Система регулирования температуры литейной формы

 

Изобретение относится к литейному производству. Система позволяет повысить точность регулирования температзфы литейной формы за счет расчета оптимального времени охлалодения (нагрева) формы теплоносителем на основании информации об энтальпии литейной формы, разогреваемой отливкой, и тепловых потерь за счет охлаждения формы теплоносителем и в окружающую среду. Система содержит датчик 1 температуры литейной формы, установленный на входе в литейнзто форму, датчик 4 температуры теплоносителя, блок 3 управления нагревом и блок 19 управления охлаждением теплоносителя. Поставленная цель достигаемся путем введения дополнительного датчика 5 температуры теплоносителя на выходе из литейной формы, датчика 6 расхода теплоносителя, датчика 15 извлечения отливки и датчика 21 наличия металла в форме, вычислительных блоков 7, 11, блока 14 определения времени цикла, интегратора 16, блоков М к 22 сравнения , позволяющих на основании полученной информации формировать управляющие сигналы в блоки 3 и 19 управления нагревом ,и охлаждением теплоносителя . 4 Ш1. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51)4 8 22 D 1 32 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Жнете

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

{ 21) 4240935/23-02 (22) 02.04.87

; (46) 30.10.88. Бюа. Р 40 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) Н.С. Церковницкий, В.С. Богушевский, И.В. Присяжнюк и Н.А. Сорокин (53) 621.746.043(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 537752, кл. В 22 D 15/00, 1975. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к литейному производству. Система позволяет повысить точность регулирования температуры литейной формы за счет расчета оптимального времени охлаждения (нагрева) формы теплоносителем на основании информации об энтальпии литейной формы, разогреваемой отливкой, .и тепловых потерь за счет охлаждения формы теплоносителем и в окружающую среду. Система содержит датчик 1 температуры литейной формы, установленный на входе в литейную форму, датчик

4 температуры теплоносителя, блок 3 управления нагревом и блок 19 управления охлаждением теплоносителя. Поставленная цель достигается путем введения дополнительного датчика 5 температуры теплоносителя на выходе из литейной формы, датчика 6 расхода теплоносителя, датчика 15 извлечения отливки и датчика 21 наличия металла в форме, вычислительных блоков 7, 11 ° блока 14 определения времени цикла, интегратора 16, блоков 17 и 22 срав- ф нення, позволяющих на основании полученной информации формировать управ» ляющне сигналы в блоки 3 и 19 управления нагревом,и охлаждением теплоносителя. 4 ил.

14336 3б

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью под

: давлением.

Цепью изобретения является повьг-

I шение качества отливок и увеличение, производительности.

На фиг. 1 изображена схема системы регулирования температуры литейной формы: на фиг. 2 — схема первого вычислительного блока; на фиг. 3 — схема второго вычислительного блока; на фиг. 4 " схема блока определения времени цикла.

Система регулирования температуры литейной формы (фиг. 1) содержит датчик 1 температуры литейной формы, соединенный через пороговый элемент 2 с первым входом блока 3 управления нагревом. Установленные на входе и 2О выходе полости теплообмена литейной л. формы датчики 4 и 5 температуры теплоносителя и датчик 6 расхода теплоносителя соединены с первым вычислительным блоком 7. Потенциометрические25 эадатчики 8, 9 и 10 соединены с вторым вычислительным блоком 11, четвер- тый вход которого соединен через первый блок 12 памяти и ключ 13 с дат,чиком 1 температуры литейной формы, 30 а пятый вход через блок 14 определения времени цикла соединен с датчи ком 15 извлечения отливки. Выход пер,coro вычислительного блока 7 соединен, с первым входом интегратора 16, второй вход которого соединен с датчи;ком 15 извлечения отливки, а выход— с первым входом первого блока 17 сравнения. Второй вход первого блока

17 сравнения соединен с выходом второго вычислительного блока 11, а вы-! ход соединен через второй блок 18 па мяти с блоком 19 управления охлаждением и через третий блок 20 памяти с блоком 3 управления нагревом, Датl, чик 21 наличия металла в форме соеди45 нен с вторым входом блока 14 определения времени цикла и вторым входом первого блока 12 памяти.

