Розробка установки для зварювання корпусів газових лічильників

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

структури установки газового виробу

Вступ 4

1. Характеристика виробу, технічні вимоги до виробу, матеріали та режими обробки 5

1.1 Характеристика виробу та матеріалу, що зварюється 5

1.2 Опис технологічного процесу зварювання 5

2. Вимоги до установки та її САК 11

3. Обґрунтування структури установки та конструкція основних її вузлів та пристроїв 13

3.1 Розробка структури установки 13

3.2 Опис конструкції зварювальної машини 14

3.3 Гідравлічна схема установки 16

3.4 Розрахунок гідравлічних циліндрів 19

4. Обґрунтування структури САК установки, принципові електричні схеми блоків САК 24

5. Порядок роботи оператора установки 28

Список літератури 29

Вступ

Протягом останнього десятиліття у зв'язку з економічною ситуацією в країні серед населення проглядається тенденція переходу до оплати за комунальні послуги за показаннями відповідних лічильників. Така послуга набуває дедалі більшого розвитку.

У зв'язку із цим постає проблема виробництва приладів для вимірювання витрат води та газу. Такі лічильники є продукцією крупносерійного виробництва.

Дипломний проект присвячений розробці установки для зварювання корпусів газових лічильників. Матеріал, з якого виготовляються корпуси - низьковуглецева сталь. Вона може бути з'єднана широкою гамою способів зварювання плавленням та тиском, але при цьому характеристики місця з'єднання будуть неоднозначними.

Зварювання плавленням потребує застосування додаткових витратних матеріалів, а характеристики зварного з'єднання різняться від ланки до ланки.

При зварюванні тиском в межах партії однотипних виробів якість з'єднань стабільна за умови, що параметри режиму були витримані у певних межах. Ця група способів зварювання забезпечує високу продуктивність установки, що і вимагається при виробництві заданого виробу.

У ході виконання проекту розроблено структуру установки, конструкцію вузлів машини для стикового зварювання.

1. Характеристика виробу, технічні вимоги до виробу, матеріали та режими обробки

1.1 Характеристика виробу та матеріалу, що зварюється

Матеріалом виробу є низьковуглецева сталь. Сталі цього класу мають непогану здатність до зварювання тиском. При зварюванні оплавленням таких сталей можливе використання як жорстких, так і м'яких режимів.

Визначимо характеристики матеріалу, що зварюється, які в подальшому будемо використовувати для розрахунків:

1. коефіцієнт теплопровідності:

,

2. густина матеріалу:

,

3. коефіцієнт теплопровідності:

.

4. температура плавлення:

,

5. коефіцієнт температуропровідності:

.

6. питомий опір:

.

1.2 Опис технологічного процесу зварювання

Установка повинна забезпечити приварювання двох штуцерів до корпуса лічильника. У промисловості для зварювання подібних з'єднань використовують багато способів зварювання плавленням і тиском. Загальним недоліком способів зварювання плавленням є необхідність витратних матеріалів (дроти, газ, флюс), а також порівняно невисока продуктивність процесу.

Указаних недоліків позбавлені способи зварювання тиском. Зварювання тиском - це процес утворення нероз'ємних з'єднань конструкційних металів у результаті їх короткочасного нагріву деяким джерелом теплоти і пластичного деформування зусиллям стискання. З'єднання деталей відбувається шляхом утворення зв'язків між атомними агрегатами в зоні їх контакту. При цьому для утворення фізичного контакту й активації поверхонь, що з'єднуються затрачається теплова і механічна енергія, що підводиться ззовні.

Приварювання штуцерів можна проводити за допомогою стикового зварювання дугою, яка обертається у магнітному полі.

Джерелом нагрівання при цьому способі зварювання є теплова енергія дуги. Дуга у даному випадку горітиме між штуцером (він виконуватиме роль катода) та корпусом (анодом) подібно до того, як при зварюванні плавленням дуга горить між електродом та виробом. До дуги прикладається магнітна дія. При цьому поле створюється постійним магнітом, конструктивно розміщеним навколо штуцера - “електрода”. Таким чином, дуга є провідником із струмом, розміщеним у магнітному полі. Внаслідок взаємодії поля та струму дуги створюється сила Лоренца, яка намагається виштовхнути дугу із поля. Тому дуга починає рухатись по колу, діаметр якого обмежується зовнішнім діаметром штуцера. При цьому прогрівається торець штуцера по кільцю, товщиною, яка дорівнює діаметру катодної плями дуги. Тепло розповсюджується всередину штуцера за рахунок теплопровідності. У результаті нагрівання на поверхнях деталей утворюється суцільний шар рідкого металу. В цей момент до них різко прикладається зусилля осадки; торці змикаються, більша частина рідкого металу разом з поверхневими плівками і частиною твердого металу видавлюється із зони зварювання, створюючи потовщення - грат. Струм дуги вимикається автоматично під час осадки деталей.

