3/14 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 14 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 14 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 PROTOTYP URZĄDZENIA DO POMIARU WILGOTNOŚCI MAS FORMIERSKICH METODĄ IMPULSOWĄ J. BARYCKI 1, T. MIKULCZYŃSKI 2, D. NOWAK 3, A. WIATKOWSKI 4, R. WIĘCŁAWEK 5 2,3,5 ITMiA Politechniki Wrocławskiej, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wrocław 1,4 OBR EiUP ul. Wapiennikowa 90, 25-101 Kielce STRESZCZENIE Zaprezentowano prototypowe urządzenie do pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową. Na podstawie analizy procesu zagęszczania próbek masy formierskiej stwierdzono, że sterowanie pracą szybkobieżnego napędu prasującego umożliwia sterowanie dokładnością pomiaru wilgotności. Wykazano, że zmiana drogi rozbiegu tłoka napędu szybkobieżnego powoduje istotne zmiany monotoniczności zależności p m =f(w) w układzie współrzędnych p m -W, a przez to umożliwia zwiększanie dokładności pomiaru wilgotności masy formierskiej. Key words: moulding sand, humidity, measurement, impulse method, measuring accuracy 1. WSTĘP W Laboratorium Podstaw Automatyzacji Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej została opracowana nowa, impulsowa metoda pomiaru wilgotności mas formierskich [1],[2]. Do oceny wilgotności mas formierskich metodą impulsową jest wykorzystywana zależność p m =f(w), która przedstawia korelację: maksymalna wartość ciśnienia w 1 inż., obr@kce.pl 2 prof. dr hab. inż., tadeusz.mikulczynski@pwr.wroc.pl 3 mgr inż., daniel.nowak@pwr.wroc.pl 4 mgr inż., obr@kce.pl 5 dr inż., rafal.wieclawek@pwr.wroc.pl
41 komorze powrotnej napędu głowicy dynamicznie prasującej, którego zmiana następuje podczas prasowania próbki masy wilgotność masy formierskiej. Do podstawowych zalet opracowanej, impulsowej metody pomiaru wilgotności mas formierskich należy [3]: krótki czas pomiaru, wynoszący ok.5s, duża dokładność pomiaru, wynoszącą ± 0,2 % H 2 O, mała wrażliwość na zmiany składu masy formierskiej, np. zmiana ilości lepiszcza w masie o 1% powoduje błąd pomiaru wynoszący tylko ± 0,1% H 2 O. Stwierdzone zalety metody impulsowej stanowiły podstawę do opracowania i wykonania prototypu automatycznego urządzenia przeznaczonego do pomiaru wilgotności mas formierskich. Prototyp został wykonany przez Ośrodek Badawczo - Rozwojowy Elementów i Układów Pneumatyki w Kielcach. Poniżej zostanie zaprezentowany prototyp urządzenia do pomiaru metodą impulsową wilgotności mas formierskich, oraz wyniki badań dotyczących wpływu wybranych parametrów prasowania badanych próbek mas na dokładność pomiaru wilgotn o- ści. 2. PROTOTYP URZĄDZENIA DO POMIARU WILGOTNOŚCI Na rysunku 1 pokazano schemat oraz widok ogólny urządzenia do pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową. Urządzenie jest zbudowane z następujących podzespołów: głowicy do dynamicznego zagęszczania masy (1), tulei pomiarowej (2), tulei nadmiarowej (3), spulchniarki (4), napędów pneumatycznych S1, S2 i S3, zaworu rozdzielającego (5). Zasada działania urządzenia jest następująca: w pozycji A masa formierska, po spulchnieniu, jest kierowana do tulei nadmiarowej a stamtąd do tulei pomiarowej. Tuleja pomiarowa, z zadozowaną próbką masy formierskiej, jest przemieszczana do pozycji B, w której następuje rozpoczęcie cyklu pomiarowego wilgotności masy, gdy ciśnienie w zbiorniku akumulacyjnym głowicy dynamicznie prasującej ma zadaną wartość równą p 0 =0,60 MPa. Przebieg realizacji cyklu pomiarowego jest następujący: podanie napięcia zasilającego na cewkę zaworu rozdzielającego powoduje jego przesterowanie. Zmiana położenia zaworu powoduje nagłe (gwałtowne) otwarcie wylotu zbiornika akumulacy j- nego głowicy prasującej i duże przyspieszenie tłoka tłoczyska i stopki prasującej szy b- kobieżnego napędu pneumatycznego. Podczas prasowania próbki badanej masy formierskiej układ pomiarowy rejestruje maksymalną wartość ciśnienia w komorze p o- wrotnej szybkobieżnego napędu pneumatycznego. Gdy wskaźnik położenia WP1 zas y- gnalizuje dolne położenie tłoczyska siłownika, następuje przerwanie zasilania cewki zaworu rozdzielającego i samoczynny powrót tłoczyska siłownika i stopki prasującej do pozycji wyjściowej. Po wycofaniu tłoczyska siłownika i zwolnieniu blokady tuleja
42 a) b) Rys.1. Urządzenie do pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową: schemat (a) i widok ogólny (b) Fig. 1. Equipment for humidity measurement of moulding sand with impulse method: diagram (a) and general view (b) of the prototype
