Способ приготовления формовочных и стержневых смесей и установка для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B22C5/08 G05D11/02 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для приготовления формовочных и стержневых смесей в смесителях с вертикально-вращающимися катками, широко используемых в литейном производстве.

Известен способ приготовления формовочной смеси, включающий дозирование

исходных компонентов, их перемешивание в смесителе, отбор из смесителя и ее транспортирование в измерительное устройство, измерение уплотняемости приготавливаемой смеси по степени внедрения катка в предварительно уплотненный другими катками слой смеси, сравнение измеренного значения уплотняемости с заданным и введение воды в смеситель до достижения равенства измеренного и заданного значения уплотняемое™ смеси.

В данном техническом решении регулирование подачи воды в смеситель производится по результатам измерений уплотняемое™ смеси, полученным вустрой- стве, находящемся за пределами смесителя и соединенном со смесителем транспортной коммуникацией, что повышает энергозатраты на приготовление смеси и снижает качество регулирования, ввиду дополнительных погрешностей измерения уплотня- емости смеси, вызванных транспортным запаздыванием операции измерения упло- тянемости и низкой представительностью контролируемой выборки, как правило менее 1% массы приготавливаемой смеси. Увеличение представительности выборки увеличивает возврат в смеситель неперемешанной смеси, снижает производительность смесителя и увеличивает затраты на приготовление смеси.

Известен способ приготовления формовочных и стержневых смесей, принятый за прототип, включающий дозирование исходных компонентов, их перемешивание в сме- сителе с вертикальными катками, непрерывный контроль высоты слоя смеси и подачу воды в смеситель при равенстве измеряемой высоты слоя смеси заданному уровню.

Известная установка для приготовления формовочных и стержневых смесей, выбранная в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит дозаторы исходных компонентов, смеситель с приводным вертикальным валом, на котором укреплена траверса, снабженная втулками и шарнир- но-установленными рычагами, с шарнирно- установленными вертикальными катками, измеритель высоты смеси, закрепленный на траверсе смесителя, регулятор, соединенный с вентилем трубопровода воды.

Недостатком известного способа и устройства является то, что контролируется нестабильная поверхность разрыхленной смеси, расположенная между торцовой поверхностью катка и обечайкой смесителя, что приводит к большим колебаниям датчика уровня смеси, расхода воды и уплотняе- мости смеси. Кроме того, средство для измерения высоты слоя смеси, используемое при реализации способа, вносит дополнительные погрешности при измерении уплотняемости смеси, т.-к. им контролируется незначительная часть поверхности смеси, расположенной в смесителе (не более 5%), а скольжение датчика в абразивной формовочной смеси приводит к его износу, изменению массы и формы из-за налипания

смеси, что влияет на величину его погружения в смесь и результаты измерений, снижает надежность установки. Использование датчика уровня смеси создает дополнительное сопротивление движению траверсы смесителя и требует дополнительных энергозатрат. Известный способ не позволяет вести регулирование процесса приготовления смеси в случае изменения массы замеса

формовочной смеси, т.к. он рассчитан на постоянство массы замеса.

Целью изобретения является повышение качества приготавливаемой формовочной смеси и сокращение энергозатрат при

приготовлении смесей, а также повышение надежности установки для приготовления смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического регулирования

уплотняемости формовочных и стержневых смесей, включающем дозирование исходных компонентов, их перемешивание в смесителе с вертикальными катками, непрерывное определение уплотняемости по высоте слоя смеси в смесителе и введение воды в зависимости от разницы заданного и измеряемого значений уплотняемости смеси, согласно заявляемому изобретению, измеряют высоту уплотненного катком слоя

смеси, а уплотняемость смеси определяют по формуле

Y A+BH-Cm,

где Y - уплотняемость смеси, %;

Н - высота слоя смеси, уплотненной катком смесителя, мм;

m - суммарная масса компонентов смеси, кг;

А, В, С - постоянные коэффициенты.

