Устройство для контроля уровня расплава при литье под регулируемым давлением Советский патент 1990 года по МПК B22D17/32 B22D39/00 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности, к конструкции систем управления процессом заполнения литейных форм с применением регулируемых силовых воздействий на жидкий металл.

Цель изобретения - упрощение конструкции, монтажа и обслуживания.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для контроля уровня расплава при литье под регулируемым давлением.

Силовое воздействие на расплав 1 в агрегате заливки (A3) установок литья под регулируемым давлением созда- t ется за счет энергии сжатого газа или электромагнитного поля. В первом случае преобразователь 2 силового воздействия F в электрический сигнал U представляет собой манометр, вход которого соединен с полостью A3 (литье под низким давлением), дифманометр, подключенный плюсовым входом к полости A3, з минусовым - к полости литейной

ял

Ј 1

UD Јъ

оэ

формы (литье с противодавлением), или вакуумметр, у которого вход соединен с полостью литейной формы (литье вакуумным всасыванием). Во втором случае (литье под электромагнитным давлением) преобразователь 2 выполнен на основе трансформатора тока и формирует сигнал U, пропорциональный то

Устройство работает следующим образом.

После заполнения тигля A3 жидким металлом н-а выходе потенциометра 9 устанавливают опорное напряжение UQ, которое,в электрическом масштабе соответствует силовому воздействию F0 на расплав, необходимому для его

Изобретение относится к литейному производству. Устройство фиксирует подъем расплава до уровня литниковой части формы в установках литья под регулируемым давлением. Цель - упрощение конструкции, монтажа и обслуживания за счет обработки сигнала, пропорционального силовому воздействию на жидкий металл в агрегате заливки. Для этого устройство, содержащее термопару, дифференцирующее звено, формирователь импульсов, преобразователь силового воздействия на расплав в электрический сигнал, триггер, три схемы совпадения (И) и три коммутирующих элемента (КЭ), снабжено аналого-цифровым преобразователем (АЦП), буферным регистром, компаратором (К), логическим элементом ИЛИ и источником регулируемого сигнала постоянного тока. Один вход К подключен к выходу АЦП непосредственно, а другой - через буферный регистр, стробирующий вход которого соединен с тактовым выходом АЦП через элемент ИЛИ и две схемы И. Одна из них через КЭ подключена к источнику постоянного напряжения, а другая - к входам формирователя и триггера, установленного последовательно с КЭ между выходом К и третьей схемой И, соединенной с выходной цепью. 1 ил.

ку электромагнита магнитодинамической jg подъема по металлопроводу на высоту

заливочной установки.

Термопара 3 установлена в литниковой части формы 4 и через дифференцирующее звено 5 подключена к формирователю 6 импульсов.

15

Н0, равную исходной разности уровней между зеркалом расплава и термопарой 3, Коммутирующий элемент 19 пере водят в разомкнутое состояние, элемент 7 - в положение, при котором его выход а соединен с входом с, а коммутирующий элемент 39 - в положение, при котором его выход d соедине с входом f.

Выход преобразователя 2 соединен с входом b первого коммутирующего элемента 7, у которого выход а подключен к входу аналого-цифрового пре- 20 образователя (АЦП) 8. Вход с элемента 7 подключен к потенциометру 9, регулирующему сигнал U0 постоянного тока. Выход АЦП через шину 10 данных соединен с входом 11 буферного реги- 25 стра 12 и входом 13 компаратора 14. Второй вход 15 компаратора через шину 16 задания подключен к выходу 17 буферного регистра. Выход 18 компаратора 14 через второй коммутирующий 30 1 элемент 19 соединен с входом 20 уста- jновки триггера 21 в состояние Логи- пческая единица. Вход 22 установки триггера в состояние Логический ноль соединен с выходом логического 35 элемента ИЛИ 23 и со стробирующим входом 24 буферного регистра, К выходу триггера 21 подключены первый вход 25 первой схемы 26 совпадения и первый вход 27 второй схемы 23 совпаде- 0 ния. Выход схемы 26 подключен к выходной цепи 29 устройства, а выход схемы 28 - к первому входу 30 элемента ИЛИ, второй вход 31 которого соеН0, равную исходной разности уровней между зеркалом расплава и термопарой 3, Коммутирующий элемент 19 переводят в разомкнутое состояние, элемент 7 - в положение, при котором его выход а соединен с входом с, а коммутирующий элемент 39 - в положение, при котором его выход d соединен с входом f.