За станом металу у зоні зварювання стикове зварювання дугою, яка обертається у магнітному полі, відносять до зварювання у твердому стані, хоча у окремих випадках, стикове з'єднання формується у твердо-рідкій фазі.

У процесі стикового зварювання про величину деформації судять по укороченню деталей, викликаному осадкою Дос. Деформація зазвичай характеризується укороченням деталей Дос, зусиллям осадки Рос і швидкістю хос. Величина Дос повинна бути достатньою для повного закриття зазору, витиснення окисленого і розплавленого металу і для деякої пластичної деформації нагрітого металу. При цьому значення Дос залежить головним чином від рельєфу поверхні торців.

Зусилля осадки Рос росте при збільшенні перетину деталей, що зварюються, жароміцності металів і швидкості осадки. Чим вища швидкість осадки хос, тим менша імовірність залишення оксидів у стику. Надмірне збільшення хос іноді погіршує якість зварювання через утруднену пластичну деформацію при осадці.

На процес утворення з'єднання при стиковому зварюванні вирішальний вплив мають оксидні плівки на торцевій поверхні деталей. Вони ускладнюють міжатомну взаємодію і перешкоджають формуванню міцних металевих зв'язків. Оксидні плівки повинні бути вилучені з зони з'єднання або роздроблені у процесі пластичної деформації при осадці.

При оптимальних режимах з'єднання, виконані стиковим зварюванням дугою, яка обертається у магнітному полі, за характеристиками міцності і пластичності близькі до основного металу.

При зварюванні діють різного роду збурення, які можуть викликати відхилення умов формування з'єднань від оптимальних і появу дефектів, що погіршують задані властивості з'єднань. Основними дефектами є не провари, рихлоти, скривлення волокон, розшарування і тріщини, а. також дефекти структури металу зони зварювання.

Не провар - це повна або часткова відсутність металевого зв'язку через залишену не видавлену зі стику оксидну плівку, а також через відсутність утворення загальних прикордонних зерен металу незважаючи на видалення оксидів. Не провар знижує пластичність і міцність з'єднання.

Великий вплив на пластичність з'єднань має характер оксидних включень. У зламах дефектних з'єднань з низьколеговані сталі оксидні включення (Fe3 04) мають округлені границі і майже не мають розривів. Це зв'язано зі здатністю оксидів заліза, що відрізняються порівняно невеликою температурою плавлення, розтікатися в площині стику при осадці. При іспиті на вигин з'єднань з такими оксидними включеннями спостерігається різке зниження кута вигину. Імовірність утворення не провару зростає при зварюванні легованих сталей і сплавів, що містять елементи, що утворять тугоплавкі оксиди, що у момент осадки знаходяться у твердому стані і по тим чи іншим причинам залишилися в з'єднанні.

Причина не провару при відсутності оксидів - недостатнє нагрівання торців. У зламах таких холодних стиків спостерігається крихке руйнування між зернами.

Скривлення волокон в області стику зазвичай спостерігається при надмірній осадці металів з різко вираженою анізотропією властивостей. Це приводить до погіршення працездатності з'єднання.

Розшарування і тріщини (звичайно подовжні гарячі) виникають також при надмірній осадці при зварюванні металів з вираженою рядковою структурою, у якій прошарки між волокнами мають відносно низьку температуру плавлення.

До дефектів структури відносяться велике зерно, забруднення стику неметалічними включеннями, зниження змісту легуючих елементів у стику і т.п. Велике зерно викликається перегрівом металу. Забруднення зв'язане з окислюванням при зварюванні, а також іноді з наявністю великої кількості таких включень в основному металі. Збідніння шва легуючими елементами відбувається через вигоряння і видавлювання металу, що знаходиться в рідкому і твердому-рідкому стані. Прикладом такого дефекту може служити безвуглецевий шар, що утворюється в стику при зварюванні вуглецевих сталей зі зниженою твердістю. Ширину цього шару зменшують зниженням тривалості нагрівання, збільшенням осадки і мірами, що знижують процес окислювання. Тривала термообробка усуває нерівномірність розподілу вуглецю.

У залежності від природи металу, що зварюється, погіршення властивостей зварного з'єднання може відбутися також у результаті несприятливих структурних змін у навколошовній зоні під впливом термомеханічного циклу зварювання.

Основні параметри режиму стикового зварювання дугою, що обертається у магнітному полі, можна розділити на дві групи. Параметри першої групи визначають характеристики процесу нагрівання торців деталей до такого стану, коли можна проводити осадку. До них відносять магнітну індукцію, струм дуги та тривалість нагрівання. Під час створення попереднього температурного поля в деталях останні не вкорочуються.

За рекомендаціями [5] обираємо такі параметри режиму нагрівання (за умови, що на торцях утворюється шар рідкого металу):

- індукція - 40 - 50 мТл;

- струм дуги - 500 - 600 А; при напрузі 30 В;

- тривалість нагрівання - 15 - 20 с.

