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 сложных литниковых систем, таких как кольцевая, разветвленная, комбинированная и крестовинная. 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 08.12.2009 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. Из стандартных элементов - сменных модулей с питателями и соединительных трубок - можно собирать, кроме L-образной, сложные литниковые системы, такие как разветвленная, комбинированная и крестовинная.
Недостатком стенда является то, что его нельзя применять при исследовании такой сложной системы как кольцевая. Расчету такие литниковые системы не поддаются, так как уравнение Бернулли выведено для потока с неизменным расходом. А в кольцевой литниковой системе происходит деление потока на выходе из стояка в коллектор (часто на неравные части) и раздача потока по питателям. Причем в некоторые питатели поступление жидкости происходит с двух противоположных сторон.
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 кольцевую 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 тройники, в отверстия в которых под углом 90° установлены одним концом соединительные трубки, в переходнике выполнены отверстия с возможностью раздачи потока на 3 стороны, для закрывания отверстий в переходнике и тройниках 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 тройники, в отверстия в которых под углом 90° установлены одним концом соединительные трубки, в переходнике выполнены отверстия с возможностью раздачи потока на 3 стороны, для закрывания отверстий в переходнике и тройниках 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 и 6 - чертежи стояка (состоящего из трех частей), переходника, соединительной трубки, сменного модуля коллектор-питатель, тройника, на фиг.7 - фотография изготовленного стенда при работе 7-ми питателей. На фиг.8 показан стенд с фиг.1 с обозначениями номеров питателей, сечений питателей, сечений коллектора (места установки пьезометров). На фиг.9 приведена схема стенда для одновременного исследования 2-х кольцевых литниковых систем, на фиг.10 - схема стенда для одновременного исследования кольцевой и L-образной литниковых систем.
Стенд (фиг.1) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, соединительных трубок 4, сменных модулей 5 коллектор-питатель, тройников 6, пьезометров 7. Для слива излишков жидкости в литниковой чаше 1 прорезана щель 8. Для закрывания отверстий в переходнике 3 и тройниках 6 стенд снабжен пробками 9. Тройники 6 осуществляют поворот потока жидкости на 90°. Стояк 2 выполнен сборным, состоящим из двух и более частей, что позволяет менять его высоту. Пьезометры 7 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, сменных модулях 5 и тройниках 6 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, со сменным модулем 5 и тройником 6, 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, сменных модулей 5 и тройников 6 - поддерживался постоянным путем непрерывного доливания жидкости в чашу 1 и слива ее избытков через щель 8. Расстояние от стояка до первого работающего питателя (фиг.1) и расстояние между питателями можно менять, не включая какие-то промежуточные питатели.
Был изготовлен опытный образец - стенд (фиг.7). Стояк 2 состоит из трех частей, а внутренний диаметр стояка составлял 24,08 мм. Внутренний диаметр коллекторов сменных модулей 5 был равен 16,03 мм. 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.
Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров 7) выполнены из стали. В стояке 2 и в соединительных трубках 4 установлены пьезометры 7 -стеклянные трубочки длиной 370 мм с внутренним диаметром 5 мм, причем установленные в стояке 2 пьезометры 7 изогнуты на 90°.
Стенд можно собирать из сменных модулей 5 коллектор-питатель с разными диаметрами коллекторов, или с разными диаметрами питателей, или с разными диаметрами коллекторов и питателей.
2
Стенд для исследования литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей, измеряют высоту (напор) Н 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 τ. 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. Результаты опытов приведены в таблице. Как видно, удалось исследовать работу кольцевой литниковой системы при разном количестве питателей, измерить скорости v, расходы Q и напоры H жидкости. То есть цель создания полезной модели достигнута.
Благодаря полученным экспериментальным результатам удалось использовать уравнение Бернулли при расчетах кольцевых литниковых систем, ранее не поддававшихся расчету.
Работающие питатели
v<sub>17</sub>, м/с
v<sub>18</sub>, м/с
v<sub>19</sub>, м/с
v<sub>20</sub>, м/с
H<sub>6</sub>, м
Н<sub>7</sub>, м
H<sub>8</sub>, м
H<sub>10</sub>, м
Q,см<sup>3</sup>/с
IV
2,02
0,334
0,314
129,63
III
2,01
0,324
0,314
128,71
III, IV
1,77
1,79
0,259
0,239
0,252
227,64
III-V
1,54
1,58
0,207
0,189
0,199
297,56
II, III
1,75
1,77
0,244
0,234
0,252
225,55
I-III
1,45
1,56
1,53
0,164
0,187
0,194
290,60
I-III,
0,96
1,06
1,14
0,084
0,097
0,107
0,102
404,07
V-VII
I-VII
0,83
0,95
1,00
1,02
0,059
0,084
0,084
0,089
422,62