварочная головка.

Сварочная головка состоит из механизма подачи проволоки и горелки. Механизм подачи закреплен на горизонтальной трубе. На одном конце трубы установлен двигатель постоянного тока с редуктором из 4 пар цилиндрических пар, обеспечивающим две ступени регулирования (2,5…6 и 6…12 м/мин). Переключение диапазонов осуществляется переналадкой редуктора. На другом конце трубы закреплен малогабаритный подающий механизм. Подающий ролик установлен на конце промежуточного приводного валика, проходящего внутри трубы.

Сварочная головка АДПГ-500 имеет механизмы установочных перемещений. Механизм для поворота сварочной головки вокруг вертикальной оси на 90⁰ позволяет производить сварку на различном расстоянии от каретки вне колеи трактора. Поворотом трубы сварочной головки в хомуте кронштейна можно устанавливать сварочную головку под углом 45⁰ от вертикального положения, что требуется при сварке в угол. Кроме того, весь подающий механизм можно перемещать вдоль оси трубы в переделах 100мм. Закрепление головки в требуемом положении производится зажимным винтом с маховичком. Имеется винтовой механизм поперечного перемещения, обеспечивающий поперечное перемещение от оси каретки в пределах 40мм.

Для регулирования величины вылета электродной проволоки из мундштука в вертикальной стойке трактора предусмотрен винтовой механизм с маховичком вертикального перемещения в пределах 60мм.

В штампованном корпусе малогабаритной каретки установлен электродвигатель с редуктором из червячной пары и 5 цилиндрических пар и цилиндрической парой. Ведущая шестерня закреплена на выходном валу редуктора, ведомая – на валу переднего моста. Там же на переднем мосту каретки закреплен механизм сцепления, состоящий из двух зубчатых полумуфт. Ведущая полумуфта закреплена неподвижно, а ведомая прижимается к ней пружиной. Оба ходовых вала {далее}

7.2. Схемы механизмов подачи электродной проволоки.

В устройствах для механизированной и ручной дуговой сварки шланговым аппаратом основным узлом является механизм, осуществляющий движение электродной проволоки от кассеты через гибкий направляющий канал в зону сварки – подающий механизм. Механизмы подачи бывают со ступенчатым механическим, с плавным и со смешанным регулированием скорости подачи электродной проволоки.

В механизмах со ступенчатым механическим регулированием в качестве приводного обычно используют асинхронный трехфазный электродвигатель. Достоинство таких механизмов – надежность системы управления, простота эксплуатации, точное соблюдение режима работы. Для получения достаточно большого диапазона изменения скоростей подачи приводные механизмы полуавтоматов выполняют в виде редукторов, имеющих пару сменных шестерен, или в виде коробки скоростей. В сварочных автоматах используют только редукторы с парой сменных шестерен.

К преимуществам механизмов ос сменными шестернями можно отнести простоту получения ряда скоростей при диапазоне (кратности) их изменения К=V_max/V_min достигающей 10, сравнительно малую массу редуктора (без комплекта сменных шестерен) и простоту механизма. К недостаткам – неудобства хранения комплекта шестерен и значительное время необходимое на их смену.

Кинематическая схема подающего механизма со сменными шестернями весьма простая и имеет, как правило, 2-3 вала. Например, кинематическая схема полуавтомата ПДШМ-500 имеет 3 вала: две цилиндрические пары постоянного зацепления и одну пару сменных шестерен (см. рис).

Данный полуавтомат предназначен для сварки под флюсом. Однако в последние годы масштабы применения полуавтоматической сварки под флюсом значительно сократились из-за невозможности сварки в различных пространственных положениях и в связи с трудностью направления электрода по стыку между свариваемыми кромками. Эти недостатки отсутствуют в полуавтоматах для сварки в среде защитных газов.

Конструктивные особенности сварочного полуавтомата определяются способом сварки (сплошной или порошковой проволоками, под флюсом, в СО₂, в инертных газах и т.д.). В то же время основные узлы этих полуавтоматов остаются одинаковыми. Поэтому выпускаются серийно универсальные полуавтоматы, в том числе А-765, А-1035 и А-1197. Эти полуавтоматы могут применяться для сварки порошковыми проволоками. Для надежной подачи порошковой проволоки, обладающей малой жесткостью, механизм подачи снабжается двумя парами подающих роликов, причем все ролики являются ведущими (рис).

Проволока 8 подается двумя парами роликов 6 и 7, из которых верхние являются прижимными и вращаемыми асинхронным двигателем 1. редуктор состоит из червячной пары 2, сменных шестерен 3 и 2^х червячных пар 4 и 5. Схема аппарата позволяет подачу электродной проволоки вперед и назад, т.е. электродвигатель реверсируемый.

В единичном мелкосерийном производстве приходится часто менять режим сварки, поэтому применяют полуавтоматы с коробкой скоростей и вариаторы (рис А и Б).

В механизме с коробкой скоростей скорость подачи настраивается при помощи двух выдвижных (скользящих) шпонок 1, включающих под действием пружин различные шестерни кинематической цепи. Нетрудно подсчитать, что таких переключений будет 9. шпонки перемещаются совместно со штангами 2 снабженными кольцевыми рейками с помощью шестерен 3. Маховички ведущих шестерен 3 имеют фиксаторы заданного положения. Такие механизмы мало распространены из-за трудности создания малогабаритного и легкого, надежно работающего устройства с широким диапазоном регулирования. По такому принципу устроены полуавтоматы ПШ-54, А-537, ПДГ-508.

Опыт эксплуатации показал, что 9 ступеней недостаточно при сварке в защитных газах. Расширить диапазон регулирования можно применением подающих роликов разного диаметра. Так, в полуавтомате ПДГ-508 применены два сменных подающих ролика d_p=46 и d_p=50 мм, что дает уже 18 ступеней регулирования. Однако смена подающих роликов достаточно сложная операция чем смена шестерен. Кроме того, значительно усложнен прижимной механизм-приставка. Поэтому в ИЭС им. Е.О.Патона по принципу коробки скоростей со скользя подающими шпонками разработан 16-ступенчатый механизм ПШ-137, имеющий два блока по 4 пары шестерен.

Механизмы подачи проволоки с вариаторами системы Святозарова не нашли широкого распространения, т.к. фрикционные элементы 8,9 и 10 быстро изнашиваются, их коэффициент трения не стабилен, они чувствительны к загрязнениям. Поэтому больше распространены подающие механизмы, работающие от двигателей постоянного тока с плавным регулированием скорости вращения. Для этой цели служат различные схемы – от простейших до схем, снабженных стабилизаторами оборотов. Кинематическая схема их значительно проще и легче. Анализ условий эксплуатации полуавтоматов показывает, что масса подающих механизмов, как правило, не должна превышать 20 кг. Поиски путей снижения массы и получения компактных подающих механизмов привели к созданию безредукторных подающих механизмов. В настоящее время известны два типа таких механизмов : планетарные и импульсные.

Наибольшее распространение среди устройств планетарного типа получил разработанный в Болгарии планетарный подающий механизм ИЗАПЛАН.

Этот подающий механизм состоит из электродвигателя постоянного тока с полым валом, на котором насажена планетарная подающая головка «ИЗАПЛАН». Ролики расположены по углом к оси проволоки и в процессе обкатки ее создают осевое усилие, перемещающее ее по полому валу и шлангу к горелке.

7.3. Пути совершенствования конструкций механизмов

подачи электродной проволоки в полуавтоматах.

При разработке механизмов подачи электродной проволоки в направляющем канале можно путем достижения минимальной деформации проволоки, применением антифрикционных материалов или дальнейшего конструктивного совершенствования механизмов подачи электродной проволоки за счет придания проволоке различных дополнительных движений.

7.4. Редукторные механизмы.

Редукторные механизмы после некоторого усовершенствования могут осуществлять различного вида дополнительные движения электродной проволоки.

Одно из таких движения – вращение электродной проволоки относительно оси подачи.

Второе дополнительное движение – вибрация электродной проволоки, которая, кроме того, обеспечивает возможность механического управления переносом электродного металла.

По всей видимости, любой механизм подачи, сообщающий электродной проволоке вибрацию, способствует повышению устойчивости ее движения в гибком наплавляющем канале, т.е. перемещению без рывков и заклиниваний. Рассмотрим возможные схемы этих механизмов.

Принцип импульсной подачи в механизмах с односторонними захватами, осуществляющих дозированную подачу электродной проволоки в зону сварки, позволяет решать задачи конструирования современных сварочных аппаратов, имеющих малые габариты и массу. Вместе с тем при выбранных оптимальных частоте импульсов (15…100с^-1) и шаге подачи (0,5…2,8 мм) данный принцип в случае сварки проволокой диаметром 1…2 мм позволяет обеспечить управление переносом электродного металла.

Достоинствами импульсных механизмов подачи являются возможность отказа от редуктора, а также снижение сопротивления проталкиванию электродной проволоки по направляющему каналу, обуславливаемое вибрациями, накладываемыми на электродную проволоку данной группой подающих механизмов.

Широкие возможности механизмов импульсной подачи обусловили разнообразие их конструкций. Так, существуют механизмы, в которых импульсы усилия прикладываются к электродной проволоке при помощи односторонних захватов, движущихся вдоль оси подачи; в других устройствах реализован импульсно-волновой принцип, т.е. импульсы усилия прикладываются к электродной проволоке в направлении, не совпадающим с направлением подачи, а односторонние захваты неподвижны; наконец, разработаны механизмы, в которых импульсы прикладываются к электродной проволоке при помощи односторонних захватов, движущихся по сложной траектории. Рассмотрим наиболее характерные схемы импульсных механизмов.

Рассмотрим импульсно-волновые механизмы.

Основной сложностью, возникающей при разработке и применении механизмов подачи импульсного типа, является то, что односторонние захваты должны работать с большими частотами, но четко фиксировать проволоку при каждом заранее установленном шаге подачи. Значительные вне осевые вибрации таких узлов затрудняют их применение в качестве механизмов подачи тянущего типа и ведут к преждевременному выходу из строя приводных электродвигателей.

Возможно, что решить эту задачу поможет создание импульсных механизмов, в которых подача электродной проволоки осуществляется через полый вал двигателя. Следует отметить существенный недостаток механизмов с использованием односторонних захватов – отсутствие реверса. Требуется разработка таких конструкций захватов, в которых бы обеспечивался реверс.

Уменьшить массу переносного аппарата, упростить его конструкцию, ослабить сопротивление движению электродной проволоки в гибком направляющем канале позволяют планетарные механизмы подачи благодаря наличию крутильных колебаний. Основное внимание при совершенствовании таких механизмов уделяется конструктивному решению узлов прижима подающих элементов к электродной проволоке.

Сцепление роликов с проволокой достигается благодаря специальному профилю роликов, либо выполнению их, например, в виде спиральных пружин, которые вращаются на осях, охватывающих проволоку по винтовой линии.

Для усиления сцепления приводных элементов с проволокой применяют одновременно два планетарных подающих механизма (рис 12).

Планетарные механизмы подачи размещены в держателе и вращаются в разные стороны. Усилие подачи обоих механизмов направлено в одну сторону, благодаря различным углам поворота подающих элементов. Достоинства – исключается скручивание проволоки; улучшается сцепление приводных элементов.

В настоящее время механизмам планетарного типа для подачи электродной проволоки уделяется значительное внимание. Анализ работ показывает, что конструкторы стремятся к созданию современных механизмов такого типа, уделяя внимание уменьшению габаритов и обеспечение оптимального прижима роликов к проволоке. Интерес разработчиков к таким механизмам обусловлен рядом ценных их особенностей : малые габариты, масса и материалоемкость; простота конструкции; возможность правки и отчистки от грязи электродной проволоки; незначительное усилие проталкивания электродной проволоки по направляющему каналу.

