КОНТРОЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И СКОРОСТИ ПРЕСС-ПЛУНЖЕРА

Контроль и регулирование скорости перемещения пресс-плунжер а является важнейшим фактором обеспечения качества отливок, повышения производительности труда и внедрения автоматизации.

Основным классификационным признаком средств контроля скорости прессования можно считать конструкцию датчика, фиксирующего перемещение или скорость движения пресс-плунжера. По принципу действия датчики можно подразделить на 11 групп: фотоэлектрические (инфракрасные) скорости и перемещения; индуктивно-частотные скорости и перемещения; угловые потенциометрические перемещения; магнитоэлектрические линейные скорости; магнитоэлектрические угловые скорости; тахогенераторные скорости; электро- и миллисекундные (в том числе с использованием электросекундомера); емкостный перемещения и скорости; ультразвуковой скорости; реохордный перемещения; механический скорости.

Приборы для контроля перемещения и скорости пресс-плунжера могут быть стационарными, установленными на машине, или переносными. Переносные приббры обычно входят в общий измерительный комплект, которым пользуются технологи и наладчики при освоении технологии изготовления новой отливки или выборочном контроле технологических режимов. Стационарные приборы предназначены главным образом для оператора.

Разнообразие анализируемых конструкций приборов контроля хода прессующего плунжера вызвано стремлением к автоматическому или полуавтоматическому регулированию скорости прессования на отдельных этапах процесса. Системы автоматического регулирования требуют замера перемещения и скорости плунжера.

Переходя к рассмотрению конструкций различных приборов, необходимо учитывать назначение графиков путь — время и скорость —время, записанных датчиками скорости. Наиболее полную и удобную для анализа картину процесса прессования дает совокупность путевых и скоростных графиков. В этом случае без дополнительных расчетов можно определить значение скорости в любой фиксированной точке перемещения прессующего поршня.

Для исследования изменения скорости прессования в процессе заполнения формы достаточно иметь запись графика скорость— время. По этому графику можно определить взаимосвязь между гидравлическими сопротивлениями в форме и динамическими характеристиками прессующего узла. Для оперативного контроля скорости перемещения плунжера удобен путевой график, для получения которого используют датчики простой и надежной конструкции. Имея эталонный график путь—время, оператор может регулировать по нему работу машины до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное совпадение графиков, обеспечивающее заданное качество отливки. Абсолютные значения скорости в данном случае не имеют существенного значения. Эталонный график фиксируется после окончания освоения новой формы и установления технологических режимов.

Фотоэлектрические и электросекундные датчики скорости и перемещения. Датчик перемещения и скорости пресс-плунжера, изготовляемый МПО «Точлитмаш» им. С. М. Кирова, имеет два канала. В каждом канале расположен инфракрасный излучатель, который подключен на вход усилителя. Подвижная рейка с прорезями, жестко укрепленная на пресс-плунжере, периодически перекрывает оптические оси обоих каналов. В зависимости от расстояния между оптическими осями возможны различные режимы работы датчика.

Рис. 5.1. Схема прибора дли контроля средней скорости пресс-плунжера фирмы Wotan (ФРГ)

Электро- и миллисекундные датчики скорости основаны на измерении времени прохождения закрепленного на штоке подвижного элемента от одной фиксированной точки к другой. Эти датчики наиболее приемлемы для контроля средней скорости прессования на любом участке хода поршня в производственных условиях. Их собирают из стандартных, серийно изготовляемых дешевых элементов.

длине шины средняя скорость прессования будет определяться временем замыкания контакта и шины, которое измеряется электросекундомером .

На рис. 5.1 показана схема прибора Velocator фирмы Wotan (ФРГ) для контроля средней скорости пресс-плунжера. Скорость измеряется на заданном участке хода на расстоянии 15 мм между контактами 2. Импульсы тока, вырабатываемые генератором 1 с частотой 10 кГц, передаются от контактов 2 на счетчик импульсов 3, 4 и далее на аналого-цифровой преобразователь 5. Эти цифры регистрируются прибором и указываются стрелкой на индикаторе 6 до тех пор, пока оператор не снимет показания или не повторит замер скорости.

Иидуктивно-частотиые датчики. В основу прибора, изготовленного в ПО «Сиблитмаш» для машин, положен частотный принцип измерения максимальной скорости. При движении рейки 4 (рис. 5.2, а) относительносердечника датчика 1 его магнитное сопротивление периодически изменяется, вызывая изменение магнитного поля, охватывающего сердечник датчика, вследствие чего на выходе из него появляется электрический ток, частота которого прямо пропорциональна скорости перемещения прессующего поршня.

