Зависимость параметров качества от параметров режима

Цель работы

РЕЖИМА СВАРКИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

1. Изучить методику определения пределов стабилизации параметров режима аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.

2. Рассчитать пределы стабилизации параметров режима по экспериментальным данным.

Любой технологический процесс характеризуется некоторой совокупностью параметров, которые можно разделить на четыре группы:

1) параметры, характеризующие пространственное положение рабочего инструмента по отношению к обрабатываемому изделию (материалу);

2) параметры, характеризующие режим работы агрегатов, участвующих в технологическом процессе;

3) параметры, характеризующие качество продукции, для выпуска которой предназначен технологический процесс;

4) возмущающие воздействия (возмущения), которые прямо или косвенно влияют на величину параметров, характеризующих качество продукции.

Возмущения могут быть приложены в различных точках технологического процесса, в частности, они могут непосредственно влиять на параметры качества, вызывать отклонения параметров режима от номинальных значений, могут быть связаны с отклонением характеристик материала, поступающего на вход технологического процесса. Производственная практика показывает, что наибольшее влияние на отклонение показателей качества от норм оказывают возмущения, вызывающие изменения величины параметров режима от установленных номинальных значений. Таким образом, чтобы сохранить показатели качества на заданном уровне, необходимо, прежде всего, стабилизировать параметры режима, что осуществляется системами автоматического регулирования (САР), точность работы которых характеризуется пределами стабилизации параметров режима [1]. Возникает задача определения этих пределов по заданным пределам параметров (показателей) качества продукции. Эта задача, как правило, решается экспериментально-расчетным путем.

Рассмотрим методику решения на частном примере при следующих условиях.

1) продукция характеризуется тремя показателями качества: У₁, У₂, У₃;

2) технологический процесс характеризуется двумя параметрами режима: Х₁, X₂.

Решение задачи о допустимых пределах стабилизации параметров режима X₁ и Х₂ может идти по следующим этапам [3].

Этап 1. Экспериментальным или расчетным путем с последующей экспериментальной проверкой определяются номинальные значения Х_1ном и Х_2ном, при которых достигается заданное значе­ние (или номинальное) показателей качества, т.е.

У₁=У_1ном; У₂ = У_2ном; У₃ = У_3ном.

Этап 2. Задаются, рассчитываются или определяются экспериментально верхняя и нижняя допустимые границы параметров У₁, У₂, У₃ и по ним допустимые отклонения DУ₁д, DУ₂д, DУ₃д. Например, для параметра У_1Д:

,

где У_1max и У_1min - максимально и минимально допустимые значения параметра У₁.

Тогда любое значение У₁ является номинальным (допустимы), если оно лежит в диапазоне

У₁- DУ_1д £ У_1ном £ У₁ + DУ_1Д,

где - среднеарифметическое значение предельно допустимых величин параметра У₁.

Этап 3. Экспериментальным и расчетным путем определяется функциональная зависимость между параметрами качества и режима:

(У₁, У₂, У₃) = f (Х₁, Х₂).

Чем шире диапазон изменений параметров Х₁ и Х₂ вверх и вниз от номинальных значений, тем легче решается вопрос о допустимых пределах их стабилизации.

Если эксперимент ведется классическим путем, то в рассматриваемом случае должны быть сняты следующие характеристики:

1. (У₁, У₂, У₃) = f₁ (Х₁), при Х₂ = Х_2ном = const.

2. (У₁, У₂, У₃) = f₂ (X₂), при Х₁ = Х_1ном = const.

Условный вид этих характеристик показан на рис. 5.1. Для удобства изложения методики будем считать, что все зависимости имеют прямолинейный характер.

Этап 4. В точках, соответствующих номинальным значениям параметров режима, по найденным экспериментальным зависимостям определяются коэффициенты влияния К. В общем случае коэффициент К характеризует наклон касательной к кривой в этих точках и определяется через частную производную. Однако в первом приближении и при прямолинейных зависимостях этот коэффициент может быть найден как отношение приращения параметра У к приращению параметра X:

К = DУ/DХ.

