Бегуны с автоматизированной регулировкой качества смеси

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Бегуны с автоматизированной регулировкой качества смеси

Основной информационный поток процесса смесеприготовления - это данные лабораторного контроля свойств и состава смеси . Многофакторность процесса и связанный с этим широкий диапазон колебаний свойств для повышения эффективности оценки требует, с одной стороны , резкого увеличения ( на порядок ) числа анализов, а с другой - необходимость фильтрации параметров для исключения влияния на точность идентификации различных помех. Кардинальным решением данного вопроса является резкое увеличение числа измерений путем использования автоматического и полуавтоматического контроля свойств.

В настоящее время информация о свойствах смеси малочисленна, статистически не обрабатывается и практически не используется для управления, т.к. результаты контроля получаются с большим запаздыванием, когда смесь уже давно вышла из смесителя и исправить ее дефекты при формовке невозможно.

Системы управления смесеприготовлением должны базироваться на автоматическом контроле состава исходных формовочных материалов и свойств смесей в процессе их приготовления. В смесеприготовительных отделениях литейных цехов получили распространение системы регулирования по возмущению, по отклонению и комбинированию.

В системах регулирования по возмущению, называемых системами предварительной калькуляции(СПК), измеряемыми параметрами являются влажность и температура отработанной смеси на входе в смесителе, а управляющим воздействием - количество воды или суспензии (расход или масса) , подаваемой в смеситель.

СПК разработаны Московским автомеханическим институтом совместно с ВНИИЛитмашем, Минским и Волгоградским тракторным заводами, Харьковским филиалом ВНИИЛитмаша и Одесским заводом «Центролит», а также зарубежными фирмами.

Минским тракторным заводом удачно решен вопрос регулирования дозы суспензии. Дозатор суспензии имеет ряд вертикальных электродов разной длины и два запорных клапана с пневмоприводом. При открытии впускного клапана суспензия поступает в бак дозатора , пока не достигнет уровня соответствующего электрода. Впускной клапан при этом закрывается. При открытии выпускного клапана доза суспензии поступает в смеситель. Доза изменяется подключением того или иного электрода в цепь отключения впускного клапана.

В СПК, работающей в литейном цехе ВАЗа, отработанная смесь и песок подаются в промежуточный весовой бункер, причем отработанная смесь дозируется по массе, а песок - по времени. После дозирования сыпучих компонентов измеряется влажность отработанной смеси ( в течение 10 секунд), и регулятор задает дозируемую в раздаточный бак бентонито-угольную суспензию. Данная СПК снабжена аналоговым вычислительным устройством, программатором, имеющим десять таймеров, и обслуживает два смесителя. Недостатком системы является то, что ее можно использовать при температуре смеси не выше 42°С ( при более высокой температуре измерительный контур отключается), а также то, что при изменении дозы суспензии изменяется количество подаваемого связующего, что нежелательно. Данную систему целесообразно применять при эффективном охлаждении смеси.

СПК с более широким температурным диапазоном разработана Всесоюзным научно-исследовательским институтом аналитического приборостроения (г. Киев) и прошла эксплуатационные испытания в литейном цехе Подольского механического завода им. М.И.Калинина. Система может функционировать при температуре смеси до 70С.

Перспективной является система СПК, использующая бесконтактные датчики температуры и влажности смеси, устанавливаемые над промежуточным бункером перед смесителем. Сигнал с микроволнового датчика влажности сравнивается с установленной на датчике требуемой влажностью и выдается разностной сигнал, пропорциональный количеству воды, которое необходимо добавить в смесь. Этот сигнал далее суммируется с сигналом то пирометрического датчика температуры для компенсации испарения влаги в процессе перемешивания смеси в смесителе и последующей транспортировки ее к бункерам формовочных автоматов. В системе оригинально решен узел подачи воды в смеситель с помощью выжимания воды сжатым воздухом, подаваемым в герметичную емкость. Данный узел универсален, и его можно использовать на смесителях непрерывного и периодического действия. Реализация такой системы показала достижимость регулирования влажности смеси с точностью ± 0.1%.

Опыт эксплуатации систем СПК с регулированием влажности смеси показал, что при значительных колебаниях содержания связующего в отработанной смеси, стабилизация влажности не только не дает ожидаемого эффекта, но может привести к браку смеси. В данных условиях важным для обеспечения хороших технологических свойств является не абсолютная влажность, а соотношение: вода- связующее, которое в определенных пределах пропорционально таким свойствам, как формуемость, уплотняемость, насыпная масса смеси. Поэтому перспективна СПК, построенная на основе известных литейных зависимостей насыпной массы смеси от влажности.

В данной системе между расходным бункером отработанной смеси и смесителем устанавливается большая емкость , которая может принять в себя весь объем загружаемой дозы смеси. Емкость устанавливается на трех тензодатчиках и в верхней части снабжена шибером . Форма измерительного бункера выполнена таким образом, что шибер закрывается после набора дозы, т.е. когда бункер заполнен полностью и объем материала в нем постоянный.