Поставленная цель достигается также тем, что в установке для приготовления формовочных и стержневых смесей, включающей дозаторы исходных компонентов,

смеситель с приводным вертикальным валом, на котором укреплена траверса, снабженная плужками и шарнирно-установ- ленными рычагами с шарнирно-установлен- ными вертикальными катками, измеритель

высоты смеси, закрепленный на траверсе смесителя, регулятор, соединенный с вентилем трубопровода воды, согласно изобретению, измеритель высоты смеси выполнен в виде троса, одним концом соединенного с

рычагом катка и расположенного в трубе, верхняя часть которой установлена соосно приводному вертикальному валу, второй конец троса укреплен в подвижном ил оке расположенном в трубе, соосной вертикат,ному валу, и соединенном с муфт ой которая

соединена с первичным преобразователем линейного перемещения, выход которого, также как и выходы задатчиковуплотняемо- сти смеси и суммарной массы исходных компонентов, соединены с входом регулятора, а его выход соединен с приводом вентиля трубопровода воды.

Проверка предложенного способа проведена во ВНИИлитмаш на базе лабораторного смесителя с вертикально-вращающимися катками с номинальным объемом замеса 0,005 м3.

Испытания проводились на смесях следующего состава:

песок кварцевый

марки 1К01А Люберецкого карьера89-94;

бентонит активированный болгарский6%;

вода1-5%;

масса замеса4-5 кг.

Перед началом каждого опыта измерялось: расстояние между днищем смесителя и одним из катков с погрешностью ±0,1 мм: сыпучие компоненты смеси взвешивались с погрешностью ±3 г, доза воды отмерялась мерным цилиндром и с погрешностью ±1 мм.

Испытания проводились в следующей последовательности.

В работающий смеситель загружали песок с бентонитом, перемешивали 1 мин, и вводили дозу воды. Измерение минимального расстояния от днища смесителя до цилиндрической поверхности катка производили рейсмусом при остановленном смесителе. Измерение расстояния между днищем.и катком повторялось в каждом опыте 10 раз с интервалом 1 мин при общем времени смешивани 10 мин. Из приготовленной смеси отбирали три пробы, определяли их уплотняемость на измерителе уплотняе- мости мод. 315-С1 фирмы Г.Дитерт (США).

По результатам экспериментов определяли максимальную высоту слоя смеси, уплотненной катком смесителя, и среднее значение уплотняемости смеси.

В результате обработки данных, приведенных в таблице, получека обобщенная эмпирическая зависимость между уплотня- емостью смеси (У), высотой слоя смеси (Н), уплотненной катком смесителя, и массой замеса (т)

Y A + BH-Cm, где А, В, С - постоянные коэффициенты.

При влагосодержании от 0 до 2,75% и содержании бентонита 6% методами регрессионного анализа установлено, что вышеуказанная зависимость имеет вид

Y 7,67 + 6.096Н - 10.609т

Коэффициент регрессии управления 0,88.

Коэффициент данных таблицы показывает, что погрешность метода при содержании воды в диапазоне 2,5-2,75% при уплотняемости смеси 50 5% (в диапазоне реальных требований к формовочным смесям в литейных цехах) составляет от 6,4 до 14,2%, Среднее значение относительной

погрешности измерения уплотняемости в указанном диапазоне равно 9,4% и соизмеримо с допустимой величиной погрешности равной ±10% согласно п.2 ГОСТ 23409.13- 78.

На фиг. 1 представлена схема установки

для приготовления формовочных и стержневых смесей; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.З - вид по стрелке А на фиг.1, на котором изображен измеритель высоты уплотненной смеси в разрезе.

Установка для приготовления формовочных и стержневых смесей содержит сме- ситель 1 с уплотняемой смесью 2, измеритель 3 высоты уплотненной смеси 2,

регулятор 4, задатчики уплотняемости смеси 5 и суммарной массы компонентов 6 и дозатор воды 7.

Смеситель 1 снабжен чашей 8, вертикальным валом 9, соединенным с приводом

смесителя (не показан), траверсой 1.0, установленной на вертикальном валу 9, снабженной плужками 11, 12, рычагами 13, 14, шарнирно соединенными с траверсой 10 и вертикальными катками 15, 16.