При изготовлении указанных механизмов значительную трудность представляет профилирование рабочей поверхности роликов. Авторы разработок планетарных механизмов отмечают, что ролик должен иметь форму части однополостного гиперболоида вращения. Радиус профиля ролика можно определить :

Лекция 8

8.1. Роликовые устройства для подачи электродной проволоки.

Наиболее ответственной частью механизма подачи является роликовое устройство. В зависимости от назначения применяют схемы с одним приводным роликом (тонкая стальная проволока), двумя приводными роликами (стальная проволока диаметром 1,6…2,5 мм, иногда алюминиевая проволока) и четырьмя приводными роликами (алюминиевая и порошковая проволока). Основными параметрами роликового механизма является усилие прижатия роликов к проволоке, жесткость упругого элемента, диаметр роликов, форма поверхностей контактирующих с проволокой.

Усилие с которым роликовый механизм подает проволоку зависит от материала трущихся тел, конструкции функционального сочленения, шероховатости поверхности и компоновки механизма. Условие нормальной работы подающего механизма можно записать в виде неравенства F_T>F_C, где F_T – текущее значение подающего усилия, Н; F_C – усилие сопротивления проталкивания проволоки через направляющий канал и наконечник, Н.

Принято, что максимум результирующего касательного подающего усилия проталкивания проволоки пропорционален усилию прижатия подающих роликов к электродной проволоке, т.е.: F_TN, где F_T – значение подающего усилия, Н; N – усилие прижатия роликов к проволоке, Н;  - коэффициент сцепления роликов с проволокой в общем случае величина нетождественная коэффициенту трения-скольжения. Установлено, что он существенно зависит от скорости подачи и усилия сопротивления подачи.

Для нормальных условий с увеличением скорости подачи сопротивления ролика с проволокой ухудшается, коэффициент  сцепления стремиться к своему предельному значению (для гладких роликов =0,2). Для проволоки имеющей не систематические дефекты на поверхности коэффициент сцепления снижается до =0,1. он может быть повышен за счет конструкции подающего ролика.

Подающие ролики могут быть цилиндрическими, гладкими, с насечкой (ЦН), с канавкой гладкой (ГК) или насеченной (КН), шестеренчатая с канавкой (КШ), нарезанной в зубьях шестеренок, обрезиненные (ЦР) и др. цилиндрические гладкие ролики практически не используют из-за малого усилия подачи. Они значительно уступают роликам с мелкой насечкой (ЦН). Из гладких роликов применяют только ролики (КГ) с гладкой канавкой. Они так же уступают роликам с насечкой (КН) и шестеренчатыми (КШ). Лучше применять ролики КГ, КШ и ЦР т.к. они не оставляют следов на поверхности проволоки. Насечка на проволоке приводит к интенсивному износу токоподводов.

Коэффициент сцепления между проволокой и роликовым механизмом можно увеличить применением нескольких ведущих роликов (двух при одной паре и двух и четырех при двух парах) или применение одного ролика большого диаметра, к которому проволока прижимается по дуге окружности.

Для тонкой проволоки (до 1,2 мм) подходят, в основном, ролики (ЦН) и (КШ), а с увеличением диаметра проволоки (КГ) и (КН). Для порошковых проволок когда с увеличением силы сжатия F_n тонкая оболочка проволоки сминается, применяют несколько (обычно 4) роликов или роликов с большим углом охвата. Весьма эффективны ролики (ЦР) и особенно (КШ). Однако шестеренчатые ролики дорогие и требует точного соблюдения размеров, поэтому они целесообразны только в экономически оправданных условиях.

Универсальными можно считать цилиндрические ролики (ЦН) или составные с канавками (КН и КГ) с набором регулировочных шайб (рис).

Обычно подающие ролики изготовляют из стали ХВГ, ХГ, НХ15 или ЧОХ. Рабочие поверхности подвергают термообработке до твердости 56…60 HRC.

Важным параметром подающего роликового устройства является жесткость прижимной пружины. Она существенно влияет на процесс сцепления ролика с проволокой. С возрастанием сжимающей силы возрастает усилие подачи. Однако сжимающая сила не может возрастать беспредельно, т.к. это приводит к деформации проволоки вплоть до ее сплющивания (особенно порошковой), что затрудняет ее движение по направляющему каналу и увеличивает потери мощности в редукторе.

Установлено, что роликовый механизм без упругого элемента не работоспособен. Увеличение удельной жесткости упругого элемента приводит к значительным колебаниям усилия и скорости подачи в тяжело нагруженных роликах. Для улучшения условий подачи следует использовать упругие элементы с невысокой идеальной жесткостью на заданном уровне нагрузки. Желательно в конструкции предусмотреть элементы ограничивающие значение прикладываемой нагрузки на уровне, соответствующим коэффициенту сцепления. Выбор оптимальных значений усилия прижатия ролика, жесткости упругого элемента позволит:

1. Повысить надежность подачи проволоки без проскальзывания и расширить область применения гладких роликов;

2. Снизить нагрузку на элементы конструкции и повысить долговечность механизма;

3. Повысить коэффициент полезного действия механизма и усилить стабильность подачи.

Лекция 9

9.1. Сварочные горелки

Делятся по применению на ручные и автоматические, по схеме охлаждения – с естественным и водяным охлаждением.

Для закрепления вольфрамового электрода и токоподвода к нему чаще всего применяются цанговые зажимы, с цангами, вынимающимися или в сторону дуги, или в противоположном направлении. Существует без цанговые горелки, например с винтовым поджимом электрода. Недостаток – ненадежный токоподвод.

Эффективность газовой защиты сварочной ванны в основном определяется конструкцией сопла, имеющие коническую камеру на входе газа и цилиндрическую на выходе. Газ вводится в сопло через 8-16 каналов диаметром от 1 до 2 мм. Еще лучше ввод газа через сетчатые пористы мелкоячеистые фильтры.

Конструкции сопел зависят от свойств свариваемых материалов (химически активные) и условий выполнения швов (в щелевую разделку, в труднодоступных местах и т.д.).

На неплавящемся электроде выделяется значительное количество теплоты. Ее отвод может осуществляться непосредственно корпусом горелки или с помощью специального тепло носителя – воды.

По конструкции горелка для ручной сварки должна быть легкой и удобной. Она имеет рукоятку и корпус для крепления электрода и сопла. Часто корпус может поворачиваться относительно рукоятки. Горелки для ручной сварки выпускаются на токи до 500 А и, как правило, имеют водяное охлаждение. Горелки с естественным охлаждением выпускаются на токи до 150 А.

Широко применяются горелки типа ГСН–1 на токи до 450А. Корпус и рукоятка ее соединены шарнирно. Для большой гибкости сварочный кабель разделен на две параллельные ветви, каждая из которых заключена в резиновую трубку. Корпус, сопло и обе ветви сварочного кабеля охлаждаются водой.

Горелка ГСН–2 рассчитана на токи до 150А, сварочный кабель и корпус горелки охлаждаются водой. Эта горелка комплектуется тремя сменными цангами и двумя соплами.

Горелка ГСН–3 рассчитана на токи до 70А и комплектуются двумя сменными цангами.

Горелка типа ГР – 4 малая рассчитана на токи до 200 А и обеспечивает закрепление электродов диаметром 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 3,0; 4,0 мм.

Средняя горелка ГР–6 рассчитана на токи до 400А. и электроды диаметром 3,4,6 мм.

Большая горелка ГР–10 рассчитана на токи до 500А. и электроды диаметром 5,6,8,10 мм.

Горелки типа ЭЗР–4 и ЭЗР–5 рассчитана на токи 150А и 70А соответственно и воздушное охлаждения. Сопло керамическое.

Горелки для автоматической сварки имеют ряд конструктивных особенностей. Сопла для них изготовляются обычно из меди и латуни и интенсивно охлаждаются. Как правило, водяная камера образуется с помощью рубашки, надеваемой на сопло и соединенной с ним пайкой.

Горелки для автоматической сварки конструируются совместно с автоматом и отдельно не выпускаются.

9.2. Гибкие направляющие шланги.

Подавляющее большинство горелок для полуавтоматической сварки снабжено шлангами 3м. Это горелки используемые для подачи стальной электродной проволоки в наиболее распространенных типах полуавтоматов «толкающего типа» т.е. в таких, в которых проволока проталкивается по шлангу от подающего механизма к дуге.

Гибкие направляющие каналы полуавтомата бывают совмещенного и раздельного типов. Опыт показывает, что каналы совмещенного (комбинированного) типа (полые кабели) удобнее для сварки для сварки на токах до 315А включительно.

В комбинированном шланге КШПЭ, вокруг направляющей спирали 1 (рис Б) размещены бензостойкая изоляционная обмотка 2 и токоведущие жилы 3. Вместе с токоведущей частью проложены изолированные провода цепей управления 4. Провод заключен в хлопчатобумажную оплетку 5 и покрыт резиновой изоляцией 6. В других шлангах вокруг направляющей спирали проложены только токоведущие жилы в виде медной оплетки которая припаяна к наконечникам горелки и заключена в резиновую оболочку. Направляющая часть шланга выполнена, чаще всего, в виде спирали из стали, бронзы или специальной пластмассы. Иногда используют сплошную пластмассовую трубку 7. В раздельном (автономном) гибком направляющем шланге (рис А) спираль 1 покрывают слоем миткаля 8, препятствующем попаданию резины оболочки 10 в полость канала при вулканизации и оплетки 9 препятствующей растяжению спирали. Шланг может иметь сменную спираль или трубку 7 из гибкой пластмассы обладающей антифрикционными свойствами, например: тефлона, полиэтилена, нейлона и т.д. Последнее применяется для подачи электродной проволоки из алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей. На рис В показан шланг представляющий собой набор из попеременно расположенных направляющих 11 и дистанционных шайб 12, заключенных в гибкую оболочку 13.

В современных шлангах используют сменные каналы для подачи проволоки, что позволяет в два раза увеличить срок службы сварочных горелок со шлангами при своевременной замене загрязненного или изношенного канала. Одновременно упрощается очистка направляющего канала подачи проволоки. Шланги такого типа содержат каркасную спираль для размещения сменного канала.

Основные параметры совмещенных (полых) шлангов.

В качестве сменных каналов могут быть использованы спираль из стальной проволоки или ленты, а так же пластмассовые трубки.

Таблица

Для снижения сопротивления проталкиванию при сварке порошковыми проволоками или проволоками из титана, алюминия и др. материалов с высокими коэффициентами трения направляющие спирали изготавливают из материалов с малым коэффициентом трения (бронза марки КМц, сополимер ЧД и др.) или смазывают обычные шланги нейтральной смазкой (например: естественный дисульфид молибдена MoS₂, ЦМТУ-06-01-68, МВЧ-1). Смазка снижает сопротивление проталкиванию в полтора, в два раза. Спирали из бронзы имеют сопротивление проталкиванию в 2-3 раза меньше, а спираль из сополимера ЧД в 6-8 раз меньше, чем у трубки из стали. Однако трубки из синтетических материалов дороги, поэтому их применение целесообразно только в исключительных случаях.

Длина гибкого направляющего канала, как правило, бывает 3м. Однако многие зарубежные фирмы комплектуют горелки шлангами 4м (ГДР), 5м (фирма ЮКК США) и даже 10м (фирма «ТВЕКО», США). Для сварки тонкой проволокой (0,6…1,0мм) и для сварки проволокой из мягких алюминиевых сплавов горелки комплектуются шлангами длиной 1,5…2м.

Необходимо отметить два подхода к применению проблемы ремонтопригодности горелок и шлангов. Первый состоит в обеспечении легкой разборки и замены износившихся или поврежденных деталей. Второй подход состоит в том, что горелка имеет предельно простую, часто не разборную конструкцию, а при выходе из строя элементов горелки ее заменяют целиком. Первый подход, по видимому, целесообразнее при единичном и мелкосерийном производстве сварных изделий, невысокой загрузке и малом числе сварщиков на предприятии. Второй подход, вероятно, целесообразен в крупносерийном и массовом производстве.