Сигналы с датчика температуры, тензодатчиков и расходомера подаются в блок с микропроцессорным управлением, куда также поступает сигнал с задатчика требуемой влажности.

Информация о насыпной массе смеси, определенной с помощью весовых датчиков, поступает в вычислительное устройство, насыпной массой и влажностью рассчитывает фактическую влажность смеси с учетом ее температуры и определяет требуемое количество воды, которое необходимо добавить в смесь для обеспечения заданной влажности.

Производственные испытания данной системы показали, что с ее использованием повышается качество смеси, а колебания влажности практически не выходят за пределы ±0.1%. Данную систему можно использовать в цехах, где имеется тщательное предварительное увлажнение смеси, обеспечивающее ее влажность перед дозатором менее двух процентов, но менее заданной.

Более целесообразно использование систем регулирования по отклонению, называемых системами конечного состояния (СКС). Например, в системе управления смесеприготовлением в цехе ковкого чугуна завода «Ростсельмаш» сыпучие материалы дозируются по объему, а отработанная смесь – по нагрузке на привод смесителя. Подача воды регулируется по результатам измерения влажности и температуры смеси в процессе перемешивания. СКС подобного типа работают во многих цехах за рубежом и отличаются лишь конструкциями применяемых датчиков влажности.

В последние годы были предложены СКС, в которых контроль и регулирование осуществляется по одному из технологических свойств. Наиболее перспективны системы с использованием «регулятора формуемости» мод.3800 фирмы H.W.Dietert ( США), получившие широкое применение в США, Канаде, Японии, странах Западной Европы, а также на нескольких отечественных заводах.

Работа системы основана на контроле формуемости - способности смеси просеиваться через щель определенного размера. Эта способность характеризуемая сцеплением частиц между собой, зависит от соотношения вода - связующее и уменьшается с его увеличением.

Свойство формуемости смеси в процессе ее приготовления в смесителе непрерывно контролируется с помощью небольшого вибрационного желоба, на который поступает проба смеси, непрерывно отбираемая из чаши смесителя коротким винтовым пробоотборником. Желоб имеет три этажа. На верхнем этаже имеется щель, через которую проходит на средний этаж контролируемый поток смеси. Избыток смеси на верхнем этаже сбрасыватся через кромку в конце желоба.

На среднем этаже имеются две щели - первая шириной 6 мм, вторая шириной 12 мм. В зависимости от свойства формуемости смеси через эти щели просыпается большее или меньшее ее количество (остаток же сбрасывается в конце желоба).

На нижнем этаже желоба имеется два источника света, лучи от которых улавливаются двумя фотореле, помещенными напротив них на другом борту желоба. При значении свойства формуемости смеси в оптимальных пределах 70-80%, т.е. при технологически наилучшем увлажнении, потоки смеси, проходящие через щели шириной 6 и 12 мм, таковы, что на нижнем этаже желоба смесь не перекрывает первый источник света, но закрывает второй источник . Если смесь недоувлажнена (формуемость или просыпаемость велика), то через щель шириной 6 мм ее просыпается слишком много, и первое (также как и второе) фотореле не улавливает света – закрыты оба источника. Если же смесь переувлажнена (формуемость мала), то через обе щели ее будет просыпаться слишком малое количество и будут покрыты оба источника света . Ширина щелей может быть установлена и другая, в зависимости от характера контролируемой смеси.

Данная система снабжена блоком самонастройки и блоком регулирования амплитуды вибрации, вход которого подключен к выходу датчика температуры, а выход - к приводу вибратора . При повышении температуры смеси сигнал с датчика температуры после усиления и сравнения с заданием уменьшает амплитуду вибрации вибролотка датчика формуемости, смесь в сборном лотке движется медленнее, ее уровень повышается, что приводит к увеличению количества поданной в смеситель воды и переувлажнению смеси.

Дополнительное количество воды испаряется при охлаждении смеси в процессе транспортировки, чем и компенсируется температура. При этом совмещаются операции предварительного увлажнения и перемешивания с доводкой смеси до заданной формуемости, в результате чего упрощается конструкция и повышается производительность.

2.2 Описание и принцип действия установки для определения прочности на сжатие образца формовочной смеси

В проектируемом смесеприготовительном комплексе (См. рис.2.1) автоматизация контроля физико – механических свойств формовочных смесей с обратной связью, осуществляемая в процессе их приготовления в сочетании с доводкой увлажнения по технологическому свойству прочности на сжатие, может служить для дальнейшей стабилизации свойств смесей путем регулирования также дозирования связующих и других добавок в смеситель.

Проба смеси периодически берется из бегунов и по направляющей воронке 6 попадает в гильзу 1, где происходит двухстороннее прессование при помощи плунжеров 2 и 3. Затем верхний плунжер 2 поднимается вверх и остается в этом положении до загрузки в гильзу следующей порции смеси. Одновременно плунжер 3 поднимает образец и остается в этом положении. Затем толкателем 4 образец сталкивается на позицию II, где и происходит при помощи плунжера 5 определение прочности образца на сжатие. Плунжер 5 возвращается в исходное положение и под напором воздуха, из распределительной насадки 7, разрушенный образец и остатки смеси сдуваются в специальную полость 8. Затем плунжер 2 опускается в нижнее положение, после этого цикл можно повторять.

