Устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик1972319.41 Ь", 11,.Г 1" ч ЬС 1 А ИБЯ ЦОУсДеменк Зиньковски изобретения арьковский филиал Всесоюзного научно-исследнститута литейного машиностроения, литейной техни автоматизации литейного производства 71) зогии итель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА РОЧНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ НА РАЗРЫВ ения проч- и стержнеый образец,ильзе, подеву с по- ного на поого к гильестен прибор для определ на разрыв формовочных есей, в котором испытуем рованный в разъемной г ся одностороннему нагр нагревателя, установлен ой траверсе и прижимаем ностивых смсформивергаетмощьювороти Изобретение относится к испытанию материалов на прочность, в частности формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве,При заливке расплавленного металла в форму происходит интенсивное испарение влаги в слое формовочной смеси, соприкасающемся с металлом. Эта влага затем конденсируется в более отдаленном слое смеси, имеющем меньшую температуру. В результате образуется переувлажненный слой смеси, прочность которого существенно уменьшается, что зачастую приводит к обвалам формы и к появлению брака отливок. Для изучения этого свойства смеси и для контроля смесей при изготовлении форм используются устройства для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв в зоне конденсации влаги,зе винтом. Длительность нагрева образца, регулируемая с помощью реле времени, подбирается таким образом, чтобы переувлажненный слой, образовавшийся за счет конденсации паров влаги, испарившейся из слоев, прилегающих к нагревателю, находился на уровне разъема гильзы. После этого подводится закрепленный на другом конце поворотной траверсы пневматический силовозбудитель и осуществляется разрыв образца. Результаты испытаний считываются по вакуумметру 11 .В связи с тем, что положение переувлажненного слоя по отношению к месту разрыва образца в таком устройстве задается приблизительно (подбором длительности времени нагрева и температуры), то и точность определения прочности весьма низкая. Кроме того, силоизмеритель, построенный на принципе измерения давления или разрежения в пневмоцилиндре, также дает значительные погрешности.К недостаткам указанного устройства относятся также низкая производительность прибора, поскольку необходимо производить предварительную серию испытаний об 9723195 1 О 15 2 О 25 ЗО 35 40 45 50 55 разцов для выбора времени нагрева, чтобы обеспечить положение переувлажненного слоя смеси на уровне разъема гильзы (такие предварительные испытания необходимо проводить при изменении влажности испытуемых смесей или их состава), и наличие большого числа операций, выполняемых вручную,отсутствие автоматизации цикла измерения, что приводит к утомляемости оператора и снижению производительности.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является прибор для определения прочности на разрыв сырой формовочной смеси типа РЯХ, содержащий разъемную гильзу, в которой формуется станда ртный образец. К верхнему торцу гильзы прижимается приводом термонагреватель. Длительность нагрева задается с помощью реле времени. После окончания нагрева образца нагреватель поднимается пружиной и включается в работу силовозбудитель (пневматический цилиндр), который через рычаг создает нарастающее разрывное усилие на образце. Силоизмеритель манометрический определяет напряжение в образце по давлению в пневмоцилиндре. Максимальное усилие и, соответственно, предел прочности на разрыв, фиксируются с помощью дополнительной стрелки, запоминающей максимальное показание манометра, Весь цикл осуществляется автоматически с помощью блока управления циклом 12.К недостаткам известного прибора относится невысокая точность измерения, поскольку настройкой времени нагрева можно лишь приблизительно добиться того, чтобы переувлажненный слой находился на уровне разъема гильзы. Для этого проводят серию предварительных испытаний образцов и добиваются изменением времени нагрева отсутствия мениска на границе разрыва образца. При столь приблизительном методе настройки, соответственно, невысока точность измерения. Кроме того, манометрический силоизмеритель со стрелкой, запоминающей максимальное значение, также имеет низкую точность измерения.При изменении влажности или состава испытуемой смеси необходимо вновь производить настройку времени нагрева, осуществляя серию предварительных испытаний. Отсюда вытекают низкая производительность и необходимость изготовления большого числа образцов с идентичными свойствами.Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия.Для достижения поставленной цели устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв в зоне конденсации влаги, содержащее разъемную гильзу, электронагреватель с приводом опускания и подъема, силовозлудитель, соединенные с соответствующими выходами блока управления циклом, силоизмеритель, снабжено электропроводящим щупом с неизолированным концом, причем щуп установлен в центре нагревателя и соединен через сопротивление с источником питания, соединенным также с гильзой, тензодатчиком, блоком сравнения, усилителем, цифро-аналоговым преобразователем, индикатором, двумя счетчиками, коммутатором, ключом и генератором, причем тензодатчик, щуп, блок управления через коммутатор соединены с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход через усилитель с ключом, соединенным также с выходом генератора и счетным входом первого счетчика, вход Сброс которого соединен с блоком управления, а выход - с входом цифро-аналогового преобразователя и индикатора, а ключ соединен также со счетным входом и входом Сброс второго счетчика, выход которого соединен с блоком чправленияТакое выполнение устройства позволяет автоматически определять время прогрева образца по моменту прохождения переувлажненным слоем уровня разъема гильзы, а также обеспечить автоматическое запоминание максимального значения напряжения в разрушаемом образце в цифровом виде.