Система регулирования температуры литейной формы

(51)4 В 22 Р 1 32 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ(71) Киевский институт автоматикиим. ХХЧ съезда КПСС(56) Авторское свидетельство СССРУ 537752, кл. В 22 В 15/00, 1975.(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ(57) Изобретение относится к литейному производству. Система позволяетповысить точность регулирования температуры литейной формы за счет рас"чета 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 окружающуюсреду. Система содержит датчик 1 температуры литейной формы, установленный на входе в литейную форму, датчик4 температуры теплоносителя, блок 3управления нагревом и блок 19 управления охлаждением теплоносителя. Поставленная цель достигается путемвведения дополнительного датчика 5температуры теплоносителя на выходеиз литейной формы, датчика 6 расходатеплоносителя, датчика 15 извлеченияотливки и датчика 21 наличия металлав форме, вычислительных блоков 7, 11блока 14 определения времени цикла,интегратора 16, блоков 17 и 22 сравнения, позволяющих на основании полученной информации формировать управляющие сигналы в блоки 3 и 19 управления нагревом,и охлаждением теплоносителя. 4 ил.,производительности.На Фиг. 1 изображена схема системы регулирования температуры литейнойформы: на фиг. 2 - схема первого вычислительного блока; на Фиг. 3 - схема второго вычислительного блока; нафиг. 4 " схема блока определения времени цикла.Система регулирования температуры 15литейнойФормы (фиг. 1) содержит датчик 1 температуры литейной Формы, сое"диненный через пороговый элемент 2 спервым входом блока 3 управлениянагревом. Установленные на входе и 2 Овыходе полости теплообмена литейнойл,формы датчики 4 и 5 температуры теплоносителя и датчик 6 расхода теплоносителя соединены с первым вычислительным блоком 7. Потенциометрические 25эадатчики 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, 30а пятый вход через блок 14 определения времени цикла соединен с датчиком 15 извлечения отливки, Выход пер,вого вычислительного блока 7 соединенс первым входом интегратора 16, второй вход которого соединен с датчиком 15 извлечения отливки, а выход -с первым входом первого блока 17сравнения, Второй вход первого блока17 сравнения соединен с выходом второго вычислительного блока 11, а выход соединен через второй блок 18 памяти с блоком 19 управления охлаждением и через третий блок 20 памятис блоком 3 управления нагревом, Дат/,чик 21 наличия металла в Форме соеди 45нен с вторым входом блока 14 определения времени цикла и вторым входомпервого блока 12 памяти.Выход второго вычислительного блока 11 соединен также с первым входомвторрго блока 22 сравнения, на второйвход которого подается нулевое онор"ное напряжение У. Первый выход второго блока 22 сравнения соединен спервым входом первой схемы 23 И, авторой выход второго блока 22 сравнения - с первым входом второй схемы24 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 - 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 Формы, 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-. вым задатчиком 8, а второй с третьим сумматором 34, четвертый блок 35 умножения, 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 входпятого 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 ичетвертый блок 39 памяти, второй входкоторого соединен с датчиком 21 наличия металла в форме, а выход - с пятым входом второго вычислительногоблока 11,5В качестве датчиков 1, 4, 5 температуры литейной формы и темйературытеплоносителя могут быть использованытермометры термоэлектрические типаТХКс измерительными преобразователями Ш.Датчик 6 расхода теплоносителяпредставляет собой, например, стандартный дифманометр комплекса "Сапфир 22" с усилителем,Датчики 15, 21 извлечения отливкии наличия металла в форме могут бытьвыполнены, например, на базе безконтактных датчиков типа БК. 20Блок 19 управления охлаждениеми блок 3 управления нагревом представляют собой усилители, преобразующие единичный входной сигнал в напряжение - 110 В для включения соответственно электромагнита клапана магистрали охлаждающей воды и магнитногопускателя, управляющего нагревом теплоносителя.Блоки 17 и 22 сравнения и пороговый элемент 2 могут быть выполнены,например, на базе блоков сигнализациитипа БСГ-П комплекса АКЭСР.Блоки 12, 18, 20 и 39 памяти могутбыть выполнены, например, на базе ре-,гулятора РБА комплекса АКЭСР, охвачен Зного отрицательной обратной связью.Для запоминания входного сигнала необходимо подать нулевой сигнал навход регулятора, что обеспечивается40в данном случае наличием нулевого сиг.нала на входе разрешения записи.Блоки умножения, сумматоры и блок30 вычислительных операций могут бытьвыполнены, например, на базе блоковБВО-П, а интегратор 16 - на базе блока БПИ-П комплекса АКЭСР, Остальныеблоки - на базе стандартных средстввычислительной техники.При попадании жидкого металла влитейную форму последняя разогревается, причем слой от рабочей поверхности формы, в котором возникает значительный температурный градиент,составляет толщину около 30 мм, Среднюю температуру пограничного слоя 55контролируют с помощью термопары,горячий спай которой устанавливаютна глубине, равной половине пограничного слоя. Таким образом, можно счи" тать, что избыточная энтальпия литейной формы вследствие нагрева отливкой сосредоточена в некоторой приведенной массе, равнойтп,црК ш,р, (1)где ш - приведенная масса литейной формы, кг;К - коэффициент пропорциональности, зависящий от массы формы и равный О, 10-0,14;ш - масса литейной формы, кг.Избыточную энтальпию литейной формы можно выразить какгдето - избыточная энтальпия литейной формы, Дж;С р - средняя удельная теплоемкость литейной формы,Дж/.(кг С);г.р - температура литейной формыпо показаниям термопары вмомент извлечения отливки,дС е- заданная температура литейной формы, С.