Параметри другої групи характеризують процес осадки. Як було вказано вище, такими параметрами є швидкість осадки, зусилля осадки та вкорочення деталей при осадці.

За рекомендаціями [6] початкова швидкість осадки для деталей, виготовлених із низько- та середньовуглецевих сталей має становити не менше 200 мм/с.

Зусилля осадки визначається мінімальним допустимим тиском осадки. За рекомендаціями [6] для низьковуглецевих сталей тиск осадки повинен складати 60 - 80 МПа. Призначаємо тиск осадки в межах 75 - 80 МПа. Тоді зусилля осадки становитиме від 15 кН.

Величина припуску на осадку у випадку зварювання деталей розвиненого перерізу залежить від товщини стінки деталі. Таким чином, для заданих типорозмірів деталей припуск складатиме від 2 мм до 4 мм.

Під час зварювання деталі необхідно закріпити в машині та зафіксувати їх так, щоб під час нагрівання та осадки вони не змінили свого взаємного розташування. При цьому під час осадки можливе проковзування внаслідок прикладання до деталей значних зусиль.

На початку процесу зварювання необхідно забезпечити збудження дуги. Зазвичай цю операцію виконують за допомогою осцилятора або контактним способом. У другому випадку збудження відбувається за такою схемою: штуцер притискається до корпуса із деяким незначним зусиллям, достатнім для створення гарантованого контакту поверхонь. Вмикається джерело зварювального струму, потім деталі розводять на відстань, яка дорівнює довжині дуги (відбувається відскок). Такий спосіб збудження дуги є досить нескладним, оскільки не потребує додаткового обладнання і може бути виконаний за допомогою механізму осадки.

Технологічний процес приварювання штуцерів проілюстровано на плакаті.

Циклограму роботи установки наведено на плакаті. Після встановлення заготовок на складальному пристрої оператор натискає кнопку Пуск. При цьому вмикається механізм переміщення виробу, деталі переміщуються на позицію зварювання першого шва. Далі вмикається циліндр підтискання заготовки, штуцер притискається до магніта. Одночасно циліндр осадки підключається до гідравлічної мережі, траверса опускається. Вмикається джерело живлення на другу ступінь струму (320 А, 27 В), проводиться відскок - збуджується дуга. Час, який відводиться на збудження дуги - 0,4 с. Величина відскока 2 мм із допуском 0,5 мм в кожну сторону.

Дуга горить між деталями, при цьому під дією постійного магнітного поля вона переміщується по торцю штуцера, нагріваючи його. Нагрівання проводиться на першій ступені струмів - 180 А, 27 В. Час, який відводиться на нагрівання - до 17 с.

Після завершення часу нагрівання відбувається процес форсування. Для цього джерело живлення перемикається на третю ступінь струмів (570 А, 27 В). Форсування триває 0,2 с.

Далі до штуцера прикладається зусилля осадки - циліндр механізму осадки підключається до акумулятора. При цьому струм збільшується до значення струму короткого замикання 650 А, відбувається осадка під струмом протягом 0,3 с та проковка (осадка при вимкненому джерелі живлення) протягом 1,2 с.

Після завершення приварювання штуцера вмикається циліндр осадки, траверса піднімається. Виріб переміщується на позицію приварювання другого штуцера і процес повторюється. По завершенні зварювання виріб повертається у вихідне положення.

Загальний час зварювання одного виробу не перевищує 27 с.

2. Вимоги до установки та її САК

Керування і регулювання основних механічних і електричних параметрів машини здійснюється апаратурою керування.

Окрім жорсткості, міцності і експлуатаційної надійності до механічної та електричної частин установки висувають такі вимоги: швидкість спрацювання і мала інерційність елементів машини, необхідні через невелику тривалість зварювального циклу; інтенсивне охолодження елементів, що нагріваються; безпечність роботи; надійний захист поверхонь, що труться та контактують від попадання води, пилу.

Також електрична частина повинна розвивати при зварюванні потрібну потужність з достатньо високим ККД і без недопустимого нагріву її елементів; мати відповідну навантажувальну характеристику і забезпечувати безпечність роботи. При цьому важливими показниками установки є: потужність, що споживається з мережі при заданому зварювальному струмі, коефіцієнт потужності та інші параметри.

Установка призначена для приварювання штуцерів до корпуса лічильника. З метою спрощення її конструкції та зниження споживаної потужності вона повинна містити пристосування для переміщення заготовок. При цьому зварювання буде проводитись однією зварювальною головкою від одного джерела зварювального струму.

Основні параметри режиму зварювання визначено у розділі 1.

Отже, установка для приварювання штуцерів до корпусів газових лічильників повинна мати такі технічні характеристики:

Найбільший переріз штуцера, мм2 175

Напруга живлячої мережі, В 380

Частота струму мережі живлення, Гц 50

Номінальна напруга джерела живлення, В 27

Струм дуги, А, не більше 650

Час нагріву заготовок, с 15 - 20

Продуктивність, шт/год 120

Витрати охолоджувальної рідини, л/хв. 40-75

Максимальне зусилля осадки, кН 15

Швидкість осадки, мм/с, не менше 200

Зважаючи на задану швидкість осадки, установка повинна бути оснащена гідравлічним приводом.

