УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ КОВША С РАСПЛАВЛЕННЫМ МЕТАЛЛОМ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно - к средствам регистрации положения разливочного ковша с расплавленным металлом и его светового отображения. Может быть использовано в производственных и технологических литейных установках.
Известно устройство для контроля процесса заливки форм (Вдович Б.Н., Сосненко М.Н. Заливка литейных форм. Учебник для подготовки рабочих на производстве. М.: Высшая школа, 1974. - 144 с.), содержащее датчик уровня расплавленного металла в виде двух медных проводников, изолированных друг от друга фарфоровыми брусами, помещенных в фарфоровую трубу. Верхние концы медных проводников включены в цепь сигнальной системы, состоящей из последовательно соединенных понижающего трансформатора и электрической сигнальной лампы.
Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью, по аналогу, следующие:
- Низкая надежность эксплуатации, обусловленная наличием контактного датчика, а также прямым воздействием на него и его изоляционную конструкцию расплавленного металла;
- Недостаточная стабильность работы, обусловливаемая остатками контролируемого расплавленного металла, затвердевающего на медных проводах датчика;
- Низкая точность контроля высоты струи металла, так как датчик способен фиксировать только уровень поверхности расплавленного металла.
За прототип принято устройство для контроля остатка жидкого металла в сталеразливочном ковше (Картавенко А.П., Любимов А.А., Баластрик В.Н. Устройство для контроля остатка жидкого металла в сталеразливочном ковше // Литейное производство, 1986, №4, с.31), снабженное автономным источником питания постоянного тока, соединенным через выключатель питания
с цепью индикации из последовательно включенных элемента оптической индикации - лампочки, ограничительного резистора и ключа, управляемого катушкой, шунтированной контактом датчика расплавленного металла. Катушка получает питание через транзисторный ключ, управляемый несимметричным мультивибратором, чем обеспечивается прерывистая световая индикация.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, следующие:
Устройство содержит источник питания постоянного тока, соединенный через выключатель питания с цепью индикации из последовательно включенных элемента оптической индикации, ограничительного резистора и ключа.
Однако, для прототипа характерны следующие недостатки:
- низкая надежность датчика при прямом контакте с расплавленным металлом;
- невысокая стабильность работы, так как остатки контролируемого расплавленного металла затвердевают на электродах датчика, изменяя его характеристики;
- невозможность контроля высоты струи расплавленного металла, так как датчик позволяет только регистрировать уровень поверхности расплавленного металла.
Технический результат, проявляющийся при изготовлении, либо при использовании предлагаемой полезной модели, - обеспечение требуемой повышенной надежности, стабильности и точности работы устройства, необходимые для выдержки заданной высоты струи заливаемого в опоки металла, а соответственно - качества получаемых отливок.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, достигается следующим образом. В устройстве для контроля положения ковша с расплавленным металлом, содержащем датчик, источник питания, соединенный выключателем с цепью индикации
из последовательно включенных элемента оптической индикации видимого спектра излучения, ограничительного резистора и ключа, в качестве датчика и ключа используется фотодиод инфракрасного рабочего спектра, при этом устройство дополнительно снабжено линейкой фотодиодов инфракрасного рабочего спектра, закрепленных по высоте требуемого положения ковша при разливе расплавленного металла, а также дополнительно: одного - выше уровня верхнего положения ковша, другого - ниже уровня нижнего положения ковша, число цепей с фотодиодами и элементами оптической индикации с видимым спектром излучения, например, светодиодами, равно ближайшему большему целому числу результата деления линейного диапазона перемещения ковша на допустимую линейную погрешность контроля положения плюс два, а светодиоды размещены на линейке с разметкой нормируемых положений ковша при каждом разливе расплавленного металла.
Существенные признаки заявляемой полезной модели.
Устройство для контроля положения ковша с расплавленным металлом, содержит датчик, источник питания, соединенный выключателем с цепью индикации из последовательно включенных элемента оптической индикации видимого спектра излучения, ограничительного резистора и ключа, в качестве датчика и ключа используется фотодиод инфракрасного рабочего спектра, при этом устройство дополнительно снабжено линейкой фотодиодов инфракрасного рабочего спектра, закрепленных по высоте требуемого положения ковша при разливе расплавленного металла, а также дополнительно: одного - выше уровня верхнего положения ковша, другого - ниже уровня нижнего положения ковша, число цепей с фотодиодами и элементами оптической индикации с видимым спектром излучения, например, светодиодами, равно ближайшему большему целому числу результата деления линейного диапазона перемещения ковша на допустимую линейную погрешность контроля положения плюс два, а светодиоды размещены на линейке с разметкой
нормируемых положений ковша при каждом разливе расплавленного металла.
