專利名稱：自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬碳弧氣刨設(shè)備。
碳弧氣刨是利用電弧的高溫很快把金屬加熱到熔化狀態(tài)，在液體金屬凝固前利用壓縮空氣的氣流把液體金屬吹掉，能在金屬表面刨出一條凹槽，從而達(dá)到碳弧氣刨的目的。自動(dòng)碳弧氣刨是鍋爐、壓力容器制造和造船等行業(yè)的先進(jìn)工藝，自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)則是實(shí)現(xiàn)該工藝的關(guān)鍵設(shè)備。我國上海船廠、江南造船廠曾內(nèi)部研制過自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，泰州電焊條廠曾生產(chǎn)過TBJ－3型多向自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，其共同缺點(diǎn)是因受電路結(jié)構(gòu)等方面的限制，電弧長度控制不穩(wěn)定，波動(dòng)大。此外碳棒導(dǎo)向孔大小固定，因而在碳棒粗細(xì)不均時(shí)易“卡死”或?qū)щ娮炫c碳棒之間“打弧”，使氣刨過程不穩(wěn)定，甚至損壞導(dǎo)電嘴，并只能使用一個(gè)規(guī)格的碳棒。由于控制系統(tǒng)靈敏度不夠，當(dāng)鋼板不平時(shí)刨槽深淺寬窄不均勻甚至發(fā)生頂碳。壓縮空氣送風(fēng)方式不集中，使壓縮空氣消耗量大。當(dāng)碳棒變熱時(shí)，送棒滾輪(橡膠制)不靈活易損壞。當(dāng)因機(jī)械事故送棒電機(jī)被卡住時(shí)，電路只能由熔斷器斷開，更換熔斷器不方便，有時(shí)甚至損壞可控硅。因此這樣的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)真正用于實(shí)際生產(chǎn)難以滿足工藝要求，保證刨槽質(zhì)量。美國Arcair公司現(xiàn)生產(chǎn)型號(hào)為N6000的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，該產(chǎn)品不但造價(jià)高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用過程中調(diào)整困難，壓縮空氣消耗量大，因送風(fēng)不集中而易使刨槽掛渣；此外不使用可聯(lián)接碳棒時(shí)碳棒廢棄長度長(約為150mm)，而我國可聯(lián)接碳棒價(jià)格高且目前質(zhì)量尚不過關(guān)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種電弧長度控制精度高，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用盡量減少，操作方便的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，從而促進(jìn)自動(dòng)碳弧氣刨這項(xiàng)先進(jìn)工藝在我國有關(guān)行業(yè)普及推廣。
整個(gè)自動(dòng)碳弧氣刨由氣刨控制儀(1)、氣刨電源(2)、行走小車(3)、位置調(diào)節(jié)器(4)和機(jī)頭(5)幾個(gè)部份組成(


圖1)。機(jī)頭固定于位置調(diào)節(jié)器上，而位置調(diào)節(jié)器又固定于行走小車上。
氣刨電源供給電弧電能，它為一具有下降外特性的電源。
行走小車由車架及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。車架起連接小車各零部件及固定相鄰部件調(diào)整伸縮臂、機(jī)頭的作用。行走小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)見圖2。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由直流伺服電動(dòng)機(jī)(6)驅(qū)動(dòng)，徑減速器(7)減速帶動(dòng)齒輪(8)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)小車在帶有齒條(10)的軌道(9)上移動(dòng)。本實(shí)用新型齒條位于軌道下方，能有效地防止異物掉在齒條上而影響齒輪與齒條的嚙合。為了保證小車沿軌道行走，在小車底板(11)上裝有分別配置在軌道兩側(cè)的導(dǎo)向輪(12)。小車的行走速度由控制儀(1)給出的指令信號(hào)大小來控制，從而帶動(dòng)機(jī)頭(5)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)以保證氣刨過程不斷進(jìn)行。
