Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем
Разработаны блок-схемы для моделирования в пакете математических программ MATLAB сварочных систем, содержащих дугу с плавящимся электродом. Моделирование позволяет ставить численный эксперимент, решать нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие динамику изменения длины дуги при плавлении эле...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99192 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем / В.Н. Сидорец, А.М. Жерносеков // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 49-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860197271605346304 |
|---|---|
| author | Сидорец, В.Н. Жерносеков, А.М. |
| author_facet | Сидорец, В.Н. Жерносеков, А.М. |
| citation_txt | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем / В.Н. Сидорец, А.М. Жерносеков // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 49-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Разработаны блок-схемы для моделирования в пакете математических программ MATLAB сварочных систем, содержащих дугу с плавящимся электродом. Моделирование позволяет ставить численный эксперимент, решать нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие динамику изменения длины дуги при плавлении электрода и величины сварочного тока.
Block diagrams have been developed for simulation of welding systems containing a consumable electrode arc in MATLAD software package. Simulation allows staging numerical experiments, solving non-linear differential equations, describing
the dynamics of variation of the arc length at electrode melting and of welding current.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:08:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.795.75-52
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ИМПУЛЬСНО-ДУГОВЫХ СИСТЕМ
В. Н. СИДОРЕЦ, А. М. ЖЕРНОСЕКОВ, кандидаты техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Разработаны блок-схемы для моделирования в пакете математических программ MATLAB сварочных систем,
содержащих дугу с плавящимся электродом. Моделирование позволяет ставить численный эксперимент, решать
нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие динамику изменения длины дуги при плавлении элек-
трода и величины сварочного тока.
К л ю ч е в ы е с л о в а : компьютерное моделирование, дуга с
плавящимся электродом, импульсный источник, нелинейные
дифференциальные уравнения
Разработка современного сварочного оборудова-
ния и анализ его свойств невозможны без экспе-
риментальных исследований. Применение компь-
ютерной техники позволяет часть натурных
экспериментов заменить компьютерным модели-
рованием. В работе [1] была предложена матема-
тическая модель системы «источник питания —
дуга с плавящимся электродом», которая предс-
тавляет собой систему нелинейных дифференци-
альных уравнений, связывающих длину дуги и
ток сварки с параметрами сварочного процесса и
источника питания. Пакет Simulink компьютер-
ных математических программ MATLAB позво-
ляет проводить численные исследования динами-
ки нелинейных систем, не решая в явном виде
дифференциальные уравнения [2, 3]. Однако в на-
боре блоков пакета Simulink отсутствуют блоки,
описывающие электрическую дугу с плавящимся
электродом, и специализированные источники пи-
тания дуги (например, импульсные).
Целью данной работы является разработка
блок-схем для компьютерного моделирования
систем дуговой сварки с плавящимся электродом,
содержащих импульсный источник питания дуги.
Блок-схема системы «источник питания — дуга
с плавящимся электродом» приведена на рис. 1,
где в качестве сварочного источника питания ис-
пользуется импульсный источник питания дуги
И-169 [4], разработанный в ИЭС им. Е. О. Патона.
Моделируемая система состоит из трех основных
элементов: дуга — блок «Duga», электрическая
цепь — блок «Source» и импульсный источник
— блок «I_Source_New».
Входные параметры блока «Duga», моделиру-
ющего сварочную дугу с плавящимся электродом
(рис. 2), следующие: начальная длина дуги l0; рас-
стояние между мундштуком и изделием lw; сва-
© В. Н. Сидорец, А. М. Жерносеков, 2007
Рис. 1. Блок-схема системы «источник питания — дуга с плавящимся электродом» для моделирования в пакете MATLAB
1/2007 49
рочный ток I; скорость подачи сварочной прово-
локи v. Выходные параметры блока «Duga»: длина
дуги l; сопротивление электродной проволоки R;
падение напряжения на дуге El (где E — напря-
женность электрического поля в столбе дуги). Ос-
новным входом (3) является сварочный ток I, а
выходом (1) — длина дуги l. Остальные входы
параметрические, т. е. задающие параметры.