Аналоговый сигнал U0 поступает на вход АЦП, а сигнал положительной полярности - на вход 38 схемы 32 совпадения. Поэтому первый (после переключения коммутирующих элементов) из тактовых импульсов, генерируемых в АЦП, формирует на шине 10 данных, входе 11 буферного регистра 12 и входе 13 компаратора 14 сигнал Uo в цифровой форме UQ. Кроме того, тактовый импульс с выхода 37 АЦП поступает на вход 36 схемы 32 совпадения, далее на ее выход, проходит через элемент ИЛИ 23 и, действуя на стробирующем входе 24 буферного регистра 12, переносит сигнал U на выход 17 и через шину 16 задания - на вход 15 компаратора 14, При равных сигналах на входах 13 и 15 компаратора его выходное напряжение равно нулю, а при разных - логической 1, Задним фронтом первого тактового импульса, прошедшего на выход схемы 23, триггер 21 по входу 22 устанавливается в положение, при котором на его выходе нулевой потенциал.

динен с выходом третьей схемы 32 сов- 45 Следующие тактовые импульсы состояния

падения. Второй вход 33 первой схемы .26 совпадения и второй вход 34 второй схемы 28 совпадения подключены к выходу формирователя 6 импульсов. Третий вход 35 второй схемы 28 совпадения и первый вход 36 третьей схемы 32 совпадения подключены к тактовому выходу 37 АЦП. Второй вход 38 третьей схемы 32 совпадения соединен с выходом d третьего коммутирующего элемента 39, у которого вход е подключен к нулевой шине 40, а вход f через резистор R - к источнику постоянного напряжения.

50

55

схемы не изменяют. Затем коммутирующий элемент 39 переводят в положение, при котором его выход d соединен с входом е, а вход 38 схемы 32 совпадения - с нулевой шиной 40, в результате чего проход тактовых импульсов через схему 32 прекращается. Элемент 7 переводят в положение, при котором его выход а соединен с входом b, a вход АЦП - с выходом преобразователя 2. Поскольку силовое воздействие на расплав отсутствует, сигнал U на шине 10 данных равен нулю, а сигнал на выходе 18 компаратора 14 - логичесg подъема по металлопроводу на высоту

5

0 5 0 5 0

Н0, равную исходной разности уровней между зеркалом расплава и термопарой 3, Коммутирующий элемент 19 переводят в разомкнутое состояние, элемент 7 - в положение, при котором его выход а соединен с входом с, а коммутирующий элемент 39 - в положение, при котором его выход d соединен с входом f.

Аналоговый сигнал U0 поступает на вход АЦП, а сигнал положительной полярности - на вход 38 схемы 32 совпадения. Поэтому первый (после переключения коммутирующих элементов) из тактовых импульсов, генерируемых в АЦП, формирует на шине 10 данных, входе 11 буферного регистра 12 и входе 13 компаратора 14 сигнал Uo в цифровой форме UQ. Кроме того, тактовый импульс с выхода 37 АЦП поступает на вход 36 схемы 32 совпадения, далее на ее выход, проходит через элемент ИЛИ 23 и, действуя на стробирующем входе 24 буферного регистра 12, переносит сигнал U на выход 17 и через шину 16 задания - на вход 15 компаратора 14, При равных сигналах на входах 13 и 15 компаратора его выходное напряжение равно нулю, а при разных - логической 1, Задним фронтом первого тактового импульса, прошедшего на выход схемы 23, триггер 21 по входу 22 устанавливается в положение, при котором на его выходе нулевой потенциал.

0

5

схемы не изменяют. Затем коммутирующий элемент 39 переводят в положение, при котором его выход d соединен с входом е, а вход 38 схемы 32 совпадения - с нулевой шиной 40, в результате чего проход тактовых импульсов через схему 32 прекращается. Элемент 7 переводят в положение, при котором его выход а соединен с входом b, a вход АЦП - с выходом преобразователя 2. Поскольку силовое воздействие на расплав отсутствует, сигнал U на шине 10 данных равен нулю, а сигнал на выходе 18 компаратора 14 - логичесi

5 1

кой 1. После замыкания элемента 19 этот сигнал появляется на входе 20 триггера 21, но нулевое состояние триггера не нарушается, так как по входу 20 триггер переключается тольк отрицательным перепадом напряжения. Переключения коммутирующих элементов выполняются в указанном порядке автоматически или вручную только после очередной загрузки расплава в тигель A3, что требует в общей сложности не более 1-2 с.