Кліматичні умови експлуатації відповідають категорії УЗ за ГОСТ 15150-69. Температура рідини у системі охолодження машини до 25 єС. Навколишнє середовище не вибухонебезпечне, не насичене струмопровідним пилом та водяними парами, воно не повинне містити агресивні гази та пари, які руйнують ізоляцію та метали.

Ступінь захисту установки 1Р20 за ГОСТ 14254-80. Клас установки за способом захисту людини від ураження електричним струмом 01 за ГОСТ 12.2.007.0-75.

Ступінь захисту:

- ніш та шаф із електроапаратурою - не нижче ІР54 за ГОСТ 14254-80;

- пультів - не нижче ІР44 за ГОСТ 14254-80;

- елементів, що виділяють велику кількість теплоти (трансформатор, і т. д.) - не нижче Р23 за ГОСТ 14254-80.

Режими роботи установки:

- ручний (налагоджувальний): повинне забезпечуватись вмикання від кнопок усіх виконавчих пристроїв системи керування в усьому діапазоні параметрів режиму;

- автоматичний: почергове вмикання-вимикання виконавчих елементів системи відповідно до циклограми процесу зварювання.

3. Обґрунтування структури установки та конструкція основних її вузлів та пристроїв

3.1 Розробка структури установки

Загальний вигляд установки подано на кресленні ЗА65.19.00.00.000.ВЗ.

Установка складається з таких функціональних частин:

- системи керування;

- зварювальної машини;

- пульта оператора;

- джерела зварювального струму;

- насосної станції.

Зварювальна машина в свою чергу складається із приводів переміщення заготовок, оснащення для складання виробу, зварювальної головки, механізму осадки та відскоку. Для створення зварювальної напруги в деталях використовується зварювальний випрямляч ВДУ-601.

Призначення та принцип роботи функціональних вузлів установки описано у подальших розділах.

Порядок роботи основних вузлів установки такий: деталі попередньо складають на спеціальному оснащені, яке розміщене на рухомій платформі. Платформа за допомогою механізму подачі переміщується так, щоб підвести виріб до позиції зварювання першого з'єднання. Збуджується дуга контактним способом (див. розділ 1) за допомогою механізму відскоку. Величина відскоку регулюється настойками мікровимикача і дорівнює бажаній довжині дуги. Нагрівання продовжується деякий час, заданий настройками системи керування. Потім до штуцера прикладається зусилля осадки від відповідного механізму. Під тиском деталі витримують деякий заданий час.

Механізм подачі виробу переміщує частково зварений корпус на позицію для зварювання другого з'єднання. Процес зварювання відбувається аналогічно першому. Після цього готовий виріб повертається у вихідне положення, і установка зупиняється. Автоматичний цикл зварювання завершено.

Роботу установки проілюстровано циклограмою.

3.2 Опис конструкції зварювальної машини

Власне зварювальна машина (див. ЗА65.19.01.00.000.СК) вміщує такі блоки: каркас, зварювальна головка у поєднанні із механізмом подачі, пульт керування, блок гідроапаратури та блок електроапаратури. Така конструкція дозволяє значно зменшити місце, необхідне для монтажу установки в цеху.

Каркас слугує основою машини. Він призначений для закріплення інших її складових частин. Конструктивно каркас виконаний у вигляді шафи. Додатково каркас дозволяє розташувати місце зварювання на рівні, зручному для обслуговування людиною середнього зросту. Одночасно це дає можливість розмістити гідро- та керувальну еллектроапаратуру без застосування додаткових шаф та панелей.

Зварювальна головка (ЗА65.19.01.04.000.СК) призначена для підведення до штуцера електричного струму та створення магнітного поля, яке під час нагрівання відхилятиме дугу по круговій траєкторії. Конструктивно головка складається із платформи, розміщеної паралельно поверхні корпуса лічильника. У платформі за допомогою гвинтів через ізоляційні втулки закріплено постійний магніт. Він виконаний у вигляді кільця, яке охоплює струмопідвід. До струмопідводу за допомогою гайок прикріплюється клема кабелю джерела живлення.

До платформи через ізоляційні втулки прикріплено дві стійки, за допомогою яких головка прикріплюється до механізму осадки.

Механізм подачі (ЗА65.19.01.00.000.СК) виконує такі функції:

- несе на собі технологічне оснащення для збирання виробу під зварювання;

- забезпечує переміщення виробу у горизонтальній площині із зупинками у заданих точках, а саме: вихідне положення, зварювання першого та другого з'єднань;

- забезпечує притискання струмопідводу зварювальної головки до штуцера, який у даний момент знаходиться на позиції зварювання;

- забезпечує виконання усіх операцій, пов'язаних із стисканням та розведенням заготовок (контакт, відскок, осадка).