Использование фотодиодов инфракрасного спектра в качестве датчиков позволило существенно повысить надежность по сравнению с контактными датчиками, а отсутствие их контакта с расплавленным металлом обеспечило стабильность их параметров. Снабжение устройства линейкой фотодиодов инфракрасного рабочего спектра, закрепленных по высоте требуемого положения ковша при разливе расплавленного металла, а также дополнительно: одного - выше уровня верхнего положения ковша, другого - ниже уровня нижнего положения ковша, число цепей с фотодиодами и элементами оптической индикации с видимым спектром излучения, например, светодиодами, равно ближайшему большему целому числу результата деления линейного диапазона перемещения ковша на допустимую линейную погрешность контроля положения плюс два, а также размещение светодиодов на линейке с разметкой нормируемых положений ковша при каждом разливе расплавленного металла обеспечивает требуемую точность отображения высоты расположения ковша с расплавленным металлом, чем в свою очередь обеспечивается необходимая высота струи расплавленного металла для наивысшего качества заливки.
На фиг.1 изображено конструктивное расположение элементов устройства в рабочем положении. На фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема устройства.
Устройство содержит датчики 1, источник питания 2, соединенный выключателем 3 с цепью индикации из последовательно включенных элементов 4 оптической индикации видимого спектра излучения, ограничительных резисторов 5 и ключей 1, и снабжено линейкой группы фотодиодов инфракрасного рабочего спектра, закрепленных по высоте требуемого положения ковша при разливе расплавленного металла, а также дополнительно: одного - выше уровня верхнего положения ковша, другого - ниже
уровня положения ковша, число цепей с фотодиодами и элементами оптической индикации с видимым спектром излучения, например, светодиодами, равно ближайшему большему целому числу результата деления линейного диапазона перемещения ковша на допустимую линейную погрешность контроля положения плюс два, а светодиоды размещены на линейке 6 с разметкой нормируемых положений ковша при каждом разливе расплавленного металла.
Устройство работает следующим образом.
o
к
Способ функционирования системы основан на регистрации различных температур: окружающей среды t и ковша t линейкой фотодиодов 1 инфракрасного рабочего спектра, закрепленных (на рейке 6) на высотах требуемого положения ковша (7) при каждой порции разливки металла, а также дополнительно: одного - выше верхнего уровня ковша, другого - ниже нижнего уровня ковша.
o
Средой, окружающей ковш с расплавленным металлом, является, например, пространство литейного цеха (воздушное пространство) с температурой t. В данной среде работает персонал цеха, а, следовательно, температура окружающей воздушной среды составляет десятки градусов: до 40 град. С в зимний, весенний и осенний периоды и до 45-50 град. С в летний период. Ковш с расплавленным чугуном имеет значительно большую температуру, так как расплавленный металл имеет температуру в сотни и свыше тысячи градусов Цельсия.
Для того, чтобы зафиксировать и отобразить требуемое положение ковша, а это диапазон высот, одно предельное значение которого определяется поверхностью самой нижней опоки, а второе - самой верхней опоки плюс требуемая по технологии высота струи расплавленного металла, на рейке 6 (конструктивно представляющей собой линейку с отверстиями) закреплены датчики (фотодиоды) 1, реагирующие на инфракрасный спектр излучения ковша с расплавленным металлом, а также элементы индикации (светодиоды) 4 с ограничительными резисторами 5.
Так как управляет реверсированием электродвигателя подъема и опускания ковша оператор, то ему необходима информация о выходе за допустимые пределы положения ковша, которая является сигналом о необходимости перемещения ковша в допустимый диапазон высот для обеспечения качественной заливки расплавленного металла. Такой сигнал как раз и подают светодиоды в цепи тех фотодиодов, один из которых расположен выше верхнего допустимого уровня (тогда требуется и выполняется опускание ковша), другой ниже допустимого нижнего уровня (положения), сигнал которого является командой для подъема ковша. Оператор при этом запускает электропривод в первом случае на снижение ковша, во втором случае - на подъем.
Расположение светодиодов в вертикальной линейке обеспечивает отображение расположения ковша. На линейке также располагаются отметки требуемого положения для выполнения каждой дозы заливки. Шаг установки фотодиодов (а соответственно - их число) равен допустимой погрешности позиционирования ковша.
Технический эффект, обеспечиваемый новой совокупностью признаков, заключается в:
- повышенной надежности за счет использования бесконтактного датчика взамен контактного;
- повышенной стабильности работы в процессе эксплуатации ввиду невозможности попадания расплавленного металла в электрическую схему устройства;
- обеспечении требуемой точности контроля положения ковша с расплавленным металлом за счет использования линейки с датчиками с шагом, не превышающим допустимой погрешности контроля.