Для рабочего диапазона температур (150-300 С) средняя удельная теплоемкость литейной формы составляет500 Дж/(кгС),Избыточная энтальпия литейной формы компенсируется охлаждением с помощью теплоносителя и тепловых потерьв окружающую среду согласно выражеЙ ЯС(- ) Ч с 1+ Р С(3 )где С - средняя удельная теплоемкостьтеплоносителя, Дж/(мС)г. и 1- температура теплоносителясоответственно на выходе ивходе относительно полоститеплообмена литейной формы,ФСЧ " расход теплоносителя, м/сГ - текущее время, с;р - тепловой поток в окружающуюсреду, зависящий от конструкции литейной формы и составляющий 10-20 кВт;ц - время цикла, с.Средняя удельная теплоемкость те"плоносителя может быть определенакак5 14336 Ст (Со 1 + 0,5 с, + с)1,(4) где С - удельная теплоемкость теплоносителя при С, Дж/(кгпв); 5О - температурный коэффициент,С При использовании в качестве теплоносителя масла значения Сд =фф 1785 кДжУ(мзоС) и ос =: 074О 10 С.Из соотношений (2) - (4) получаемфщп.Р (Ф - з) - Рф"Со Г 1 +И) 15+ 0,5 ое 1 + й) (е - )ЧгйС. (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 те 25 плоносителя для нагрева литейной формы. В этом случае обе его части будут 0.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 ,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 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 отвторого задатчика 9 поступает сигнал,соответствующий заданной температуреформы 1, а с выхода на второй входтретьего блока 33 умножения поступает сигнал, соответствующий разности (Ср - й). На первый вход третьего блока 33 умножения от первогозадатчика 8 поступает сигнал соответствующий приведенной массе литейной формы щр, а с его выхода напервый вход четвертого блока 35 умножения поступает сигнал, соответствующий выражению щрр(Ьр - й) . На второй вход четвертого блока 35 умножения с задатчика 32 поступает сигнал,соответствующий среднейудельной теплоемкости литейной формы Ср, а с еговыхода на первый вход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражению С,рщдр,р (1 р - 1).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 входот блока 14 определения времени цикла поступает сигнал, соответствующийвремени цикла Й, с выхода на первыйвход четвертого сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий выражениюР Фц . С выхода четвертого сумматора36 (с выхода второго вычислительногоблока 11) снимается сигнал, соответствующий выражению Этот сигнал сравнивается с нулевым опорным сигналом во втором блоке 22 сравнения . Если Сщ яр ( йФ - й ) - РЙД.тО, 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 запо1433636 8При совпадении входных сигналов свыхода первого блока 17 сравнения навторые входы второго 18 и третьего520 блоков памяти поступает единичныйсигнал сброса памяти, что приводитк появлению на выходах блоков 17 и 20и, соответственно, на входах блоков19 управления охлаждением и 3 управ ления нагревом нулевых сигналов, отключающих, соответственно, охлаждениелибо нагрев теплоносителя.Время цикла формируется в блоке 14определения времени цикла следующим 15 образом. По сигналу оу датчика 15 извлечения отливки происходит сброс ипоследующий запуск таймера. 38. Припоступлении сигнала от датчика 21 наличия металла в форме происходит ос-.тановка таймера 38 и перезапись егосодержимого в четвертый блок 39 памяти, выход которого является выходом блока 14 определения временицикла. По сигналу от датчика 21 на 2 б личия металла в форме происходиттакже сброс первого блока 12 памяти.Таким образом, система осуществляет либо нагрев, либо охлаждение теплоносителя в течение определенного З 0 времени, что позволяет достичь задан-.ной температуры литейной формы поистечении времени цикла с более вьюсокой точностью регулирования посравнению с прототипом.Экономический эффект от использо-вания изобретения обеспечивается сокрашением брака на 0,5 Х (соответственно снижается возврат) и увеличением производительности машины наО, 17 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 (Ь - С 1) и сумме (й + й 4) температур на выходе и входе в полость теплообмена литейной формы. На первый вход блока 30 вычислительных операций от четвертого задатчика 26 поступает сигнал, соответствующий средней удельной теплоемкости теплоносителя, на его второй вход поступает сигнал, соответствующий сумме (й 1 + й), 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 (й - й)7 тС выхода второго блока 29 умножения (выхода первого вычислительного блока 7) на первый вход интегратора40 16 поступает сигнал, соответствующий выражению Со 1 + 0,5 ос + йу) (ь- й ) 7 Й; с выхода которого на первый вход первого блока 17 сравнения поступает сигнал, соответствующий выражениюС, 1 + О, 5 с ( е+ с)1 ( с - е,) г " ЮаГ. 50Сброс 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, соответст" вующий выражению Сшрр(йр - С ) РС 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 вычислительньи блхгар блок определения времени дикла, интегратор, цва блока сравнения, три блока памяти, блок задержки, ключ, две схемыи три эадатчика, источник опорного5 Напряжения, причем датчики температуРы теплоносителя ттстановлены на входевыходе полости теплообмена литейной ормы и соединены с первым вычисли 1 С ельным блоком, третий вход которого оединен с датчиком расхода теллоноителя, а выход - с первым входом нтегратора, второй вход которого оединен с датчиком извлечения отлив-,5 и, а выход - с первым входом первого .ока сравнения, первыйвторой и ретий эадатчики соединень., с вторым ычислительным блоком, четвертьй вход оторого соединен через первый блок амяти и ключ с датчиком температуы литейной форьщ, пятый вход через локопределения времени никла соедиОнен 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 блоком 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 выхсд второго вь,числительного 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.1433636 иг 4 Составитель А. АбросимовТекред Л.Сердюкова ектор М; Поао ктор М. Бандур Заказ 5489/1 дписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 741 НИИПИ Государственн по делам изобрете 35, Москва, Ж, Рго комитета СССРий и открытийушская наб., д, 4/5