43 pomiarowa jest przemieszczana do pozycji C, w której zagęszczona masa jest z niej wybijana za pomocą siłownika S3. Po powrocie tłoczyska siłownika S3 do pozycji wyjściowej tuleja pomiarowa jest przemieszczana do położenia wyjściowego. Urządzenie zostało wyposażone w układ pomiarowy przeznaczony do pomiarów: ciśnienia (czujnik C 1 -wzmacniacz W 1 ) w komorze powrotnej szybkobieżnego napędu głowicy do dynamicznego prasowania próbek badanych mas formierskich oraz przyspieszenia (czujnik C 2 -wzmacniacz W 2 ) stopki prasującej próbkę badanej masy formierskiej. Do oceny wilgotności jest wykorzystywana zależność p m =f(w), reprezentująca maksymalną wartość ciśnienia w komorze powrotnej napędu szybkobieżnego w funkcji wilgotności masy formierskiej. 3. BADANIE DOKŁADNOŚCI POMIARU WILGOTNOŚCI MASY FORMIER- SKIEJ Jednym z istotnych czynników, decydujących o dokładności pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową, jest stromość nachylenia charakterystyki wzorcowej p m =f(w), na podstawie której jest określana wilgotność badanej masy formierskiej. Rys.2. Zależności p m =f(w) dla masy formierskiej z 6% bentonitu Specjal z Zębca, wyznaczone podczas badań z użyciem drogi rozbiegu L r =0cm (a), L r =2cm (b) i L r =10cm (c) Fig. 2. The p m =f(w) relationships for moulding sand with 6 % of Special bentonite from Zebiec, determined for different run-up travel distances: L r =0 cm (a), L r =2 cm(b) and L r =10 cm (c)
44 Sterowanie zmianą stromości nachylenia zależności p m =f(w) jest możliwe, poprzez zmianę warunków pracy urządzenia do pomiaru wilgotności mas formierskich, a ściślej, przez zmianę warunków pracy szybkobieżnego napędu pneumatycznego. Zmiana drogi rozbiegu L r stopki prasującej powoduje zmianę energii prasowania próbki badanej masy formierskiej oraz zmianę zakresu wartości ciśnień uzyskiwanych w komorze powrotnej napędu szybkobieżnego. Wynika stąd, że istnieje możliwość zmiany nachylenia zależności p m =f(w), czyli sterowania zmianami przyrostów wartości ciśnienia Δp m (w komorze napędu szybkobieżnego podczas prasowania próbki masy formierskiej) przypadających na jednostkę wilgotności. Tą możliwość można wykorzystać do optymalizacji dokładności pomiaru wilgotności metodą impulsową. Na rysunku 2 zamieszczono zależności p m =f(w) dla masy formierskiej z bentonitem Specjal z Zębca, wyznaczone z użyciem drogi stopki L r =0cm (a), L r =2cm (b) i L r =10cm (c). Na podstawie analizy zależności (a) pokazanej na rys.2 można stwierdzić, że można ją użyć do oceny wilgotności mas formierskich, których wilgotność W>2%. Na rysunku 2 pokazano także zależność (b), którą wyznaczono podczas badań zrealizowanych z użyciem drogi rozbiegu L r =2cm. Na podstawie analizy uzyskanej charakterystyki można stwierdzić, że zmiana warunków zagęszczania, spowodowana zmianą drogi rozbiegu, nieznacznie poprawiła stromość zależności p m =f(w) w zakresie wilgotności W<2%, natomiast bardzo istotnie w zakresie W>2%. Na rysunku 2 przedstawiono ponadto zależność (c), wyznaczoną z użyciem drogi rozbiegu L r =10cm. Monotoniczność uzyskanej zależności pozwala na stwierdzenie, że zmiany Δp m /ΔW w zakresie wilgotności W<2% są porównywalne do zmian jakie reprezentuje zależność p m =f(w) (dla drogi L r =2cm) w zakresie wilgotności W>2%. 4. WNIOSKI Na podstawie analizy zaprezentowanych wyników badań można sformułować następujące wnioski: 1. Zmiana drogi rozbiegu L r stopki prasującej szybkobieżnego napędu pneumatycznego umożliwia zmianę monotoniczności zależności p m =f(w) stosowanej do oceny wilgotności mas formierskich metodą impulsową. 2. Zwiększanie drogi rozbiegu w zakresie L r =0-10cm powoduje wzrost stromości nachylenia zależności p m =f(w). 3. Zastosowanie drogi rozbiegu L r =2cm znacznie poprawia nachylenie zależności p m =f(w) w układzie współrzędnych p m -W, w zakresie wilgotności W>2%. 4. Zastosowanie drogi rozbiegu L r =10cm powoduje bardzo znaczące zmiany wartości ciśnienia p m przypadające na jednostkę wielkości mierzonej wilgotności w zakresie W<2%. 5. Zmiana parametrów prasowania próbki badanej masy formierskiej umożliwia st e- rowanie dokładnością pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową.
45 LITERATURA [1] Mikulczyński T., Samsonowicz Z., Więcławek R., Nowa metoda pomiaru wilgotności mas formierskich, Arch. Odlew. 2002, R. 2, nr 5. [2] Barycki J., Mikulczyński T., Wiatkowski A., Więcławek R., Koncepcja automatycznego urządzenia do pomiaru wilgotności mas formierskich metodą impulsową, Konferencja Odlewnicza Technical, Nowa Sól, 2004. [3] Mikulczyński T., Więcławek R., Bogdan M., Mikroprocesorowy system pomiaru wilgotności mas formierskich, Pomiary Autom. Robot. 2004 R. 7 nr 2. PROTOTYPE EQUIPMENT FOR MOULDING SAND HUMIDITY MEAS- UREMENT WITH IMPULS E METHOD SUMMARY Prototype equipment for moulding sand humidity measurement with impulse method is presented. Analysis of the densening process of moulding sand proved that control of the high-speed squeezing drive makes it possible to control accuracy of the humidity measurement. It was demonstrated that the run-up travel of the high-speed drive piston significantly influences monotonicity of the relationships p m =f(w) in the p m -W coordinate system and thus permits increasing accuracy of the humidity measurement. Recenzował Prof. Józef Gawroński