9.3. Токоподводящие устройства

Подвод тока к плавящемуся электроду сварочных автоматах и полуавтоматах осуществляется с помощью скользящих контактов, мундштуков или наконечников. Они же служат для направление электрода на штык. Скользящие контакты (мундштуки, наконечники) являются деталями сварочных аппаратов, срок службы которых составляет, как правило, несколько часов. От их износостойкости во многом зависит надежность работы аппаратов и установок, а также качество сварки.

Работа и износ контактных частей токоподводов зависят от внешних условий и свойств используемых материалов. Процесс износа можно рассматривать как механический и электромеханический. Как правило, наконечники и мундштуки изнашиваются в одной плоскости, вызванной кривизной проволоки.

Механический износ вызывается контактным давлением и зависит от твердости материалов и их прочности на сдвиг. При увеличении контактного давления до некоторого критического значения износ практически мало меняется, а выше него пластическое деформирование контактирующей поверхности заменяется резанием, появляются задиры и износ резко возрастает.

Электромеханический износ вызывается дуговой и искровой эрозией, дуговой коррозией и горячим свариванием.

Контактное давление Рк является весьма важным параметром токоподвода. При его назначении необходимо иметь ввиду, что как его чрезмерное увеличение, так и уменьшение резко снижает надежность токоподвода. При увеличении Рк улучшается прилегание проволоки и уменьшается сопротивление переходной зоны, но увеличивается механический износ. При уменьшении контактного давления увеличивается сопротивление переходной зоны и возрастает электромеханический износ. Таким образом надежность токоподвода зависит от величины стабильности контактного нажатия.

В аппаратах для сварки проволокой диаметром до 3 мм. Для контактного нажатия обычно используют упругость проволоки, принудительно изгибая ее в электродном тракте до токоподвода или непосредственно в нем, смещая ее ось относительно оси токоподвода. Возможен также одновременный изгиб проволоки в токоподводе и до него.

Электродная проволока диаметром более 3 мм. весьма упруга. Использование здесь изгиб проволоки привело бы к чрезмерному увеличению контактного нажатия, усиленному износу мундштука и рабочей поверхности токоподвода, потребовало бы значительного повышения усилия подачи электрода, а следовательно мощности электродвигателя механизма подачи проволоки. Поэтому для электродов большого диаметра контактное нажатие обычно создают пружинным способом – детали токоподвода прижимают к электродной проволоки.

Практикой установлено, что верхний предел контактного нажатия определяемый по допустимому критическому давлению q_кр, для большинства материалов контактных вкладышей не должен превышать q_кр<0,8...1,0 МПа.

Нижний предел определяется допустимым сопротивлением переходной зоны Rn и может быть рассчитан для принятого материала вкладыша по формуле:

Определив контактное давление, ведут расчет параметров пружины, обеспечивающей необходимое давление.

Опыт эксплуатации аппаратов для дуговой сварки показывает, что износ канала токоподвода неравномерен по его длине: в верхней части (со стороны входа проволоки) он почти незаметен, а в нижней достигает максимума. Это дает основание предположить, что нижний участок токоподвода (наконечника), наиболее нагружен термически, электрически и, вероятно, механически.

В начале работы при новом токоподвода (наконечнике) и небольшом переходном сопротивлении износ начинается с образования углубления в месте контакта. В дальнейшем электрический контакт ухудшается из - за большой выработке отверстия, появления в нем оксидных пленок, а также загрязнения. Последняя стадия износа характеризуется резким ухудшением токосъема из-за значительного увеличения сопротивления переходной зоны и колебаниями фактической величины вылета и угла наклона электрода. В ряде случаев на этой стадии износа происходит прихватка электродной проволоки к токоподводу. Мундштук или наконечник считается непригодными для сварки, если размеры выработанного канала превышают размеры номинального отверстия на 75%.

Неравномерный износ токоподвода является следствием неравномерного распределения температуры по его длине, достигая максимума в области выходной части. Это способствует тому, что структура контактной поверхности претерпевает существенные изменения, изменяются свойства материала, и нарушается стабильность токоподвода.

Неравномерность нагрева наконечника может быть следствием воздействия ряда факторов: неравномерность распределения тока, обуславливающая наибольшее выделение Джоулева тепла в нижней части токоподвода; теплопередачи от электрода, температура которого возрастает от входного участка токоподвода к выходному; нагрева нижней части токоподвода теплом дуги и термическим излучением сварочной ванны.

Исследования нагрева электрода при автоматической сварке под флюсом показали, что температура проволоки непрерывно нарастает с момента входа в токоподвод. На выходе она достигает 140-230 градусов.

Исследованиями В.Я. Бригидина и Д.А. Конотопа установлено, что основная доля тока (более 50%) протекает через торцевую часть токоподвода (наконечника) длиной 1/8 L. Кривая тока характеризуется большим наклоном, который возрастает по мере приближения к торцевой части наконечника. Это означает, что вблизи нее плотность тока, а, следовательно, и нагрев максимальный.

Исследования, проведенные Е.Н. Мастаковым по определению в сопротивлении в контактной паре наконечник-электрод позволили установить, что основная часть сопротивления сосредоточена в нижней части наконечника. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что наибольшее количество тепла, будет выделятся на торце наконечника.

С учетом всех выше рассмотренных факторов, влияющих на износ токоподводов можно наметить следующие пути повышения их долговечности.

1. Изыскание наиболее износостойких материалов для токоподводов без существенного снижения их электропроводности;

2. Разработка конструкций токоподводов, обеспечивающих высокий срок службы.

Рассмотрим их.

9.4. Выбор материала токоподвода.

Для повышения долговечности токоподводящих деталей целесообразно изготовлять их из материалов, обладающих высокой дугостойкостью, износостойкостью, механической прочностью, тепло и электропроводимостью и оптимальной твердостью. Всем этим требованиям в наибольшей степени отвечает композитный материал на основе меди Cu – Al₂ O₃. Но технология его получения весьма сложна и дорогостоящая. Поэтому применение его в качестве токоподвода в ближайшем будущем весьма проблематично.

Наиболее часто токопдводы изготавливают из меди М0, М1, М2 или ее сплавов, хромистой бронзы БрХ0,7; бериллиевой бронзы БрБ2; латуни Л62. Из них наиболее износостойкой является хромистая бронза БрХ0,7. Стойкость медного мундштука или наконечника составляет 4-5 часов.

Долговечность токоподвода можно увеличить используя для этого металлокерамические сплавы (КМК-Б21,КМК-Б20 по ГОСТ 13.333-67, НКВ-10 содержащего 10%WC, 35%W, 2,5%Ni, 52,5%Cu; МВ50, МВ70, МКК-1, МКК-2). Из них наиболее стойким является сплав МКВ-10. Долговечность мундштуков и наконечников из металлокерамических сплавов (керметов) повышается 8-12 раз по сравнению с медными сплавами. Однако это преимущественно теряет смысл из-за дефицитности и высокой стоимости исходных материалов, а также сложности изготовления (ухудшение условий сверления отверстия при длине наконечника L>10d, поэтому их изготавливают длиной не более 20мм.). Следует отметить также, что даже при сравнительно небольшом износе отверстия у торца наконечника из кермета происходит прихватывание электродной проволоки. Последнее можно объяснить увеличением переходного сопротивления между проволокой и наконечником из-за образования оксидных пленок, для разрушения которых требуется более высокое контактное давление.

Заслуживает внимание применение составного наконечника, в который завальцована волока из сплавов ВК-6, ВК-8 (ГОСТ 3882-67) или стальная закаленная втулка.

Наконечник состоит из медного корпуса 1 в котором завальцована стальная втулка 2 (волока). Завальцованная часть торца исключает возможность приварки стальной проволоки к стальной втулке при попадании на нее брызг расплавленного металла.

Установлено, что на долговечность наконечников оказывает влияние их длина, - чем она больше, тем долговечнее. Однако ввиду сложности сверления отверстий, как в меди и ее сплавах, так и в кераметах, обычно ограничиваются наконечниками с рабочей длиной 20мм.

9.5. Конструкции токоподводов

Конструкции токоподводов весьма разнообразны. Долговечность токоподвода зависит в первую очередь от его износотойкости. Опасен не только сам по себе износ, сколько вызванное им отклонение размеров электродоподводящего канала токоподвода от заданного.

Токоподвод служит дольше, если его конструкция или конструкция мундштука обеспечивает возможность компенсации указанных отклонений. С этой точки можно различать некомпенсируемые (рис.1) и компенсируемые токоподводы, причем компенсация может быть дискретной (рис.2), непрерывной или смешанной – непрерывно-дискретной.

Непрерывная компенсация осуществляется автоматически и обеспечивает стабильное контактирование в течение всего срока службы токоподвода. Непрерывными компенсаторами обычно служат различного типа пружины: сжатия, изгиба, кручения.

Дискретно компенсируемые токоподводы в процессе сварки аналогичны некомпенсируемым: контактирование нестабильно и постепенно ухудшается вследствие изнашивания и загрязнения рабочей поверхности. Однако такие токоподводы долговечнее некомпенсируемых, поскольку возможна периодическая компенсация путем деформирования (рис.2 а,б,в) или введения в действие другой рабочей поверхности (рис 2 г,д,е).

Наиболее долговечны при прочих равных условиях токоподводы, в которых используются непрерывный и дискретный способы компенсации (рис. 4).

В полуавтоматах токоподводы называют наконечниками. Он может быть точечным (рис.1 б, в) или штампованным (рис.1 а), его изготовляют из меди, латуни и бронзы. Довольно быстрый износ контактирующей поверхности от трения и электрической эрозии заставляет отдавать предпочтение токоподводящим материалам повышенной твердости (хромистым бронзам марки БрХ или бериллиевым марки БрБ), металлокерамическим сплавам и др. выше перечисленные конструкции наконечников предназначены в основном при сварке тонкой проволокой. (0.8…2,5мм).

Для сварки проволокой 3…6мм применяются иные конструкции токоподводов и называются они мундштуками. Мундштуки бывают роликовыми (рис.4), колодочными (рис.3 а, г), втульчатыми (рис.5 б) и сапожковыми (рис.5 а). Роликовый мундштук имеет два или три контакта, укрепленных на токоведущем корпусе. Для надежного токоподвода один из контактов прижат пружиной. Колодочный мундштук состоит из двух контактных колодок 2 со вставками 3 (рис.3 а). Одна из колодок может перемещаться под действием пружины 1. Принцип действия сапожкового мундштука ясен из рис.5.

Лекция 10

Горелки для дуговой сварки.

9.1. Основные требования и особенности конструкции горелок.

Наиболее важным узлом любого сварочного аппарата является горелка. С помощью горелки возбуждается дуга и осуществляется формирование и направление струи защитного газа. В горелке закрепляется электрод (в случае сварки неплавящимся электродом) или токоподводящий наконечник для направления подачи электродной проволоки (в случае сварки плавящимся электродом). Горелка – сменный инструмент и от ее конструкции во многом зависит работоспособность сварочного аппарата в целом.

Конструкция сварочной горелки должна обеспечивать: безопасность работы, стабильность процесса сварки (наплавки), эффективную газовую защиту зоны сварки, минимальное налипание расплавленного металла на сопла, легкую смену изнашивающихся деталей.

Горелка должна быть удобной в работе, прочной и соответствовать требованиям промышленной эстетики. Для предотвращения обгорания корпус горелки должен быть электрически изолирован от мундштука. Для уменьшения налипания брызг расплавленного металла сопло горелки должно иметь хорошее охлаждение.

От размеров и конструкции горелки во многом зависит эффективность защиты. В свою очередь размеры горелки выбирают с учетом рода защитного газа, типа сварочного соединения и режима сварки. Для создания ламинарного потока защитного газа применяют различные схемы подвода газа в сопло (рис.1). Оптимальная форма сопла параболическая или коническая с цилиндрической частью на выходе.