Во время первого цикла заливки, в

тот момент, когда силовое воздействие входную цепь устройства, образованF на расплав возрастает до величины F0, разность по высоте между поднимающимся уровнем в металлопроводе и опускающимся уровнем в тигле составит hQ, столб расплава в металлопроводе еще не дойдет до термопары 3 и будет от нее на расстоянии Uh0 hadi/T)t где d - диаметр металлопровода, D - диаметр тигля. В этот же момент (при F F0) сигнал U на выходе АЦП, шине 10 данных и входе 13 компаратора 14 станет равным напряжению U0, установленному на входе 15 компаратора до начала цикла. Его сигнал на выхоную термопарой 3, дифференцирующим звеном 5 и формирователем 6, с выход ной цепью 29.

Сигнал U,, установленный на входе

20

15 компаратора 14 при первом цикле заливки, пропорционален силовому воз действию F , создавшему перепад Ь. уровней расплава в металлопроводе и тигле, достаточный для подъема метал 25 ла к полости литейной формы.

Во втором цикле напряжение U, дей ствует на входе 15 как опорное. При совпадении с ним сигнала, поступающего с шины 10 данных на вход 13 ком

де 18 скачкообразно изменится от еди- 30 паратора (чему соответствует F F,, )

на входах 25 и 27 устанавливается потенциал логической 1, а при подходе расплава к термопаре 3 во второ цикле на вход 15 переносится напряже ние иг, пропорциональное текущему значению F. силового воздействия и служащее опорным сигналом при третьем цикле.

ничного до нулевого потенциала, -что .приведет к переключению триггера 21 и появлению на его выходе и входах 25 и 27 схем 26 и 28 совпадения сигнала Лог. 1.

В момент подхода расплава к торцу термопары 3 на выходе дифференцирующего звена 5 появится одиночный импульс, который звеном 6 формируется в сигнал, имеющий амплитуду логической 1 и длительность 0,8-1,0 с. По входу 33 схемы 26 он пройдет в выходную цепь 29, подключенную к системе управления технологическим процессом, и изменит скорость нарастания силового воздействия F на расплав 1 в соответствии с режимом заполнения формы. Длительность выходного импульса формирователя 6 на 3-4 порядка превышает период следования тактовых импульсов, поступающих с выхода 37 АЦП. Поэтому первый из них, появившийся на входе 35 схемы 28 после прихода выходного импульса формирователя б на ее вход 34, всегда пройдет на вход 30 элемента ИЛИ и далее - на стробирующий вход 24 буферного регистра 12 и вход 22 триггера 21. При появлении тактового импульса на входе

2

24 двоичный сигнал U, поступивший к этому моменту на шину 10 данных, переносится на выход 17 буферного регистра и через шину 16 задания - на вход 15 компаратора. Задним фронтом этого импульса триггер 21 по входу 22 переключается в нулевое состояние, и на входах 25 и 27 схем совпадения устанавливается напряжение логического О. Поэтому следующий тактовый импульс по входу 35 на выход схемы 23 не пройдет. Закрытой окажется и схема 26, соединяющая по входу 33

ную термопарой 3, дифференцирующим звеном 5 и формирователем 6, с выходной цепью 29.

Сигнал U,, установленный на входе

15 компаратора 14 при первом цикле заливки, пропорционален силовому воздействию F , создавшему перепад Ь. уровней расплава в металлопроводе и тигле, достаточный для подъема метал- ла к полости литейной формы.

Во втором цикле напряжение U, действует на входе 15 как опорное. При совпадении с ним сигнала, поступающего с шины 10 данных на вход 13 ком30 паратора (чему соответствует F F,, )

5

40

д$

0

5

на входах 25 и 27 устанавливается потенциал логической 1, а при подходе расплава к термопаре 3 во втором цикле на вход 15 переносится напряжение иг, пропорциональное текущему значению F. силового воздействия и служащее опорным сигналом при третьем цикле.