機(jī)頭(5)的作用，一是送進(jìn)碳棒并根據(jù)控制儀( )的指令自動(dòng)調(diào)節(jié)碳棒是送進(jìn)還是反抽及二者的速度，以維持電弧長度不變；二是輸送壓縮空氣，即把壓縮空氣吹噴至氣刨部位，把被電弧熔化了的金屬吹走；三是把氣刨電源的電流傳輸?shù)教及羯?。圖3為機(jī)頭結(jié)構(gòu)，碳棒(17)通過導(dǎo)管(23)、導(dǎo)向塊(19)后夾在送棒滾輪(15)及壓緊滾輪(16)之間。在氣刨過程中，直流伺服電機(jī)(13)根據(jù)控制儀發(fā)出的指令旋轉(zhuǎn)(包括轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向)，徑減速器(14)減速，帶動(dòng)送捧滾輪(15)。壓緊滾輪壓緊碳棒，送棒滾輪驅(qū)動(dòng)碳棒下送或反抽。由電纜接頭(21)、導(dǎo)電片(18)、銅塊(28)、導(dǎo)電嘴(27)向碳棒傳輸來自氣刨電源(2)的電流。為使送棒可靠，送棒滾輪最好由金屬制成并在其上加工有弧形齒紋(圖4)。圖5為該機(jī)頭的送氣機(jī)構(gòu)，送氣板(25)的孔道與噴嘴(26)的空腔相通，噴嘴上有小孔將空腔與外界聯(lián)通。壓縮空氣經(jīng)送氣板(25)的孔道進(jìn)入噴嘴(26)的空腔，然后經(jīng)噴嘴上的小孔射向被電弧熔化的金屬，把這些金屬吹走。圖3中(20)為杠桿、(22)為接嘴、(24)為彈簧。圖5中(29)為螺釘、(30)為螺母。
位置調(diào)節(jié)器(4)的作用是對(duì)機(jī)頭進(jìn)行水平和垂直方向的調(diào)整，使碳棒對(duì)準(zhǔn)刨槽。
氣刨控制儀(1)起以下幾個(gè)作用1、發(fā)出氣刨過程中接通主電路、送氣、引弧、送棒、氣刨結(jié)束時(shí)切斷主電路、氣路及碳棒反抽等程序的工作指令。
2、在氣刨過程中根據(jù)電弧長度的大小發(fā)出送棒電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度及方向的指令，以使送棒電動(dòng)機(jī)根據(jù)電弧的長短自動(dòng)改變旋轉(zhuǎn)速度及方向，從而保持弧長不變，保證氣刨過程順利進(jìn)行及刨槽的尺寸精度。
3、發(fā)出機(jī)頭相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)及控制相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度快慢的指令。
氣刨控制儀由多電壓電源電路，小車行走控制電路，碳棒送進(jìn)控制電路，弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路以及聯(lián)系各部分的開關(guān)及繼電器電路組成。在氣刨過程中隨著碳棒的燒損，碳棒要不斷進(jìn)給，同時(shí)還要根據(jù)電弧長度的變化發(fā)出改變送棒電機(jī)轉(zhuǎn)速甚至轉(zhuǎn)向的指令。取出電弧電壓誤差信號(hào)(由電弧電壓的分壓與穩(wěn)壓源提供的分壓相減)并經(jīng)放大，然后與給定信號(hào)電壓疊加輸入前置放大級(jí)，最后經(jīng)功率放大器放大而驅(qū)動(dòng)送棒電機(jī)。功率放大器為橋式放大電路，可由四個(gè)達(dá)林頓管或可控硅組成。在氣刨正常時(shí)，電弧電壓誤差信號(hào)為零，送棒電機(jī)根據(jù)給定信號(hào)發(fā)出的指令而以某一速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)電弧長度變化時(shí)，電弧電壓誤差信號(hào)不等于零，這時(shí)誤差信號(hào)經(jīng)放大加強(qiáng)或削弱給定信號(hào)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速甚至轉(zhuǎn)向發(fā)生變化從而維持弧長不變。例如當(dāng)電弧過長時(shí)，電弧電壓升高，這時(shí)電弧電壓誤差信號(hào)的方向與給定信號(hào)的方向一致，兩個(gè)信號(hào)相加，從而使功率放大器輸出電壓加大，送棒電機(jī)的轉(zhuǎn)速加快；反之，送棒電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢(甚至反轉(zhuǎn))，使電弧拉長。