Для предупреждения попадания воздуха в сопло через канал для прохода проволоки на входе в канал устанавливают уплотнители или подводят защитный газ (рис. 2).

От исполнения рукоятки и выбора для нее материала зависит удобство в работе и надежность горелки. Заводы изготовители применяют литейный изоляционный материал (например, стеклонаполненный капрон), который позволяет получать рукоятку, форма которой наиболее удобна для руки сварщика.

10.2. Классификация.

Горелки можно разделить на два класса: для ручной и автоматической сварки. Они различаются конструкциями в зависимости от типа электрода. Ручные горелки для неплавящегося электрода имеют держатель молоткового типа с постоянным углом наклона и с совмещенным подводом тока и воды. Горелка позволяет выполнять сварку изделий в любом пространственном положении и присадочной проволокой или без нее на постоянном и переменном токе. Электрический ток подводится к электроду по медному проводу, проложенному внутри шланга для охлаждающей воды. Горелка оснащена керамическими соплами, выключателем движкового типа, размещенном на держателе.

Ручные грелки для плавящегося электрода чаще выполняют с держателем пистолетного типа. И их используют для дуговой полуавтоматической сварки в среде защитных газов. Они могут быть с постоянным углом наклона наконечника (мундштука) к рукоятке, а так же с изменяющимся путем поворота, например, рукоятки. Грелка снабжается сменными металлическими соплами, которые как и корпус горелки, изолированы от токоподводящих деталей. В промышленности начали использовать ручные горелки с изменяющимся углом наклона путем изгиба держателя, который выполнен из спиральных трубок с эластичной изоляцией. Эти трубки служат для подвода тока, охлаждающей воды и защитного газа. Необходимый угол наклона (до 90⁰, наименьший радиус перегиба до 20 мм) электрода устанавливается вручную. Неплавящийся электрод вставляется в цангу со стороны сопла и зажимается с помощью распылителя, для чего предварительно снимается сопло.

Ручные горелки могут быть выполнены с воздушным охлаждением для сварки на малых и средних токах, а так же с водяным охлаждением для сварки на средних и больших токах. При этом необходимо учитывать продолжительность (непрерывность) работы (ПР). как правило в расчетах при конструировании сварочных аппаратов принимают ПР=60%.

Горелки для автоматической сварки неплавящимся электродом, у которых электрод с цангой вынимается вверх, могут быть с воздушным (рис. 3) и водяным охлаждением не только корпуса но и сопла (рис. 4).

Горелку 1ГНА-1000 используют для автоматической сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом с водяным охлаждением без осевого перемещения электрода. Цанга и электрод вынимаются вверх, подвод тока, газа и воды раздельный. Корпус и сопло паяные из латуни с раздельным охлаждением, что позволяет производить сварку на потоке до 1000А.

Горелки для автоматической сварки неплавящимся электродом, у которых электрод с цангой вынимается вниз, так же могут быть с воздушным и водяным охлаждением.

На рис.5 представлена грелка для автоматической сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом с воздушным охлаждением без осевого перемещения электрода. Латунный корпус паяный размещен внутри изолятора, представляющего собой трубку из прессматериала АГ-ЧС. Токоподвод и штуцер для подвода защитного газа также размещены внутри изолятора чем обеспечивается хороший вид горелки. Зажим электрода и смена цанг производится при повороте распылителя. Грелка предназначена для сварки на токах до 160А. Для больших токов применяются горелки с водяным охлаждением по внешнему виду не отличающиеся от приведенной. В ней подвод тока, воды и газа раздельный, цанга и электрод вынимаются вниз. Корпус горелки также латунный паяный водоохлаждаемый и размещен внутри изолятора. Поток защитного газа формируется с помощью отверстий распылителя. Сопло керамическое с цилиндрической частью. Максимальный сварочный ток 315А.

Горелки автоматической сварки плавящимся электродом в защитных газах существенно отличаются от горелок для сварки неплавящимся электродом и также могут быть с воздушным и водяным охлаждением. Корпус, как правило, латунный паяный. Сопло из меди полированное. Сменные наконечники из хромистой бронзы.

10.3. Горелки для полуавтоматической сварки.

Горелки для сварочных полуавтоматов в основном классифицируются по двум признакам : а) по характеру охлаждения токоведущих и нагреваемых теплом дуги частей различают горелки с естественным и принудительным (водяным) охлаждением. Горелки с искусственным охлаждением составляют примерно 10% общего числа горелок; б) по характеру взаимного расположения основного корпуса и рукоятки различают горелки молоткового и пистолетного типа.

Горелки пистолетного типа также не превышают 10% общего числа горелок. Горелки также отличаются формой рукоятки, расположением пускового устройства, его конструкцией (курковые или рычажные), углом наклона наконечника. Он обычно составляет 30…60⁰. известны горелки с изменяемым углом наклона.

Главным параметром для горелки принят номинальный сварочный ток. Он выбирается из стандартного ряда: 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500 и 600А. В РФ наиболее распространены горелки на 160, 200, 315 и 500А.

Важным элементом горелки для сварки в защитной газовой среде является сопло 4, через которое подводится струя защитного газа. размеры и конструкция сопла должны быть такими, чтобы характер истечения газа был ламинарным. На характер истечения газа из сопла влияет также и схема подвода его в сопло.

Оптимальная форма сопла параболическая или коническая с цилиндрической частью на выходе. Для уменьшения налипания брызг расплавленного металла и легкого их удаления в случае прилипания сопло горелки изготовляется из меди (латуни, бронзы), полируется или хромируется, а так же может быть обеспечено охлаждение его.

Горелки снабжаются сменными соплами, которые, как и корпус грелки, изолированы от токоподводящих деталей.

Для достижения маневренности полуавтомата и удобства работы горелка должна быть легкой, малогабаритной, а рука сварщика должна занимать, по возможности, естественное положение. Практически установлено, что масса горелки, без шланга и проводов, не должна превышать 0,4…0,6 кг.

Зарубежные фирмы – производители сварочного оборудования – уделяют большое внимание конструкции горелок. Обращает на себя внимание сравнительно большое число горелок людей пистолетного типа, что, вероятно, связано с удобствами пользования при сварке вертикальных швов, а так же их надежностью при сварке проволокой большого диаметра. Горелки молоткового типа отличаются большим разнообразием в отношении конструктивных деталей и позволяют потребителю выбрать наиболее удобную из них для выполнения конкретных работ. Горелки отличаются различной формой рукоятки, расположением пускового тумблера. Встречаются горелки с изменяемым углом наклона, в которых мундштук выполнен из гибких элементов и сохраняет форму, придаваемую ему рабочим-сварщиком. Встречаются горелки, в которых мундштук крепится накидной гайкой, что позволяет поворот его относительно оси рукоятки.

От исполнения рукоятки и выбора для нее материала зависит удобство в работе и надежность.

Горелки, рассчитанные на ток до 400А выпускаются без охлаждения, а свыше 400А – часто с водяным охлаждением. Во всех случаях применения водяного охлаждения используются замкнутые системы со специализированными насосными установками.

Горелки для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа.

Поставка горелок к полуавтоматам типов: ПДГ- 312, А-547, ПДГ-508; ПДГ-525; "ГРАНИТ"; ПДГО.

Кроме того, данные горелки поставляются с быстросъемными евроразъемами.

В конструкции горелок направляющие; спиральные каналы съемные. Сам спиральный канал, медные жилы токоподвода, провод углекислого газа, проводники oт микровыключателя горелки выполнены в едином монолитном гибком шланге из износостойкого и термостойкого материалов.

10.4. Катушки, кассеты или кассетные устройства.

Выбор того или иного типа катушки, кассеты или кассетного устройства зависит от исполнения полуавтомата и форм поставки сварочной проволоки. Их конструкция, а также конструкции осей с тормозными устройствами регламентированы отраслевыми стандартами электротехнической промышленности.

Электродную проволоку поставляют либо в бухтах с весьма широкими допусками на размеры, или в мотках прямоугольного сечения, размеры которых ограничены более жестко. Международный стандарт МС864 предусматривает поставку электродной проволоки для полуавтоматической сварки в виде:

1. шпуль с отверстием диаметром 51мм, надеваемых непосредственно на шток тормозного устройства полуавтомата; наибольший диаметр таких шпуль 305мм;

2. катушек, имеющих каркас с ребордами (фланцами); наиболее распространены катушки с внутренним диаметром каркаса 300мм;

3. мотков, имеющих каркас без реборд (фланцев), диаметром 300мм.

Размеры этих шпуль, катушек и мотков существенно отличаются от размеров предусмотренных ГОСТ 2246-70, что несколько усложняет конструкцию катушек отечественных полуавтоматов.

В отечественных п/автоматах предусмотрена возможность установки шпуль или катушек, регламентированных международным стандартом МС864, а так же применение разъемных катушек для установки проволоки в виде малогабаритных мотков прямоугольного сечения или мотков, намотанных на предприятии-потребителе.

Некоторые отечественные п/автоматы снабжены большими разъемными кассетными устройствами (фигурами) для установки больших мотков без строгой регламентации их размеров. Известны контейнеры с проволокой, допускающие ее подачу без вращения всей массы проволоки.

Заслуживает внимание зарубежные фирмы поставщики проволоки в устройствах – контейнерах, допускающих ее подачу без вращения катушки с проволокой. Это позволяет обеспечить в стандартных полуавтоматах наиболее высокое качество поверхности проволоки и минимальные затраты времени на замену катушки.

В сварочных автоматах запас электродного или присадочного материала размещается в таких катушках, кассетах или кассетных устройствах, как и в полуавтоматах или в более емких и тяжелых кассетных устройствах (рис). В некоторых случаях, особенно для несамоходных (подвесных) автоматов, в массовом производстве могут быть применены отдельно стоящие катушки с проволокой в состоянии поставки массой до 1000кг, что снижает простои, связанные с перемоткой проволоки в катушки и их заменой.

Наибольшее распространение при сварке проволокой диаметром 3…5мм получили кассеты закрытого типа в которые проволока предварительно заталкивается по спирали в кассету, где она, разворачиваясь, удерживается цилиндрической частью и ребордой. Недостатки кассеты закрытого типа – малая пригодность для проволоки диаметром 2 мм и менее из-за ее малой упругости.

Катушки открытого типа могут быть цельными или разъемными. В первом случае проволока поставляется заводом-изготовителем уже намотанной на катушку из пластмассы или другого материала. Во втором случае одна боковина катушки снимается и на катушку одевается стандартная бухта. Недостатком катушки открытого типа является то, что проволока, не имея ограничений по наружному диаметру, из-за своей упругости или вращения катушки по инерции может распушиваться. Поэтому катушки должны иметь тормозные устройства.

В ряде случаев проволока укладывается на крестовину или на коническую катушку, принцип действия которых ясен из рисунка. Они также снабжаются тормозными устройствами.

10.5. Система подачи газа.

В состав комплекта прибыли и арматуры для подачи защитного газа от баллона или цеховой сети до электромагнитного газового клапана входят газовый редуктор и расходомер, которые иногда объединены в одном приборе – редукторе-расходомере. При сваре с СО₂ в комплект входит также подогреватель газа.

Газовые шланги, применяемые в полуавтоматах, рассчитаны на избыточное давление 5 атм и выбираются в соответствии с действующими стандартами.

Лекция 11

Правильные механизмы.

Правильные механизмы повышают точность ориентации электрода относительно мундштука и, следовательно точность направления электрода по оси шва. Необходимость в правке вызвана тем, что проволока, поставляемая в бухтах, имеет кривизну, а иногда и местные перегибы, причем кривизна даже в пределах одной бухты различна по величине. Переменная кривизна и местные перегибы, получившиеся вследствие малого диаметра кассет или небрежной ручной их зарядке приводят к блужданию конца электрода и, следовательно, к нарушению направления его движения. Для правки электродная проволока пропускаются через систему свободно вращающихся роликов, расположенных таким образом, что проволока выравнивается в плоскости кривизны бухты путем обратного изгиба, превышающего пределы упругой деформации. Правильный механизм составляют три и более роликов, расположенных на шариковых подшипниках. В трехроликовом механизме средний ролик выполнен подвижным, регулируемым. Его положение выбирается таким, чтобы обратный изгиб проволоки компенсировал ее кривизну. Такой механизм позволяет править только постоянный по величине изгиб.

