книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов

В основном амплитуда колебаний определяется массой падающе­ го груза.

Полученная путем осциллографирования зависимость времени

Уменяется незначительно. Сле­ довательно, расстояние меж­ ду краем питателя и днищем ковша весов в проектируе­ мых дозаторах необходимо

ния время т затухания переходного процесса различное в зави­ симости от величины дозы.

Исследование зависимости x = f(Qo), построенной по данным осциллограмм (рис. 83), показывает, что с увеличением Q0 время затухания переходного процесса возрастает. В исследуемом взвешивающем устройстве эта зависимость в основном линейна, и только после значения Qo =800 кг она становится нелинейной (приращения т возрастают при тех же приращениях Qo). Линей­

правки при.задании программы дозирования. Исследование пере­ ходных процессов при Q 0 =var также показало, что с увеличе­ нием Qo колебательный характер движения стрелки вторичного прибора усиливается. Это объясняется тем, что с уменьшением частоты колебаний грузоприемной системы в спектре преобла­ дают низкие частоты, которые пропускает следящая система вто­ ричного прибора.

По сравнению с влиянием высоты падения материала на вре­ мя затухания переходного процесса влияние массы ГМ носит обратный характер. В связи с этим в выходной фазе дозирования воздействие поступающего материала на весовую систему будет

170

несколько ослабленным, что уменьшает динамическую погреш­ ность дозирования.

Для уменьшения времени затухания колебаний ГМ необхо­ димо стремиться к уменьшению его массы до возможного преде­ ла, обусловленного требованием сохранения жесткости и механи­ ческой прочности весов.

Исследование влияния жесткости упругих элементов на время затухания колебаний проводилось при двух значениях жесткости пружин: Сі=80 кг/мм; сг=160 кг/мм. Параллельно исследова­ лось влияние ограничителей колебаний подвижной рамы на ха­ рактер переходного процесса. Груз массой 40 кг бросали с высоты

зывает существенное влияние на их характер. Так, при увеличе­ нии жесткости в два раза резко улучшается качество переходных процессов. Время переходного процесса при Сі = 80 кг/мм состав­ ляет 2,5—3,0 сек, а при Сг= 160 кг/мм — около 1,8 сек. Поскольку при статическом воздействии время переходного процесса со­ ставляет 1,5 сек и равно времени прохождения стрелкой участка шкалы в 40 делений, время запаздывания от колебаний грузоприемной рамы составляет при жесткости с\ 1,0—1,5 сек; при жесткости Ci—0,3 сек. При более высокой жесткости упругих эле­ ментов (около 250—300 кг/мм) и том же значении массы ГМ время затухания колебаний становится значительно меньшим по сравнению с временем отработки вторичного прибора и практи­ чески не влияет на характер переходного процесса.

Таким образом, для получения оптимального переходного процесса необходимо при прочих равных условиях повышать жесткость упругих элементов и скорость отработки вторичного прибора. Практически значения жесткости и скорости отработки имеют некоторый предел, и свести динамическую погрешность весоизмерительной системы к нулю без применения специальных корректирующих звеньев не представляется возможным. Эту по­ грешность можно учесть при задании программы путем ввода упреждения.

Исследование влияния ограничителей на характер переход­ ных процессов показало, что при наличии нижних и верхних ограничителей или одного из них значительно уменьшается амплитуда колебаний ГМ и до некоторой степени время их за­ тухания. Эффективность действия ограничителей повышается с уменьшением жесткости упругих элементов. Ограничители не только предотвращают поломку электрического преобразователя при ударных нагрузках и защищают упругие элементы от пере­ напряжений, но и улучшают качество переходных процессов.

При работе взвешивающего устройства в его ковш последова­ тельно поступают куски материала, масса которых различна. Для изучения переходных процессов в динамической цепи взве­ шивающего устройства было проведено их осциллографирование

171

при падении в грузоприемный ковш последовательно трех грузов

те исследований выяснилось, что характер переходных процессовпри работе взвешивающего устройства в режиме дозирования в основном зависит от жесткости упругих элементов и массы ГМ. Действие ограничителей в этом случае аналогично их действию при падении в ковш одного куска (порции) дозируемого мате­ риала. Следует отметить, что если время переходного процесса превышает промежуток времени между падением в ковш двух кусков материала, то колебания накладываются и динамическая погрешность дозирования растет. В тех случаях, когда эти про­ межутки больше времени переходного процесса, динамическая

