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 питатели трапецеидального поперечного сечения невозможно изготовить одинаковыми, что резко снижает точность определения скоростей и расходов жидкости из каждого питателя и, следовательно, во всей литниковой системе. Невозможно выполнить в пластмассе коллектор трапецеидального поперечного сечения одинаковым по всей длине, с хорошей чистотой поверхности и высокой точностью. Также невозможно обеспечить хорошую чистоту поверхности и высокую точность перехода из коллектора в питатель. Кроме того, в этой литниковой системе нельзя измерить напор воды в разных сечениях системы.
Известен также стенд для исследования литниковых систем (Токарев Ж.В. К вопросу о гидравлическом сопротивлении отдельных элементов незамкнутых литниковых систем / Улучшение технологии изготовления отливок. - Свердловск: УПИ, 1966. - С.32-40). 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. Количество питателей может меняться от 1 до 6.
Из-за трапецеидальной формы поперечного сечения питателей не удается обеспечить одинаковые их размеры. Это приводит к большим погрешностям при определении расходов воды из каждого питателя и системы в целом. 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 нельзя измерить напор воды в разных сечениях системы.
Признаки известного стенда, являющиеся общими с признаками предлагаемого стенда, - литниковая чаша, стояк, коллектор и питатели.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, - повышение точности измерения расходов жидкости из каждого питателя и во всей литниковой системе, обеспечение измерения напоров воды в разных сечениях системы.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном стенде для исследования литниковых систем, включающем последовательно соединенные литниковую чашу, стояк, коллектор и питатели, коллектор выполнен составным в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок. Стояк выполнен постоянного сечения разъемным, состоящим из двух и более частей - в зависимости от необходимой длины. Для поворота жидкости из стояка в коллектор стенд снабжен переходником. В стояке и в соединительных трубках установлены стеклянные пьезометры. Все элементы стенда выполнены из металла, причем соединение всех элементов между собой произведено за счет посадок, без использования резьбы и уплотнительных прокладок, а внутренние полости стояка, сменных модулей и соединительных трубок выполнены круглого поперечного сечения с помощью разверток.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - коллектор выполнен составным в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, стояк выполнен постоянного сечения разъемным, состоящим из двух и более частей - в зависимости от необходимой длины, для поворота жидкости от стояка в коллектор стенд снабжен переходником, в стояке и в соединительных трубках установлены пьезометры, все элементы стенда выполнены из металла, причем соединение всех элементов между собой произведено за счет посадок, без использования резьбы и уплотнительных прокладок, а внутренние полости стояка, сменных модулей и соединительных трубок выполнены круглого поперечного сечения с помощью разверток.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда для исследования литниковых систем, на фиг.2 - фотография изготовленного стенда, на фиг.3, 4, 5 - фотографии стенда при работе одного, трех и шести питателей, на фиг.6, 7, 8 и 9 - чертежи сменного модуля коллектор-питатель, соединительной трубки, переходника и стояка (состоящего из трех частей), на фиг.10 - схема стенда для исследования разветвленных литниковых систем.
0
Стенд (фиг.1) 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. Стояк 2 выполнен сборным, состоящим из двух и более частей, что позволяет менять его высоту. Наличие переходника 3 позволяет группе сменных модулей 5 коллектор-питатель работать со стояками 2 разных диаметров. Сменный модуль 5 представляет собой часть коллектора с питателем, коллектор с двух сторон имеет пазы для установки соединительных трубок 4. В сменных модулях 5 коллектор и питатели могут иметь разные диаметры и длины. 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. В сменных модулях 5 пазы под соединительные трубки 4 выполнены разверткой, а наружный диаметр соединительных трубок 4 выполнен с расчетом получения скользящей посадки соединения соединительной трубки 4 с модулем 5, обеспечивающей отсутствие 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 модулей 5 поддерживается постоянным, путем непрерывного доливания воды в чашу 1 и слива ее избытков через щель 7. Расстояние от стояка до первого питателя l и расстояние между питателями l можно менять, исключая использование промежуточных питателей (заглушая их).