С помощью блока «Duga» численно решается
нелинейное дифференциальное уравнение, описы-
вающее динамику изменения длины дуги при
плавлении электрода [1]:
dl
dt =
SUAi + ρ(lw – l)i2
γS2[c(Tmelt – T0) + λ]
– v,
где S — площадь поперечного сечения электрода;
UA — прианодное (или прикатодное, в зависи-
мости от полярности тока сварки) падение нап-
ряжения с учетом потенциала выхода; i — мгно-
венное значение сварочного тока; ρ — удельное
электрическое сопротивление металла электрода;
γ, c — соответственно плотность и удельная те-
плоемкость металла электрода; Tmelt — темпера-
тура плавления металла; T0 — тем-
пература проволоки при выходе из
мундштука; λ — удельная теплота
плавления металла; v — скорость по-
дачи проволоки.
Как видно из рис. 2, в блок «Duga»
входит блок «Metal». Это параметри-
ческий блок, в котором задаются теп-
ло- и электрофизические характерис-
тики металла электродной проволоки.
В блоке «Metal» также вычисляется
параметр q (q = c(Tmelt – T0) + λ —
константа, описывающая теплофизи-
ческие свойства металла электродной
проволоки, который поступает на вы-
ход блока для дальнейшего исполь-
зования в блоке «Duga».
Наряду со стандартными блоками
использован дополнительный блок
«d, S», который по диаметру электродной прово-
локи d вычисляет площадь ее поперечного сечения
S (рис. 2).
Ядром блока «Duga» является блок-интегра-
тор, который собственно решает дифференциаль-
ное уравнение путем интегрирования
l = ∫
⎛
⎜
⎝
SUAi + ρ(lw – l)i2
γS2[c(Tmelt – T0) + λ]
– v
⎞
⎟
⎠
dt + l0.
Вход интегратора x0 используется для задания
начального значения l0.
Блок, моделирующий электрическую цепь «So-
urce», приведен на рис. 3. Основным входом блока
является падение напряжения на дуге «El», ос-
тальные входы параметрические. Выходом явля-
ется сварочный ток I. Как и в блоке «Duga», в
блоке «Source» используются стандартные блоки
Simulink: умножитель, делитель, сумматор, мас-
штабный коэффициент. Блоком, который несет ос-
новную нагрузку, является интегратор с дополни-
тельным входом для ввода начального значения.
Этот блок решает дифференциальное уравнение,
которое описывает электрическую цепь [1]:
di
dt = 1L
⎛
⎜
⎝
Ups – Rsi – ρ
lw – l
S i – El
⎞
⎟
⎠
,
где L — индуктивность источника пи-
тания и подводящих кабелей; Ups —
напряжение источника питания дуги,
которое может быть как постоянным,
так и импульсным; Rs — активное
сопротивление источника питания и
подводящих кабелей.
Решение производится таким же
образом, как и в блоке «Duga», т. е.
Рис. 2. Блок, моделирующий сварочную дугу с плавящимся электродом
Рис. 3. Блок, моделирующий электрическую цепь
50 1/2007
дифференциальное уравнение сводится к интег-
ральному:
i = ∫
⎛
⎜
⎝
1
L
⎛
⎜
⎝
Ups – Rsi – ρ
lw – l
S i – El
⎞
⎟
⎠
⎞
⎟
⎠
dt + i0.
Если необходимо рассматривать источник пи-
тания постоянного тока, то вход «U» связывается
с блоком «Constant», который задает напряжение
холостого хода (см. рис. 3). Если исследуется ис-
точник питания, выходное напряжение которого
зависит от времени, этот вход должен связываться
со специализированным блоком. Состав блока
«I_Source_New», моделирующего источник пита-
ния для импульсно-дуговой сварки, представлен
на рис. 4.
Блок «I_Source_New» состоит из двух частей:
формирователя амплитудных и временных харак-
теристик сварочного тока (блок «PI-I») и регуля-
тора по среднему значению за период. Регулятор
интегрирует разность между сигналом обратной
связи UFB и сигналом задания URef.
∫(UFB – URef)dt.
При достижении сигналом нулевого значения
регулятор вырабатывает перепад из логической
единицы в логический нуль (задний фронт). Этим
перепадом интегратор обнуляется, а также запус-
кает блок «PI-I», который формирует импульсы
высокого и низкого уровней сварочного тока (в
случае ступенчатого импульса). Приравнивая ин-
теграл нулю, регулятор вырабатывает длитель-
ность, которая обеспечила бы стабильность сред-
него за период значения
∫
0
T
UFBdt = URef.
Блок «Constant» (5) подает постоянный сигнал
на вход интегратора, который периодически об-
нуляется задним фронтом по входу «falling» (1).