Для исследования работы механизма балансировки нуля в динамическом режиме были сняты осциллограммы переходных процессов в нуль-балансной схеме. Варьировались чувствитель­ ность и коэффициент усиления электронного усилителя вторич­ ного прибора, а также передаточный коэффициент редуктора ме­ ханизма установки нуля. В результате исследований установле­ но, что время, необходимое для балансировки нуля, в основном определяется скоростью перемещения сердечника измерительного преобразователя. Для повышения быстродействия нуль-балан­ сного контура необходимо выбирать оптимальное значение пере­ даточного коэффициента редуктора. При этом собственная частота механизма установки нуля не должна превышать соб­ ственную частоту следящей системы вторичного прибора. В про­ тивном случае нуль-балансный контур становится неустойчивым, что вызывает появление дополнительной погрешности.

Исследование зависимости динамических ошибок ЭВУ с ЗГМ от расхода материала и степени демпфирования при непрерыв­ ном и дискретном потоках материала проводилось следующим образом. При порционном дозировании материалов динамиче­ ская погрешность взвешивания, как указывалось выше, является составной частью погрешности дозирования. Поэтому в нашем случае, при прочих равных условиях, по погрешности дозирова­ ния можно качественно судить о динамической погрешности ЭВУ.

Опыты по определению зависимости динамических ошибок ЭВУ от изменения расхода материала и степени демпфирования при непрерывном потоке материала проводились на описанном ранее стенде с ЗГМ и установленным на нем неподвижным ков­ шом. Во всех опытах дозирование осуществлялось с помощью эталонных грузов, соответствующих массе дозы. Порции взвеши­ вались на весах с верхним пределом 25 кг и классом точности 0,1.

172

Величина расхода определялась как отношение массы пор­ ции к времени дозирования, которое измерялось электросекундо­ мером. Величина расхода изменялась путем изменения высоты столба жидкости. При неизменных условиях проводилось по 10 опытов. Перед дозированием включался электромагнит ука­

грешности является линейной функцией расхода, что хорошо согласуется с результатами аналитических исследований.

При взвешивании материала в дискретном потоке воздействие на ГМ может быть ступенчатым или ударным. Выше было пока­ зано, что динамические погрешности устройства могут быть уменьшены выбором параметров ГМ. Однако реализация дан­ ного условия не всегда возможна. В таком случае динамические погрешности ЭВУ могут быть уменьшены путем демпфирования колебаний ГМ. В связи с этим представляет интерес определение влияния степени демпфирования на динамические характеристи­ ки устройства при изменении скорости и величины присоединяе­ мой или отсоединяемой массы. В грузоприемный ковш, установ­ ленный на платформе, бросали грузы 10 и 20 кг с высоты 0,25; 0,5; 1,0 и 2,0 м. Нулевая высота соответствует ступенчатому воз­ действию, имеющему место при отсоединении массы. Кроме того, изменяли степень демпфирования /гд (изменением сечения пере­ пускных отверстий успокоителя), которая составляла 1; 0,25; 0,12 и 0. За единицу условно принята степень демпфирования

(успокоители отсоединены). Опыты по осциллографированию переходных процессов проводились с упругими элементами жест­ костью 20 и 89 кг/мм.

По результатам обработки осциллограмм построены зависи-

173

мости параметров переходного процесса (перерегулирования и времени переходного процесса) от скорости присоединяемой массы и степени демпфирования для грузоприемного механизма и всего устройства (рис. 85, 86). Анализ осциллограмм показал, что перерегулирование увеличивается с увеличением скорости присоединения материала и уменьшается с увеличением степени

г

демпфирования. Динамическая ошибка взвешивающего устрой­ ства Oy щах значительно меньше ошибки грузоприемного механиз­ ма (Тг.мтах (первая равна 1,8; вторая — 16). Уменьшение динами­ ческой ошибки устройства с возрастанием скорости в интервале больших скоростей можно объяснить наличием нелинейных эле­ ментов в измерительной схеме. Минимальные динамические ошибки имеют место при Л = 0, что практически равносильно от­ соединению массы.