Конструктивно механізм подачі складається із двох циліндрів: переміщення та осадки, осі яких взаємно перпендикулярні. Шток циліндра переміщення механічно пов'язаний із повзуном 5, на якому встановлено дві стійки. Корпус газового лічильника вкладають на ці стійки, а втулки, закріплені у стійках за допомогою різьби та пружин, є місцями встановлення штуцерів. При цьому установчі елементи розміщені так, щоб проходити у отвори в корпусі лічильника. Повзун вільно переміщується по напрямній 15.

Зварювальна головка своїми стійками спирається на стійки 17 механізму подачі, а потім за допомогою шпильок ця конструкція притягується до нижньої платформи та фіксується гайками.

Нижня платформа конструктивно пов'язана із штоком циліндра осадки. При втягуванні штоку зварювальна головка разом із нижньою платформою рухається вниз, притискаючись до штуцера.

На штоку циліндра осадки розміщені додаткові елементи, які забезпечують співосність шпильок, струмопідводу та нижньої платформи.

Третій циліндр, розміщений на механізмі подачі, призначений для притискання штуцера до корпуса. Напрямок його дії зворотній відносно до циліндра, який притискає струмопідвід. Таким чином, під час зварювання штуцер виявляється стисненим між штоками двох циліндрів, один із яких забезпечує струмопідвід.

3.3. Гідравлічна схема установки

Гідросистема машини призначена для керування потоком робочої рідини відповідно до заданого режиму роботи і подачі цього потоку в робочі органи машини (гідроциліндри).

Гідросистема складається з таких основних частин:

1) гідропанелі;

2) насосної станції;

3) гідроциліндрів;

4) системи трубопроводів і рукавів високого тиску.

Насосна станція призначена для створення необхідних витрат та тиску робочої рідини в гідросистемі. Вона складається із таких основних елементів:

- баку із робочим об'ємом 50 л;

- насосного агрегату (шестеренний насос НШ-2,5, електродвигун АИР90L4 - 1500 об/хв. потужністю 2,2 кВт);

- гідропанелі;

- системи трубопроводів.

На кришці баку розміщено гідропанель, заливна горловина із фільтром та щуп. Тиск у гідросистемі регулюється за допомогою запобіжного клапану, розміщеного на гідропанелі.

Робочою рідиною є індустріальне мастило И20А, И30А (ГОСТ20799-75), ИГП-18, ИГП-30 (ТУ38 101413-78), а також інші мінеральні мастила із кінематичною в'язкістю 25 - 45 сСт.

Позаду каркасу установки розташовано гідропанель. Вона призначена для зручного розміщення розподілювальних та регулювальних гідроапаратів розподілювачів, дроселів зворотного клапана, манометра та пневмогідроакумулятора.

Гідросистема установки приєднується до насосної станції двома лініями: нагнітальною та зливною.

Послідовність роботи елементів гідросистеми (див. креслення ЗА65.19.00.00.000.Г3) така. У вихідному положенні штоки гідроциліндрів Ц1 і Ц3 втягнуті, а Ц2 - висунутий.

Після встановлення заготовок подається команда про початок зварювання. Вмикається електромагніт YA6 розподілювача Р3. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі до штокової порожнини гідроциліндра Ц2, а поршневу порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроциліндра переміщується і подає заготовку у зону зварювання. Швидкість переміщення штоку регулюється дроселем ДР4.

Далі вмикається кінцевий шляховий вимикач, який визначає місце приварювання першого штуцера. При цьому вимикається електромагніт YA6, вмикається електромагніт YA3 розподілювача Р2. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі до поршневої порожнини гідро циліндра Ц1, а штокову порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроциліндра переміщується вниз і притискає приварюваний штуцер до корпуса. Швидкість переміщення штока регулюється дроселем ДР3. Одночасно із цим вмикається електромагніт YA9 розподілювача Р6. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі до поршневої порожнини гідро циліндра Ц3, а штокову порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроциліндра переміщується вгору і притискає приварюваний штуцер до верхнього упора, тим самим створюючи гарантоване притискання під час зварювання.

За сигналом від командного пристрою (див. опис схеми електричної принципової) вимикається електромагніт YA3, вмикається електромагніт YA4 розподілювача Р2. Розподілювач перемикає напрямок руху робочої рідини в гідроциліндрі Ц1. Шток гідроциліндра при цьому рухається в зворотному напрямку, відбувається відскок. При цьому створюється зазор між кромками зварюваних деталей, збуджується дуга.

Розподілювач Р2 являє собою спеціальний тип гідроапарата із пропорційним керуванням. У процесі розігрівання зварюваних поверхонь за його допомогою підтримується зазор оптимальної величини між зварюваними деталями. Для цього поперемінно подаються керувальні сигнали на електромагніти YA3, YA4 розподілювача Р2.