Многороликовый, чаще всего 4-5 роликовый, правильный механизм первоначально изгибает проволоку таким образом, чтобы придать ей стабильную кривизну, а в дальнейшем, перегибая проволоку в обратную сторону, выпрямляет ее. Многороликовый механизма должен иметь, по крайней мере, два подвижных, регулируемых ролика. При сварке в большинстве случаев достаточной является правка в одной плоскости. Механизмы для правки в двух и более плоскостях конструктивно очень сложны и громоздки.

Оптимизация процесса правки прежде всего связана с выбором рациональных параметров правильного механизма. Основными параметрами плоского роликового механизма являются число, шаг и диаметр роликов, а так же мощность, затрачиваемая на правку.

Как следует из диаграммы распределения напряжений и деформаций для случая упругопластического изгиба, процесс правки происходит успешно для большинства сварочных проволок (предел текучести материала _т=250…1000МПа) при условии проникновения пластической деформации на глубину 94…97% высоты сечения изгибаемой проволоки.

Анализируя эпюру изгибающих моментов, действующих на проволоку (рис), можно установить, что пластическая деформация распространяется по длине максимально на одну треть шага роликов, а на остальном участке имеет место чисто упругая деформация, т.е. уменьшение шага роликов повышает эффективность правки. Уменьшение шага роликов ограничивается условием прочности правильных роликов, условием размещения подшипников опор нужной грузоподъемности, условием прочности проволоки.

Если принять в качестве определяющего третье условие (прочность проволоки), то можно получить для шага роликов выражение:

Для обеспечения перекрытия зоны правки диаметр правильных роликов должен соответствовать принятому шагу, причем:

Существует приближенная зависимость для проволок с _т=250…1000МПа симметричного сечения по условию прочности : Д>(5…10)d. Верхний предел диаметра правильного ролика ограничен глубиной проникновения деформации:

Число правильных роликов должно определяться минимальным числом изгибов, необходимых для устранения кривизны наименьшего радиуса. Увеличенное на два, это число дает необходимое число роликов. Зависимость остаточной кривизны от действующего момента определяется выражением:

Таким образом, задаваясь остаточной кривизной _ост и диаметром проволоки, можно определить максимальную исходную кривизну, которая может быть устранена однократным перегибом. Причем большое число роликов и меньший шаг требуются в случае: тонких проволок со значительной исходной кривизной; проволок, поперечное сечение которых характеризуется большим значением отношения площади сечения к его моменту сопротивления изгибу.

При числе правильных роликов больше трех на каждом последующем ролике нагрузка увеличивается и в пределе равна 8М/t.

Мощность, затрачиваемая на правку, включает в себя мощность на преодоление трения в опорах роликов и на пластическую деформацию проволоки.

Мощность пластической деформации может быть определена по формуле:

Часть мощности, затрачиваемая на преодоление трения в опорах, определяется по известным формулам в зависимости от типа опор.

При повышенных требованиях к качеству правки проволоки конструкция устройств на базе плоских роликовых механизмов совершенствуется в двух эффективных направлениях:

• путем увеличения числа правильных роликов, т.е. правки неоднократным изгибом. Причем для улучшения правки используют изменяющееся от изгиба к изгибу перекрытие роликов. Остаточная кривизна при такой правке может быть сведена к минимуму. Однако этот способ эффективен при условии оптимальной, точной настройки, т.е. зависит от исходного состояния проволоки и опыта наладчика;

• путем правки проволоки с предварительным сильным изгибом (за пределами текучести). Правка дает хороший результат при сильно искривленной проволоке, но требует значительных затрат мощности.

Использование механизмов правки другого типа (перегиб в различных плоскостях и пр.) в автоматах и п/автоматах дуговой сварки ограничено.

Лекция 12

Классификация движений сварочных агрегатов.

Перемещения отдельных звеньев сварочных агрегатов целесообразно разделить по техническому назначению на четыре группы:

• основные (сварочные);

• вспомогательные;

• проектирующие;

• наладочные.

Основными (сварочными) называются перемещения звеньев, выполняемые в процессе сварки и обеспечивающие движения точки сварки вдоль расчетной линии соединения свариваемых элементов.

Вспомогательными – относительные перемещения горелки (или мундштука) и изделия из исходного положения в точку начала сварки, из конечной точки сварки в исходное положение, а так же между отдельными отрезками шва, точками варки, различными швами. Вспомогательными являются также перемещения, связанные с загрузкой и выгрузкой изделия, его фиксацией и зажимом, однако эти перемещения выполняются, как правило, не звеньями (МС) сварочного агрегата, а отдельными устройствами. При выполнении вспомогательных движений сварка не производится.

Корректирующими в общем случае называются перемещения, которые необходимы для компенсации случайных отклонений от заданного взаимного положения горелки (мундштука) и линии (точек) соединения свариваемых элементов изделия. Корректирующие перемещения по времени могут быть совмещены с основными или вспомогательными или выполняться в отдельно отведенное время. Корректирующие перемещения, совмещенные по времени с основными, называются следящими, а совмещенные по времени с вспомогательными или выполняемые в отдельно отведенное время – поисковыми.

Наладочными (настроечными) называются перемещения, связанные с необходимостью перенастройки на другой типоразмер изделия и согласования положения отдельных элементов оборудования. Наладочные перемещения осуществляются обычно с помощью простейших регулировочных устройств или механизмов с ручным или механизированным приводом.

По транспортному назначению различают переносные (региональные) или ориентирующие (локальные) перемещения. Переносными называются перемещения, необходимые для переноса рабочей точки по изделию в пределах всего рабочего пространства. Ориентирующими – для ориентации сварочного инструмента и изделия в данной точке рабочего пространства.

12.1. Механизмы настроечных, вспомогательных и

корректировочных перемещений автомата.

В общем случае сварочный автомат должен иметь механизмы для настроечного перемещения конца электрода вдоль трех осей прямоугольных координат и его наклона в двух плоскостях – параллельной оси шва и перпендикулярной к ней. Два перемещения электрода – по вертикали и поперек шва – используются как в наладочном, так в рабочем режиме, остальные перемещения, как правило, только в наладочном.

В некоторых случаях часть перемещений не реализуется в автомате, а обеспечивается конструкцией станка или установки.

В качестве механизмов для линейного перемещения электродов в основном применяются винтовые суппорты, реечные передачи, а для угловых наклонов электрода – червячные суппорты. Часто для этих целей используются и другие механизмы : пантографы, зубчатые полумуфты, фрикционные полумуфты, зажимаемые болтами. Суппорты бывают с прямолинейными или круговыми направляющими, с ручным или механизированным приводом. Как правило, универсальные сварочные автоматы имеют суппорты с ручным приводом. Механизированный привод суппорта применяется в станках и установках, оснащенных системами слежения за стыком. Конструкция суппорта не представляет сложности, сама передача – передача винт-гайка.

Пантограф – шарнирный параллелограмм с удлиненными сторонами или дополнительной связью между параллельными сторонами.

Процесс настройки и корректировки мундштука с электродом относительно свариваемых кромок может производится вручную или автоматически. Ручное направление электрода по кромкам выполняется при помощи механических или электрических корректоров по указателям. При сварке открытой дугой и в защитных газах указателем служит сама дуга или шов, при сварке же под флюсом – механический или световой указатели.

Механический указатель крепиться через изоляционную прокладку к аппарату и мундштуку, таким образом, чтобы при встрече с препятствием он мог отклониться. Так как он находится на некотором расстоянии от поверхности, то возможны погрешности при корректировке при различных углах зрения. Этот недостаток устраняется применением светового указателя, который состоит из осветителя и системы линз. Однако он непригоден при интенсивном освещении зоны сварки.

Для ручной корректировки используются и такие средства наблюдения за дугой, как промышленное телевидение, проектирование изображения дуги на матовое стекло и др.

Ручные корректоры обеспечивают точность направления электрода в пределах 1,5…2,5мм, в зависимости от расстояния между указателем и электродом, от инерционности корректировочной системы и отсутствия в ней люфтов, от скорости сварки и тренированности сварщика. Практикой доказано, что ручная корректировка эффективна при скорости сварки не более 60…80м/ч. при больших скоростях сварщик не всегда успевает придать электроду нужное положение.

Механические копирующие системы (рис) представляют собой регуляторы прямого действия, где рабочий орган (мундштук) жестко связан с механическим копирующим элементом в виде ролика или костыля, перемещающихся по свариваемым кромкам или по копиру, повторяющему конфигурацию шва. Мундштук или головка имеют, по крайней мере, одну степень свободы для перемещения поперек шва совместно с копиром. Системы такого типа отличаются простотой и надежностью. Они могут быть использованы только в тех случаях, где имеется гарантированный зазор между кромками или другая база для механического копирования. Ролик постоянно прижат к поверхностям разделки кромок или другим поверхностям свариваемых элементов обычно под действием пружин или сил тяжести. При одном щупе-ролике возможно копирование разделок без прихваток. При наличии прихваток требуется применение двух щупов-роликов. При наличии у сварочного инструмента со щупом-роликом только одной степени подвижности возникает значительная погрешность копирования, которая тем больше, чем больше расстояние между роликом и мундштуком. Частично этот недостаток может быть устранен применением самоустанавливающихся копиров с 2-3 роликами. Механические копиры весьма эффективны в сварочных тракторах.

Вертикальное перемещение мундштука относительно кромок в автоматах, движущихся по рельсам, может осуществляться вручную ил автоматически. В первом случае достаточны ручные или моторные с ручным управлением корректоры. Для автоматического поддержания вылета электрода применяются механические копиры непрерывного действия или электромеханические импульсного действия.

Простейшим средством стабилизации вылета электрода который сварочная головка или сварочный трактор опирается своими роликами или щупом непосредственно на свариваемое изделие вблизи зоны сварки и таким образом копирует все вертикальные неровности шва.

Ходовая тележка 1 движется по рельсовому пути 2, а сварочная головка 4 подвешена на шарнире 5 и может свободно плавать по вертикали. Постоянный вылет поддерживается упорными роликами 3. Недостатки: она неточна, не реагирует на влияние износа токоподводящего наконечника, не учитывает разности уровней сварки многослойного шва. Копирует изделие и шов не в самой зоне сварки и т.д.

Более совершенна электромеханическая система копирования. Здесь зазор l между рычагом 5 и кнопками переключателей 4 и 3 определяется величиной допустимых колебаний вылета электрода. При минимально допустимом вылете h под действием ролика 6 рычаг 5 нажимает на концевой выключатель 4 и по команде блока 2 поднимает всю систему 1 на заданный шаг.

12.2. Механические колебания электрода.

Колебание конца электрода в процессе дуговой сварки создает существенные технологические преимущества. Параметрами системы колебания являются частота и размах колебания электрода. В автоматах с колебательным движением электрода мундштуки делаются разрезными; подвижная часть подключается к приводу с кривошипно-шатунным колебателем.

Лекция 13

Устройства для очистки и намотки проволоки.

Большое значение в сокращении потерь рабочего времени и повышении производительности труда электросварщиков имеет обеспечение рабочих месть сварочной проволокой и качество ее подготовки. Потери рабочего времени сварщика на доставку и смену кассет с проволокой составляют иногда 4,9%, а налаживание подачи проволоки, вызванное некачественной намоткой и очисткой – 1,4%.

Поверхность электродной проволоки после длительного хранения в большинстве случаев бывает загрязнена. Наличие на поверхности проволоки технологической смазки, органических антикоррозионных загрязнений приводит к засорению шлангов, нарушения стабильности подачи проволоки. Наличие на поверхности нитрита натрия и органических смазок может вызвать неустойчивость процесса сварки, повышенное разбрызгивание, насыщение шва газами и образование пор.

