Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка системы управления установки прецизионной электронно-лучевой сварки

Диссертация: Разработка системы управления установки прецизионной электронно-лучевой сварки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) широко применяется при изготовлении прецизионных сборочных единиц в машиностроении, сварке деталей из химически активных, разнородных и тугоплавких материалов. К преимуществам данной технологии относится высокое отношение глубины проплавления к ширине (до 10:1 при «кинжальном» проплавлении), возможность концентрации энергии во всем диапазоне термического I… Читать ещё >

Разработка системы управления установки прецизионной электронно-лучевой сварки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Анализ особенностей технологии и уровня развития систем управления установками прецизионной электронно-лучевой сварки
    • 1. 1. Технология и оборудование для электронно-лучевой сварки
    • 1. 2. Системы управления электронно-лучевыми сварочными установками
    • 1. 3. Формулирование целей и задач исследования
  • Глава 2. Разработка структуры и модели системы управления установки электронно-лучевой сварки
    • 2. 1. Разработка функциональной схемы системы управления
    • 2. 2. Разработка математической модели электронной пушки
    • 2. 3. Разработка математической модели сварочной ванны
    • 2. 4. Разработка математических моделей исполнительных устройств и датчиков неизменяемой части системы
    • 2. 5. Разработка структуры управляющего устройства и алгоритмов текущей идентификации объектов управления
    • 2. 6. Синтез системы управления установки электронно-лучевой сварки
    • 2. 7. Выводы по результатам исследований, приведенным в гл
  • Глава 3. Исследование системы управления установки электронно-лучевой сварки
    • 3. 1. Проверка алгоритма текущей идентификации объекта управления
    • 3. 2. Исследование режима пуска системы
    • 3. 3. Проверка системы на устойчивость при влиянии возмущений
    • 3. 4. Выводы по результатам исследований^ приведенным в гл
  • Глава 4. Экспериментальные исследования и особенности реализации системы управления установки электронно-лучевой сварки
    • 4. 1. Экспериментальное исследование трехэлектродной термоэмиссионной пушки
    • 4. 2. Идентификация процессов в сварочной ванне
    • 4. 3. Описание реализации разработанной системы
    • 4. 4. Экспериментальное исследование разработанной системы
    • 4. 5. Выводы по результатам исследований, приведенным в гл

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) широко применяется при изготовлении прецизионных сборочных единиц в машиностроении, сварке деталей из химически активных, разнородных и тугоплавких материалов. К преимуществам данной технологии относится высокое отношение глубины проплавления к ширине (до 10:1 при «кинжальном» проплавлении), возможность концентрации энергии во всем диапазоне термического I о о воздействия (от 10 до 5−10 Вт/см), ведение процесса в вакууме, что обеспечивает чистоту сварного шва, а также возможность полной автоматизации процесса.

Указанные преимущества технологии делают актуальным ее применение для целей прецизионной сварки тонкостенных деталей и микросварки, герметизации корпусов в атомной, авиационной и электронной промышленности. Как правило, ЭЛС применяется для сварки наиболее ответственных деталей. При этом точность поддержания теплового режима и его воспроизводимость являются основными условиями высокого качества сварных швов. Поэтому задача автоматизации процесса сварки, обеспечивающая достижение стабильности процесса при различных возмущениях является актуальной.

В настоящее время проблемы управления манипуляторами, вакуумным оборудованием и источниками питания, в основном, решены. Нерешенными являются задачи управления тепловым процессом сварки.

В диссертации, посвященной разработке системы управления тепловым режимом сварочной ванны при прецизионной сварке в электронно-лучевой установке, решается целый ряд научных и технических задач, таких, как разработка требований к элементам технологического оборудования, выбор способа контроля теплового режима сварочной ванны и разработка функциональной схемы системы управления. Проведены экспериментальные исследования электрических и тепловых режимов процесса прецизионной сварки в электронно-лучевой установке с целью определения зависимостей между качеством сварного шва и током, проходящим через изделие. Кроме того, на основе аналитических и экспериментальных исследований получены математические модели процессов в сварочной ванне и системе управления, разработан оригинальный алгоритм управления тепловым режимом сварочной ванны по сигналу тока, проходящего через деталь, обеспечивающий стабилизацию параметров сварного шва при изменении температурных условий и формы детали. Проведены аналитические и экспериментальные исследования предложенной релейной системы управления тепловым режимом сварочной ванны.

Указанный комплекс задач определяет структуру и содержание работы, состоящей из четырех глав:

Выводы по результатам исследований, приведенных в гл. 4.

