ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Машины и автоматизация сварочного производства»

 

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРА ЦИКЛА СВАРКИ ТИПА РЦС-403У4

 

Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Автоматизация сварочных процессов»

 

Составитель     доктор техн. наук, проф. Ленивкин В.А.

 

В методическом указании рассматривается устройство и принцип действия регулятора цикла контактной точечной сварки типа РЦС-403У4. Приводится методика выполнения работы.

Электронная версия лабораторной работы составлена на базе издания: Изучение устройства и принцип действия регулятора цикла сварки типа РЦС-403У4: Метод, указания /ДГТУ. Ростов н/Д, 2007.

Для студентов всех форм обучения по спе­циальности 150202.

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1.1. Изучить конструкцию и принцип работы регулятора цикла сварки РЦС-40ЗУ4 (именуемого в дальнейшем "регулятор").

1.2. Изучить взаимодействие элементов регулятора при включении питания и при нажатии педали.

1.3. Научиться устранять характерные неисправности регулятора.

 

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1. Устройство, принцип работы и назначение регулятора РЦС-403У4

 

Регулятор предназначен для регулирования времени и управления последовательностью действий машин точечной сварки.

Регулятором комплектуются точечные машины с тиристорным контактором и пневматическим клапаном с катушкой постоянного тока на 24 В и током не более – 0,6а [2].

Регулятор обеспечивает автоматическое управление машины по следующему циклу:

- сжатие электродов;

- включение и выключение сварочного тока;

- выдерживание изделия под давлением без тока;

- подъем электродов машины.

В соответствии с циклом машины регулятор имеет четыре регулируемых выдержки времени, именуемые «Сжатие», «Сварка», «Проко­вка», «Пауза». Рабочий цикл машины и управляющего ею регулятора начинается с момента замыкания педали (выключателя), имеющейся на машине.

Регулятор предназначен для работы в закрытых помещениях в следующих условиях:

- высота над уровнем моря - не более 1000 м;

- температура окружающего воздуха +1 °С...+40 °С;

- относительная влажность окружающего воздуха не более 65 % при температуре 20 °С и не более 80 % при температуре 25 °С;

- среда, окружающая регулятор: невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров, разрушающих изоляцию и металлы.

По сравнению с рядом существующих регуляторов регулятор РЦС-403У4 обладает следующими преимуществами:

- повышенной надёжностью;

- увеличивает производительность сварочных машин (максимальная - не менее 300 циклов в минуту);

- обеспечивает синхронное включение сварочного тока, чётное число полуволн сварочного тока и плавную его регулировку;

- обеспечивает постоянство установленных значений выдержек времени сварка и, как следствие, повышение качества сварных точек.

Следует отметить, что промышленностью выпускаются и бо­лее совершенные регуляторы цикла сварки, например РЦС-502У4, БУ-5ИПС, РВД-200, РВТ-100М-1 и др. [1].

 

2.2. Конструкция регулятора

 

Регулятор РЦС-403У4 является бесконтактным аналогом регулятора РВЭ-7 и выполнен на логических элементах серии «Логика Т».

Регулятор выполнен в виде самостоятельного прибора. На шасси регулятора смонтированы все элементы схемы, трансформатор питания, электролитические конденсаторы. Элементы «Логика Т» смонтированы на откидной панели, навесные элементы (резисторы, диоды, конденсаторы) расположены на изоляционных платах. Прибор помещен в кожух, который крепится на передней панели двумя винтами.

На передней панели расположены сигнальная лампочка и ручки управления. Ручки «Сжатие», «Проковка», «Пауза» плавно изменяют выдержки времени сжатия, проковки и паузы. Нижняя ручка «Сверка» изменяет время сварки дискретно от. 1 до 11 периодов через один период при положении тумблера х1 от 10 до 110 периодов и через 10 периодов при положении тумблера х10. Верхним переключателем к выставленным десяткам можно прибавлять от 1 до 10 периодов через 1 период. Выключатель «Сеть» осуществляет подачу питания на схему регулятора.

Выключатель «Нагрев» позволяет проверить работу регулятора без сварочного тока. Ручка «Нагрев» служит для плавного регулирования сварочного тока.