Проволока при намотке должна укладываться равномерно виток к витку по всей ширине кассеты. Неравномерная укладка приводит к прехлестыванию и запутыванию проволоки в процессе сварки. Проволока должна быть ровной без изгибов.

Очистку проволоки выполняют различными способами в зависимости от состояния поверхности. Операция очистки обычно совмещается с намоткой. Станки для намотки проволоки имеют узлы очистки, которые могут производить обработку поверхности проволоки за одну, две или три операции. Грубая очистка от слоя ржавчины может производиться стальным тросиком диаметром 1,5…2,5мм или напильником. От смазок проволоку очищают в бензине, а тонкую очистку, предназначенную для удаления остатков грязи и жира, производят кругами из кошмы или ферта. Недостаток – пожароопасность.

Более надежна очистка резанием, расположенными попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях несколькими фильерами. Затем камера тонкой очистки (св. флюс или образивная кромка) и протирка войлочными фильерами.

Станок для очистки и намотки в кассеты электродной проволоки.

Все узлы станка (барабан с челночным разматывателем, очистное устройство, механизм раскладки проволоки в слоях, намоточное устройство, пневмоприжим кассеты, устройство для выключения станка при наполнении кассеты) смонтированы на раме.

Барабан с бухтой проволоки во время работы неподвижен. Челнок, свободно вращающийся вокруг бухты, за один оборот снимает с бухты один виток проволоки. Вращение челнока обусловлено натяжением проволоки, наматывающейся на кассету. Предусмотрено торможение челнока от вращателя по инерции при остановке станка.

С челнока проволока протягивается через очистное устройство, состоящее из последовательно расположенных перемещающихся шести фильер и шести резцов. Резцы охватывают проволоку по периметру (через 60⁰) и закреплены в резцедержателях и прижимаются к проволоке регулируемыми пружинами.

Такая система обеспечивает качественную очистку проволоки от ржавчины, грязи, масла и т.п. и не требует переналадки во время работы. Металлическая стружка ссыпается в бункер. В процессе очистки проволока утоняется на 0,01…0,02мм.

Механизм намотки приводится во вращение электродвигателем и обеспечивает скорость намотки до 450 об/мин.

При вращении кассеты наматываемой проволоке придается поперечное вращательно-поступательное перемещение механизмом раскладки. Толкатель этого механизма получает движение через червячный редуктор и профильный кулачек. На одном конце толкателя имеется фильера, через которую проходит проволока.

Кассета емкостью 5кг наматывается проволокой диаметром 1…2мм за 2,5…3мин.

Очистка сварочной проволоки происходит за три основные операции : грубая очитка, обезжиривание, тонкая очистка.

В узле грубой очистки поверхность проволоки очищается от ржавчины стальным тросиком диаметром 1,5…2,5мм. Тросик наматывается на проволоку затяжной втулкой так, чтобы витки его плотно охватывали проволоку. При наличии на поверхности проволоки толстого слоя ржавчины проволоку обматывают вокруг круглого напильника с мелкой насечкой.

В разъемном корпусе узла обезжиривания установленного на осях три ролика с крыльчатками. Перед работой корпус наполовину заполняется бензином. При вращении роликов проволокой их крыльчатки разбрызгивают бензин на проволоку и обеспечивают тщательную ее промывку.

Узел тонкой очистки предназначен для удаления остатков грязи и жира. Состоит из 2 металлических дисков (один из них является храповое колесо), между которыми зажимается два круга из кошмы или фетра. Поворот дисков в процессе намотки позволяет использовать всю поверхность кругов. Раскладчик и узел тонкой очистки кинематически связанны с катушкой. После оборота катушки на 1 оборот раскладчик перемещается вниз на шаг равный 3мм, а диски и фетры повернутся на один оборот.

Устройство для очистки сварочной проволоки.

Лекция 14

Автоматы и установки для дуговой наплавки.

Наплавочные работы могут выполнятся с помощью автоматов для сварки, однако больший эффект дает применение автоматов, специально предназначенных для наплавки, т.к. они снабжены специальными устройствами для выполнения широкослойной наплавки ленточным или расщепленным электродом, состоящим из нескольких проволок, расположенных поперек движения автомата (наплавка гребенкой) или одиночным электродом, совершающим поперечные колебания. Кроме того, они рассчитаны на длительную работу.

Автомат А-580М для наплавки под флюсом тонкой проволокой представляет собой легкую подвесную головку, закрепленную на колонке, которая обеспечивает вертикальное настроечное перемещение. Используют его в основном для тел вращения диаметром 40мм и более в комплекте со специальным вращателем или устанавливают на суппорте токарного станка.

Тяжелый подвесной автомат А-384МК для наплавки под флюсом тел вращения и плоских деталей по конструкции подобен автомату АБ, от которого отличается наличием механизированного привода вертикального перемещения головки и набором приставок для наплавки порошковой проволокой, ленточным электродом и гребенкой.

Самоходный наплавочный автомат А874Н предназначен для наплавки тел вращения, плоских деталей и деталей сложной формы. Широкие технологические возможности автомата обеспечиваются комплектом сменных узлов и приставок, а так же системой управления, позволяющей вести наплавку с независимой скоростью подачи или с автоматическим регулированием.

Подвесные автоматы А-1406, А-1408 и А1409 скомпонованы из узлов базового унифицированного автомата А-1401. Применяются в станках У-651, У-652, У-653, У-654 для наплавки различных быстроизнашивающихся деталей типа тракторных и сельхозмашин механизмов.

14.1. Автоматы для сварки и наплавки с принудительным формированием.

Сварка с принудительным формированием характеризуется тем, что шов образуется в пространстве между свариваемыми кромками, ограниченном формирующими приспособлениями, которые удерживают ванну расплавленного металла до ее затвердевания. Применение принудительного формирования позволяет механизировать сварку при выполнении швов в различных пространственных положениях.

Применяется электрошлаковый или электродуговой процесс.

Электрошлаковая сварка применяется для соединения деталей технологически неограниченной толщины, начиная с 20мм. При толщинах меньше 20мм электрошлаковая сварка затруднена, поэтому применяют дуговую с принудительным формированием.

Сварка с принудительными формированием предусматривает одновременное выполнение ряда операций : нагрев шлаковой ванны, свариваемых кромок и присадочного материала до температуры их плавления;

• подачу в зазор между кромок электродного и дополнительного металла;

• подвод к электроду сварочного тока;

• удержание сварочной ванны в зазоре;

• перемещение источника нагрева и формирующих устройств по мере образования шва;

• возвратно-поступательное перемещение источника нагрева и формирующих устройств по мере образования шва;

• возвратно-поступательное перемещение источника нагрева в зазоре для равномерного нагрева и проплавления кромок.

Сварка с принудительным формированием предусматривает выполнение нескольких функций :

Классификация для дуговой сварки с принудительным формированием.

1. По положению свариваемых швов в пространстве:

• для сварки вертикальных или наклонных, горизонтальных швов на вертикальной плоскости;

• криволинейных швов с различным и переменным положением в пространстве, в том числе неповоротных стыков труб, сферических резервуаров и т.п.

2. По способу перемещения вдоль свариваемых кромок:

• аппараты самоходные (рельсового, безрельсового и комбинированного типов);

• подвесные.

3. По способу принудительного формирования шва:

• аппараты со скользящими ползунами;

• с неподвижными относительно кромок металлическими или флюсовыми устройствами.

4. По способу защиты зоны дуги:

• для сварки под флюсом;

• в защитных газах;

• без внешней защиты (самозащитные проволоки).

14.2. Головки аппаратов для эшс проволочными электродами.

Как и головки для дуговой сварки в нижнем положении, рассматриваемые головки содержат привод, роликовый механизм подачи и другие узлы. Однако их токоподводящие мундштуки отличаются тем, что обеспечивают ввод электрода в глубокий зазор между кромками и его вертикальное расположение в зазоре у поверхности сварочной ванны. Такие мундштуки могут быть расположены вне зазора между кромками или в зазоре.

Первые позволяют уменьшить зазор, а, следовательно, повысить производительность сварки. С увеличением толщины металла при такой конструкции растет вылет электрода и снижается точность его направления. Это может привести к непровару кромок, искажению формы шва или прожогу ползунов. Поэтому мундштуки для толстого металла распологают в зазоре и снабжают корректорами направления подачи проволоки.

14.3. Механизмы возвратно-поступательного перемещения электродов

вдоль зеркала сварочной ванны.

Как известно, при ЭШС неподвижным электродом в один проход можно сварить металл толщиной не более 50мм. Для увеличения диапазона толщин свариваемого металла автоматы снабжают механизмами возвратно-поступательного перемещения электродов.

Применяются механизмы с постоянной скоростью перемещения электрода в разделке и с остановкой его у ползунов, и механизмы с равномерно изменяющейся скорость перемещения электрода (например по синусоиде). Первые содержат, как правило, винтовой привод и концевые выключатели, реверсирующие электродвигатель. Механизмы с переменной скоростью (MIN у ползунов и MAX в средней части зазора) могут перемещать всю сварочную головку или только мундштук с электродом. В этом случае основным исполнительным органом является кривошипно-шатунный механизм.

Механизмы с постоянной скоростью перемещения используют, ч.о. в аппаратах для сварки толстого металла с большим размахом колебаний электрода, механизмы с переменной скоростью в аппаратах для сварки металла относительно небольшой толщины.

Колебания электрода осуществляются в результате периодического перегиба проволоки в токоподводящем мундштуке. Для периодического колебательного поворота токоподвода мундштука использована система, преобразующая поступательное движение проволоки во вращательное движение холостых роликов 2 и 3, на одном из которых расположен палец кривошипно-шатунного механизма. Во избежание деформации проволоки ролики прижимаются друг к другу постоянно действующей тарированной пружиной 9. При сварке без колебаний прижимной ролик 3 отводится винтом 8. Такая конструкция позволяет значительно снизить массу аппарата и делает его более маневренным.

С увеличением толщины металла такая схема значительных размахов колебаний величины тока вследствие периодических изменений вылета электрода или увеличить число электродов одновременно вводимых в зазор.

14.4. Современные аппараты.

Рельсовый аппарат А-1027 – с принудительным формированием для сварки порошковой проволокой в СО₂. Один электродвигатель – подача и перемещение с помощью реечной зубчатой передачи. В процессе сварки тележка движется периодически включением кулачковой муфты (вручную). С ходовой тележкой связаны передний и задний формирующие ползуны. На переднем ползуне установлен токоподводящей мундштук. Зазор не более 10-15 мм.

Рельсовый аппарат Ад-102 – для дуговой сварки с принудительным формированием самозащитной проволокой и электрошлаковой сварки. Толщина 25-100мм. Сварка с колебателем электрода.

Безоельсовый аппарат А1150У – для сварки в заводских и монтажных условиях металла толщиной 8-30мм порошковой проволокой в СО₂. Перемещается по изделию, имеет две тележки, расположенных по обе стороны листов и прижатых мощной пружиной.

Полуавтомат А-671Р – для электрошлаковой сварки металла толщиной от 16 до 50мм привод движения ручной с храповым механизмом.

Автомат А-820МК – автомат ЭШС, а так же электродуговой с принудительным формированием металла 14-20мм. Рельсом служит уголок, который крепится к изделию.

Автомат А-433Р – движется по легкому рельсовому пути с зубчатой рейкой.

Автомат А-535 – для сварки прямолинейных и кольцевых швов, стыковых, угловых и тавровых соединений. Сварка ведется электродными проволоками или пластинами. Движется по рельсовой колонне, которая может крепиться непосредственно к изделию.

Автомат А-1170 новый унифицированный.

Автомат А-612 – перемещается по изделию, копируя одну из свариваемых кромок.

Автомат А-501М – безрельсовый магнитошагающий.

Автомат А-645, А-1304 – для сварки плавящимся мундштуком.