1. Разработана методика экспериментальных исследований трехэлектродной электронной пушки и сварочной ванны на установке прецизионной электронно-лучевой сварки.

2. Проведены экспериментальные исследования объектов управления системы регулирования тепловой мощности сварочной ванны, выявлены основные закономерности изменения количественных и временных соотношений сигнала тока, проходящего через изделие при варьировании внешних параметров (тока луча, толщины детали, скорости перемещения детали относительно луча).

3. Предложен вариант реализации системы управления тепловым режимом сварочной ванны с использованием промышленной ЭВМ. Разработано программное обеспечение для реализации алгоритма текущей идентификации объекта управления.

4. Проведены экспериментальные исследования системы, реализованной на электронно-лучевой установке, подтверждающие адекватность полученных моделей и работоспособность системы в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. На основании анализа особенностей технологии прецизионной ЭЛС сформулированы требования к основным элементам технологического оборудования: электронно-оптической колонне, источникам электропитания, манипуляторам, вакуумной системе. На основе предложенной классификации сделан вывод о целесообразности разработки системы управления тепловым режимом сварочной ванны.

2. Обоснована целесообразность построения' системы импульсного управления параметрами сварного шва по сигналу тока, проходящего^через деталь в процессе воздействия на нее электронного луча, и предложен алгоритм выделения сигнала обратной связи.

3. Разработана модель, системы управления тепловым режимом сварочной ванны, представленная в виде структурной схемы, позволяющая проводить компьютерный анализ и синтез системы в диалоговом режиме.

4. На основе экспериментальных исследований на установке электронно-лучевой сварки, выявлена взаимосвязь между количественными соотношениями! и временными показателями сигнала тока, стекающего с детали (амплитудой, крутизной фронтов), температурой сварочной ванны и геометрическими параметрами шва. Определен интервал и показатели временной зависимости тока /*м, определяющие желаемые геометрические параметры сварного соединения в установках прецизионной электроннолучевой сварки.

5. Разработан оригинальный алгоритм адаптивного управления качеством сварного шва, реализуемый в импульсной системе по сигналу тока, проходящего через деталь.

6. На основании аналитических и экспериментальных исследований доказана реализуемость предложенной системы и возможность достижения требуемых технологических показателей сварного соединения.