Далі надходить сигнал про початок осадки. При цьому вимикається електромагніт YA9 розподілювача Р6 (відключається притискання до верхнього упору), вмикається електромагніт YA1 розподілювача Р1. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі та лінії пневмогідроакумулятора до поршневої порожнини циліндра Ц1, а штокову порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроцилінда із високою швидкістю переміщується вниз, відбувається осадка.

Наступний сигнал від керувального пристрою вмикає електромагніт YA4 розподілювача Р2. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі до штокової порожнини гідроциліндра Ц1, а поршневу порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроциліндра переміщується вгору, відбувається піднімання траверси.

Потім від керувального пристрою надходить сигнал про повтор циклу зварювання для другого штуцера. При цьому послідовність роботи гідроапаратури аналогічна описаній вище.

Після завершення циклу зварювання сигнал із системи керування виконує повернення робочих органів установки у вихідне положення. Вмикається електромагніт YA5 розподілювача Р3. Розподілювач спрямовує потік робочої рідини із нагнітальної магістралі до поршневої порожнини гідроциліндра Ц2, а штокову порожнину з'єднує із зливною магістраллю. Шток гідроциліндра переміщується у вихідне положення.

Якщо протягом деякого заданого інтервалу часу цикл не повторюється, вмикається електромагніт YA8 розподілювача Р5, усі інші електромагніти (крім YA7) вимикаються. Робоча рідина через розподілювач Р5 одразу потрапляє в бак. Відбувається розвантаження гідросистеми. Це запобігає передчасному зношенню пружних елементів.

Розподілювач Р4 призначений для розвантаження пневмогідроакумулятора при вимиканні установки.

Зворотний клапан КО забезпечує одностороннє пропускання робочої рідини в лінію пневмогідроакумулятора АК та попереджає його передчасну розрядку.

3.4 Розрахунок гідравлічних циліндрів

Циліндр механізму переміщення. Тип циліндра - поршневий одно штоковий подвійної дії (переміщення виробу здійснюється в дві сторони із однаковою швидкістю). За рекомендаціями ГОСТ 6540-68 обираємо основні конструктивні параметри циліндра:

- внутрішній діаметр гільзи D = 50 мм;

- діаметр штока d = 30 мм;

- хід поршня 230 мм.

Робочими є штокова та поршнева порожнини циліндра.

Зусилля на штоку циліндра обчислюють за формулою:

,

де рр - тиск у робочій порожнині циліндра, рр = 12 МПа; f - робоча площа, для поршневої порожнини

,

;

Силу опору в ущільненнях обчислюють за формулою:

,

де - діаметр, який ущільнюють, см; Sущ - товщина ущільнюючого елемента, см;kущ - коефіцієнт ущільнення (обирають за нормалями).

Для поршня параметри будуть мати такі значення: =5 см; Sущ = 1,5 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже:

.

Для штока параметри будуть мати такі значення: =3 см; Sущ = 0,5 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже:

.

Зусилля при русі виробу під зварювання (робоча порожнина - штокова) становитиме:

.

Зусилля при русі виробу у вихідне положення (робоча порожнина - поршнева) становитиме:

.

Зусилля, необхідне для переміщення виробу, складає 10 кН. Отже, конструкцію циліндра можна прийняти.

Швидкість, із якою відбуватиметься переміщення, обчислюють за формулою:

,

де Q - швидкість заповнення рідиною порожнини циліндра, максимальний Q = 12,5 л/хв.; - об'ємний ККД гідро циліндра, = 0,99.

Швидкість руху виробу під зварювання (робоча порожнина - штокова) становитиме:

.

Швидкість руху виробу у вихідне положення (робоча порожнина - поршнева) становитиме:

.

Мінімальну товщину стінки циліндра визначають за формулою:

,

де Т - границя текучості матеріалу корпуса, МПа; k - коефіцієнт запасу міцності, обирається в залежності від режиму роботи циліндра; sкор - запас на корозію.

Корпус циліндра планується виготовляти із низьковуглецевої сталі, режим роботи - середній, навантаження - змінне. Отже, Т = 200 МПа, k = 3,0, sкор = 2 мм.

.

Мінімальну товщину дна циліндра визначають за формулою:

,

де dдн - внутрішній діаметр дна, dдн = 5 см. Отже:

.

Циліндр механізму підтискання. Тип циліндра - плунжерний односторонньої дії. За рекомендаціями ГОСТ 6540-68 обираємо основні конструктивні параметри циліндра:

- внутрішній діаметр гільзи D = 12 мм;

- діаметр штока d = 8 мм;

- хід поршня 15 мм.

Робочою є поршнева порожнина циліндра.

Тиск у робочій порожнині циліндра, рр = 12 МПа; f - робоча площа, для поршневої порожнини; тиск на зливі, який створюється опором від витікання мастила із протилежної порожнини циліндра, рзл = 0,5 МПа.

Для поршня: =1,2 см; Sущ = 1,0 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже, сила опору:

.

