В варианте схемы (конструкции автора) введены следующие усовершенствования, полностью устраняющие отмеченные выше недостатки экспериментальной схемы и обеспечивающие выполнение перечисленных технологических параметров.
Особенности схемы
1. Ртутные контактные манометры заменены пружинными реле давления.
2. Электродвигатель, золотниковый кран и планетарный редуктор заменены электромагнитным клапаном.
3. Применено независимое регулирование линейной скорости сплава в металлопроводе и в полости формы.
4. Применено независимое регулирование величины рабочего давления при заполнении формы и давления при кристаллизации сплава после заполнения формы.
5. Применено независимое регулирование плавности перехода скоростей от замедленной к ускоренной.
6. Применен электрический датчик, обеспечивающий отключение подачи давления только тогда, когда форма будет заполнена сплавом.
7. Добавлено второе реле времени, позволяющее регулировать продолжительность сброса давления, что имеет существенное значение при увеличенной емкости тигля.
8. Все управление процессом сведено к включению одной кнопки, все последующие операции автоматизированы.
9. Клапанная система, включая сюда и регулятор плавности перехода скоростей, объединена в одном компактном корпусе.
10. Значительно упрощена электрическая схема, так как отпадает необходимость в выпрямительном устройстве для питания электродвигателя.
11. Монтаж всей аппаратуры портативен и доступен для ремонта и очистки.
В чертежах системы автоматики допущен ряд отступлений от общепринятых правил вычерчивания пневмоэлектрических систем. Сделано это сознательно для того, чтобы схема была более доступной читателю-литейщику, незнакомому с условностями электротехнического черчения.
Пневматическая часть системы
На фиг. 105 показана схематическая компоновка приборов автоматического управления. Следящий золотник А, заменяющий собой ртутный манометр с впаянными контактами, предназначен для настройки ресивера на необходимую величину рабочего давления. Золотник автоматически поддерживает давление на заданном уровне, компенсируя расход из ресивера новыми порциями сжатого воздуха или инертного газа.
Настройка золотника производится поворотом винта, изменяющего сопротивление тарированной пружины в соответствии с показанием контрольного манометра.
Манометры применены обычного стандартного типа, второго класса со шкалой 0—760 мм рт. ст. и с ценой деления 15,2 мм рт. ст. Электромагнитные проходные клапаны Б, В и Д предназначены для свободного прохода сжатого воздуха при наличии соответствующей команды от замыкающих цепь датчиков. Клапаны Б и В снабжены дросселирующим устройством в виде конических заглушек (игл), перемещающихся посредством резьбы и оканчивающихся маховичком с накаткой. Вращая маховичок в ту или другую сторону, можно соответственно увеличивать или уменьшать проходное сечение клапана, а следовательно, регулировать его производительность. Дроссель клапана Б регулирует время подъема сплава до уровня коллектора, а дроссель клапана В — скорость заполнения полости формы.
Пружинный клапан Г является регулятором плавности перехода скоростей, когда сплав из коллектора начинает поступать в полость литейной формы. Регулятор состоит из подвижного золотника 9, свободно перемещающегося в обойме 12, снабженной клиновидными прорезями 11, сообщающими внутреннюю полость втулки с кольцевой канавкой 13, имеющейся в корпусе прибора.
Золотник поддерживается в верхнем положении спиральной нерегулируемой пружиной, сопротивление которой с небольшим запасом превышает вес золотника 9. Степень плавности перехода скоростей обеспечивается дроссельной иглой, перекрывающей канал, посредством которого полость обоймы под подвижным золотником сообщается с окружающей атмосферой. Изменяя сечение канала, можно регулировать величину противодавления вытесняемого воздуха, а следовательно, и скорость опускания золотника из верхнего положения в нижнее. Необходимая степень плавности перехода скоростей металлического потока устанавливается практически, в зависимости от указанных выше условий. Реле-выключатель Е, заменяющий второй ртутный манометр с системой переключающихся контактов, автоматически поддерживает необходимое гидростатическое давление в сплаве в период перехода его из жидкого состояния в твердое.
Следует иметь в виду, что давление в ресивере определяет скорость, с которой сплав заполняет полость формы. Как только полость формы заполнена сплавом, то для компенсации усадочных образований в кристаллизующемся слое достаточно меньшего давления, чем то, на которое настроен ресивер. Это явствует из того, что сплаву при этом не приходится преодолевать сопротивление вытесняемого воздуха и сопротивление окисной пленки.