Далее в каждом цикле устройство работает аналогичным образом: по равенству сигналов на входах 13 и 15 компаратора автоматически определяется приближение расплава к контролируемому уровню (на входах 25 и 27 схем совпадения устанавливается потенциал логической 1), а в момент подхода зеркала металла к торцу термопары 3 импульсный сигнал с выхода формирователя 6 проходит в выходную цепь 29 устройства, на входе 15 компаратора фиксируется опорное напряжение для следующего цикла и устанавливается потенциал логического О на входах 25 и 27 схем совпадения.

Сигнал, сформированный на входе 33 схемы 26 по изменению ЭДС термопары, проходит в выходную цепь 29 без запаздывания, поскольку до его появле- ния всегда устанавливается потенциал ло7154

гической 1 на входе 25. В первом цикле время Ј этого упреждения составляет h0/dVh4o4 - da), а при следующих цикл ах Ј m/iTgD2h( , где h1 - скорость подъема расплава к форме, m - масса отливки, полученной в предыдущем цикле, g - плотность расплава. В реальных условиях ,l, а Ь0 0,6 - 0,7 м. При та 5 кг, h1 0,1 м/с, D 0,5 м, d 5

см

схема 26 открывается за 0,1 - 0,2 с до появления сигнала на выходе формирователя 6 и закрывается после его прохода в выходную цепь 29 и задержки, равной периоду (0,OJ с) следования тактовых импульсов с выхода 37 АЦП. Поэтому практически з течение всего времени подъема расплава к форме, составляющего 5-15 с, устройство защищено от электрических помех, которые могут появляться в цепях термопары 3, дифференцирующего звена 5 и формирователя б. Сигнал помехи пройдет в выходную цепь 29 только в том случае, если он появится после срабатывания компаратора 14 и раньше, чем зеркало расплава подойдет к торцу термопары 3. Однако в этом случае погрешность контроля уровня не превысит 1 см и практически не снизит качества управления режимом заполнения формы.

Таким образом, обработка сигнала, пропорционального силовому воздействию на расплав, проведенная на указанных этапах процесса, позволяет выполнить устройство с одной термопарой без снижения его помехозащищенности. Это существенно упрощает конструкцию первичного преобразователя уровня, его монтаж в оснастке и обслуживание. Кроме того, применение только одного термоэлектрического датчика делает устройство пригодным практически для любых вариантов конструкции оснастки и литейной установки в целом, сокращает на 30-35% время монтажных и ремонтных работ.

Формула изобретения

Устройство для контроля уровня расплава при литье под регулируемым

8

0

5

0

5

0

5

0

5

0

давлением, содержащее термопару, установленную в литнике формы, дифференцирующее звено, формирователь импульсов, триггер, первую, вторую и третью схемы совпадения, преобразователь силового воздействия на расплав в электрический сигнал, первый, второй и третий коммутирующие элементы, причем термопара через дифференцирующее звено соединена с формирователем импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, монтажа и обслуживания, в устройство введены аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, цифровой компаратор, логический элемент ИЛИ и источник регулируемого сигнала постоянного тока, вход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к выходу первого коммутирующего элемента, один вход которого соединен с выходом преобразователя силового воздействия, а другой - с источником регулируемого сигнала, выход аналого- цифрового преобразователя через шину данных соединен с входом буферного регистра и одним из входов компаратора, у которого другой вход через шину задания подсоединен к выходу буферного регистра, а выход через второй коммутирующий элемент - к входу установки триггера в состояние Логическая единица, вход установки триггера в состояние Логический нуль соединен с выходом элемента ИЛИ и стро- бирующим входом буферного регистра, а выход триггера - с первыми входами первой и второй схем совпадения, вторые входы которых подсоединены к выходу формирователя импульсов, выход первой схемы совпадения соединен с выходной цепью устройства, выход второй схемы совпадения - с первым входом элемента ИЛИ, а ее третий вход подсоединен к тактовому выходу аналого-цифрового преобразователя и первому входу третьей схемы совпадения, у которой выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а второй вход - с выходом третьего коммутирующего элемента, один вход которого соединен с нулевой шиной, а другой - с источником постоянного напряжения.

39

29

77 #1

U

15

-ч fa 20 Lol0 19