Показать весь текст

Список литературы

  1. М.А. Лекции по теории автоматического регулирования. 2-е изд., дополн. и перераб. — Л.:Физматлит, 1958. — С.344−466.
  2. К.С., Назаренко O.K., Гумовский В:В., Чернякин В. П. Система диагностики электронного луча в установках для электроннолучевой сварки // Автоматическая сварка № 10, 2002
  3. Ф.А., Гульденбальк А. П., Зайцев М. П. Основы электротехники и электроники: учебное пособие. М.:Профтехизд., 1961.-184 С".
  4. Алексеев О. В^, Головков А. А., Митрофанов А. В. и др. Генераторы высоких и сверхвысоких частот: Учеб. Пособие. М.: Высш. Шк., 2003
  5. А.П., Бершитский И. М. и др. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник. Под. ред. А. П. Альтгаузена и др. -М.:Энергия, 1978.
  6. А.А.- Фридберг А.Э.- Рубцов В.П.- Ичанский П. Ю. Способ управления процессом электронно-лучевой- сварки и устройство для его осуществления А.С. СССР № 892 798 МКИ В 23 К 15/00, опубл. 1996
  7. Е.И. Проектирование и настройка электронных регуляторов. М.-Л.: Машгиз, 1963. — С.326−346.
  8. К., Карр Дж. Карманный справочник инженера электронной техники /Пер. с англ. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002.-480 С.
  9. .Н., Филачев A.M., Чернова-Столярова Е.Е. Особенности сверхзвукового движения в воде и атмосфере пучков заряженных частиц и твердых тел //Прикладная физика № 2−3, 1997. С. 6−18.
  10. А.А., Дущенко В. К. и др. Определение закономерностей изменения размерных параметров электронно-лучевой обработки методом планирования факторного эксперимента. Киев, Институт кибернетики^ 1975.
  11. И.П., Кабанова А. Н., Титов В. К. Особенности обработки материалов импульсным электронным пучком мощностью до 10 кВт // Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35. С.78−90.
  12. Ю.А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. Учеб. Пособие для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1989
  13. Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 432 С.
  14. М.П., Кабанов А. Н. О пределах измерений диаметра электронного зонда // Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35. С.4−12.
  15. Д.Э., Филачев A.M., Фукс Б. И. Исследование зарядки диэлектриков при их импульсной обработке электронным лучом, // Прикладная физика № 2−3, 1997. С.24−32.
  16. Е.В., Макаров. B.C., Лебедев А. К. Расчет на ЭВМ тепловых процессов, в электротермических установках. М.: Издательство МЭИ, 1989.-75 С.
  17. С.Е., Зотов Н. С., Имаев Д. Х. и др. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов под ред. В. Б. Яковлева. 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 2005. — 567 С.
  18. JI.C., Кишьян А. А., Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978.
  19. JI.A. Кабанов А. Н. Влияние геометрической формы сварного соединения на результаты электроннолучевой микросварки //Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35. С. 98−109.
  20. Ю.А. Основы расчета радиоламп. —JL: Госуд. энерг. изд.-во, 1952.-С. 69−133.
  21. Ф.Н., Бутаков Г. А., Долиненко В:В-, Шаповалов Е. В. Оптический сенсор для слежения за стыком при размерах зазора, близких к нулю // Автоматическая сварка № 2, 2003
  22. Ф.Н., Долиненко В. В. Объектно-ориентированное программирование систем управления технологическим процессом сварки // Автоматическая сварка, 2001, № 5. С. 43−49.
  23. А.Г., Федоров B.JI-, Гинзбург В. Е. и др. Прецизионная система питания электронно-лучевой^ технологической установки. // Тр. Моск. энерг. ин-та, 1980j вып. 475
  24. А.Н., Гайдукова И:С., Уваев А. Г., Щербаков А. В-, Филачев A.M. Вакуумное технологическое оборудование для производства* изделий микрофотоэлектроники. //Прикладная физика, 2006, № 3. С. 32−37.
  25. А.Н., Гринфельд Д.Э-, Щербаков А. В., Филачев A.M. Автоматизированный контроль: технологических параметров вакуумного оборудования как обеспечение непрерывного? контроля качества: //Прикладная физика^ 2006- № 3. С. 38−45.
  26. А.Н., Уваев А. Г., Щербаков А. В. и др. Установка для- электронно-лучевой сварки цилиндрических изделий. Патент РФ № 68 946 МПК В23К15/00, В23К37/04. Опубл. 10.12.2007 г. Бюл. № 34
  27. Р., Шмидт-Вальтер X. Справочник инженера схемотехника, М: Техносфера, 2006. — 608 С.
  28. Кручинин А. М, Махмудов К. М., Миронов Ю. М и др. Автоматическое управление электротермическим установками: Учебник для вузов, под ред. А. Д. Свенчанского М. :Энергоатомиздат, 1990:
  29. А.Б. Стабилизатор мощности для питания катодного узла электронно-лучевой технологической пушки // Тр: Моск. Энерг. ин-та, 1980, вып.475
  30. В.К., Кучук-Яценко С.И., Чвертко А. И. и др: Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет К. В. Фролов (пред.) и др. —
  31. М.Машиностроение. Оборудование для сварки. Т. IV-6 / Под ред. Б. Е. Патона. — 2-е изд., исправ. 2002. С. 327−369.
  32. В.К., Шелягин В. Д., Мохнач В. К. и др. А.С. 465 844 СССР, МКИ В 23 К15/00. Источник питания электронно-лучевой сварочной установки, опубл. 15.12.79- Бюл № 46