Теплоотвод от сплава к стенкам формы также менее интенсивен, чем в начальной стадии его движения. Это давление и регулируется реле Е. Если величина давления будет излишне высокой, то может произойти выплеск металла из лабиринта фильтра и деформация сырых песчаных стержней. Наоборот, если давление будет недостаточным, отливка может иметь дефекты газового происхождения.
Настройка реле на величину необходимого давления производится поворотом маховичка, ось которого, перемещаясь в корпусе прибора, сжимает спиральную пружину 18, изменяя ее сопротивление в соответствии с показанием контрольного манометра. Золотник 17 реле, свободно перемещающийся в корпусе прибора, в своем нижнем положении замыкает электрические контакты 19, выполняя тем самым функцию пневмоэлектрического выключателя.
Работа пневматической системы
При открывании входного вентиля сжатый воздух или инертный газ через влагоотделитель поступает в кольцевую полость 1 следящего золотника А и через нее в ресивер давления.
Ресивер, в свою очередь, сообщается с полостью А, к которой примыкает контрольный манометр 4.
При настройке ресивера на необходимую величину давления, например на 400 мм рт. ст., следует нагрузить спиральную пружину 3 с таким расчетом, чтобы давление в ресивере, а следовательно, и в полости а, преодолело сопротивление пружины, сместило золотник 2 вниз и перекрыло подводящий канал в тот момент, когда давление в ресивере превысит заданную величину, т. е. 400 мм рт. ст., что контролируется с помощью манометра 4. После каждого рабочего цикла давление в ресивере будет падать, при этом, естественно, будет изменяться давление и в полости а, в результате чего золотник под действием пружины вновь вернется в верхнее крайнее положение, сообщая ресивер с питающей сетью и поднимая в нем давление до заданного. Предварительная регулировка и настройка следящего золотника производится при закрытом вентиле 25. Если в силу каких-либо причин давление в ресивере превысит заданное, золотник 2 переместится в нижнее крайнее положение и объем ресивера через .полость 1 и отверстие б будет сообщен с окружающей атмосферой. Таким образом, следящий золотник одновременно является и предохранительным клапаном.
Из ресивера сжатый воздух через вентиль 25 поступает в полость электромагнитных клапанов Б и В, выходное отверстие которых перекрыто резиновым конусом 26, укрепленным на подвижном сердечнике электромагнита. В этом положении система готова к выполнению рабочего процесса. При включении пусковой кнопки «заливка» сработает соответствующее реле электросхемы, и обмотка электромагнита клапана Б подключится к питающей сети. Запирающий конус клапана поднимается, открывая свободный проход сжатому воздуху в канал 5 и дальше через вентиль 6 в тигель установки. Перемещением дроссельной иглы клапана изменяется проходное сечение, а отсюда и время заполнения тигля, а значит, и скорость подъема сплава до уровня коллектора. Одновременно сжатый воздух по каналу 7 поступает в полость клапанов Г и Д, находящихся в закрытом положении и в полость 20 реле-выключателя Е. Существенно, чтобы оба контрольные манометра 4 и 21 сообщались не с подводящими трубами, а непосредственно с полостью, где находится измеряемая среда. Только в этом случае манометр будет показывать истинную величину давления. После заполнения коллектора жидкий сплав замкнет собой контактные датчики к сообщит с цепью питания электромагнит клапана В, а также включит сигнальную лампу, извещающую о том, что сплав заполнил коллектор литейной формы. Если интервал между началом подъема сплава в тигле и включением сигнальной лампы будет больше или меньше заданного по программе, то перед следующей отливкой следует подкорректировать скорость, поворачивая в ту или другую сторону дроссельную иглу клапана Б. При открывании клапана В сжатый воздух пойдет по дополнительному и более свободному пути через щель большего сечения, образуемую между конусом и корпусом клапана, и по каналу 8 поступит в верхнюю полость пружинного клапана Г. Под давлением воздуха золотник 9, преодолевая сопротивление пружины 10 начнет опускаться, открывая щели 11 переменного сечения, выполненных в обойме 12. Сжатый воздух, пройдя через клиновидные щели, поступит в полость 13 и дальше по каналу 5 в тигель. Неизбежный при резком открывании клапана В толчок сжатого воздуха будет смягчен, во-первых, сопротивлением пружины клапана Г и, во-вторых, последовательным наращиванием проходного сечения, образуемого клиновидными прорезями.