Измеритель высоты уплотненной смеси 3 (см. фиг.З) включает трос 17, уложенный в трубе 18, шток 19, муфту 20, первичный преобразователь линейного перемещения 21, манжеты 22, 23,24, направляющие шпильки

25. Труба 18 крепится к траверсе 10 хомутами 26 и винтами 27. Нижний конец троса 17 вставлен в отверстие рычага 13 и закреплен в нем винтом 28, а верхний конец троса закреплен в штоке 19 винтом 29. Верхняя

вертикальная часть трубы 18, шток 19, муфта 20 и преобразователь линейного переме- щения 21 уст-ановлены соосно вертикальному валу 9. Труба 18, рычаг 13 и шток 19, а также муфта 20 и крышка смесителя 30 соединены эластичными манжетами 22, 23, 24. К верхнему концу штока 19 винтом 31 и шайбой 32 крепится внутреннее кольцо радиального подшипника 33. внешнее кольцо которого установлено в корпусе

муфты 20. к которой шпильками 25 крепится

крышка 34. Крышка 34 винтом 35 соединена с плунжером 36 первичного преобразователя линейного перемещения 21. Крепление преобразователя 21 к крышке 30 смесителя производится гайкой 37. Шпильки 25 расположены в отверстиях крышки 30 смесителя и закрыты колпаком 38. Выход преобразователя 21. входящего в измеритель высоты уплотненной смеси 3 (фиг.1), соединен с регулятором 4, два других входа регулятора 4 соединены с задатчиком уплотняемости 5 и задатчиком суммарной массы исходных компонентов 6. Четвертый вход регулятора 4 соединен с выходом расходомера воды 39, входящего в дозатор воды 7. Выход регулятора 4 соединен с приводом 40 вентиля 41, установленного на трубопроводе воды 42. В регулятор 4 введен закон регулирования следующего вида:

Y A+BH-Cm

где Y - уплотняемость смеси, %;

Н - высота слоя смеси 2, уплотненной катком смесителя, мм;

m - масса завеса, равная массе доз исходных компонентов и дозы воды, прошедшей через дозатор воды 7;

А, В, С - постоянные коэффициенты.

Для очистки цилиндрической поверхности катков 15, 16 от лишней формовочной смеси 2 используются очистные скребки 43, 44, закрепленные на рычагах 13, 14. Зазоры между рабочими кромками плужков 11, 12, днищем и обечайкой смесителя не должны превышать 1-2 мм. Подача компонентов смеси 2 осуществляется дозаторами 45.

В исходном состоянии при разгруженном смесителе катки 15, 16, рычаги 13, 14 занимают крайнее нижнее положение, определенное положением упоров, расположенных на траверсе 10. Задатчиками 5, 6 вводится в регулятор значение требуемой уплотняемости и суммарной массы доз исходных компонентов (отработанно смеси, песка, бентонита и др.), счетчик расходомера воды 39 выведен на нуль.

После загрузки исходных компонентов в работающий смеситель 1. а затем и воды катки 15,16 поднимаются с упоров, а рычаги 13, 14 поворачиваются на осях, закрепленных в траверсе 10. Трос 17 перемещается в трубе 18 (на фиг.З вправо), поднимает шток 19, который воздействуя на внутреннее кольцо, шариковую обойму и внешнее кольцо подшипника 33 перемещает по вертикали корпус муфты 20, направляющие шпильки 25, крышку 34, плунжер 36 первичного преобразователя линейного перемещения 21. Направляющие шпильки 25,

перемещаясь в отверстиях крышки 30 смесителя, препятствуют вращению корпуса муфты 20 и плунжера 36. Сигнал от первичного преобразователя линейного перемещения 21, пропорциональной высоте слоя смеси, уплотненной катком смесителя 1, подается в регулятор 4, который вычисляет по формуле фактическую уплотняемость смеси, приготавливаемой с учетом массы заме0 са, которая определяется как сумма до исходных компонентов, определенная по уставкам дозаторов, и выходному сигналу расходомера воды 7, пропорциональному дозе воды, поступившей в смеситель с нача5 ла цикла смешивания. Значения Н и т непрерывно поступают в регулятор 4, который вычисляет значение уплотняемости формовочной смеси. При равенстве вычисленного значения уплотняемости введенно0 му задатчиком уплотняемости 5, регулятор 4 выдает сигнал на привод 40 вентиля 41, который запирает трубопровод 42 и прекращает подачу воды в смеситель 1.

При перемешивании исходных матери5 алов с водой, зерна песка покрываются гли- нисто-водной оболочкой, при этом уплотняемость смеси увеличивается с 5 до 50%. Вследствие повышения прочности и снижения текучести смеси, большая часть

0 ее направляется под катки, подъем которых, как было установлено исследованиями, тесно связан с уплотняемостыо смеси.