本自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)氣刨控制儀的特點(diǎn)在于先把電弧電壓誤差信號(hào)放大，然后再和給定信號(hào)疊加，因此電弧長度控制精度高，刨槽質(zhì)量好；此外功率放大級(jí)為橋式放大電路，所以當(dāng)電弧電壓過低時(shí)送棒電機(jī)具有自動(dòng)反抽功能，進(jìn)一步提高了控制精度，也使空載時(shí)調(diào)節(jié)更加方便。為了保證功率放大級(jí)半導(dǎo)體元件不損壞，控制儀還有自動(dòng)穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、電弧長度控制精度高；2、氣刨過程中具有碳棒反抽功能，因而當(dāng)鋼板不平時(shí)也能有效地防止“頂碳”和保證刨槽深淺寬窄均勻；3、空載時(shí)碳棒可送進(jìn)反抽，控制方便；4、可以使用多種規(guī)格的碳棒，不需要更換導(dǎo)電嘴；5、不會(huì)因碳棒粗細(xì)不均勻而卡死；6、送風(fēng)方式為下送風(fēng)，因而壓縮空氣集中，不但節(jié)約壓縮空氣，而且不易在刨槽邊緣掛渣。
7、由于送棒滾輪是帶弧形齒紋的金屬件，因此送棒可靠、不會(huì)因碳棒發(fā)熱而燙壞；8、碳棒送進(jìn)控制電路和小車行走控制電路有過壓過流自動(dòng)保護(hù)，當(dāng)故障去除后可以自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，既有效地保護(hù)了晶體管及電機(jī)又操作方便；9、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低，便于操作和維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用少。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型行走小車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型送棒滾輪弧形齒紋示意圖。圖5為本實(shí)用新型機(jī)頭送氣機(jī)構(gòu)示意圖。圖6～10為實(shí)施例控制儀原理圖，其中圖6－各組成部分聯(lián)接圖，圖7－多電壓電源電路，圖8－小車行走控制電路，圖9－碳棒送進(jìn)控制電路，
圖10－弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路。
實(shí)施例?？刂苾x電原理圖見圖6～10。各個(gè)電組成部分的名稱及作用如下1、多電壓電源電路。本電路是小車行走控制電路、碳棒送進(jìn)控制電路、弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路，以及圖6繼電器J1至J5的電磁線圈等的電源。
2、小車行走控制電路。本電路根據(jù)工作需要發(fā)出小車行走直流伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)及停止的指令，并根據(jù)氣刨速度的要求供給直流伺服電機(jī)所需要的電樞電壓。
3、碳棒送進(jìn)控制電路。本電路根據(jù)操作需要，依圖6中的按鈕及繼電器給出的指令，改變送棒伺服電機(jī)的極性完成空載調(diào)節(jié)時(shí)碳棒進(jìn)給及反抽。在氣刨過程中根據(jù)弧壓誤差測(cè)量、放大、弧壓給定電路的信號(hào)，改變送棒伺服電機(jī)電樞電壓大小及極性達(dá)到維持弧長不變保證刨槽精度的目的。
4、弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路。本電路測(cè)量出電弧長度(即電弧電壓)的誤差，加以放大然后與弧壓給定信號(hào)疊加輸入碳棒送進(jìn)控制電路。
5、圖6中的開關(guān)及繼電器電路是聯(lián)系控制儀中各部分的裝置，也是人操作機(jī)器的重要部件。
下面就各部份的工作原理逐一加以說明1、多電壓電源電路，見圖7。本電路主要是由三相變壓器T1和控制變壓器T2組成。三相變壓器輸出三相交流電，控制變壓器輸出的三組電壓對(duì)弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路供電。圖7中J0為圖6中J0的動(dòng)合觸點(diǎn)。F3～F6為熔斷器，D1～D4為發(fā)光二極管，R2～R5為限流電阻。發(fā)光二極管用于電源故障指示，熔斷器熔斷時(shí)，熔斷器兩端有電壓、發(fā)光二極管亮。