Стенд для исследования литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей, измеряют высоту (напор) столба воды в пьезометрах стояка и соединительных трубок с помощью металлической линейкой или оптической системы и определяют объем вылившейся из питателей воды в отдельную емкость за определенное время. Затем определяют скорость воды в каждом сменном модуле по формуле:
ν=W/τ, где
3
W - объем вылившейся жидкости, м;
τ - время истечения жидкости, с.
После чего подсчитывают расход воды из питателя по формуле:
Q=νS, где
2
S - площадь сечения питателя, м.
Расход воды во всей системе определяют путем суммирования расходов воды из всех работающих модулей.
0
Был изготовлен опытный образец - стенд (фиг.2), стояк которого общей длиной 270 мм состоит из трех частей, внутренний диаметр стояка - 16,03 мм. Стенд имеет шесть модулей коллектор-питатель одного размера. Общая длина стенда 900 мм. Внутренний диаметр коллектора в модуле равен 16,03 мм, внутренний диаметр питателя в модуле - 9,03 мм. Внутренний диаметр соединительных трубок равен 16,03 мм, длина - 80 мм. Диаметр чаши - 272 мм. Напор в системе Н=360 мм, поддерживался постоянным. Расстояние от стояка до первого питателя l=126 мм, а расстояние между питателями l=119 мм. В стояке и в соединительных трубках установлены пьезометры - стеклянные трубочки длиной 370 мм с внутренним диаметром 5 мм, причем установленные в стояке пьезометры изогнуты на 90°. Все элементы стенда (кроме пьезометров) выполнены из стали.
Дополнительно к этому стенду были изготовлены стояки с внутренними диаметрами 9,03; 12,03; 14,03; 20,08; 24,08 мм, а также модули с коллекторами диаметрами 12,03; 14,03; 20,08; 24,08 мм и питателями диаметрами 2,52; 4,02; 5,03; 6,03; 7,03; 8,03; 10,03; 11,53; 12,03; 13,03; 14,03; 15,03 и 16,03 мм. Стенд можно собирать из модулей коллектор-питатель с разными диаметрами коллекторов, или с разными диаметрами питателей, или с разными диаметрами коллекторов и питателей. Изготовленные модули коллектор-питатель позволили собрать стенд из 12 модулей общей длиной 1554 мм, что невозможно было выполнить на известных стендах.
Испытания изготовленного стенда показали следующее. При напоре Н=360 мм скорость воды в последнем, дальнем от стояка модуле (при работе только одного этого модуля, с выходным диаметром питателя 9,03 мм) составила 1,982±0,003 м/с. Если сравнивать точность измерения скорости воды из разных модулей одного размера, то отклонение от среднего значения для предлагаемого стенда составляет±0,010 м/с, а в стенде по прототипу ±0,10 м/с. То есть использование предлагаемого стенда позволило увеличить точность измерения скорости и, следовательно, расхода воды в 10 раз. Достигается это за счет изготовления внутренних поверхностей сменных модулей коллектор-питатель и стояков с высокой точностью размеров и чистотой поверхности, так как при изготовлении элементов стенда используются развертки для окончательного доведения размеров внутренних полостей. Точность изготовления диаметров круглых отверстий ±0,003 мм, чего невозможно добиться при трапецеидальной форме поперечного сечения коллектора и питателей, как в прототипе. В отличие от прототипа в предлагаемом стенде можно измерять напор жидкости в любом сечении стенда, в т.ч. и в стояке.
На фиг.2-5 показано, как изменяется уровень (напор) воды в разных местах литниковой системы при работе разного количества питателей. При нулевом расходе воды (фиг.2) уровень воды в пьезометрах равен уровню воды в чаше: H=360 мм. При включении одного питателя (фиг.3) уровень воды в пьезометрах упал, а в чаше по-прежнему H=360 мм. При работе 3-х питателей (фиг.4) и 6-ти (фиг.5) уровень воды в пьезометрах опускается все ниже при постоянном уровне воды в чаше H=360 мм, причем после отделения части потока в питатель уровень воды в пьезометре после питателя повышается.
Предлагаемый стенд можно использовать для исследования разветвленных литниковых систем (фиг.10), также можно одни модули соединить по L-образной схеме, другие - по разветвленной схеме и исследовать их совместную работу.