CC BY
18
УДК 621.372.83.001.24
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКОНТУРНОЙСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ
В. Е. Петренко, В. Д. Лаптенок, В. С. Тынченко, Г. С. Тимофеев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Представлены результаты экспериментального исследования двухконтурной системы автоматизированного управления процессом индукционной пайки волноводных трактов из алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: индукционная пайка, волноводный тракт, система управления.
ANALYSIS TURBOFAN PROCESS CONTROL SYSTEM INDUCTION
BRAZING WAVEGUIDES
V. E. Petrenko, V. D. Laptenok, V. S. Tynchenko, G. S. Timofeyev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The paper presents the results of an experimental study of a two-circuit automated process control system for the induction soldering of waveguide paths from aluminum alloys.
Keywords: induction brazing, waveguide tract, control system.
Процесс индукционной пайки волноводных трактов из алюминиевых сплавов связан с рядом сложностей: неравномерность нагрева, близость температур плавления основного материала (АД31) и припоя (СвАК12), необходимость наличия высококвалифицированного персонала, влияние человеческого фактора на процесс и др.
В настоящей работе приводится результат исследования, разработанного ранее комплекса оборудования индукционной пайки волноводных трактов с двумя контурами управления. Комплекс позволяет производить пайку большого числа различных типоразмеров волноводных трактов космических аппаратов, а также документировать результаты процесса с целью набора статистических данных для их последующего анализа с целью последующей оптимизации технологии индукционной пайки и оценки направлений возможного улучшения автоматизации в данной области производства [1]. Основой для разработки комплекса оборудования стала разработанная ранее АСУ «Пайка» [2] и является ее дальнейшим технологическим развитием. Основными задачи при разработке являлись:
1) создание двухконтурной автоматизированной системы управления, общие принципы которой описаны в [3], которая бы позволяла получать качественные паяные соединения, обеспечивая необходимые для этого требования к процессу индукционной пайки волноводных трактов [4];
2) снижение влияния человеческого фактора на результат пайки, связанное с вынужденными действиями оператора во время индукционного нагрева;
3) достижение высокой повторяемости процесса, вне зависимости от паяемых типоразмеров, а также разработки механизма быстроты наладки технологического процесса.
Управление в системе построено на двух контурах регулирования:
1) контур управления мощностью генератора с целью подержания заданной температуры нагрева и перехода в режим стабилизации, который заключается в поддержании температуры на заданном уровне;
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2
2) контур управления зазором «индуктор - фланец / индуктор - муфта» который позволяет перераспределять энергию, выделяемую в нагреваемых элементах волновода.
Для исследования устойчивости и качества регулирования системы [5] для разных типоразмеров (58x25; 35x15; 19x9,5) и типовых соединений (труба - фланец, труба - муфта) был составлен последовательный план дробно - факторных экспериментов (табл. 1, 2 и 3) [6] в виду ограниченности образцов для исследования:
1) исследование величины начальной установки зазора «индуктор - фланец» перед запуском процесса и его влияние на разность начального распределения температур при разной мощности;
2) исследование допустимой скорости нагрева в процессе пайки при оптимальном зазоре «индуктор - фланец» с выявленной стартовой мощностью в предыдущем опыте;
3) исследование влияния скорости нагрева на процесс пайки при выявленных оптимальных параметрах предыдущих опытов с целью набора статистики повторяемости.
Таблица 1
План факторного эксперимента на первом этапе
Фактор Значения факторов
Стартовый зазор, мм 5 5 4 3,5 6,5
Стартовая мощность, % от максимальной мощности генератора 65 75 90 70 70
Таблица 2
План факторного эксперимента на втором этапе
Фактор Значения факторов
Стартовый зазор, мм 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5
Стартовая мощность, % от максимальной мощности генератора 70 70 70 70 70
Скорость нагрева, 0С /сек. 7 10 15 20 25
Таблица 3 План факторного эксперимента на третьем этапе
Фактор Значения факторов
Стартовый зазор, мм 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5
Стартовая мощность, % от максимальной мощности генератора 70 70 70 70 70
Скорость нагрева, 0С/сек. 15 15 15 15 15
Далее был проведен ряд испытаний на основе составленного плана эксперимента. По результатам испытания составлены рекомендательные значения параметров процесса для типоразмера 35x15 мм.
Для оставшихся двух типоразмеров аналогичным образом составлялся план проведения экспериментов и также были получены рекомендуемые значения параметров.
В ходе эксперимента были сделаны выводы о том, что процесс является сходящимся, а после схождения устойчивым. Также было выявлено, что при установке стартовых параметров, указанных в табл. 1 и 2 - быстро сходящимся. При этом даже выход за рекомендуемые значения не влечет за собой неустойчивость системы управления. Система постоянно стремится к регулированию и носит сходящийся характер вне зависимости от стартовых параметров, сам же процесс ограничен небольшим промежутком времени допустимого регулирования от 300 °С, что и накладывает основное ограничение к первоначальному рассогласованию значений температур элементов изделия.
Было установлено, что предпочтительнее по времени сходимости процесса является начальный перегрев трубы относительно фланца не более чем на 25 °С или же одновременное появление температур. При этом допустимая скорость нагрева ограниченна лишь мощностью гене-
ратора и не оказывает существенного влияния на качество управления при налаженном технологическом процессе. Но стоит учитывать тот факт, что нагрев после 550 °С со скоростью выше чем 20 град./с не желателен в виду близости температур плавления припоя и основного материала, кроме того неравномерность распределения температур, связанная с отклонениями в конструкции индуктора, или не точного расположения заготовки внутри окна индуктора ведет к локальным перегревам и о плавлениям паяемого изделия.
Выводы.
В процессе исследования были получены статистические данные процесса пайки для соединений труба - фланец, труба - муфта для типоразмеров 58x25; 35x15; 19x9,5. При оценке которых сделан вывод о устойчивости двухконтурной системы управления в целом. Сформулированы требования необходимые и достаточные для получения качественного паяного соединения при работе с рассматриваемой системой управления.
Комплекс оборудования позволяет производить пайку типоразмеров, которые были использованы во время экспериментов, без перенастройки регулятор контуров управления, это означает, что было достигнуто снижения влияния человеческого фактора на результат пайки. При этом отличия в управлении между различными типоразмерами сводятся к установке отдельных стартовых параметров технологического процесса для каждого из них.
Разработан алгоритм отработки технологического процесса для неисследованных типоразмеров при одновременном получении готовых изделий. Поскольку исследование системы показало устойчивость управления в широком диапазоне начальных условий, которые оказались определяющими для всего процесса.
Библиографические ссылки
1. Программное обеспечение технологического процесса пайки волноводных трактов космических аппаратов / В. С. Тынченко, А. Н. Бочаров, В. Д. Лаптёнок и др. // Программные продукты и системы. 2016. № 2 (114).
2. Тынченко В. С., Лаптенок В. Д. Автоматизированная система индукционной пайки волноводных трактов космических аппаратов // Будущее машиностроение России. 2015. С. 783-787.
3. Петренко В. Е., Лаптенок В. Д.,Злобин С. К. Двухконтурная система управления процессом индукционной пайки волноводных трактов [Электронное издание] // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 1. 704. с.
5. Теория автоматического управления : учебник для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». Ч. 1 / под ред. А. А. Воронова. 2-е изд. М. : Высш. шк., 1986. 367 с.
6. Лаптенок В. Д., Серегин Ю. Н. Методы планирования эксперимента и обработки результатов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006. 184 с.
© Петренко В. Е., Лаптенок В. Д., Тынченко В. С., Тимофеев Г. С., 2017