2、小車行走控制電路，見圖8。D5～D7組成三相橋式整流電路，把多電壓電源電路中三相交流電變成直流電。 電阻R6～R11、晶體管rstr1～tstr3、二極管D8、穩(wěn)壓管Z1組成穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)，其作用是當(dāng)電機(jī)因機(jī)械原因卡住或過載，以及電壓大幅度升高等情況出現(xiàn)時(shí)，防止電路中功放晶體管過載及二次擊穿。穩(wěn)壓恒流源的輸出電壓由R10與R11的分壓決定。當(dāng)輸出電壓超過原定值時(shí)，電阻R11兩端電壓升高擊穿穩(wěn)壓管Z1，晶體管rstr3導(dǎo)通，流過電阻R7的電流增加，R7上的電壓降加大，tstr1基極電位下降，穩(wěn)壓源輸出電壓下降。當(dāng)因某種原因電流過大時(shí)，流經(jīng)電阻R8的電流增大，R8上的電壓降增大；當(dāng)電壓降超過1伏時(shí)tstr2導(dǎo)通，R7上的電壓降增大，tstr1基極電位下降，穩(wěn)壓源輸出電壓下降，從而起到阻流作用。當(dāng)輸出電流過大(如電機(jī)卡住)，R8上的電壓降使tstr2飽和導(dǎo)通，這時(shí)電源輸出電壓僅為1V左右，從而保護(hù)晶體管及電機(jī)等不至損壞?？蛰d時(shí)按動(dòng)小車前進(jìn)按鈕(圖6)，繼電器J4觸點(diǎn)閉合，電機(jī)m1(即圖2中電機(jī)［6］)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)。按動(dòng)小車后退按鈕(圖6)，繼電器J5觸點(diǎn)閉合，m1電樞電壓極性改變，m1反轉(zhuǎn)，小車后退。在氣刨時(shí)繼電器J1閉合，小車以氣刨速度前進(jìn)。圖8中Pot1為可變電阻，改變其阻值晶體管tstr4電位變化，從而可改變晶體管tstr5的射極輸出電壓、改變電機(jī)m1的轉(zhuǎn)速。這樣，調(diào)節(jié)Pot1即可改變氣刨速度。二極管D9，電阻R14、R15、晶體管tstr6為電機(jī)能量制動(dòng)電路。
3、碳棒送進(jìn)控制電路，見圖9。D12～D14進(jìn)行三相橋式整流，電阻R16～R21、晶體管tstr7～tstr9、穩(wěn)壓管Z2，二極管D15組成穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)，空載送棒時(shí)按動(dòng)圖6中的碳棒送進(jìn)按鈕，繼電器J2的觸點(diǎn)閉合，晶體管tstr10飽和導(dǎo)通，其集電極為低電位、tstr12和tstr13導(dǎo)通，電機(jī)m2(即圖3中電機(jī)［13］)正轉(zhuǎn)送棒。當(dāng)按動(dòng)圖6中的碳棒反抽按鈕時(shí)，繼電器J3的觸點(diǎn)閉合，tstr15飽和導(dǎo)通，tstr14為低電位，晶體管tstr11、tstr14導(dǎo)通，電機(jī)m2反轉(zhuǎn)、碳棒反抽。氣刨時(shí)，繼電器J1動(dòng)作，J1觸點(diǎn)閉合，弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路的信號(hào)輸入碳棒送進(jìn)控制電路。當(dāng)電弧電壓等于給定電壓時(shí)信號(hào)經(jīng)晶體管tstr10放大，tstr12、tstr13導(dǎo)通，電機(jī)m2以一定速度送棒。當(dāng)電弧電壓大于給定值時(shí)，輸入信號(hào)加強(qiáng)，從而電機(jī)m2運(yùn)轉(zhuǎn)加速、加快送棒速度壓低電弧。當(dāng)電弧電壓低于給定值時(shí)，輸入信號(hào)減弱，電機(jī)m2減速把電弧拉長。當(dāng)電弧電壓過低時(shí)，輸入信號(hào)極性改變，晶體管tstr10截止，tstr15導(dǎo)通，tstr14電位下降，tstr14和tstr11導(dǎo)通，m2反轉(zhuǎn)，碳棒反抽，電弧被快速拉長，從而保證氣刨電弧長度不變。
4、弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路，見
圖10。整流橋D20、電容器C1、C2，穩(wěn)壓器VS1及電位器Pot2組成弧壓給定環(huán)節(jié)。整流橋D21，電阻R29、R30、電容器C3～C6，二極管D23、D24，穩(wěn)壓器VS2、VS3組成放大器電源電路。電阻R31、二極管D25～D28，電容器C10、電阻R34，放大器PI組成誤差信號(hào)放大環(huán)節(jié)。整流橋D22，電容器C7、C8、穩(wěn)壓器VS4組成電弧電壓對(duì)比電源。電位器Pot3、Pot4、電容器C11和電阻R33組成電弧電壓誤差測(cè)量環(huán)節(jié)。當(dāng)電弧電壓等于給定值時(shí)，Pot4上的電弧分壓與Pot3穩(wěn)壓電源上的分壓大小相等極性相反，其測(cè)量誤差為零。當(dāng)電弧電壓大于給定值時(shí)，Pot4上的分壓與Pot3上的分壓相減后為正值，反之為負(fù)值。由該環(huán)節(jié)測(cè)量得到的弧壓誤差信號(hào)輸入進(jìn)放大器PI，放大后與Pot2上的給定電壓相疊加，作為碳棒送進(jìn)控制電路的信號(hào)，由端子r、s輸出到碳棒送進(jìn)控制電路。