В задней стенке кожуха имеется отверстие для доступа к сетевому предохранителю, винту заземления, переменным резисторам R21 и R22 (для настройки выдержки времени «Сварка»), cosφ и I_min, а также для доступа к разъему, посредством которого производится включение регулятора в сеть и подключение сварочной машины.

Питание регулятора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В (имеются выводы для напряжения 230 и 240 В) или 380 В (имеются вывода для напряжения 400, 415 и 440 В). При напряжении сети 220 В ставится сетевой предохранитель на I A, а при 380 В – предохранитель на 0,5 А.

 

2.3. Состав регулятора

 

В состав регулятора, электрическая функциональная схема которого приведена на рис. 2.2, входит 11 логических элементов серии «Логика Т». В этой серки логической единице (обозначаемой да­лее как 1) соответствует отрицательное напряжению не мене 4 В, а логическому нулю (обозначаемому далее как 0) -отрицательное напряжение не более 1 B.

Регулятор содержит:

а) четыре триггера Э3, Э5, Э7, Э10 – элементы Т-102У2, ко­торые являются RST-триггерами. Если на прямом выходе триггера (вывод 7) 1, то на инверсном выходе (вывод 8) 0,и наоборот (рис. 2.1). Подача 1 на вход S (вывод 10 для потенциального сигнала и вывод 1 для импульсного сигнала) вызывает 1 на прямом выходе. Подача 1 на вход R (вывод 9 для потенциального сигнала и вывод 2 для импульсного) вызывает 0 на прямом выходе. Элемент Э5 используется в регуляторе как формирователь прямоугольных импульсов. При подаче на его вход R (вывод 9) синусоидального напряжения частотой 50 Гц на выходе появляются прямоугольные импульсы той же частоты, привязанные по фазе к напряжению сети.

 

 

Рис.2.1. Условное обозначение элемента Т-102У2 (упрощенное)

 

б) пять выдержек времени Э4, Э8, Э9, Э11, Э12 - элементы Т-303У2. Если на любой из входов элемента (например, выводы 1 или 5) подать 1, то через заданное внешней цепочкой RС время на выходе 9 появятся 1. Нули на всех входах всегда вызывают 0 на выходе;

в) две схемы И Э6-1, Э6-2 – элемент Т-107У2. Только наличие 1 на всех входах отдельных схем И вызывает появление 1 на соот­ветствующих выходах, причем свободный вход не мешает работе схе­мы И. Если на любом из входов Т будет 0, то на выходе схемы также будет 0;

г) два усилителя мощности ЭI3-I, Э13-2, которые повторяют входной сигнал с усилением по мощности и размещены в- одном эле­менте Т-402У2.

Кроме того, в состав регулятора входят еще два элемента Э1 и Э2 – элементы М-111У2, конструктивно оформлены так же, как и логические элементы. Эти элементы представляют собой наборы ди­одов, выполняемых вспомогательные (а не логические) функции. Поэтому на функциональной схеме регулятора, представленной на рис. 2.2, элементы Э1, Э2 не показаны.

 

 

Рис. 2.2. Функциональная схема регулятора цикла сварки типа РЦС-403У4. Логическое состояние показано до нажатия педали

 

2.4. Установка элементов схемы в исходное состояние

 

Включение напряжения сети приводит к подаче напряжения – 12В на дифференцирующую цепочку «Старт», на выходе которой появится на короткое время 1, устанавливающая триггер Э3 по пря­мому выходу в единичное состояние. С прямого выхода Э3 1 посту­пает на входы R триггеров Э7 и Э10, а также на вход выдержки времени «Пауза» Э12. Через определенное время, задаваемое выдер­жкой времени «Пауза», на выходе Э12 появится 1. Однако из-за разомкнутой педали эта 1 на вход Э3 не попадает. Поэтому на инвер­сном выходе ЭЗ и выходе усилителя Э13-1 сохраняется 0, электропневмоклапан ЭПК выключен, и электроды машины находятся в исходном положении.