Выход второго вычислительного блока 11 соединен также с первым входом вторрго блока 22 сравнения, на второй вход которого подается нулевое опорное напряжение Uo. Первый выход второго блока 22 сравнения соединен с первым входом первой схемы 23 И, а второй выход второго блока 22 сравнения — с первым входом второй схемы

24 И. Вторые входы первой и второй схем 23 и 24 И соединены через блок

25 задержки с датчиком 15 извлечения отливки, который также непосредственно соединен с вторым входом ключа 13.

Выход первой схемы 23 И соединен с вторым входом второго блока 18 памяти, а выход второй схемы 24 И вЂ” с вторым входом третьего блока 20 памяти.

Первый вычислительный блок 7 (фиг. 2) содержит четвертый задатчик

26, представляющий собой потенциометрический эадатчик, последовательно соединенные первый сумматор 27, первый вход которого соединен с выходом датчика 4 температуры теплоносителя на входе в литейную форму, а второй — с выходом датчика 5 температуры теплоносителя на выходе из литейной формь1, первый блок 28 умножения„ второй вход которого соединен с выходом датчика б расхода теплоносителя, и второй блок 29 умножения, второй вход которого соединен через блок 30 вычислительных операций с четвертым задатчнком 26, а выход— с первым входом интегратора 16. Второй вход блока 30 вычислительных операций соединен с выходом второго сумматора 31, первый и второй входы которого соединены с датчиками 4 и 5 температуры теплоносителя.

Второй вычислительный блок 11 (фиг. 3) содержит пятый эадатчик 32, представляющий собой потенциометрический задатчик, последовательно соединенные третий блок 33 умножения, первый вход которого соединен с пер-.i вым задатчиком 8, а второй с третьим сумматором 34, четвертый блок 35 ум» ножения, второй вход которого соединен с пятым задатчиком 32, и четвертый сумматор 36, второй вход которого соединен с пятым блоком 37 умножения, а выход является выходом второго вычислительного блока 11. Первый вход третьего сумматора 34 соединен с вторым задатчиком 9, а второй — с первым блоком 12 памяти. Первый вход пятого блока 37 умножения соединен с третьим задатчиком 10, а второй - с блоком 14 определения времени цикла.

Блок 14 определения времени цикла (фиг. 4) содержит последовательно соединенные таймер 38, первый вход которого соединен с датчиком 15 извлечения отливки, а второй — с датчиком 21 наличия металла в форме и

1433636 четвертый блок 39 памяти, второй вход которого соединен с датчиком 21 наличия металла в Форме, а выход — с пятым входом второго вычислительного блока 11.

В качестве датчиков 1, 4, 5 температуры литейной формы и температуры теплоносителя могут быть использованы термометры термоэлектрические типа

ТХК-529 с измерительными преобразователями Ш-72.

Датчик 6 расхода теплоносителя представляет собой, например, стандартный дифманометр комплекса "Сапфир 22" с усилителем.

Датчики 15, 21 извлечения отливки и наличия металла в форме могут быть выполнены, например, на базе безконтактных датчиков типа БК. 20

Блок 19 управления охлаждением и блок 3 управления нагревом представляют собой усилители, -преобразующие единичный входной сигнал в напряжение 110 В для включения соответственноо электромагнита клапана магистрали охлаждающей воды и магнитного пускателя, управляющего нагревом теплоносителя.

Блоки 17 и 22 сравнения и пороговый элемент 2 могут быть выполнены, например, на базе блоков сигнализации типа БСГ-П комплекса АКЭСР.

Блоки 12, 18, 20 и 39 памяти могут быть выполнены, например, на базе ре-, гулятора РБА комплекса АКЭСР, охвачен-З ного отрицательной обратной связью.