2. ДОЗАТОРЫ ШИХТЫ ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Для определения оптимальных параметров и режимов рабо­ ты дозатора, при которых обеспечивается минимальная погреш­ ность дозирования того или иного материала, были проведены экспериментальные исследования на универсальном стенде-доза­ торе (рис. 87), где УПШ— установка подачи шихты, состоящая из расходного бункера, пластинчатого питателя и механизма встряхивания; ДВ — электродвигатель механизма встряхивания;. ДП — электродвигатель питателя, ДНШ — датчик наличия ших­ ты на питателе; ВУ — взвешивающее устройство, ЭМУ — элек­ тромашинный усилитель; Д1, Д2 — приводные электродвигатели генераторов; ГПП — генератор питания подъемного электромаг-

174

нита; СУ — схема управления; ИЭ — измерительный элемент; ИП — измерительный преобразователь; ДН — электродвигатель перемещения сердечника ИП; Р — редуктор; ВП — вторичный указательный прибор; У — электронный усилитель; К — комму­ татор; КД — компенсационный электродвигатель; КП — компен­ сационный преобразователь; КМ — кинематический механизм;

Рис. 87. Схема лабораторного испытательного стенда-дозатора.

Стенд позволяет исследовать следующие вопросы:

1) влияние углов наклона расходного бункера на выход ма­ териала без встряхивания и со встряхиванием;

2)влияние размеров кусков шихты на размеры выходного отверстия;

3)влияние скорости питателя, частоты и амплитуды встряхи­ вания расходного бункера на интенсивность выхода материала и точность дозирования;

4)влияние удельного веса материала на выход его из бун­

кера;

5)влияние степени заполнения бункера на сводообразование

ивеличину удельного давления на питатель;

175

6)влияние на работу установки различных типов применя­ емых в ней питателей (пластинчатого, вибрационного, кареточного и цепного) ;

7)работу комплексов установка подачи шихты — взвешива­ ющее устройство и установка подачи шихты —< взвешивающее устройство — корректирующее устройство.

Исследование работы комплексов позволяет изучить влияние различных параметров установки подачи (угла наклона стенок расходного бункера, размеров выходного отверстия и др.), влия­ ние соотношения между весом отдельных кусков и весом наби­ раемой дозы материала на точность дозирования.

Для возможности автономного управления питателем и механизмом встряхивания их приводы разделены. В качестве приводов применены электродвигатели постоянного тока, пита­ ющиеся от индивидуальных генераторов, причем в качестве гене­ ратора электродвигателя питателя использован электромашин­ ный усилитель. Это позволяет плавно регулировать скорость питателя и частоту встряхивания в широких пределах. Отдозированный материал возвращается в расходный бункер с помощью передвижной тележки и подъемного электромагнита.

Для контроля наличия материала на питателе и управления механизмом встряхивания установлен датчик наличия шихты, который позволяет включить электродвигатель механизма встря­ хивания только при отсутствии шихты на питателе.

На универсальном стенде-дозаторе можно изменять следую­ щие параметры (при сохранении постоянных значений всех остальных): скорость питателя в диапазоне 1 : 7 (плавно); часто­ ту встряхивания в диапазоне 1:2 (плавно от 60 до 120 кол/мин); амплитуду встряхивания в диапазоне 1:3 (ступенчато); углы наклона боковых и задней стенок расходного бункера; размеры выходных отверстий; жесткость динамометрических элементов взвешивающего устройства; постоянную времени вторичного при­ бора.

Цикл работы стенда-дозатора происходит следующим обра­ зом. Перед началом дозирования оператор с помощью коммута­ тора К производит балансировку нуля, после чего включает при­ вод ДП питателя и привод ДВ механизма встряхивания. При работе с датчиком наличия шихты электродвигатель ДВ получит питание лишь в том случае, если шихты на питателе нет. По мере поступления материала с питателя в ковш взвешивающего устройства ВУ увеличивается деформация • динамометрических элементов и выходное напряжение преобразователя ИП. Это на­ пряжение поступает на вход усилителя У и через коммутатор К на электродвигатель КД, который через редуктор и кинематиче­ ский механизм КМ перемещает сердечник преобразователя КП до баланса схемы. Одновременно поворачивается стрелка вто­ ричного прибора. По достижении заданного значения угла пово­ рота стрелки срабатывает контакт программного задатчика ПЗ

176

и двигатели ДП и ДВ отключаются. На этом процесс набора дозы заканчивается. Выдача дозы на транспортирующую тележ­ ку TT производится путем открывания днища ковша. Отдозированный материал с помощью электромагнита СПЭ и тельфера Т

Ô — погрешность дозирования, %; ѵп — скорость питателя; QH — заданная величина дозы. С увеличением скорости питателя вре­ мя набора дозы уменьшается, причем степень уменьшения тем

рых и на перемещение материала по питателю необходимо неко­ торое время. С увеличением заданного значения веса дозы эф­ фективность датчика Д Н Ш повышается за счет уменьшения шума, износа деталей механизма встряхивания и экономии элек­ троэнергии.

