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 простой литниковой системы -L-образной - и нельзя применять при исследовании ярусных литниковых систем, питатели которых расположены на разных уровнях (ярусах). Размеры коллектора и питателей можно менять, только изготовив новую модель литниковой системы. 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 08.12.2009г."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. Из стандартных элементов - сменных модулей с питателями и соединительных трубок - можно собирать, кроме L-образной, сложные литниковые системы, такие как разветвленная, комбинированная, кольцевая и крестовинная.
Недостатком стенда является то, что его нельзя применять при исследовании ярусных литниковых систем. Расчету такие литниковые системы не поддаются, так как уравнение Бернулли выведено для потока с неизменным расходом. А в ярусной литниковой системе происходит деление потока в конце коллектора и раздача потока по питателям, расположенных на разных уровнях.
Признаки известного стенда, 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 ярусную литниковую систему.
Поставленная задача решена за счет того, что известный стенд для исследования литниковых систем, включающий литниковую чашу, стояк, переходник, составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, пьезометры в стояке и коллекторе, дополнительно содержит удлинитель и тройник, удлинитель одним концом расположен в отверстии в переходнике, другой конец удлинителя расположен в отверстии тройника, тройник и составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок установлены вертикально, для закрывания отверстий в нижнем сменном модуле коллектор-питатель и верхней соединительной трубке стенд снабжен пробками, а соединение всех элементов между собой произведено за счет посадок, без использования резьбы и уплотнительных прокладок.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - стенд дополнительно содержит удлинитель и тройник, удлинитель одним концом расположен в отверстии в переходнике, другой конец удлинителя расположен в отверстии тройника, тройник и составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок установлены вертикально, для закрывания отверстий в нижнем сменном модуле коллектор-питатель и в верхней соединительной трубке стенд снабжен пробками, а соединение всех элементов между собой произведено за счет посадок, без использования резьбы и уплотнительных прокладок.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда для исследования литниковых систем, на фиг.2, 3, 4, 5, 6 и 7 - чертежи стояка (состоящего из трех частей), переходника, удлинителя, тройника, соединительной трубки, сменного модуля коллектор-питатель, на фиг.8-15 - фотографии изготовленного стенда при работе разного количества питателей.
Стенд (фиг.1) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, удлинителя 4, тройника 5, соединительных трубок 6, сменных модулей 7 коллектор-питатель, пьезометров 8 и 9. Для слива излишек жидкости в литниковой чаше 1 прорезана щель 10. Для закрывания отверстий в нижнем сменном модуле коллектор-питатель 7 и в верхней соединительной трубке 6 стенд снабжен пробками 11. Тройник 5 делит поток жидкости на две части, из которых одна часть идет вертикально вверх, другая - вертикально вниз. Стояк 2 выполнен сборным, состоящим из двух и более частей, что позволяет менять его высоту. Пьезометр 8 установлен в удлинителе 4, изогнутые под 90° пьезометры 9 размещены в стояке 2 и в соединительных трубках 6. Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров) выполнены из стали. Соединение элементов стенда произведено за счет посадок, без резьбы и уплотнительных прокладок. В переходнике 3, тройнике 5, сменных модулях 7 пазы под удлинитель 4 и соединительные трубки 6 выполняются разверткой, а наружный диаметр удлинителя 4 и соединительных трубок 6 выполняется с расчетом получения скользящей посадки соединения удлинителя 4 с тройником 5, соединительных трубок 6 со сменными модулями 7, 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 продольной оси переходника 3, удлинителя 4 и тройника 5 - поддерживался постоянным путем непрерывного доливания жидкости в чашу 1 и слива ее избытков через щель 10. Расстояние между сменными модулями 7 можно менять, не включая какие-то промежуточные сменные модули.
Был изготовлен опытный образец - стенд (фиг.8). Стояк 2 (фиг.1, 2 и 8) состоит из трех частей, а внутренний диаметр стояка составлял 24,08 мм. Внутренний диаметр удлинителя 4 и коллекторов сменных модулей 7 был равен 16,03 мм. Внутренний диаметр питателей сменных модулей 7 равняется 9,03 мм. Внутренний диаметр чаши 1 составляет 272 мм, а напор в системе H равняется 363 мм и поддерживается постоянным.
Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров 8 и 9) выполнены из стали. В стояке 2, удлинителе 4 и соединительных трубках 6 установлены пьезометры 8 и 9 - стеклянные трубочки длиной 200-400 мм и внутренним диаметром 5 мм.
Стенд можно собирать из сменных модулей 7 коллектор-питатель с разными диаметрами коллекторов, или с разными диаметрами питателей, или с разными диаметрами коллекторов и питателей.
2
1
2
3
Стенд для исследования литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей, измеряют высоту (напор) столба жидкости в пьезометрах стояка и соединительных трубок с помощью металлической линейкой и определяют объем W вылившейся из питателя каждого сменного модуля жидкости в отдельную емкость за определенное время г.Затем определяют скорость воды v в питателе каждого сменного модуля по формуле: v=W/τ.После чего подсчитывают расход воды в питателе по формуле: Q=vS, где S - площадь сечения питателя, м. Расход воды во всей системе определяют путем суммирования расходов воды во всех работающих питателей. Данные для литниковой системы с фиг.1 для трех сменных модулей таковы. Расстояния были такими: h=h=116 мм,h=119 мм. При работе только нижнего питателя скорость течения жидкости в нем была 2,23 м/с, при работе только второго снизу питателя скорость жидкости 1,55 м/с, при работе только третьего снизу питателя скорость составляла 1,06 м/с.При одновременной работе нижнего и второго снизу питателей скорость течения в нижнем питателе была 2,07 м/с, во втором снизу - 1,16 м/с.При одновременной работе первого и третьего снизу питателей скорости соответственно были равны 2,15 м/с и 0,61 м/с.При одновременной работе второго и третьего снизу питателей скорости были такими: 1,37 м/с и 0,74 м/с.При одновременной работе первого, второго и третьего снизу питателей скорость течения воды в нижнем питателе составляла 2,07 м/с, во втором снизу питателе - 1,16 м/с, а из третьего снизу питателя вода не выливалась (см фиг.15). Также были использованы напоры H в 753 мм и 1083 мм, а количество одновременно работающих питателей изменяли от одного до шести.
Как видно, удалось исследовать работу ярусной системы при разном количестве питателей, измерить скорости и расходы жидкости, а также напоры жидкости в разных сечениях литниковой системы - по показаниям пьезометров. То есть цель создания полезной модели достигнута.
Благодаря полученным экспериментальным результатам удалось использовать уравнение Бернулли при расчетах ярусных литниковых систем, ранее не поддававшихся расчету.