Для запоминания входного сигнала необходимо подать нулевой сигнал на вход регулятора, что обеспечивается

40 в данном случае наличием нулевого сигнала на входе разрешения записи.

Блоки умножения, сумматоры и блок

30 вычислительных операций могут быть выполнены, например, на базе блоков

БВО-П, а интегратор 16 — на базе блока БПИ-П комплекса АКЭСР. Остальные блоки — на базе стандартных средств вычислительной техники.

При попадании жидкого металла в литейную форму последняя разогрева- 50 ется, причем слой от рабочей поверхности формы, в котором возникает значительный температурный градиент, составляет толщину около 30 мм. Среднюю температуру пограничного слоя контролируют с помощью термопары, горячий спай которой устанавливают на глубине, равной половине пограничного слоя. Таким образом, можно счи" тать, что избыточная энтальпия литейной формы вследствие нагрева отливкой сосредоточена в некоторой приведенной массе, равной

m öð Кшр, (1) где ш„> - приведенная масса литейной формы, кг;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от массы формы и равный

О, 10-0, 14;

mq — масса литейной формы, кг.

Избыточную энтальпию литейной формы можно выразить как

$Q = С„ш„ (tq - t ), (2) гдето — избыточная энтальпия литейной формы, Дж;

С, — средняя удельная теплоемкость литейной формы, Дж/-(кг C); г.р — температура литейной формы по показаниям термопары в момент извлечения отливки, DC

- заданная температура литейной формы, С.

Для рабочего диапазона температур (150-300 С) средняя удельная теплоемкость литейной формы составляет

500 Дж/(кг ° С) .

Избыточная энтальпия литейной формы компенсируется охлаждением с помощью теплоносителя и тепловых потерь в окружающую среду согласно выраже. 1

4Q Cy(t z — )Чтс1 + Р .цв (3) где C> — средняя удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(м ° С)

t и tg- температура теплоносителя соответственно на выходе и входе относительно полости теплообмена литейной формы, ФС °

Ч " расход теплоносителя, м /c) — текущее время, сю

P — тепловой поток в окружающую среду, зависящий от конструкции литейной формы и составляющий 10-20 кВт; К вЂ” время цикла, с.

Средняя удельная теплоемкость те" плоносителя может быть определена как

5 14336

Ст (Со (1 + 0,54,, + tg)3, (4) где С» — удельная теплоемкость теплоносителя при С, Дж/(кгпв); 5

0 - температурный коэффициент, 0c-

При использовании в качестве теплоносителя масла значения Co =

1785 кДж/(мз, oC) и ос =- .0»74к

10 к 10

Из соотношений (2) — (4) получаем

СРшпРФ (Ф 3) Р ) С L1 (е) 15 + 0»5 o((t + И (t — t )vTd . (5)

Равенство левой и правой частей выражения (5) определяется временем подачи теплоносителя. Таким образом, подачу теплоносителя необходимо прекратить в момент выполнения равенст-ва выражения (5).

Выражение (5) используется также для регулирования времени подачи те25 плоносителя для нагрева литейной формы. В этом случае обе его части будут LO.

Система регулирования температуры литейной формы работает следующим об- ЗО разом.

В начале работы литейная форма хо,лодная, поэтому сигнал от датчика 1 температуры литейной формы не превы, шает уровня, задаваемого пороговым 35 элементом 2, и в этом случае с выхода порогового элемента 2 на вход блока 3 управления нагревом будет поступать единичный сигнал, по которому проис,ходит включение нагрева теплоносите- 40 ,ля. Когда температура литейной формы достигнет заданной, то на вход блока ,3 управления нагревом с выхода порогового элемента 2 будет поступать нулевой сигнал, выключающий нагрев 45 теплоносителя.