Использование изобретения позволяет обеспечить следующие преимущества:

5 - благодаря применению массивного катка смесителя в качестве чувствительного элемента при измерении уплотняемости смеси отпадает необходимость в применении специально изготовленного чувствительного эле0 мента, что повышает надежность установки,

при этом значительно увеличивается объем

смеси, контролируемый за один оборот верти кального вала. Применение катка значительно

снижает случайные колебания, вызванные по5 паданием под чувствительный элемент отдельных кусков отработанной смеси;

-в предлагаемом техническом решении не требуется дополнительных затрат энергии, расходуемых приводом смесителя на

0 преодоление сопротивления при движении в смеси измерительного устройства;

-при использовании катка сокращается износ чувствительного элемента, т.к. трение скольжения заменено трением качения, что

5 повышает надежность установки;

-благодаря очистным скребкам обеспечивается постоянство геометрических размеров и массы катка-тела, внедряемого в смесь, что способствует стабильности ре- зультатов измерений уплотняемости смеси

Использование заявляемого изобретения является легкоосущствимым и позволит получить экономический эффект в результате повышения качества смеси.

Формула изобретения 1. Способ приготовления формовочных и стержневых смесей, включающий дозирование компонентов смеси в смеситель с вер- тикально установленными катками, перемешивание, определение уплотняемо- сти смеси в смесителе и введение -воды в зависимости от разности заданного и измеренного значений уплотняемости смеси, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества приготавливаемых смесей и сокращения энергозатрат, измеряют высоту уплотненного катком слоя смеси, а уплотняемость смеси определяют из математического выражения

Y a + bH-cM,

где Y - уплотняемость смеси, %;

Н - высота слоя смеси под катком сме- сителя, мм;

М - длина замеса, кг;

а, Ь, с - эмпирические коэффициенты.

2. Установка для приготовления формовочных и стержневых смесей, содержащая дозаторы компонентов смеси с задатчиками масс доз, смеситель с приводным вертикальным валом, траверсой, плужками, вертикально установленными катками с шарнирными рычагами, измеритель высоты слоя смеси, регулятор с задатчиками уплот- няемости, соединенный с вентилем трубопровода воды, отличающаяся тем,что, с целью повышения качества приготавливаемых смесей, сокращения энергозатрат и повышения надежности, измеритель высоты слоя смеси выполнен в виде первичного преобразователя линейного перемещения с муфтой и троса с подвижным штоком, установленных в трубе, причем один конец троса закреплен на рычаге катка, а другой конец соединен с подвижным штоком, установленным соосно с вертикальным валом и соединенным посредством муфты с первичным преобразователем, выход которого и выход задатчиков масс доз компонентов смеси соединены с входом регулятора.

2 глф

ZJ

Ј1

U

Использование: в литейном производстве при приготовлении формовочных и стержневых смесей в смесителях с вертикально-вращающимися катками для повышения качества приготавливаемых смесей и сокращения энергозатрат, а также повышения надежности установки для приготовления смеси. Сущность изобретения: способ включает дозирование исходных компонентов, их перемешивание в смесителе с вертикальными катками, непрерывное определение уплотняемости по высоте уплотненной катками слоя смеси в смесителе и введение воды в зависимости от разности заданного и определенного значения уплотняемости смеси. Уплотняемость смеси определяют по формуле Y А + ВН - Cm, где Y - уплотняемость смеси, %; Н - высота слоя смеси, уплотненной катком смесителя, мм; m - масса замеса, кг; А, В, С - постоянные коэффициенты. Реализация способа осуществляется в устройстве, включающем смеситель 1 с приводным вертикальным валом 9, вертикальные катки, измеритель 3 высоты смеси 2, регулятор 4. Измеритель высоты выполнен в виде троса; одним концом соединенного с рычагами катков и расположенного в трубе, верхняя часть которой установлена соосно приводному вертикальному валу 9, второй конец троса укреплен в подвижном штоке, соединенном посредством муфты с первичным преобразователем линейного перемещения, выход которого, как и выходы задатчиков уплотняемости смеси 5 и суммарной массы исходных компонентов 6, соединены с входами регулятора 4. а его выход соединен с приводом вентиля трубопровода подачи воды. 2 с.п ф-лы, 3 ил., 1 табл. со с VI о со ч VJ

х

глф /

L-dиши

виЗА

Эй