Для штока: =0,8 см; Sущ = 0,5 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже:

.

Зусилля при підтисканні становитиме:

.

Швидкість підтискання становитиме:

.

Корпус циліндра планується виготовляти із низьковуглецевої сталі, режим роботи - середній, навантаження - змінне. Отже, Т = 200 МПа, k = 3,0, sкор = 2 мм. Мінімальна товщина стінки циліндра становитиме:

.

Мінімальна товщина дна циліндра:

.

Циліндр механізму осадки. Тип циліндра - поршневий одноштоковий односторонньої дії. Розрахунок проведемо за роботою циліндра під час осадки, коли тиск подається від акумулятора. За рекомендаціями ГОСТ 6540-68 обираємо основні конструктивні параметри циліндра:

- внутрішній діаметр гільзи D = 50 мм;

- діаметр штока d = 30 мм;

- хід поршня 40 мм.

Робочою є поршнева порожнина циліндра.

Тиск у робочій порожнині циліндра, рр = 32 МПа; f - робоча площа, для поршневої порожнини; тиск на зливі, який створюється опором від витікання мастила із протилежної порожнини циліндра, рзл = 0,5 МПа.

Для поршня: =5 см; Sущ = 1,5 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже, сила опору:

.

Для штока: =3 см; Sущ = 0,5 см; kущ = 0,22 (ущільнення виконане із гуми). Отже:

.

Зусилля при осадці становитиме:

.

Мінімальне зусилля осадки складає 15 кН. Отже, конструкцію циліндра можна прийняти.

Швидкість осадки становитиме:

.

Час форсування (максимально допустимий) складає 0,2 с, отже, конструкцію циліндра можна прийняти.

Корпус циліндра планується виготовляти із низьковуглецевої сталі, режим роботи - середній, навантаження - змінне. Отже, Т = 200 МПа, k = 3,0, sкор = 2 мм. Мінімальна товщина стінки циліндра становитиме:

.

Мінімальна товщина дна циліндра:

.

4. Обґрунтування структури САК установки, принципові електричні схеми блоків САК

Схему електричну принципову установки наведено на кресленні ЗА65.19.00.00.201.

Основні вузли системи керування такі:

- зварювальний випрямляч А8, типу ВДУ-606;

- електродвигун приводу насосної станції М1;

- автоматичний вимикач QF1;

- пристрій захисту від перешкод А1;

- автоматичний вимикач QF2;

- електрогідравлічні клапани YA2-YA9;

- схеми керування циклом зварювання та налагодження.

Зварювальний випрямляч є джерелом зварювального струму.

Автоматичний вимикач QF1 призначений для подавання напруги на зварювальну установку, а також для захисту електрообладнання від роботи в аварійних режимах.

Автоматичний вимикач QF2 призначений для захисту двигуна привода насосної станції М1.

Схема керування циклом зварювання і налагодження складається із двох програмних логічних модулів, які відслідковують послідовність виконання операцій в режимі зварювання. Програмування модулів здійснюється на мові східцевих діаграм.

Електрогідравлічні клапани YA2-YA9 призначені для керування гідроциліндрами переміщення заготовки, підтискання деталей, відскока, осадки.

На пульті керування розміщено такі кнопки:

SB1- “аварійний стоп”;

SB2- подавання напруги на схему керування;

SB5- для встановлення зварювальної головки у вихідне положення;

SB7- пуск “зварювання”;

SB8-стоп “зварювання”.

На пульті налагодження розміщено такі кнопки:

SB3- переміщення деталі на позицію зварювання;

SB4- переміщення деталі у вихідне положення;

SB6- осадка;

SA1- перемикач вибору режиму роботи установки: зварювання - налагодження;

SA2- опускання та піднімання траверси.

R1, R2, R3- резистори для регулювання величини зварювального струму.

Кінцеві вимикачі розміщені на зварювальній головці. Вони призначені для:

- визначення вихідного положення - SQ1;

- положення під зварювання першого з'єднання - SQ2;

- положення під зварювання другого з'єднання - SQ3.

Порядок роботи електричного обладнання такий.

Напруга живлення подається на установку через автоматичний вимикач QF1. Натисканням кнопки SB2 вмикається привод насосної станції й подається напруга на схему керування, загоряєтся світлодіод HV1 “мережа”.

Зварювальна установка може працюватив режимі автоматичного зварювання та в режимі налагодження.

Режим автоматичного зварювання може виконуватись як із вимкненим джерелом зварювального струму, так і з увімкненим. Режим роботи без зварювального струму призначений для визначення послідовності виконання зварювальних операцій у циклі зварювання.

На панелі налагодження перемикачем SA1 обираємо режим роботи.

У режимі налагодження при натисканні кнопки SB3, виконується переміщення деталі із вихідного положення на позицію зварювання першого з'єднання або з останнього на позицію зварювання другого з'єднання. При цьому загоряються світлодіоди HV3, HV4 відповідно.