При заливке металла в литейную форму она нагревается за счет теплоты, отдаваемой охлаждающимся металлом в течение времени кристалли- 5О зации. При извлечении отливки кратковременный .сигнал от датчика 15 извлечения отливки открывает ключ 13, который разрешает запись температуры литейной формы, определяемой датчиком 1, в первый блок 12 памяти. Сигнал с выхода первого блока 12 памяти поступает на второй вход третьего сумматора 34 второго вычислительного. блока 11, на первый вход которого от второго задатчика 9 поступает сигнал, соответствующий заданной температуре формы ty, а с выхода на второй вход третьего блока 33 умножения поступает сигнал, соответствующий разности (t - t ) . На первый вход третьего блока 33 умножения от первого задатчика 8 поступает сигнал„ соответствующий приведенной массе литейной формы шв»», а с его выхода на первый вход четвертого блока 35 умножения поступает сигнал, соответствующий выражению mqp,q>(tq — t ) . На второй вход четвертого блока 35 умножения с задатчика 32 поступает сигнал, соответствующий средней удельной теплоемкости литейной формы Ср, а с его выхода на первый вход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражению mop,р (г.р — tp).

На первый вход пятого блока 37 умножения от третьего задатчика 10 поступает сигнал, соответствующий тепловому потоку от литейной формы в окружающую среду Р, а на его второй вход от блока 14 определения времени цикла поступает сигнал, соответствующий времени цикла В, с выхода на первый вход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражению

P ц . С выхода четвертого сумматора

36 (с выхода второго вычислительного блока 11) снимается сигнал, соответствующий выражению С, ш„,„(— t )

Этот сигнал сравнивается с нулевым опорным сигналом во втором блоке 22 сравнения. Если (C mg cp (tap — tp) — Pa j& с первого выхода второго блока 22 сравнения на первый.вход первой схемы 23 И поступает единичный сигнала,в противном случае единичный сигнал будет поступать с второго выхода второго блока 22 сравнения на первый вход второй схемы 24 И. На вторые входы первой 23 и второй 24 схем И через блок 25 задержки поступает единичный кратковременный сигнал от датчика 15 извлечения отливки. Таким образом, после извлечения отливки в зависимости от нагрева литейной формы и значения тепловых потерь в окружающую среду с выходов первой схемы 23 И либо второй схемы

24 И соответственно поступают и sano1433636 8

При совпадении входных сигналов с выхода первого блока 17 сравнения на вторые входы второго 18 и третьего

20 блоков памяти поступает единичный сигнал сброса памяти, что приводит к появлению на выходах блоков 17 и 20 и, соответственно, на входах блоков

19 управления охлаждением и 3 управ1g ления нагревом нулевых сигналов, отключающих, соответственно, охлаждение либо нагрев теплоносителя.

Время цикла формируется в блоке 14 определения времени цикла следующим

15 образом. По сигналу ох датчика 15 извлечения отливки происходит сброс и последующий запуск таймера. 38. При поступлении сигнала от датчика 21 наличия металла в форме происходит ос-. тановка таймера 38 и перезапись его содержимого в четвертый блок 39 памяти, выход которого является выходом блока 14 определения времени цикла. По сигналу от датчика 21 на2б личия металла в форме происходит также сброс первого блока 12 памяти.

Таким образом, система осуществляет либо нагрев, либо охлаждение теплоносителя в течение определенного

30 времени, что позволяет достичь задан-. ной температуры литейной формы по истечении времени цикла с более Bbl» сокой точностью регулирования по сравнению с прототипом. (Экономический эффект от использо- вания изобретения обеспечивается сокрашением брака на 0,5Х (соответственно снижается возврат) и увеличением производительности машины на

О, 1X.. минаются единичные сигналы на вторые входы второго 18 или третьего 20 блоков памяти. При этом с выходов второго 18 либо третьего 20 блоков памяти единичные сигналы будут поступать соответственно на блок 19 управления охлаждением или блок 3 управления нагревом, включая соответственно охлаждение или нагрев теплоносителя.