По результатам контроля прочности смеси производится автоматическое корректирование дозирования воды или связующей добавки в смеситель.

1 – гильза; 2, 3 – верхний и нижний плунжера соответственно; 4 – толкатель; 5 – плунжер; 6 – направляющая воронка; 7 – насадка; 8 – полость.

Рисунок 2.1 – Схема прибора для определения прочности образца формовочной смеси на сжатие

2.3 Общая схема автоматизации смесеприготовительного комплекса

Проектируемый смесеприготовительный комплекс служит для приготовления облицовочной и наполнительной смесей для цеха стального литья мощностью 40000т литья в год.

Комплекс состоит из бегунов для приготовления наполнительной смеси (Ι и ΙΙ), бегунов, изготавливающих облицовочную смесь (ΙΙΙ); из системы подачи и дозирования глинистой суспензии (ΙV, V), системы подачи и дозирования жидкого стекла (VΙ); бункеров (отработанной смеси VΙΙ, песка VΙΙΙ, пылевидного кварца ΙХ); пневмотранспорта вытяжного типа для подачи составляющих в смесители и пневмотранспорта нагнетательного типа для подачи готовой смеси в формовочное отделение.

Работу смесеприготовительного комплекса (см. рис. 2.2) начинает оператор, включая ЭБУ. ЭБУ одновременно включает два вентилятора (1а и 2а), привод бегунов Ι (3а), цилиндры (4а, 5а), напрвляющие компоненты смеси в смеситель Ι. Происходит процесс сухого перемешивания в течении 1 мин. По истечении этого времени производится дозирование глинистой суспензии.

Магнитный пускатель включает электропривод 6д шестеренчатого насоса ΙV подачи глинистой суспензии, расход которой измеряется с помощью датчика 6а индукционного расходомера. Сигнал датчика (FE 6a) передается на измерительный блок (FI6б) и интегрируется по времени интегратором (FOI6в). Заданное значение дозы глинистой суспензии устанавливается на задатчике (Z6г). С отсчетом заданной дозы интегратор отключает привод насоса ΙV.

Через одну минуту мокрого перемешивания происходит забор пробы для определения прочности смеси на сжатие. Реле времени KE7 включает исполнительный механизм 8а и смесь из бегунов Ι поступает в воронку, опирающуюся на тензометрический датчик массы (WE 9a). Сигнал этого датчика сообщается вторичному прибору (WIR 9б) и регулятору дозы (WC 9г). Заданная масса дозы устанавливается на задатчике (Н 9в). С достижением заданной массы регулятор возвращает шток цилиндра 8а в исходное положение и открывает затвор для разгрузки порции смеси в гильзу. Электрогидропускатели включают цилиндры (10д и 11д) и происходит двухстороннее прессование. При достижении заданного давления на датчиках (РЕ10а, РЕ11а), регулятор (РС 10в) возвращает цилиндр 10д в исходное положение, а при помощи цилиндра 11д выталкивает образец из гильзы и остается в этом положении до разрушения образца. Переключатель GE12 при достижении цилиндром верхнего крайнего положения включает толкатель 13a, который перемещает образец на позицию измерения прочности. При достижении крайнего положения штоком толкателя переключатель GE15 включает гидроцилиндр (14a). Усилие прилагаемое исполнительным механизмом (14a) для разрушения образца фиксирует датчик ( PE 14в) и преобразовывает на вторичный прибор (PIR14г) и передается на регулятор (РС 14д).

Параллельно с этим измеряется влажность в бегунах Ι при помощи электрокондуктометрического датчика (МЕ 16а), сигнал преобразуется на вторичный прибор (MIR 16б).

При отклонении измеряемых параметров происходит корректировка дозы глинистой составляющей. При достижении заданных параметров регулятор РС14д одновременно включает исполнительный механизм выдачи готовой смеси из бегунов 17а в пневмонасосы и привод насоса 18а подачи смеси в формовочное отделение.

Расход смеси при подаче в бегуны Ι определяем при помощи датчика плотности (DE19a) и датчика расхода воздуха (PE20а), которые передаются на преобразователи DIR19б и PIR20б соответственно и на регулятор FC20в. Заданное значение дозы устанавливается на задатчике Z20г. При достижении заданного расхода цилиндры 4а и 5а перекрывают подачу составляющих в бегуны Ι, а исполнительные механизмы 21а и 22аподают компоненты смеси в бегуны ΙΙ.

Происходит приготовление смеси в бегунах ΙΙ. Данный процесс идентичен вышеописанному приготовлению смеси.

В бункерах установлены электрокондуктометрические датчики уровня (LE53, LE54, LE55) верхнего и нижнего. При достижении нижнего допустимого уровня сигнализатор (LIS) включает подачу компонентов, происходит наполнение бункера сыпучим материалом. С достижением верхнего допустимого уровня сигнализатор выдает команду на прекращение наполнения бункера.