Автомат А-550У – с пластинчатым электродом.

А-671Р

Применяемые подвесные и самоходные автоматы рельсового типа отличаются сложностью и громоздкостью, дороговизной и высокой трудоемкостью при изготовлении, а так же занимают много производственной площади. Лучше, если автомат во время сварки будет двигаться непосредственно по изделию, а его ходовые бегунки будут выполнять роль направляющего механизма. Такие автоматы получили название сварочного трактора. Он должен быть легким и удобным для переноса с места на место и выполнять сварку в труднодоступных местах.

Самоходные тележки тракторов существенно отличаются от тележек самоходных автоматов. Отличаются они и между собой. Обычно они имеют четыре обрезиненных колеса. Приводными обычно являются два задних колеса. Передние колеса могут быть сменные для настройки трактора на сварку различных соединений.

Тележка трактора должна создавать избыточное усилие 100-150Н для перемещения за трактором сварочных кабелей и кабелей управления. Расчет показывает, что избыточное усилие, создаваемое тележкой трактора, составляет Р_Т=К*m*g, где К – коэффициент, характеризующий сцепление колес трактора с поверхностью изделия или направляющими и определяемый в основном коэффициентом трения К=0,2…0,25; m – масса трактора, кг; g – ускорение свободного падения м*с^-2. Из этого выражения следует, что снижение массы трактора до величины менее 40кг без применения каких-либо специальных устройств, увеличивающих коэффициент сцепления с дорогой, по видимому, нецелесообразно. Для увеличения сцепления трактора с поверхностью все колеса тележки делают приводными.

Кинематические схемы сварочных тракторов, выполняя одни и те же функции конструктивно отличаются между собой. Это отличие вызвано различными способами регулирования скорости сварки и конструктивными особенностями тракторов. Так, трактор ТС-17 изготовлен так, что корпусом его является электродвигатель, на котором крепятся все остальные узлы: кронштейны с пультом управления, кассетой и бункером для флюса. Вместо крышек на обоих концах корпуса электродвигателя установлены редукторы подачи электродной проволоки и движения трактора. Передние колеса и копиры закрепляются на литом шасси, установленном снизу на корпусе электродвигателя. Ось задних ведущих колес выведена из корпуса редуктора движения. Оба колеса на оси закрепляются через фрикционные муфты, отключаемые маховиками, что дает возможность вручную перекатить трактор. Колеса трактора обрезинены и изолированы от корпуса. Так как электродвигатель высокооборотистый ( n=8000 об/мин ), то в кинематической схеме предусмотрены три червячные пары и одна пара сменных шестерен

Комплект сменных и запасных деталей и узлов позволяет настраивать трактор для сварки стыковых швов с разделкой и без разделки кромок, угловых швов в лодочку и наклонным электродом, а также выполнять сварку вне колеи трактора . в последнем случае подающий механизм выносится в сторону от трактора и приводится в движение велосипедной цепью ( сварочный трактор ТС-17-р.).

Кинематическая схема привода движения трактора АДС-1000 отличатся от схемы трактора ТС-17 тем, что тележка трактора снабжена отдельным приводом от регулируемого электродвигателя постоянного тока. Тележка трактора на четырех колесах с резиновыми ободами приводится в движение от электродвигателя 1 через двойную червячную передачу 2 с передаточным отношением 784 и зубчатую муфту 4. Сцепление и расцепление задних ведущих колес 3 с приводом производится рукояткой, разводящей две зубчатые полумуфты, что дает возможность перекатывать трактор вручную. Как видно из схемы, она значительно проще.

На базе трактора АДС-1000 завод «Электрик» выпускает новые унифицированные модели сварочных тракторов АДФ-1001, АДФ-1004 и АДФ-1602.

Кинематическая схема трактора АДПГ-500, предназначенного для сварки в защитных газах, отличается от прочих наличием цепной передачи 2, благодаря чему все четыре колеса 1 являются ведущими. Редуктор состоит из червячной пары 4 и 5 цилиндрических пар 3 и еще одной цилиндрической выходной пары6, у которой ведущая шестерня закреплена на выходном валу переднего моста. Там же на переднем мосту тележки закреплен механизм сцепления, состоящий из двух зубчатых полумуфт 5. ведущая полумуфта закреплена неподвижно, а ведомая прижимается к ней пружиной. Оба ходовых вала тележки являются ведущими, т.к. связаны между собой велосипедной цепью 2. это позволяет увеличить сцепление колес с поверхностью и снизить вес трактора до 22кг. Все четыре колеса 1 с резиновыми шинами.

Лекция 15

Механизмы перемещения сварочных автоматов вдоль линии соединения.

Самоходные автоматы имеют механизмы перемещения, которые называются самоходными тележками. Самоходная тележка служит корпусом, на котором закреплены остальные части сварочного автомата. Тележки сварочных автоматов, как правило, перемещаются на колесном ходу. По расположению колес различают тележки велосипедного и кареточного типов. Тележки велосипедного типа имеют два опорных колеса, расположенных в одной плоскости и один поддерживающий ролик, размещаемый над опорными колесами или под ними. Кареточные тележки имеют четыре или три колеса, разнесенные по горизонтали.

Приводные механизмы должны удовлетворять двум основным требованиям: возможности плавного или ступенчатого (в зависимости от типа изделия и характера производства) регулирования рабочей скорости в заданном диапазоне, возможность переключения на маршевый ход – ручной или моторный в зависимости от величины перемещаемой массы, частоты переключений и протяженности маршевого хода. При ручном перемещении тележек колеса отключаются от механизированного привода с помощью муфты.

Рабочая скорость и диапазон, в котором она должна изменяться, выбирается на основании технологических данных по режимам сварки заданных изделий.

Маршевая скорость устанавливается в зависимости от величины холостого пробега и массы движущихся частей. Чем больше длина холостого пробега и меньше масса движущихся частей, тем больше маршевая скорость. Если масса движущихся частей, например сварочной тележки, не превышает 200кг, то ее электропривод не следует усложнять устройством для маршевого перемещения, т.к. такую тележку оператор может легко перекатывать вручную, предусмотрев муфту для отключения ведущих колес от электропривода.

Привод маршевых перемещений должен обеспечивать скорость перемещения 5…15м/мин (300-900 м/час).

15.1. Неравномерность сварочного движения и меры борьбы с ней.

При конструировании приводов сварочного движения и ходовых частей механического оборудования необходимо учитывать явление неравномерности рабочего хода, довольно часто наблюдаемое в автосварочных установках и вредно влияющие на качество сварки. Суть этого явления заключается в том, что движение тяжелых масс, с очень малой скоростью приобретает пульсирующий, скачкообразный характер с определенным ритмом. Эта пульсация увеличивается с увеличением массы движущихся частей и уменьшением ее скорости. При маршевом движении пульсация исчезает. В легких сварочных тележках неравномерности хода вообще не наблюдается.

Явление пульсирующего сварочного движения (вплоть до периодических остановок) впервые было обнаружено еще в 1938-1940гг. при автоматической сварке котлов на таганрогском заводе «Красный котельщик» и железнодорожных цистерн на брянском заводе «Красный Профинтер». Эти автоколебания удалось устранить лишь после установки на ведущих валах роликовых стендов паразитных колодочных тормозов (демпферов), искусственно увеличив таким образом момент сопротивления вращению роликового стенда во время сварки, а следовательно, и мощность рабочего хода. При переключении привода на маршевый ход электромагнитный тормоз отключался.

Основными причинами неравномерности медленного сварочного движения и возникновения автоколебаний являются:

1. недостаточная жесткость передаточных элементов привода и ходовых частей, вследствие чего они подвергаются значительным упругим деформациям;

2. наличие люфтов в зубчатых передачах и других сопряжениях кинематической цепи привода;

3. различие в коэффициентах трения покоя и движения, которые создает неравномерность сопротивления передвижению массы при пульсирующем характере движения;

4. большая длина кинематической цепи привода;

5. значительная инерционная масса движущихся частей в конце кинематической цепи, в том числе масса движущегося изделия или сварочной тележки.

При оценке влияния различных факторов на равномерность движения следует рассматривать два участка приводного механизма – участок малых скоростей, в том числе сварочных, и участок повышенных скоростей, близких к двигателю. Для первого участка при неблагоприятных условиях характерно скачкообразное движение с остановками, для второго – колебания скорости, близкие к гармоническим.

При совместном действии перечисленных выше неблагоприятных факторов в последнем кинематическом звене механизма устанавливается следующий режим движения:

1. В начале движения благодаря инерции массы и повышенным коэффициентом трения покоя создается увеличенное сопротивление движению массы. При этом выбираются все люфты и накапливается потенциальная энергия упругих деформаций привода и ходовых частей : масса, однако еще неподвижна.

2. Когда силы упругости достигнут величины, достаточной для преодоления инерции массы и сопротивления ее передвижению, происходит движение массы с большим ускорением, т.е. прыжок. Он является следствием, во-вторых, резкого падения коэффициента трения при переходе от покоя к движению, во-вторых, превращения накопленной потенциальной энергии упругости в кинетическую.

3. Благодаря прыжку движущаяся масса по инерции забегает вперед со скоростью, большей номинальной, выбирает люфты в обратную сторону и затем, когда исчерпывается кинематическая энергия массы, она останавливается. Эта кратковременная остановка массы объясняется весьма малым значением кинематической, номинальной скорости привода, которая не в состоянии быстро компенсировать трения резко увеличивается вследствие перехода от движения к покою и оказывает существенное тормозящее действие на массу. Кроме того, остановка обусловлена так же неизвестным процессом обратной выборки люфтов, которая требует тем больше времени, чем меньше номинальная скорость движения и чем больше число и величина люфтов.

После такой кратковременный остановки цикл повторяется и движение приобретает пульсирующий циклический характер.

Теоретическое определение амплитуды и частоты колебаний, а так же длительности возможных остановок при заданной инерционной массе и рабочих скоростях движения, едва ли точно и достоверно разрешимую; тем более, что в этом расчете в качестве заданных величин неизбежно должны фигурировать эмпирические коэффициенты и величины, трудно поддающиеся точному определению, например: приведенные коэффициенты трения (покоя и движения) и их зависимость от скорости движения и длительности неподвижного контакта; коэффициенты внутреннего трения в материале передаточных элементов (например, резиновых грузошин); величина люфтов во всех передачах; частота собственных колебаний системы. Значительная неопределенность этих коэффициентов и эмпирических величин резко снижает достоверность даже самого теоретически точного расчета. Поэтому приведенные ниже рекомендации по снижению опасности возникновения и эксплуатации действующих сварочных установок, а так же на некоторых экспериментальных данных в смежных областях машиностроения.

Меры борьбы с неравномерностью движения, в значительной мере определяемые перечисленными выше причинами, поражающими эту неравномерность, следующие:

1. необходимо обеспечивать достаточную жесткость всех элементов передаточных привода, в особенности последних элементов кинематической цепи, в частности валов роликовых стендов, шпинделей манипуляторов и вращателей, трансмиссионных валов громоздких сварочных тележек и их колесных полускатов (например, в нормальных и мостовых тележках) и др. для обеспечения крутильной жесткости этих валов, от которой в значительной мере зависит равномерность вращения, принято ограничивать угол закручивания вала его удельной величиной [_К] на 1 погонный метр вала; при этом чем длиннее вал, тем меньше должна быть эта величина. Таким образом, условие крутильной жесткости вала может быть выражено следующей формулой:

где Е0=800000 кгс/см2 – модуль сдвига; J0 – полярный момент инерции поперечного сечения вала, см4; [К] – допустимый угол закручивания, мин/пог.м. вала.

Для валов и шпинделей длиной до 1м [_К]=4…5; для валов длиной более 3м [_К]=3…4.