Сигналы с датчиков 4 и 5 температуры теплоносителя поступают на входь первого 27 и второго 31 сумматоров, с выходов которых снимаются сигналы, соответствующие соответственно разности (tg — t„) и сумме (ty + t4) температур на выходе и входе в полость теплообмена литейной формы. На первый вход блока 30 вычислительных операций от четвертого задатчика 26 поступает сигнал, соответствук(щий средней удельной теплоемкости теплоносителя, на его второй вход поступает сигнал, соответствующий сумме (tq + tQ) а с выхода на второй вход второго блока 29 умножения поступает сигнал, соответствующий выражению (4) (числовой коэффициент 0,50 Со устанавливается в виде постоянного множителя в блоке 30 вычислительных операций) . На первый вход первого блока 28 умножения поступает сигнал с выхода первого сумматора 27, на его второй вход — сигнал от датчика

6 расхода теплоносителя, а с выхода на первый вход второго блока 29 умножения поступает сигнал, соответствующий выражению (ty — tq)7т °

С выхода второго блока 29 умножения (выхода первого вычислительного блока 7) на первый вход интегратора

16 поступает сигнал, соответствующий выражению Со j1 + 0,5 (tg + t(()g (tgtq )V ЙГ, с выхода которого на первый вход первого блока 17 сравнения поступает сигнал, соответствующий выражению (Co(1 + 0,5<(t + tg)3 (— t„.)%" (В) ъ аГ. 50

Сброс интегратора 16 в начальное состояние происходит по сигналу от датчика 15 извлечения отливки. На второй вход первого блока 17 сравнения поступает сигнал с выхода второго 55 вычислительного блока 11, соответствующий выражению (С„,ш((р р(ер — t>) — P(,+) .

Формула изобретения

Система регулирования температуры литейной формы, содержащая замкнутый контур с циркулирующим жидким теплоносителем, нагреватель, охладитель,. блок управления охлаждением, датчик температуры теплоносителя и датчик температуры литейной формы, соединенный через пороговый элемент с блоком управления нагревом, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества отливок и увеличения производительности, она дополнительно содержит второй датчик температуры теплоносителя, датчик расхода теплоносителя, датчики наличия металла в форме и извлечения отливки, 9 1433 два вычислительных блуа, блок определения времени хр кла, интегратор, цва блока сравнения, три блока памяти, блок задержки, ключ, две схемы

Р и три эадатчика, источник опорного

Напряжения, причем датчики температуры теплоносителя становлены на входе выходе полости теплообмена литейной ормы и соединены с первым вычисли- 1С ельным блоком, третий вход которого оединен с датчиком расхода тенлоноителя, а выход — с первым входом нтегратора, второй вход которого оединен с датчиком извлечения отлив -,5 и, а выход — с первым входом первого .ока сравнения, первый„второй и ретий эадатчики соединень*, с вторым

ычислительным блоком, четвертый вход оторого соединен через первый блок амяти и ключ с датчиком температуы литейной форм, пятый вход через лок определения времени пикла соеди!

О нен с датчиком извлечения отливки, а выход — с вторым входом первого блока сравнения, выход которого соответственно соединен через второй блок памяти с блоком управления охлаждени" ем и через третин блок памяти с бло.ком управления нагревом, кроме того, датчик наличия металла в Форме соединен с блоком определения времени цикла и первым блоком памяти, датчик извлечения отливки — с вторым входом ключа, а вьжсд второго вычислительного блока соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а первый и второй выходы соединены соответственно с первой и второй схемами И, вторые входы кото" рых соединены через блок задержки с датчиком извлечения отливки, а выходы - соответственно с вторым и третьим блоками памяти.

&7 К 7УРЙУ 4

gА 7 &РжУ 8

У1 !

1 !

&7 &У УФ д

° ., !

- .Ф ж 23ЫЙИЙЙЯйыие:ййй2ВФФИМ юР

1433636

Я а 4

Составитель А. Абросимов

Текред Л.Сердюкова Корректор М; Помо

Редактор N. Бандура

Заказ 5489/11 Тираж 741 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4