Расход поступления материала на весы, как показали экспери­

ния, которая зависит от количества материала, находящегося в воздухе между питателем и ковшом при срабатывании програм­ много задатчика. В случае работы дозатора с Д Н Ш расход не­ сколько уменьшается.

При увеличении скорости питателя погрешности дозирования

соотношение между массой отдельных кусков дозируемого мате­ риала и заданной массой дозы. Так, при Q H =2 5 кг относитель­ ная погрешность дозирования для одного и того же материала гораздо больше, чем при Q H =200 кг (см. рис. 89).

При исследовании частоты встряхивания N на точность до­ зирования замечено, что при увеличении N меньшие значения погрешностей наблюдаются при больших значениях QH-

Экспериментальные исследования показали, что электроме­ ханический дозатор, состоящий из установки подачи материала с нестационарно закрепленным расходным бункером, пластинча­ тым питателем и механизмом встряхивания и взвешивающего устройства с РГМ. и дифференциально-трансформаторной изме­ рительной схемой, позволяет дозировать кусковые материалы, в том числе компоненты шихты плавильных агрегатов, с задан­ ной производительностью и требуемой точностью.

На универсальном стенде-дозаторе при оптимальных его па­ раметрах были выполнены исследования по определению погреш­ ности каждого цикла дозирования и суммарной погрешности при работе дозатора с вводом упреждения в программу, а также при работе с аналоговым корректирующим устройством [68]. Серия опытов при работе дозатора в двух указанных режимах и в ре­ жиме без упреждения и коррекции проводилась для значений дозы 25 и 200 кг.

Наилучшие результаты дозирования получены при работе до­ затора с коррекцией. Режим работы с вводом упреждения в про-

178

грамму приемлем при хорошей разделке дозируемого материала, т. е. когда масса отдельных кусков значительно меньше задан­ ной массы дозы.

Суммарная погрешность дозирования значительно уменьша­ ется с увеличением количества циклов и величины дозы, т. е. соотношения между массой дозы и куска. Так, после десяти цик­ лов при Q H = 2 5 кг суммарная погрешность дозирования состав­ ляет 3,6%, а при Q H = 2 0 0 кг — всего лишь 0,01 % .

3. ДОЗАТОРЫ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для исследования процесса дозирования сыпучих и жидких формовочных материалов, нахождения ряда конструктивных факторов и зависимостей дозирующих устройств и их элементов, а также для определения погрешностей дозирования была раз­ работана лабораторная установка (рис. 9 0 ) .

Установка представляет собой разборную металлоконструк­ цию 6, на которой смонтированы весовые ленточные транспорте­ ры дозаторов сыпучих материалов 5,7 с приводными двигателями ведущих барабанов 1, 12, на валы которых посажены тахогенераторы 2, 11. Транспортеры уравновешиваются упругими элемен­ тами 4, 8, перемещение которых преобразуется в пропорциональ­ ный электрический сигнал индуктивными датчиками 3, 10.

Расход жидких материалов измеряется датчиком электро­ магнитного расходомера 13, а перекрытие трубопровода при отработке заданной дозы осуществляется электроклапаном 14. Для учета веса материалов при исследовании дозаторов мате­ риалы в процессе дозирования поступают в емкость 15, установ­ ленную на тележке.

Управление работой установки осуществляется от пульта управления 9, выполненного в виде шкафа с блочным монтажом устройств и элементов установки и их соединением при помощи разъемов. В пульте размещены электромашинные усилители типа ЭМУ-5А для управления приводными двигателями дозаторов сы­ пучих материалов, электромеханический интегратор расхода жи­ дких материалов, измерительный блок расходомера типа ИР-ТМ, электронные усилители дозаторов сыпучих материалов, мо­ дуляторы, преобразующие постоянные напряжения тахогенераторов, посаженных на валы приводных двигателей дозаторов сы­ пучих материалов, в переменные с частотой 50 гц, электромаг­ нитные пускатели приводных двигателей ЭМУ-5А и элементы управления работой установки. Установка предусматривает два основных режима работы: режим раздельной работы дозаторов и режим системы поддержания соотношения. В режиме раздель­ ной работы каждый из дозаторов включается от пульта управле­ ния. Предусмотрена работа дозаторов в периодическом и непре­ рывном режимах. В режиме системы поддержания соотношения осуществляется соответствующее изменение производительности