Упругая крутильная деформация вала определяется обжим углом закручивания ₀ на всей его активной длине. Если вал состоит из n отдельных участков l_i, каждый из которых нагружен своим крутящим моментом M_i, то общий угол закручивания вала в минутах будет:

Условие крутильной жесткости вала:

Эта формула демонстрирует линейную зависимость упругой деформации вала от его длины, поэтому в приведенных выше рекомендациях значения допускаемого [_К] поставлены в прямую зависимость от длины вала. По тем же соображениям при конструировании приводных механизмов с целью повышения их общей жесткости необходимо стремиться уменьшению длины передаточных и ведущих валов.

2. Конструктивным мероприятием, снижающим опасность возникновения колебаний скорости и уменьшающим их амплитуду (если все еж возникли) является уменьшение до минимума люфтов в кинематических парах приводного механизма, особенно в последних – тихоходных. Для полного исключения вредного влияния люфтов может быть применено какое-либо устройство влияния люфтов. В некоторых случаях таким устройством может быть, например, паразитных тормоз на последнем элементе механизма – на валу роликового стенда, на планшайбе вращателя и пр. О значении тормоза как демпфера сказано ниже.

3. Полезным средством борьбы с автоколебаниями является сокращение общей длины кинематической цепи привода, что существенно повышает общую жесткость приводного механизма, приведенную к его последнему звену (валу роликового стенда, шпинделя вращателя и т.д.).

4. Для повышения приведенной жесткости механизма целесообразно выбирать наибольшую редукцию на его последнем звене. С этой точки зрения весьма полезно вводить в конце кинематической цепи самотормозящую пару с большим передаточным числом в виде червячной или винтовой передачи (винт-гайка). Полезность самотормозящей передачи в конце цепи выражается еще и в том, что при этом резко уменьшается вредное влияние люфтов в предыдущих передачах.

5. Для повышения приведенной жесткости механизма последнее зубчатое колесо, насаженное на шпиндель вращателя, на вал роликоопор или на вал ходового колеса тележки, рекомендуется выбирать возможно большего диаметра. Чем больше отношение диаметра этого колеса к диаметру планшайбы, ведущей роликопары или ходового колеса, тем жестче вся система, меньше влияние люфтов в этой последней передаче, поэтому и меньше опасность возбуждения автоколебаний.

6. Если перечисленные средства недостаточны для устранения автоколебаний или если эти средства конструктивно трудноосуществимы, то следует применять демпферы – гасители колебаний, как это практикуется в некоторых металлорежущих станках. В простейшем виде эти демпферы представляют собой фрикционные тормоза, установленные на последнем кинематическом звене приводного или ходового механизма.

Кроме демпфирования, полезное действие постоянно включенного фрикционного тормоза заключается еще в том, что он в известных пределах выполняет функции устройства для выборки люфтов, а это является одной из мер борьбы с неравномерностью движения.

С энергетической точки зрения такие тормоза–демпферы являются паразитной нагрузкой, однако автоколебания возникают только на малых скоростях сварки и тормоза ставятся на самых тихоходных элементах привода, поэтому они не требуют значительной мощности привода.

Для приближенного определения необходимого тормозного усилия или момента демпфера можно принять, что рассматриваемые автоколебания близки к гармоническим с круговой частотой w. В таком случае тормозное усилие демпфера можно определить исходя из максимального ускорения массы m при ее колебательном движении. Предварительно, натуральными измерениями необходимо определить частоту свободных колебаний n и амплитуду колебаний А.

Если движение массы носит пульсирующий характер с остановками, то в качестве расчетной частоты колебаний принимается n=1/2t, где t – время ускоренного движения – прыжка, которое можно считать временем полупериода гармонического колебания. Круговая частота w=2*n [с^-1].

Амплитуда колебаний скорости находится как разность между измеренными наибольшей и наименьшей скоростями движения V_min=0 и, следовательно, A=V_max.

Если речь идет не о прямолинейном поступательном движении массы (как в тележках), а о вращательном, то в данном случае под скоростью движения следует понимать скорость по окружности, описываемой радиусом инерции массы. Поэтому, например, измеренную скорость по окружности планшайбы необходимо пересчитать на окружную скорость радиуса инерции.

При вращении барабанов на роликовом стенде можно принимать (с некоторым запасом), что радиус инерции равен наружному радиусу барабана и, следовательно, измеренная окружная скорость барабана равна расчетной.

При гармонических колебаниях максимальное линейное ускорение массы j_max=Aw=2An. Соответствующая максимальная сила инерции P_ин=j_max*m=2*A*n*G/9.81, или Р_ин=0,64A*n*G.

Тормоз-демпфер должен создать противодействующее усилие не менее, чем Р_ин. Если он выполнен в виде двухполочного тормоза на шпинделе сварочного вращателя, то необходимый тормозной момент будет M_T=P_ин*r_ин.

Для такого же тормоза, расположенного на ведущем валу роликового стенда М_Т=Р_ин*r_р, где r_р – радиус роликоопоры.

Для колодочного тормоза тележки, действующего непосредственно на рельс, по которому катится тележка, необходимое тормозное усилие Р_т=Р_ин.

Лекция 16

Механизмы передвижения полуавтоматов.

Устройства для перемещения сварочных аппаратов разработаны институтом сварки им. Е.О. Патона и делятся на поворотные колонны, велосипедные тележки, глагольные тележки и портальные и мостовые тележки, сварочные тележки легкого типа.

16.1. Подъемно поворотные колонны.

Все несущие колонны рассматриваемого типа служат для закрепления подвесной или самоходной сварочной головки в установках для автоматической сварки круговых, а иногда и прямолинейных швов ограниченной длины. Нормальная несущая колонна снабжена механизмами для установочных перемещений головки, осуществляемых самим аппаратом. Поэтому колонны применяются главным образом для сварки изделий с большим диапазоном размеров или имеющих швы, расположенные в пространстве с большим разбросом по высоте и горизонтали, как, например, в установке.

Типовые поворотные колонны выпускаются в виде четырех моделей: ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4. Каждая из них представляет собой устройство для установочных перемещений сварочного аппарата по трем взаимно-перпендикулярным направлениям : два перемещения – прямолинейные (вертикальное и горизонтальное) и одно – круговое, поворотное вокруг оси колонны.

Колонна ПК-1 применяется для сварки круговых швов диаметром 600-2000 мм, но может быть использована и при сварке прямых швов, если сварочное движение будет сообщаться изделию, а не головке.

Подъем, опускание и выдвижение штанги производится с помощью соответствующих электроприводов. Скорость подъема 2м/мин, скорость выдвижения 1м/мин. Оба механизма (подъемный и выдвижной) основаны на применении ходовых винтов, приводимых во вращение электродвигателем через две пары цилиндрических зубчатых передач.

Поворотная колонна ПК-2 отличается от колонны ПК-1 тем, что вместо выдвижной горизонтальной штанги она снабжена подъемной консольной балкой, по которой перемещается самоходных сварочный автомат типа АБСК. Она может использоваться для сварки прямолинейных швов длиной до 1800мм. поворот колонны осуществляется вручную.

Поворотная колонна ПК-3 отличается от предыдущих более крупными размерами, а так же тем, что вместо радиальной консольной балки (как в ПК-2) к каретке прикреплен балкон с продольными рельсами на фасадной стороне для самоходного аппарата типа АБС. Колонна применяется в установках для автоматической сварки кольцевых и продольных наружных швов изделий диаметром 1500…4000мм и длиной до 2500мм.

Колонна ПК-4 смонтирована из тех же унифицированных узлов, что и колонна ПК-3, за исключением балкона, взамен которого к каретке прикреплена консольная балка, подобно колонне ПК-2. она позволяет сваривать изделия с круговыми швами диаметром 1500-4000мм и прямыми радиальными длиной до 2800мм. для ее обслуживания необходимы мостики или балконы, сооружаемые по месту.

Для расчета мощности двигателя подъема консоли необходимо знать вес консоли со сварочной головкой и определить крутящий момент на валу винта.

Крутящий момент на валу винта выражается формулой:

Из условия равновесия сил, действующих на консоль, осевое усилие:

Для практических расчетов следует учитывать, что при трогании с места и малых скоростях перемещения коэффициент трения значительно возрастает, и может достигать значений 0,18…0,20. значения коэффициента трения при давлении порядка 0,1…2,0кг/см² с ростом скорости перемещения снижается в следующих соотношениях:

Зная крутящий момент на валу винта, определим крутящий момента на валу электродвигателя, который зависит от передаточного соотношения и КПД цилиндрической передачи:

Мощность двигателя в зависимости от крутящего момента и числа оборотов выражается уравнением:

16.2. Самоходные тележки и порталы.

Самоходные тележки и порталы служат для сварки длинных прямолинейных швов и для маршевого перемещения сварочной головки. Тележки делятся на две группы: велосипедные и глагольные.

Велосипедная тележка монтируется около стены цеха. Она представляет собой колонну, установленную на колесах. Два колеса перемещаются по рельсу Р-43, уложенному на полу цеха параллельно свариваемому шву. Они снабжены электроприводом с плавным регулированием скорости сварки. Два верхних холостых ролика служат для устойчивого вертикального положения колонны и перекатываются по горизонтальному опорному швеллеру №20…30, закрепленному на кронштейнах на стене цеха. Направляющий швеллер должен быть уложен строго параллельно опорному рельсу.

Нижнее шасси тележки представляет собой сварную платформу, на которой установлен электропривод. Внутри шасси расположен ходовой механизм, состоящий и двух бегунков диаметром 270мм с червячными приводными механизмами в литых корпусах. Электропривод тележки передает вращение на приводные червячные механизмы и колеса через передачу из трех цилиндрических шестерен.

Обычно велосипедная тележка служит для перемещения со скоростью сварки и с маршевой скоростью. Скорость сварки плавно регулируется в пределах 19-77 м/час. Маршевая скорость составляет 13 м/мин.

Сварка крупногабаритных изделий (высота уровня сварки до 4800 мм) производится сварочными тракторами, т.к. в крупных установках неизбежно дрожание консоли с подвешенной к ней сварочной головкой. В этом случае используются велосипедные тележки ВТ-3 с балконом, на котором размещаются сварщики и устанавливается трактор. Тележка имеет только маршевую скорость.

Если сварочное место расположено вдали от стены и колонн цеха, то роликовые стенды и приспособления для сварки, например, балок оборудуются четырехколесными глагольными или портальными тележками, перемещающимися по двум рельсам, уложенным на полу цеха.

Глагольные тележки имеют такой же электропривод, что и велосипедные. Их особенность заключается в возможности установки на тележке шкафа с аппаратурой управления и источником питания дуги. Это дает возможность существенно упростить систему соединительных и сварочных проводов.

Портальные тележки применяются для сварки крупногабаритных (до 6000мм) сосудов с помощью сварочных тракторов.

Сварка с помощью велосипедных или глагольных тележек требует строгой параллельности между изделием и рельсовым путем. Необходимость корректировки положения электрода по оси шва и изменение вылета электрода из мундштука при сварке неподвижной сварочной головкой требует обязательного применения копирующего устройства, перемещающегося непосредственно по разделке шва.

Для расчета электропривода тележки необходимо знать вес тележки и всех закрепленных на ней частей (сварочной головки, кронштейна, кассеты с проволокой и т.д.).

Сопротивление перемещению самоходной тележки складывается из потерь, затрачиваемых на передвижение по рельсовым путям, и потерь на трение в цапфах и подсчитывается по формуле:

При установившемся движении тележки мощность двигателя определяется по формуле :

Мощность двигателя рассчитывается по максимальной возможной скорости. Кроме того, производится проверка на отсутствие буксования колес. Для этого составляется схема расположения центра тяжести груза и тележки относительно приводных колес. В соответствии со схемой рассчитывается нагрузка на одно приводное колесо R.

Наименьшее возможное усилие на ободе приводных колес из условия отсутствия буксования :

Запас сцепления _сц должен быть не менее 1,2:

Если требуемый запас сцепления не обеспечивается, тележку необходимо загрузить дополнительным балластным грузом.

Лекция 17

99