При натисканні кнопки SB4 виконується переміщення деталі із будь-якого положення у вихідне, але тільки за умови, що траверса піднята.

При натисканні кнопки SB6 виконується осадка, загоряється світлодіод HV6. Осадка залишається увімкненою, що дозволяє відрегулювати величину зварювального струму ступенево за допомогою резисторів R1-R3 и переключателя SA1. Осадка вимикається після встановлення величини зварювального струму при поверненні до режиму налагодження або за умови піднімання траверси.

У режимі “Зварювання”, якщо установка не знаходиться у вихідному положенні, натисканням кнопки SB5 встановлюється вихідне положення. При цьому траверса піднімається, а потім деталь переміщується до вихідного положення. Коли установка знаходиться у вихідному положенні на пульті горить світлодіод HV2 “зварювання”.

При натисканні кнопки SB7 “Пуск зварювання” вмикаються програмні логічні модулі, загоряється світлодіод HV5. При цьому вмикається електромагнітний клапан YA6 - відбувається переміщення заготовки на позицію зварювання першого з'єднання. Перемещіщення відбувається до моменту, коли увімкнеться кінцевий вимикач SQ2. При цьому вимикається YA6, а вмикається YA3 - підтискання деталей. Підтискання обмежується часом підтискання, який встановлюється на логічному модулі. Коли час підтискання завершується, вимикається YA3, а вмикається джерело зварювального струму ВДУ і електромагнітний клапан YA4 - відскок. Починається процес зварювання, при цьому величину відскока та зазор між деталями відслідковує пропорційний гідророзподілювач. У процесі зварювання відбувається перемикання зварювального струму по ступеням. По завершенні зварювання вмикається електромагніт YA2 - осадка, відбувається осадка під струмом. Через заданий час джерело живлення вимикається та відбувається проковка (осадка без струму). Після завершення часу осадки YA2 вимикається, відбувається піднімання траверси за рахунок вмикання магніту YA4. Піднімання обмежується часом піднімання, який встановлюється на логічному модулі.

Електромагнітом YA6 відбувається переміщення деталі на позицію зварювання другого з'єднання. Переміщення відбувається до вмикання кінцевого вимикача SQ3. Вимикається електромагніт YA6, а вмикається YA3 - підтискання деталей. Процес зварювання повторюється аналогічно описаному для першої позиції.

Після завершення зварювання траверса піднімається, і деталь повертається у вихідне положення. Зварений виріб виймається із машини, нові деталі завантажуються. Установка готова до зварювання.

Процес зварювання можна зупинити кнопкою SB8 - “Зварювання стоп”. При цьому цикл переривається. Для запуска нового циклу необхідно повернути установку до вихідного положення.

У разі виникнення аварійної ситуації установку можна знеструмити натисканням кнопки SB1. При цьому вимикається привод насосної станції та знеструмлюється схема керування зварювальної установки.

5. Порядок роботи оператора установки

До завдань оператора установки при роботі її в автоматичному режимі входять:

- слідкування за правильністю встановлення деталей на складальне пристосування;

- подання команди про початок процесу зварювання;

- очікування завершення процесу зварювання;

- зняття звареного виробу.

У разі виникнення аварійної ситуації слід зупинити установку кнопкою “Аварійний стоп”. Після зупинки установки та зняття деталі слід вжити заходи щодо ліквідації аварійної ситуації.

Список літератури

1. Контактная стыковая сварка сопротивлением с формированием соединения: Сб. науч. тр./ АН УССР. Ин-т электросварки им.Е.О.Патона; Редкол.: Лебедев В.К. и др. - Киев: ИЭС им.Е.О.Патона, 1986г. - 96 с.

2. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ по курсам «Оборудование для сварки давлением» и «Сварка давлением» для студентов специальности «Автоматизированные электросварочные установки» и «Оборудование и технология сварочного производства»/ Сост. В.В. Сыроватка, П.Н.Чвертко, В.А.Пахаренко.- К.: КПИ, 1990.- 40с.

3. Методичні вказівки до виконання практичних занять та курсового проекту з курсів «Зварювання тиском» та «Машини та установки для зварювання тиском» для студентів зварювальних спеціальностей/ укладачі: В.В.Сироватка, В.А.Пахаренко, П.М.Чвертко.- К.: НТУУ, 1998.- 48 с.

4. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.- М.:Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

5. Правила устройства электроустановок.- М.: Энергоатомиздат, - 648 с.

6. Справочник по охране труда на промышленном предприятии/ под ред. Ткачук К.Н. и др. - К.:Техніка, 1991. - 285 с.

7. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для машиностроительных вузов/ Б.Д.Орлов, А.А.Чакалев, Ю.В.Дмитриев и др.; под общ. ред. Б.Д.Орлова. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1986. - 352 с., ил.

8. Методические указания на проектирование систем объемного гидропривода машин транспортного строительства. - М.: Оргтрансстрой, 1972 - 145 с.

Размещено на Allbest.ru