  33. Л. Вильям, ЛаФламм F. Электронно-лучевая пайка-сварка крыльчатки компрессора. .Международная конференция «Сварка и соединение 2000». Тр. М.:АО Спецэлектрод, 2000, С. 38−49.
  34. А.В. Занимательно о микроконтроллерах. СПб: БХВ-Петербург, 2006. — 432 С.
  35. А.Г. Математическое моделирование электронных пушек с катодом произвольной формы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. ф.-м. н. М: МФТИ, 2001
  36. O.K. Следящая система с электромеханическим приводом с использованием вторично-электронной эмиссии // Автоматическая сварка № 12, 1998. С. 47−50.
  37. O.K., Кайдалов А. А., Ковбасенко С. Н. и др. Электронно -лучевая сварка: под ред. Б. Е. Патона. Киев: Наук. Думка, 1987
  38. O.K., Локшин В. Е. Динамические характеристики высоковольтных источников питания для электронно-лучевой сварки // Автоматическая сварка № 1, 2005. С. 36−38.
  39. Ю.В., Калашников О. А., Гуляев С. Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Под общей редакцией Ю. В. Новикова. Практ. пособие М.:ЭКОМ., 1998 — 224 С.
  40. .Е., Лесков Г. И. Основы технологии электронно-лучевой сварки (Обзор) // Автоматическая сварка № 12, 2003
  41. .Е., Назаренко O.K., Нестеренков В. М. и др. Компьютерное управление процессом электронно-лучевой сварки с многокоординатными перемещениями пушки и изделия // Автоматическая сварка № 5, 2004. С. 3−7.
  42. Дж. Р. Теория и расчет электронных пучков. Пер. с англ. под. ред. М. В. Цехановича. -М.: Сов. Радио, 1956
  43. О.З. Основы преобразовательной техники. Автономные преобразователи. Конспект лекций. Учебное пособие. — М.: Издательство МЭИ, 2003. 64 С.
  44. О.З. Основы преобразовательной техники. Управляемые сетевые преобразователи. М.:Издательство МЭИ, 2001. 48 С.
  45. В.П. Основы теории цепей: Учеб. Для вузов- 5-е изд., стер. -М.: Высш. Шк., 2005.
  46. К.А., Егупов Н. Д., Гаврилов А. И. и др. Нестационарные системы автоматического управления: анализ, синтез и оптимизация / Под. ред. К. А. Пупкова и Н. Д. Егупова. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007.
  47. Ю.К. Основы силовой электроники. М.:Энергоиздат, 1992. -296 С.
  48. В.П. Исполнительные элементы систем автоматического управления электротехнологическими установками. Учебное пособие. -М.-.Издательство МЭИ, 2001. 56 С.
  49. Рыкалин Н. Н, Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. — 239 С.
  50. Н.Н., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. Справочник. — М. Машиностроение, 1985.-496 С.
  51. А.Д., Жердев И. Т., Кручинин A.M. и др. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов, под ред. А. Д. Свенчанского. — 2-е изд., перераб. И доп. М.:Энергоиздат, 1981. — 296 С.
  52. У., Шенк К., Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство, пер. с нем. М.: Мир, 1983.
  53. A.M., Андреев С. В., Монастырский М. А. и др. Разработка вычислительных методов и пакета прикладных программ для моделирования электронно — лучевых технологических установок // Прикладная физика. № 2, 1998. С. 5−18.
  54. П. Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ. М.: Мир, 1974
  55. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно — лучевая технология: пер. с нем. М.: Энергия, 1980. — 528 С.
  56. А.В. Разработка системы управления качеством сварного шва при прецизионной электронно-лучевой сварке. // Вестник МЭИ, 2007, № 5. С. 52−58.
  57. А.В. Разработка системы управления тепловой мощностью прецизионной электронно-лучевой сварки // Восьмой Всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. докл. М.:ФГУП «НПО „Орион“, 2007.-С. 90−91.
  58. А.В., Гринфельд Д. Э. Математическое моделирование тепловых, газодинамических и эмиссионных процессов взаимодействия* электронного пучка с металлами // Восьмой Всероссийский семинар
  59. Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. Докл. М.:ФГУП «НПО «Орион», 2007. — С. 100−101.
  60. А.В., Рубцов В. П. Разработка модели электронной*пушки для прецизионной сварки // Вестник МЭИ, 2007, № 4. — С. 60−65.
  61. А.В., Филачев A.M., Пономаренко В. П. и др. Патент РФ «Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки» № 64 548 МПК В23К 15/00. Опубл. 10.07.2007 г. Бюл. № 19
  62. А.В., Филачев A.M., Пономаренко В. П. и др. Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки. Патент РФ № 64 972 МПК В23К15/00. Опубл. 27.07.2007 г. Бюл. № 21
  63. В.М., Трушников Д. Н., Беленький В. Я. и др. Способ электронно-лучевой сварки. Патент РФ 2 237 557 МКИ В23 К 15/00, опубл. 2005
  64. A.N. Kozlov, D.E. Greenfield, A.V. Scherbakov, A.M. Filachev. Automated control of technological parameters of vacuum equipment to guarantee unbreakable quality check. //Proceedings of SPIE, 2006, v.6278, p. 62 780 C-l -62 780 C-7
  65. A.N. Kozlov, I.S. Gaidoukova, A.G. Uvaev, A.V. Scherbakov, A.M. Filachev. Vacuum technological equipment for microphotoelectronic production. //Proceedings of SPIE, 2006, v.6278, p. 62 780 A-l 62 780 A-5
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!