Рис. 5.1. Зависимость параметров качества от величины

отдельных параметров режима

При определении коэффициента К необходимо учитывать наклон соответствующей кривой, что влияет на знак коэффициента К. Если наклон «слева-направо-вниз» — коэффициент имеет знак минус, если «слева-направо-вверх» — знак плюс. С учетом этого замечания для кривых (рис. 5.1а, б) коэффициенты влияния соответственно равны:

_{; ; ;}

_{; ; .}

Откуда

DУ_1Х1 = -К₁DХ₁; DУ_1Х2 = К₄DХ₂;

DУ_2Х1 = К₂DХ₁; DУ_2Х2 = - К₅DХ₂; (1)

DУ_3Х1 = К₃DХ₁; DУ_3Х2 = - К₆DХ₂.

Этап 5. Составляется уравнение для определения пределов стабилизации параметров режима. Общее отклонение показателя качества определяется двумя слагаемыми:

DУ = DУ_Х1 + DУ_Х2, (2)

где DУ — общее отклонение параметра качества; DУх₁ и DУх₂ — отклонения, вызванные изменениями величины параметров режима X₁ и Х₂.

Тогда с учетом уравнений (1) и (2) для трех показателей качества можно записать:

DУ₁ = DУ_1Х1 + DУ_1Х2 = - К₁DХ₁ + К₄DХ₂;

DУ₂ = DУ_2Х1 + DУ_2Х2 = К₂DХ₁ – К₅DХ₂; (3)

DУ₃ = DУ_3Х1 + DУ_3Х2 = К₃DХ₁ – К₆DХ₂.

Отклонения параметров вверх и вниз от номинальных значений носят случайный характер. В связи с этим знаки отклонений DХ₁ и DХ₂ могут или совпадать, или быть различными. Поэтому при одних и тех же абсолютных значениях DХ₁ и DХ₂ величина отклонения DУ зависит от знака этих отклонений. При pасчете пределов стабилизации параметров режима знаки отклонений DХ в уравнениях (3) следует выбирать из условия, при котором значения DУ₁, DУ₂, DУ₃ будут максимальными и одного знака:

DУ₁ = -К₁(-DХ₁) + К₄DХ₂ = К₁DХ₁ + К₄DХ₂;

DУ₂ = К₂DХ₁ – К₅(-DХ₂) = К₂DХ₁ + К₅DХ₂; (4)

DУ₃ = К₃DХ₁ – К₆(-DХ₂) = К₃DХ₁ + К₆DХ₂.

Этап 6. Определяется область пределов стабилизации параметров режима. В уравнениях (4) заменяем DУ на DУд:

DУ_1д = К₁DХ₁ + К₄DХ_2;

DУ_2д = К₂DХ₁ + К₅DХ_2; (5)

DУ_3д = К₃DХ₁ + К₆DХ_2.

Из уравнений (5) находим пределы стабилизации параметров режима относительно каждого параметра качества по выражениям:

; (6)

; (7)

. (8)

Задаваясь различными значениями DХ₁, из выражений (6), (7), (8) находим соответствующие значения DХ₂ и строим зависимости DХ₂=f(DХ₁) для каждого параметра качества (рис. 5.2). 3aштрихованная область (рис. 5.2) характеризует область допустимых отклонений пределов стабилизации параметров режимов Х₁ и Х₂.

Рис. 5.2. Построение области допустимых пределов изменения

параметров режима

Этап 7. Задаемся максимально допустимым значением отклонения одного параметра режима. Допустим, DХ₂max, по рис. 5.2 находим, что

DХ_1д ³ DХ_1max.

Окончательно

DХ_1д ³ DХ_1max; DХ_2д ³ DХ_2max.

Это и ecть решение поставленной задачи для рассматриваемого случая.

Дата добавления: 2017-01-13