В качестве фазосдвигающего устройства используется элемент Э9. На его вход подается двухполупериодное выпрямленное отрицательное напряжение с частотой пульсации 100 Гц. Каждая полувол­на вызывает на выходе Э9 прямоугольный импульс. Передний фронт импульса задержан относительно начала полуволны на промежуток, определяемый настройкой RC-цепи Э9. Таким образом, на выходе Э9 формируются прямоугольные импульсы с частотой 100 имп/с, фазовое положение которых определяется регулировкой «Нагрев». Однако эти импульсы не поступают на вход усилителя ЭI3-I, так как выход Э9 шунтируется через диод VD1 и открытый транзистор триггера Э7 на землю. Поэтому на выходе Э13-1 нет импульсов для включения тиристорного контактора КТ и, следовательно, сварочный ток отсутству­ет.

 

2.5. Работа схема при замыкании педали

 

После замыкания педали на вход R (вывод 9) триггера ЭЗ поступает единица, которая переключает его. Поэтому на входе (в также вы­ходе) элемента Э12 появится 0, как и на входах R триггеров Э7, Э10, что, впрочем, не меняет состоянии их выходов. Одновременно 1 с инверсного выхода Э3 поступит на входа Э13-1 и Э4. Срабатыва­ет электромагнитный клапан и электроды машины сжимаются, начина­ется отсчёт временя «сжатие». Педаль может быть отпущена, так как триггер ЭЗ «запомнил», что цикл сварки качался и должен быть доведен до конца.

По окончании установленного времени «сжатие» на выходе 34 появляется 1, поступающая на схему И (Э6-1). На второй вход этой схемы с инверсного выхода триггера Э10 подается 1, а на третий вход поступают с выхода 35 прямоугольные импульсы частотой 50 Гц. Задний фронт первого импульса, появившегося на выходе Э6-1, переключит триггер Э7 по импульсному входу (вывод 1). На прямом вы­ходе триггера Э7 (вывод 7) появится 1, которая поступит, на вход выдержки времени «сварка» Э8, запуская её. Одновременно 1 на вы­ходе Э7 запирает диод VD1, и на вход усилителя 13-2 с выхода Э9 начнут поступать через дифференцирующую цепочку CR_обр диода VD2 импульсы. Нагрузкой усилителя Э13-2 является импульсный трансформатор тиристорного контактора КТ. Произойдет включение сварочного тока.

По окончании выдержки времени «сварка» на выходе 38 появляется I, которая переключает триггер Э10 по входу S. С инверс­ного выхода триггера Э10 сигнал 0 поступит на вход схемы Э6-1,и на её выходе тоже станет 0. С прямого входа триггера Э10-сигнал 0 поступит на выдержку, временя «проковка» Э11, запуская её, а также на вход схемы И Э6-2. На другой вход Э6-2 с триггера Э5 поступают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц. Задний фронт первого импульса, появившегося на выходе Э6-2, возвратит триггер Э7 (по импульсному входу 2) в исходное состояние и сварочный ток выключается. Так осуществляется синхронное с сетью выключение сварочного тока (как и его включение) и обеспечивается четное число его, полуволн в процессе сварки.

По окончании выдержки времени «проковка» на выходе Э11 поя­вляется единица, которая возвращает триггер Э3 в исходное состояние. Тогда с прямого выхода Э3 поступит 1 на входы R триггеров Э7 и Э10, а также на вход выдержки времени «Пауза» Э12, запуская ее. С инверсного входа триггера Э3 поступит 0 на входы Э4 и Э13-1. Электроды машины разжимаются.

По окончании выдержки времени «Паузе» на выходе Э12 появится напряжение. Схема возвращается в исходное состояние. Если пе­даль нажата; то цикл повторится, и регулятор будет работать в ре­жиме «автоматическая сварка».

На внешне разъём регулятора выведены цепи, позволяющие осуществлять контроль работы регулятора без снятия кожуха,

При изменении напряжения питающей сети в регуляторе предусмотрена возможность частичной компенсации отклонения сварочного тока машины. Включение системы компенсации выполняется замыканием перемычкой контактов 2 и 16 на внешнем разъёме. Работа регу­лятора без компенсации осуществляется установкой перемычки между контактами 2 и 5 на внешнем разъёме.

 

2.6. Настройка на соsφ и I_min

 

Надёжная работа регулятора совместно со сварочной машиной и получение от машины номинальной мощности могут быть обеспечены лишь при правильной его настройке на коэффициент мощности (соsφ). В процессе работы машины её соsφ может изменяться в широких пределах при изменении материала и толщины свариваемых изделий, их конфигурации, при изменении раствора и вылета сварочного кон­тура.