На выходе интегратора формируется пилообраз-
ный сигнал, который посредством двух компара-
торов «<» сравнивается с уровнями, которые со-
ответствуют длительностям низкого и высокого
уровней сварочного тока. Ключ «Switch» подает
сигналы, соответствующие амплитуде низкого и
высокого уровня импульса на выход «Out» (1)
блока «PI-I» в соответствующие интервалы вре-
мени. Когда время больше длительности импуль-
са, на выход «Out» подается сигнал, соответству-
ющий базовому току.
На рис. 5 приведены временные диаграммы
работы блока «PI-I» для импульсно-дуговой свар-
ки со следующими параметрами: напряжение ба-
зового тока, напряжение импульса нижнего и вер-
хнего уровня 20, 40, 80 В соответственно, дли-
тельность импульса 3 мс, импульс верхнего
уровня 1,5 мс (50 % импульса) при частоте зада-
ния от внешнего генератора 100 Гц.
Схему, приведенную на рис. 1, применяли при
моделировании импульсно-дуговых источников
питания дуги с заданием частоты следования им-
пульсов внешним генератором [1]. Аналогичные,
но модернизированные схемы, использовали при
создании систем автоматической стабилизации
средних значений напряжения на дуге и тока свар-
ки с воздействием на частоту следования импуль-
сов и скорость подачи сварочной проволоки [5].
Выводы
1. Опыт использования компьютерных программ
MATLAB при моделировании импульсно-дуго-
вых систем показывает перспективность приме-
нения этого пакета при создании нового свароч-
ного оборудования.
2. При решении исследовательских задач и в
учебном процессе целесообразно использовать
разработанные блок-схемы для моделирования
систем, содержащих дугу с плавящимся электро-
дом, и импульсные источники питания, позволя-
ющие решать нелинейные дифференциальные
уравнения, которые описывают динамику изме-
нения длины дуги при плавлении электрода и сва-
рочного тока.
1. Сидорец В. Н., Жерносеков А. М. Численное моделирова-
ние системы источник питания–дуга с плавящимся элект-
родом // Автомат. сварка. — 2004. — № 12. — С. 10–16.
Рис. 4. Блок, моделирующий источник питания для импульсно-
дуговой сварки
Рис. 5. Временные диаграммы, демонстрирующие работу блока
формирователя
1/2007 51
2. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной
связью. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. — 616 с.
3. Дьяконов В. П. МАТLAB 6/ 6.1/6.5 + Simulink 4/5 в мате-
матике и моделировании. Полное руководство пользова-
теля. — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. — 576 с.
4. А. с. 4696750/27 СССР, МКИ5 В 23 К 9/09. Источник тока
для импульсно-дуговой сварки / В. М. Павшук, П. П. Шей-
ко. — Заявл. 31.05.89; Опубл. 07.10.91, Бюл. № 37. — 6 с.
5. Жерносєков А. М. Системи автоматичної стабілізації
процесу імпульсно-дугового зварювання плавким елек-
тродом: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — К., 2006.
— 19 с.
Block diagrams have been developed for simulation of welding systems containing a consumable electrode arc in MATLAD
software package. Simulation allows staging numerical experiments, solving non-linear differential equations, describing
the dynamics of variation of the arc length at electrode melting and of welding current.
Поступила в редакцию 22.09.06
УДК 621.791:629.113
ОБЛЕГЧЕННЫЕ СВАРНЫЕ БАЛЛОНЫ
ДЛЯ АВТОТРАНСПОРТА
М. М. САВИЦКИЙ, д-р техн. наук, А. А. САВИЧЕНКО, В. М. КУЛИК, кандидаты техн. наук,
А. Ф. ЛУПАН, Г. М. МЕЛЬНИЧУК, Л. А. ЧЕРТОРЫЛЬСКИЙ, Н. А. ГОЛУБ, В. А. СУПРУНЕНКО, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Описана конструкция сварного баллона для автотранспорта с композиционной оболочкой. Отмечена возможность
производства облегченных баллонов различных типоразмеров с удельной массой 0,60…0,65 кг/л. Гарантированный
срок эксплуатации баллонов составляет 15…20 лет.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, высокопрочная
сталь, композиционная оболочка, облегченный баллон, удель-
ная масса
Загрязнение окружающей среды токсичными про-
дуктами сгорания горючего достигает в крупных
городах 70 % общего загрязнения. Использование
в качестве моторного топлива природного газа
(метана) снижает выбросы CO, углеводородов, ок-
сидов азота и исключает выбросы соединений
свинца. Кроме того, эквивалентное количество га-
за в 2-3 раза дешевле бензина.