Большой интервал регулировки клапана Г обеспечивается игольчатым дросселем, изменяющим сечение, по которому воздух, вытесняемый из нижней полости клапана, устремляется в атмосферу через отверстие 14. Выровненный воздушный поток с значительно большей и нарастающей скоростью устремится в тигель, вытесняя сплав в полость литейной формы. Соответственно будет повышаться давление и в полости 20 реле Е, сообщающейся с тиглем посредством трубопровода 16. Под действием давления золотник 17, преодолевая сопротивление пружины 18, начнет опускаться вниз до тех пор, пока не замкнутся электропроводящие контакты 19. Давление, на которое регулируется пружина 18, представляет собой, как уже говорилось выше, меньшую величину, чем давление, необходимое для подъема сплава до высшей точки полости формы. Поэтому еще до того, когда сплав, поднимающийся в полости формы, замкнет собой верхние электрические датчики 15, контакты 19 придут в соприкосновение и замкнут электрическую цепь, сообщающую с питанием соответствующее реле электросхемы, которое после замыкания сплавом датчиков 15 сработает и разорвет цепь питания клапанов Б и В. При этом клапаны Б и В закроются и прекратят дальнейшее поступление сжатого воздуха в тигель.
Одновременно включится сигнальная лампочка, подтверждающая, что процесс заполнения формы закончен. Если интервал между включениями сигнальных ламп будет больше или меньше необходимого, то производится корректировка скорости заполнения формы поворотом маховичка игольчатого дросселя клапана В.
Точно так же, если по показанию манометра 21 наблюдается толчок при открывании клапана В, следует отрегулировать игольчатый дроссель клапана Г.
Ввиду того, что абсолютной герметичности в соединении тигля с крышкой осуществить невозможно, возникает утечка сжатого воздуха, в результате чего давление в тигле и в полости 20 реле Е начнет снижаться. Золотник 17 вновь поднимется в верхнее положение, размыкая контакты 19 и открывая клапаны Б и В, которые, пропустив порцию сжатого воздуха, обеспечат стабильность давления в тигле. Величина давления при кристаллизации контролируется манометром 21.
Регулирование величины давления при кристаллизации сплава может производиться и во время работы установки. Для регулировки следует закрыть вентили 6 и 23 и открыть вентиль 22.
Одновременно с включением клапана В начинает работать и реле времени, определяющее продолжительность технологической выдержки. После срабатывания реле открывается клапан Д, сообщающий полость тигля с атмосферой через канал 24.
По окончании сброса давления вся система клапанов воз вращается в исходное положение.
Конструктивное выполнение системы пневматики
На фиг. 106 показан чертеж блока клапанов, объединенных в монолитном корпусе, сделанном из прокатанного дюраля. Соединение клапанов в соответствии со схемой фиг. 105 выполнено в виде сверленых каналов диаметром 14 мм, входные отверстия которых заглушены пробками, имеющими коническую резьбу. На разрезе по А — А показан электромагнитный клапан Б (см. схему), на разрезе по Б — Б — клапан Д, на разрезе по В — В — клапан Г и на разрезе по Г — Г — клапан В. Электромагниты клапанов укреплены на легкосъемных крышках, что облегчает их сборку, ревизию и ремонт. Выводы обмотки оканчиваются вилками штепсельного разъема, существенно облегчающими соединение блока с цепью питания и предупреждающими от неосторожного соприкосновения с токонесущими проводниками.
Седла клапанов, запрессованные в корпус, равно как и конические втулки дроссельных регуляторов, выполнены из бронзы марки Бр АЖ 9-4, а сами дроссельные иглы и их резьбовые направляющие из нержавеющей стали. Выступающие за пределы корпуса штоки дроссельных игл имеют риски с расстоянием между ними 1 мм. Риски позволяют настраивать проходное сечение дросселя по указаниям карты-программы, составляемой для каждой отливаемой детали. Герметичность неподвижных соединений обеспечивается резиновыми прокладками, а подвижных — уплотнительными кольцами. Электромагнитные клапаны обычные, типа ЭС1-5111, подъемной силой 3 кГ.
Блок имеет два разъемных штуцера, один из которых по средством трубопровода сообщается с ресивером, а другой с тиглем установки. Поворотом маховичка с надписью «скорость до коллектора» регулируется время подъема сплава от уровня его в тигле до уровня коллектора в литейной форме; маховичком с надписью «амортизатор» регулируется плавность возрастания скорости в начальный момент заполнения формы сплавом; маховичком с надписью «скорость после коллектора» регулируется время заполнения рабочей полости формы.
На фиг. 107 показан чертеж общего вида следящего золотника А (см. схему фиг. 105), автоматически регулирующего величину рабочего давления газовой среды. Четырехкратное соотношение диаметра к длине подвижного золотника и высокая точность и чистота притирки исключают опасность перекоса и заедания в направляющей обойме, в свою очередь, запрессованной в дюралевый корпус.