На чертеже приведена схема устройства для измерения предела прочности формовочных смесей в зоне конденсации влаги. Устройство содержит электропроводящий щуп 1, закрепленный в электронагревателе 2, имеющем привод 3 подъема-опускания. Неизолированный конец щупа 1 находится на уровне разъема гильзы 4 и кольца 5. В гильзе 4 с кольцом 5 запрессован стадартный образец 6. К одному полюсу источника 7 питания подсоединена гильза 4, к другому - щуп 1 через резистор 8, Резистор 8 и сопротивление смеси между щупом 1 и корпусом гильзы 4 образуют делитель, который подключен на первый вход коммутатора 9. Второй вход последнего соединен с тензорезисторным датчиком 10. Счетчик 11 со счетным входом 12 и шиной 13 сброса подключен к блоку 14 управления циклом, выходы которого соединены с приводом 3 подъема-опускания нагревателя, силовозбудителем 15, управляющим входом коммутатора 9 и шиной 16 сброса АЦП 17. АЦП 17 содержит элемент 18 сравнения, усилитель 19 рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом ключа 20. Генератор 21 тактовой частоты через ключ 20 подсоединен к входу счетчика 22, кодовые выходы которого соединены с входами цифрового индикатора 23 и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 24, выход которого соединен с входом элемента 18 сравнения. Второй вход элемента 8 сравнения является входом АЦП.972319 5 о 15 го 25 зо 45 5 О 5Устройство работает следующим образом Разъемную гильзу 4 с заформованным образцом 6 устанавливают в устройство, нагреватель 2 приводом 3 прижимается к верхнему торцу гильзы, на котором находится отрывное кольцо 5. При этом щуп 1 внедряется в образец 6. По мере прогрева образца влага испаряется из слоев, прилегающих к нагревателю, и коднесируется в лежащем ниже (более холодном) слое.Образуется переувлажненный слой, который с течением времени прогрева перемещается внутрь образца. По мере приближения этого слоя к неизолированному концу щупа 1 электрческое сопротивление смеси между щупом 1 и гильзой 4 уменьшается, что вызывает изменение напряжения на выходе делителя. Это напряжение через первое положение коммутатора 9 входов поступает на вход АЦП 17 По мере роста это напряжение превышает напряжение с выхода ЦАП 24 на выходе элемента 18 сравнения появляется сигнал, который усиливается усилителем 9 сравнения, и на управляющем входе ключа 20 возникает открывающий сигнал. Очередной импульс с генератора 21 тактовой частоты проходит через ключ 20 на вход счетцика 22, число в котором возрастает на единицу, соответственно, на единичную ступеньку, увеличивается сигнал на выходе ЦАП 24, что вызывает изменение полярности сигнала на выходе элемента 18 сравнения, усилителя 19 сравнения и закрывание ключа 20. Если напряжение на входе АЦП 7 продолжает расти, то вновь произойдет описанный выше процесс, и на вход счетчика 22 поступит очередной импульс рабочей частоты. Таким образом происходит следящее аналого-цифровое преобразование. Очевидно, что чем быст- З 5 рее растет напряжение на входе АЦП, тем выше частота рабочих импульсов на выходе АЦП. В связи с этим можно использовать АЦП как преобразователь скорости изменения аналогового сигнала в частоту. 40С помощью счетчика 11 производится определение момента, когда период между импульсами рабочей частоы (на выходе АЦП) превысит заданную наперед величину. Действительно, на счетный вход 12 счетчика 11 поступают импульсы тактовой частоты с выхода АЦП. Если за время между двумя импульсами рабочей частоты счетчик 11 не успевает заполниться импульсами тактовой частоты, то его переполнения не произойдет и сигнал на выход не поступит. Но по мере увеличения времени между импульсами рабочей частоты наступит момент,когда счетчик переполнится и сформирует выходной сигнал. При прогреве образца в гильзе, как было отмечено выше, сопротивление смеси меж. 55 ду щупоми гильзой 4 сначала уменьшается за счет конденсации все большего коли- н чества влаги, достигает минимальнои величины, когда переувлджненный слой находится на уровне неизолировднного конца цупди затем при движении переувлажненного слоя далее внутрь образца это сопротивление вновь начинает увелициваться. В соответствии с этим изменяется напряжение на выходе делителя, что вызывает сначала увеличение рабоцей частоты на выходе АЦП. При приближении сопротивления смеси к минимуму в момент прохождения переувлажненным слоем уровня разъема гильзы эта частота уменьшается, а затем совсем исчезает, когда сопротивление смеси вновь начинает расти, поскольку АЦП выполнен не- реверсивным (счетчик 22 нереверспвный). Соответственно, счетчик 11 сформирует выходной сигнал, когда все увеличивающееся время между импульсами рабочей частоты на выходе АЦП станет больше заданной величины. Это время задается емкостью счетчика 11 и выбором тактовой частоты нд входе 12.