Для работы автомобилей на сжатом метане
применяют баллоны с рабочим давлением до
19,6 МПа. В настоящее время на грузовом транс-
порте и автобусах в Украине эксплуатируются ав-
томобильные баллоны из углеродистых и легиро-
ванных сталей с удельной массой 1,25 и 1,86 кг/л.
Для использования баллонов на легковых автомо-
билях и сельскохозяйственных машинах их удель-
ная масса должна быть не более 0,7…0,8 кг/л, что
возможно путем увеличения прочности конст-
рукционного материала до σв ≥ 1275 МПа при
использовании труб из никельсодержащей стали
20ХН4ФА для горячей закатки днищ и горловин.
В связи с отсутствием в Украине производства
качественных равнотолщинных труб требуемого
размера при изготовлении таких баллонов трубы
размером 219 8,5 мм приходится протачивать
изнутри и снаружи до размера 215 4,5 мм.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны конс-
трукция (рис. 1) [1] и технология изготовления
сварного комбинированного баллона удельной
массой 0,60…0,65 кг/л. Герметичный корпус, сос-
тоящий из прямошовной обечайки 1 и двух штам-
пованных днищ 4 одинаковой толщины со сты-
ковыми соединениями 3, изготавливают из лис-
товой высокопрочной легированной стали с
применением аргонодуговой сварки вольфрамо-
вым электродом [2]. В листовом прокате толщи-
ной 3…6 мм предельное отклонение по толщине
в 3-4 раза меньше, чем в трубах, а процесс про-
изводства его на металлургических предприятиях
хорошо налажен. Получаемые соединения харак-
теризуются мелкокристаллической структурой и
плавными переходами от шва к основному ме-
таллу на границе сплавления. Заданный химичес-
кий состав и комплексная обработка продольного
шва обеспечивают его равнопрочность и сообща-
ют ему достаточно высокую конструктивную и
усталостную прочность.
Учитывая, что в цилиндрической части корпу-
са напряжения в 2 раза больше, чем в полусфе-
рических днищах, на ней формируется усилива-
ющая композиционная оболочка 2 заданной тол-
щины стенки путем поперечной намотки с
натяжением стеклянных волокон, пропитываемых
эпоксидным связующим, и полимеризации при
повышенных температурах. В цилиндрической
части сварного корпуса композиционной оболоч-
кой создаются кольцевые напряжения сжатия, ко-
© М. М. Савицкий, А. А. Савиченко, В. М. Кулик, А. Ф. Лупан, Г. М. Мельничук, Л. А. Черторыльский, Н. А. Голуб, В. А. Супруненко, 2007
52 1/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99192 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:08:35Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сидорец, В.Н. Жерносеков, А.М. 2016-04-24T13:48:45Z 2016-04-24T13:48:45Z 2007 Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем / В.Н. Сидорец, А.М. Жерносеков // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 49-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99192 621.795.75-52 Разработаны блок-схемы для моделирования в пакете математических программ MATLAB сварочных систем, содержащих дугу с плавящимся электродом. Моделирование позволяет ставить численный эксперимент, решать нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие динамику изменения длины дуги при плавлении электрода и величины сварочного тока. Block diagrams have been developed for simulation of welding systems containing a consumable electrode arc in MATLAD software package. Simulation allows staging numerical experiments, solving non-linear differential equations, describing
 the dynamics of variation of the arc length at electrode melting and of welding current. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем Computer modeling of pulsed-arc systems Article published earlier |
| spellingShingle | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем Сидорец, В.Н. Жерносеков, А.М. Краткие сообщения |
| title | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| title_alt | Computer modeling of pulsed-arc systems |
| title_full | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| title_fullStr | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| title_full_unstemmed | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| title_short | Компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| title_sort | компьютерное моделирование импульсно-дуговых систем |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99192 |
| work_keys_str_mv | AT sidorecvn kompʹûternoemodelirovanieimpulʹsnodugovyhsistem AT žernosekovam kompʹûternoemodelirovanieimpulʹsnodugovyhsistem AT sidorecvn computermodelingofpulsedarcsystems AT žernosekovam computermodelingofpulsedarcsystems |