該實(shí)施例行走小車底板上裝有的導(dǎo)向輪(12)為四個(gè)，噴嘴(26)上的小孔為二個(gè)。
權(quán)利要求1.一種自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，由氣刨控制儀(1)、氣刨電源(2)、行走小車(3)、位置調(diào)節(jié)器(4)和機(jī)頭(5)幾個(gè)部份組成，其特征在于(1)、行走小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒條位于軌道下方，(2)、機(jī)頭上碳棒(17)通過導(dǎo)管(23)、導(dǎo)向塊(19)后夾在送棒滾輪(15)及壓緊滾輪(16)之間，直流伺服電機(jī)(13)經(jīng)減速器(14)減速后帶動(dòng)送棒滾輪，電纜接頭(21)、導(dǎo)電片(18)、銅塊(28)和導(dǎo)電嘴(27)向碳棒傳輸來自氣刨電源的電流，送氣板(25)的孔道與噴嘴(26)的空腔相通，噴嘴上有小孔將空腔與外界聯(lián)通，(3)、氣刨控制儀由多電壓電源電路、小車行走控制電路、碳棒送進(jìn)控制電路、弧壓誤差測(cè)量、放大及弧壓給定電路以及聯(lián)系各部分的開關(guān)及繼電器電路組成，取出電弧電壓誤差信號(hào)先放大，然后與給定信號(hào)疊加輸入前置放大級(jí)，最后經(jīng)功率放大以驅(qū)動(dòng)送棒電機(jī)，功率放大器為橋式放大電路。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，其特征在于氣刨控制儀中的功率放大器為由四個(gè)達(dá)林頓管組成的功率放大電路，氣刨控制儀設(shè)有自動(dòng) 恒流環(huán)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，其特征在于(1)、由電阻R6－R11、晶體管tstr1－tstr3、二極管D8和穩(wěn)壓管Z1組成小車行走控制電路的穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)，由電阻R16－R21，晶體管tstr7－tstr9，二極管D15和穩(wěn)壓管Z2組成碳棒送進(jìn)控制電路的穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)，(2)、由整流橋D20，電容器C1、C2，穩(wěn)壓器VS1及電位器Pot2組成弧壓給定環(huán)節(jié)，由整流橋D22，電容器C7、C8、穩(wěn)壓器VS4組成電弧電壓對(duì)比電源，由電位器Pot3、Pot4、容器C11和電阻R33組成電弧電壓誤差測(cè)量環(huán)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，其特征在于送棒滾輪(15)由金屬制成并在其上加工有弧形齒紋。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)碳弧氣刨機(jī)，其特征在于行走小車底板上裝有的導(dǎo)向輪為四個(gè)，噴嘴上的小孔的二個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型屬碳弧氣刨設(shè)備，由控制儀(1)、氣刨電源(2)、行走小車(3)、位置調(diào)節(jié)器(4)和機(jī)頭(5)組成。先把電弧電壓誤差信號(hào)放大再與給定信號(hào)疊加，功率放大級(jí)為橋式放大電路，送棒電機(jī)具有自動(dòng)反抽功能，電弧長度控制精度高。有自動(dòng)穩(wěn)壓恒流環(huán)節(jié)可保證電器不損壞。機(jī)頭可使用多種規(guī)格的碳棒而不需要更換導(dǎo)電嘴，送風(fēng)集中不易在刨槽邊緣掛渣并節(jié)約壓縮空氣。送棒滾輪是帶弧形齒紋的金屬件，工作可靠。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低，便于操作和維修。
文檔編號(hào)B23K9/06GK2048001SQ8920251
公開日1989年11月22日 申請(qǐng)日期1989年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月3日
發(fā)明者張慶志 申請(qǐng)人:昆明市鍋爐廠