Работа машины при настройке регулятора на соsφ выше дейст­вительного вызывает выпрямительный режим контактора и быстрое насыщение сварочного трансформатора, что может привести к аварий­ным режимам работы и выходу из строя регулятора и контактора. Для предотвращения выхода аппаратуры управления из строя необхо­димо производить настройку регулятора на минимально возможный ко­эффициент мощности машины и проверять настройку при каждом изме­нении его режима работы.

 Для проверки правильности установки соsφ регулятора могут быть рекомендованы два способа: осциллографический или косвенный – с использованием неоновой лампы [3].

 

2.7. Технические данные регулятора

 

 

3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

 

1. Ознакомиться с устройством стенда, с конструкцией ре­гулятора, размещением и конструкцией основных элементов схемы (при выключенном питании).

2. Изучить перечень наиболее часто встречающихся неисправностей:

а) при включении регулятора в сеть при разомкнутой педали начинается отработка циклов;

б) при нажатии на педаль регулятор не работает по циклу. (не опускается электрод);

в) после нажатия на педаль электрод опускается, но сварочного тока нет. Импульсы включения тиристоров отсутствуют;

г) сварочный ток проходит и прекращается, но не поднимается электрод;

д) регулятор не работает в режиме «Автоматическая сварка»;

е) не регулируется сварочный ток;

ж) нет отработки одной из операций «Пауза», «Сварка», «Проковка», «Сжатие»;

з) показания шкалы выдержки «Сварка» и действительной, вы­держки отличаются больше чем на 10 %.

3. Провести исследование работы регулятора.

 

Состав оборудования для выполнения работ приведен в табл.1.

 

Таблица 1

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

4.1. Включить питание регулятора и с помощью осциллографа определить логическое состояние входов и выходов элементов до нажатия педали. В табл.2 занести данные для следующих элементов:

 

 

Таблица 2

 

4.2. Проконтролировать работу фазовращателя и цепи формирования управляющих импульсов тиристоров контактора. Для этого необходимо нажать на педаль, установить длительность операции «Сва­рка» в максимальное положение, а все остальные операции – в минимальное. Зарисовать осциллограммы входных и выходных сигналов элементов Э9 и Э13-2.

4.3. С помощью электронно-счетного частотомера Ч3-33 произвести измерение длительности операции «Сварка» при пяти положениях ручки (три измерения при каждом положении). Определить относительную погрешность выдержек времени.

4.4. С помощью счетчика Ф5129 измерить максимальное и минимальное количество циклов в минуту при автоматическом режиме.

4.5. При заданной неисправности регулятора (по указанию преподавателя) необходимо определить наиболее вероятные причины и указать возможные методы устранения.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1.     Цель работы.

2.     Рабочее задание.

3.     Табл. 2 с полученными данными;

4.     Осциллограмма входных и выходных сигналов элементов Э9 и Э13-2;

5.     Данные проверки выдержки времени «Сварка»;

6.     Вероятные причины неисправностей регулятора (указанных преподавателем) и возможные методы их устранения.

 

6. ЛИТЕРАТУРА

 

1. Сварка в машиностроении Справочник, Т. 4 /Под род. Ю.Н. Зорина. – М.: Машиностроение, 1979.

2. Технология и оборудование контактной сварки. /Под ред. Б.Д. Орлова. – М.: Машиностроение, 1975.

3. Регулятор цикла сварки РЦС-403У4^ (паспорт). Симферополь, 1976.

4. Ленивкин В.А. Автоматизация сварочных процессов. Учеб. пособие. /ДГТУ, Ростов н/Д. 2008. – 162 с.

 

7. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ при выполнении лабораторной работы

7.1. Корпус регулятора должен быть надёжно заземлен. Для этой цели регулятор снабжен винтом заземления с надписью «земля».

7.2. Запрещается работа вне шкафа управления без кожуха.

7.3. Перед снятием кожух нужно сначала снять напряжение и отсоединить разъём.

7.4. Запрещаете переносить регулятор, не отключив его от сети.