СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЯРУСНЫХ 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 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 ярусных литниковых систем (патент на полезную модель № 116237 от 11.01.2012 г. "Стенд для исследования литниковых систем"). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, переходника, удлинителя, тройника, сменных модулей, соединительных трубок, пьезометров в стояке, удлинителе и соединительных трубках. Стояк выполнен круглого поперечного сечения. Сменный модуль представляет собой часть коллектора и питатель.
Недостатком стенда является то, что его можно использовать для исследования ярусных литниковых систем с одним питателем на ярусе, а питатели находятся в одной вертикальной плоскости. Расчету такие литниковые системы не поддаются, так как уравнение Бернулли выведено для потока с неизменным расходом, то есть для литниковой систем с одним питателем. А в ярусной литниковой системе происходит деление потока в конце удлинителя и раздача потока по питателям, расположенным на разных уровнях.
Признаки известного стенда, являющиеся общими с признаками предлагаемого стенда, - литниковая чаша, стояк, переходник, удлинитель, тройник, сменные модули, выполненные в виде части коллектора с питателем, соединительные трубки, пьезометры в стояке, удлинителе и соединительных трубках.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, - создание стенда, позволяющего исследовать ярусную литниковую систему с разным количеством питателей на ярусе.
Поставленная задача решена за счет того, что известный стенд для исследования ярусных литниковых систем, содержащий соединенные между собой посредством посадок без резьбы и уплотнительных прокладок литниковую чашу, стояк, переходник, удлинитель, тройник, сменные модули, выполненные в виде части коллектора с питателем, соединительные трубки и пьезометры, установленные в стояке, удлинителе и соединительных трубках, дополнительно содержит крестовины, в вертикально расположенных отверстиях, в которых установлены соединительные трубки для соединения крестовин по вертикали, в горизонтально расположенных отверстиях крестовин установлены соединительные трубки, другим концом входящие в сменные модули, при этом для закрывания отверстий в сменных модулях и крестовинах стенд снабжен пробками.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - стенд дополнительно содержит крестовины, в вертикально расположенных отверстиях, в которых установлены соединительные трубки для соединения крестовин по вертикали, в горизонтально расположенных отверстиях крестовин установлены соединительные трубки, другим концом входящие в сменные модули, при этом для закрывания отверстий в сменных модулях и крестовинах стенд снабжен пробками.
На фиг. 1 и 2 представлена схема предлагаемого стенда для исследования ярусных литниковых систем, на фиг. 3-9 - чертежи стояка, переходника, удлинителя, тройника, соединительной трубки, сменного модуля, крестовины, на фиг. 10 - фотография изготовленного стенда.
Стенд (фиг. 1 и 2) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, удлинителя 4, тройника 5, соединительных трубок 6, сменных модулей 7, крестовин 8, пьезометров 9, 10 и 11 (показана только часть пьезометров, чтобы не загромождать схемы). Для слива излишек жидкости в литниковой чаше 1 прорезана щель 12. Для закрывания отверстий в сменных модулях 7 и крестовинах 8 стенд снабжен пробками 13. Тройник 5 делит поток жидкости на две части, из которых одна часть идет вертикально вверх, другая - вертикально вниз. Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров) изготовлены из стали. Соединение элементов стенда произведено за счет посадок без резьбы и уплотнительных прокладок. В переходнике 3, тройнике 5, сменных модулях 7, крестовинах 8 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 переходником 3 и тройником 5, соединительных трубок 6 со сменными модулями 7 и крестовинами 8 - для предотвращения утечки 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 12. Расстояние между сменными модулями 7 можно менять, не включая какие-то промежуточные сменные модули или добавляя соединительные трубки.
Был изготовлен опытный стенд (фиг. 10). Внутренний диаметр чаши 1 составляет 272 мм, а напор в системе Н равняется 363 мм и поддерживается постоянным. Внутренний диаметр стояка - 24,08 мм. Расстояние h=124 мм. Внутренний диаметр удлинителя 4, сменных модулей 7 и крестовин 8 равен 16,03 мм. Внутренний диаметр питателей сменных модулей 7 составляет 9,03 мм.
Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров 9, 10 и 11) изготовлены из стали. В стояке 2, удлинителе 4 и соединительных трубках 6 установлены пьезометры 9, 10 и 11 - стеклянные трубочки длиной 200-400 мм и внутренним диаметром 5 мм.
Стенд можно собирать из сменных модулей 7 и крестовин 8 с разными внутренними диаметрами питателей, коллектора и крестовин.
2
Стенд для исследования ярусных литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей сменных модулей, измеряют высоту (напор) столба жидкости в пьезометрах стояка, удлинителя и соединительных трубок металлической линейкой, и определяют объем W вылившейся из 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/Sτ, где S - площадь сечения питателя сменного модуля, м. Расход воды в питателе находят по формуле: Q=νS. Расход воды в литниковой системе определяют путем суммирования расходов воды из всех работающих питателях.
При работе только одного питателя сменного модуля в нижнем ярусе скорость течения жидкости в нем была 2,16 м/с. При работе обоих питателей нижнего яруса скорость жидкости в каждом из них - 1,74 м/с. При действии обоих питателей нижнего яруса и одного питателя второго снизу яруса скорость жидкости в каждом из нижних питателей - 1,45 м/с, а в питателе второго снизу яруса скорость жидкости равна 1,10 м/с. В случае действия обоих питателей нижнего яруса и обоих питателей второго снизу яруса скорость жидкости в каждом из нижних питателей - 1,39 м/с, а из питателей второго снизу яруса - 0,78 м/с. При одновременной работе обоих питателей первого снизу яруса, обоих питателей второго снизу яруса и одного питателя третьего снизу яруса вода из этого питателя не течет, хотя уровень воды в литниковой чаше 1 выше уровня продольной оси отверстия в этом питателе на 115 мм.
Напор в пьезометре удлинителя 4 (рис. 1) равен 363 мм при отсутствии расхода воды в системе, при работе только одного питателя сменного модуля в нижнем ярусе - 314 мм, при работе обоих питателей нижнего яруса - 241 мм, при действии обоих питателей нижнего яруса и одного питателя второго снизу яруса - 203 мм, а в случае действия обоих питателей нижнего яруса и обоих питателей второго снизу яруса - 174 мм.
Также были использованы в исследованиях напоры Н в 453, 753 мм и 1083 мм, а количество одновременно работающих питателей изменяли от одного до восьми.
Как видно, удалось исследовать работу ярусной системы при разном количестве питателей на разных уровнях, 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, так как уравнение Бернулли выведено для литниковой системы с одним питателем.