Таким образом, с помощью АЦП и счетчика 11 определяется момент достижения минимума сопротивления смеси на уровне разъема гильзы, т. е. момент нахождения переувлажненного слоя на этом уровне. Цифровой индикатор 23 в этот период цикла не используется и может быть погашен.При поступлении сигнала в момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы со счетцикд 11 на блок 14 управления циклом последний включает привод 3 подъемд нагревателя 2, силовозбудитель 15, который создает нарастающее усилие отрыва на кольцо 5, которое воспринимается тензометрическим датчиком 10. Одновременно производится сброс АЦП 17 по входу 16 и переключение коммутатора 9 входов, который отключает от АЦП делитель и подключает на вход АЦП тензометрический датчик 1 О.По мере увеличения разрывающего усилия растет выходное напряжение на выходе тензометрического датчика 10, которое преобразуется АЦП в цифровую форму. Процесс следящего преобразования описан выше. Поскольку на шину 13 сброса счетчика 11 непрерывно поступают импульсы рабочей частоты с выхода АЦП, то на выходе счетчика нет сигнала.Когда происходит разрыв образца, резко уменьшается усилие на тензометрический датчик 1 О, соответственно, уменьшается напряжение на его выходе и исчезают импульсы рабочей частоты на выходе АЦП, поскольку последний выполнен нереверсивным. Это приводит к тому, что счетчик 11 переполняется и формирует сигнал с блока 14 управления циклом, который по этому сигналу выключает силовозбудитель. На этом цикл измерения заканчивается. Максимальное усилие, которое выдерживает образец перед разрывом, запонимается на цифровом индикаторе 23 в АЦП. Таким образом, приме, и Вывода на цифровую регистрацию, чтоТИКжс УВЕЛИЧИВаЕт ПРОИЗВОДИтЕЛЬНОСтЬ УСтройства. пение нереве 11 счвя О .Ц(1 ) Ихи:тГ- МатИЧЕСКИ ЗаПОМНИтЬ ЧВКСИЧМ СОЗзаииого В образце напряжения. Эти показания могут храниться сколь угодно долго, хОг,г быть переданы в ЭВМ для обработки; грегг грации.Предлагаемое устройство позво,лучить ряд технико-экономических 1;с ществ по сравнению с прототипом.Повышение точности измерения дости. гается тем, что прибор снабжен устройством, определяющим момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы, а также за счет непосредственного измерения усилия, приложенного к образцу, с помощью тензорезисторного датчика и применения нерверсивного аналого-цифрового преобразователя для запоминания максимальной величины усилия. В известных приборах и прототипе усилие измеряется кос венно (по давлению в пневмоцилиндре), а запоминание максимальной силы производится с помощью запоминающей стрелки (которая всегдасоздает дополнительную погрешность измерения).ПоВышение производительности устройства обусловлено наличием устройства, определяющего момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы. Б:агодаря этому отпадает необходимость в проведении предварительной серии испытаний образцов для регулировки времени нагрева (как это делается в прототипе) и в изготовлении для этой цели значительного числа образцов с идентичными характеристиками. Особенно значительное повышение производительности получается при частой смене состава или влажности смесей (например, при лабораторных исследованиях).Цифровой отсчет показаний снижает вероятность Оциоок при считывании результатов измерений. Получение результата в цифровой форме позволяет осуществить ввод его в ЭВМ для полследующей обработФир.ку а изобретения Устройство для определения пределапрочности формовочных смесей на разрывв зоне конденсации влаги, содержащее разъемную гильзу, электронагреватель с приводом опускания и подъема, силовозбудитель,1 Осоединенные с соответствующими выходачи блока управления циклом, силоизмеритель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, Оно снабжено электропроводяцим щу 15 пом с неизолированным концом, причем щупустановлен в центре нагревателя и соединен через сопротивление с источником питания, соединенным;акже с пльзой, тензодатчиком, блоком сравнения,сил ителем,цифро-аналоговым преобразователем, инди 2 О катором, двумя счетчиками,кочмутатороч,ключом и генератором, причем тензо,атчик, щуп, блок управления через кох , гтор соединены с первым входом блка сранения, второй вход которого соединен : ныходом цифро-аналогового преобразо: сля, а выход - через усилитель с ключ:;:,соединенным также с выходом генератораи счетным входом первого счетчика, входСброс которого соединен с блоком управления, а выход - с входом цифро-аналогозО вого преобразователя и индикатора, а ключсоединен также со счетным входом и входом Сброс второго счетчика, выход которого соединен с блоком управления.Источники информации,35принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР.ко 159328, кл. 6 О М 3/00, В 22 С 19/04,957.2. (деогде Г 811 ег 111 гп 11 ед: адрес: Ямам(- гегид, 8201, ЬС 11 а 1 Ьацвеп, Р.О. Вох. 685. Соста Редактор Л. Лежнина Тех ред Заказ 806031 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж - 3 Филиал ППП Патент, гО. Чернухаес Корректор ГПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5ород, ул. Проектная,внтель И. Вер 887 венного етений 5, Ра Ужг ар