СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к литейному производству, в частности, к стендам для исследования литниковых систем.
Известен стенд для исследования литниковых систем (Рабинович Б.В. “Введение в литейную гидравлику”. - М.: Машиностроение, 1966. - С.335). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, коллектора и питателей. Все элементы стенда выполнены из прозрачной пластмассы. Стояк имеет круглое поперечное сечение и выполнен сужающимся книзу. Коллектор имеет трапецеидальное поперечное сечение и плоскую крышку. В коллекторе прорезаны питатели трапецеидального поперечного сечения.
Недостатком стенда является то, что его можно использовать для исследований только одной литниковой системы. Размеры коллектора и питателей можно менять, изготовив новый стенд. Изготовить участки коллектора разных внутренних диаметров невозможно. Кроме того, в этой литниковой системе не измеряются напоры жидкости в разных сечениях системы.
Известен также стенд для исследования литниковых систем (патент на полезную модель №92817 от 08.12.2009 г. ”Стенд для исследования литниковых систем”). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, переходника, составного коллектора в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, пьезометров в стояке и коллекторе. Стояк выполнен круглого поперечного сечения. Количество питателей может меняться от 1 до 20, а расстояние между ними можно изменять, заглушая промежуточные питатели.
Недостатком прототипа является то, что его можно использовать для исследований только одной литниковой системы. Размеры коллектора и питателей можно менять, изготовив новый стенд.
Признаки прототипа, являющиеся общими с признаками предлагаемого стенда, - литниковая чаша, стояк, переходник, составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, пьезометры в стояке и коллекторе.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, - создание стенда, позволяющего исследовать литниковую систему с разными внутренними диаметрами сменных модулей и соединительных трубок.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном стенде для исследования литниковых систем, содержащем последовательно соединенные литниковую чашу, стояк, переходник, составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, пьезометры в стояке и коллекторе, внутренние диаметры сменных модулей и соединительных трубок выполнены разной величины, наружные диаметры соединительных трубок одинаковые, пазы в сменных модулях под соединительные трубки выполнены разверткой с расчетом получения скользящей посадки соединительной трубки со сменным модулем, переходник имеет 4 отверстия разных диаметров с целью подсоединения соединительных трубок разных внутренних диаметров, а для предотвращения вытекания жидкости из этих отверстий используются заглушки.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - внутренние диаметры сменных модулей и соединительных трубок выполнены разной величины, наружные диаметры соединительных трубок одинаковые, пазы в сменных модулях под соединительные трубки выполнены разверткой с расчетом получения скользящей посадки соединительной трубки со сменным модулем, переходник имеет 4 отверстия разных диаметров с целью подсоединения соединительных трубок разных внутренних диаметров, а для предотвращения вытекания жидкости из этих отверстий используются заглушки.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют исследовать литниковые системы с разными внутренними диаметрами сменных модулей и соединительных трубок, то есть достичь цели полезной модели.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда для исследования литниковой системы с сужающимся коллектором, на фиг.2 - схема стенда для исследования литниковой системы с расширяющимся коллектором, на фиг.3, 4, 5 и 6 - чертежи стояка, переходника, соединительной трубки и сменного модуля коллектор-питатель, на фиг.7 - фотография изготовленного стенда с сужающимся коллектором, на фиг.8 - фотография стенда с расширяющимся коллектором.
Стенд (фиг.1, фиг.2) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, соединительных трубок 4, сменных модулей 5 коллектор-питатель, пьезометров 6. Для слива излишков жидкости в литниковой чаше 1 прорезана щель 7. Для закрывания отверстий в переходнике 3 стенд снабжен заглушками 8.
Пьезометры 6 установлены в стояке 2 и в соединительных трубках 4. Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров) выполнены из стали. Соединение элементов стенда произведено за счет посадок, без резьбы и уплотнительных прокладок. В переходнике 3 и сменных модулях 5 пазы под соединительные трубки 4 выполняются разверткой, а наружный диаметр соединительных трубок 4 выполняется с расчетом получения скользящей посадки соединения соединительной трубки 4 с переходником 3 и со сменным модулем 5, предотвращающей утечку воды. Элементы стенда просты в изготовлении, а сборка стенда не вызывает затруднений. Напор в системе Н - расстояние по вертикали от уровня металла в литниковой чаше 1 до продольных осей соединительных трубок 4 и сменных модулей 5 -поддерживался постоянным путем непрерывного доливания жидкости в чашу 1 и слива ее избытков через щель 7. Расстояние от стояка до первого работающего питателя (фиг.1, фиг.2) и расстояние между питателями можно менять, не включая какие-то промежуточные питатели.
Был изготовлен опытный образец - стенд (фиг.7, фиг.8). Внутренний диаметр стояка 2 составлял 30,08 мм. В сужающемся коллекторе (фиг.7) внутренние диаметры соединительных трубок 4 и сменных модулей 5 были такими (мм): 30,08, 24,08, 20,08, 16,03, 12,03 и 9,03. В расширяющемся коллекторе (фиг.8) внутренние диаметры соединительных трубок 4 и сменных модулей 5 (мм): 9,03, 12,03, 16,03, 20,08, 24,08 и 30,08. Внутренний диаметр питателей сменных модулей 5 равняется 9,03 мм. Внутренний диаметр чаши 1 составляет 272 мм, а напор в системе Н равняется 363 мм и поддерживается постоянным.
Стенд можно собирать из соединительных трубок 4 и сменных модулей 5 с разными диаметрами коллекторов, или с разными диаметрами питателей, или с разными диаметрами коллекторов и питателей.
x
2
Стенд для исследования литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей, измеряют высоту (напор) H столба жидкости в пьезометрах стояка и соединительных трубок линейкой, определяют объем W вылившейся из питателя каждого сменного модуля жидкости в отдельную емкость за определенное время τ. Затем определяют скорость воды ν в питателе каждого сменного модуля по формуле: ν=W/τ. После чего подсчитывают расход воды в питателе по формуле: Q=νS, где S - площадь сечения питателя, м. Расход воды во всей системе определяют путем суммирования расходов воды во всех работающих питателей.
Исследовали работу литниковой системы при разном количестве работающих питателей, разных внутренних диаметрах питателей и коллекторов. Изучали взаимное влияние (интерференцию) местных сопротивлений. Как изменяются напоры в пьезометрах, хорошо видно на фиг.7 и 8. В сужающемся коллекторе (фиг.7) при работе всех шести питателей скорость течения воды в ближнем к стояку питателе 1,76 м/с, в дальнем от стояка питателе - 1,13 м/с, в 1,56 раза меньше. А всегда считалось, что скорость течения жидкости в ближнем к стояку питателе меньше, чем в дальнем от стояка питателе. В расширяющемся коллекторе (фиг.8) при работе всех шести питателей вода из трех ближних к стояку питателей не течет. При работе 2-го, 3-го и 4-го от стояка питателей в коллекторе обнаружено давление, меньшее атмосферного (так называемый вакуум): в ближнем к стояку пьезометре уровень воды на 51 мм ниже продольной оси коллектора. Считалось, что образование вакуума в коллекторе литниковой системы невозможно.
В экспериментах использовалась вода, подкрашенная марганцовкой.
Как видно, удалось создать стенд, позволяющий исследовать работу литниковой системы с разными внутренними диаметрами коллектора и питателй. То есть цель создания полезной модели достигнута.
Благодаря полученным экспериментальным результатам удалось использовать уравнение Бернулли при расчетах литниковых систем с коллектором переменного сечения, ранее не поддававшихся расчету.