Точность и чувствительность регулировки обеспечиваются спиральной пружиной, длина которой в свободном состоянии равна 250 мм. Чтобы пружина при такой длине не прогибалась и не препятствовала свободному ходу золотника, внутри нее находится гладкий шток, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру пружины.
Два штуцера следящего золотника соединяются с ресивером, а один — с сетью сжатого воздуха или с редуктором на баллоне, содержащем инертный газ — аргон.
На фиг. 108 показан чертеж общего вида реле-выключателя Е (см. схему фиг. 105). При конструировании прибора также соблюдены условия, обеспечивающие надежность перемещения золотника 1 и высокую чувствительность регулировки. Электрический выключатель выполнен в виде двух латунных контактов, один из которых кольцевой формы 2 укреплен на подвижном золотнике и изолирован от него фибровой втулкой, а другой 3, также изолированный от корпуса, снабжен пружиной для более плавного и безударного включения и выключения.
Штуцер прибора 4 сообщается с полостью тигля. Настройка реле на необходимое давление достигается навинчиванием пли свинчиванием резьбовой втулки 5, в которую упирается нижняя часть пружины.
На фиг. 109. представлен чертеж общего вида программного регулятора для литья под низким давлением, состоящего из описанных выше приборов, а на фиг. 110 фотоснимок изготовленного по этим чертежам прибора.
Габаритные размеры прибора в сборе: длина 650 мм, высота 475 мм, ширина 200 мм.
Электрическая часть системы
При включении пусковой кнопки А (фиг. 111) срабатывает и ставится на самопитание промежуточное реле 1. В этом положении катушка электромагнитного клапана Б включается в цепь питания через промежуточное реле 1, а также через реле 2, 3 и 4, контакты которых нормально замкнуты. Спустя некоторое время поднимающимся сплавом будут замкнуты контактные датчики 5 и 6, установленные в коллекторе литейной формы. В этот момент катушка электромагнитного клапана В включится в цепь питания через вторую пару нормально замкнутых контактов реле 2, включится сигнальная лампа 7 и реле времени 10. После заполнения формы жидкий сплав соединит верхние контактные датчики 8 и 9 и включит в цепь питания катушку промежуточного реле 2, через замкнутые к атому времени контакты а и б реле выключателя Е. Реле 2 сработает и разорвет цепь питания клапанов Б и В, которые закроются и перекроют подачу сжатого воздуха из ресивера в тигель. Одновременно включится сигнальная лампа 11. При понижении давления в тигле в результате утечек реле-выключатель Е разомкнет контакты и тем самым разорвет цепь питания реле 2, которое вернувшись в исходное положение, вновь откроет клапаны Б и В.
Такое чередование будет продолжаться до тех пор, пока не сработает реле времени 10, настраиваемое на продолжительность технологической выдержки. После срабатывания реле времени включится на самопитание промежуточное реле 3 и, в свою очередь замыкая контакты в заставит сработать электромагнитный клапан Д, сообщающий полость тигля с атмосферой. Тогда же будут разомкнуты контакты гид, прерывая цепь питания электромагнитных клапанов Б и В, которые закроются. Одновременно включается реле времени 12, и пока оно не сработает клапан Д будет открыт. После срабатывания реле времени 12 включается питание катушки промежуточного реле 4, которое разомкнет контакты е, отключающие от питания промежуточное реле 1. Вся система возвращается в исходное положение, все клапаны закрываются. Для повторения цикла достаточно нажать кнопку А.
Если в процессе работы в результате неплотного смыкания матриц или наличия зазора между какими-нибудь другими частями произойдет прорыв жидкого сплава, следует переключить комбинированный строенный переключатель 13. При этом полость тигля будет сообщена с атмосферой, а вся остальная аппаратура вернется в исходное положение.
Пользоваться строенным переключателем следует также и при заполнении тигля рабочим сплавом, иначе воздух, находящийся в тигле, не сможет вытесняться. Реле времени могут быть любого типа, однако желательно применение электронных реле, которые отличаются высокой точностью, надежностью в эксплуатации и относительно малыми габаритными размерами. Реле времени 10 должно иметь интервал регулировки до 3 мин , а реле времени 12 — до 5 сек. с ценой деления, равной 1 сек. Промежуточные реле стандартного типа, например ЭП41-Б (трехцепное). Соединение электросхемы с блоком пневматики осуществляется посредством штепсельных разъемов. Конструктивное оформление электросхемы целесообразно сделать в виде независимого блока подобно блоку пневматики.