В связи с тем, что индуктивно-частотные датчики являются механически наиболее жесткими, их рекомендуется применять в системах автоматического регулирования машин.

Прибор для контроля скорости и перемещения ИС-2Т, разработанный и внедренный С. Г. Дьяковым с соавторами [46], предназначен для измерения скорости пресс-плунжер а в двух произвольно задаваемых точках с цифровой индикацией значений скоростей и толщины пресс-остатка, а также для дискретного измерения. скорости по всей длине контролируемого перемещения с выдачей результатов на регистрирующее устройство либо на ЭВМ. В нем предусмотрена возможность задания граничных зна-

чений скорости в контролируемых точках, сравнение заданной скорости с действительной. Результаты сравнения выводятся на световые индикаторы. Датчик работает по принципу индуктосина и устанавливается непосредственно в зоне измерения. Подвижная часть датчика (головка) жестко соединяется со штоком пресс- плунжера, а неподвижная часть (линейка) крепится кронштейнами на цилиндре. Блок логической обработки может располагаться в стойке с двумя приборами. Предусмотрена работа прибора в двух режимах: однократное и дискретное измерения. В первом режиме определяется скорость в заданном интервале времени, во втором — скорость по всей длине контролируемого перемещения пресс-плунжер а. С началом движения пресс-плунжера на выходе датчика получают данные о положении подвижной части датчика относительно точки отсчета, установленной с помощью кнопки установки нуля. На рис. 5.2, б приведена схема использования индуктивного датчика для автоматического регулирования скорости пресс-плунжера.

Магнитоэлектрические датчики линейной скорости. В группу магнитоэлектрических датчиков скорости объединено несколько конструктивных вариантов. Принцип действия датчика основан на явлении электромагнитной индукции, согласно которому при перемещении постоянного магнита вдоль измерительной катушки с сердечником, в результате пересечения магнитными силовыми линиями витков обмотки, в них наводится электродвижущая сила.

За рубежом широко распространены датчики с дифференциально-трансформаторной системой. Пресс-плунжер связан с сердечником, помещенным внутри обмоток дифференциально-трансформаторной катушки. Первичный преобразователь и измерительный прибор соединены между собой кабелем. При этом обмотки возбуждения соединены последовательно и питаются от сети переменного тока. Вторичные обмотки катушек включены навстречу друг другу через электронный усилитель. Датчик работает по индуктивному принципу; возникающий сигнал пропорционален скорости перемещения сердечника. На рис. 5.2, в приведена схема широко применяемого за рубежом датчика скорости, в котором использован этот принцип. Величина формируемого сигнала пропорциональна скорости перемещения подвижного элемента -- магнита 10. Ввиду того, что ход датчика с дифференциальнотрансформаторной системой меньше хода пресс-плунжера, было разработано шарнирно-рычажное устройство, которое в 2 раза

Рис. 5.3. Схемы датчиков для измерения перемещений (а, 6) и скорости (в):

/ — многооборотный угловой потенциометрический датчик перемещения поршня; 2 — нейлоновая втулка; 3 — шкнвы с нитью к штоку плунжера; 4—тахогенераторный датчик скорости; 5 — корпус; 6 — кронштейн; 7 — троснк; 8 — однооборотный потенциометрический датчик перемещения; 9 — цилиндр прессования; 10 — магнит; 11 — подвижный контакт; 12 — обмотка; 13 — упор; 14 — шкнвы для передачи движения от плунжера; 15 — троснк; 16 — пружина; 17 — круговая шнна

уменьшает длину хода подвижной системы датчика по сравнению с ходом плунжера.

На рис. 5.3, в показана схема магнитоэлектрического углового датчика скорости и прибора с вращением ротора в виде магнита 10. При таком конструктивном варианте его удобно применять в одном приборе совместно с угловым потенциометрическим датчиком перемещения. Чувствительность датчика составляет 50 мкА/0,25 В при угловой скорости 42,5 градус/с. Хотя данный датчик пригоден для определения мгновенной скорости, его основные преимущества проявляются при контроле максимальной скорости прессования, причем для этих целей он более удобен, чем другие датчики скорости.

Тахогенераторные датчики скорости. В этих датчиках вращательное движение преобразуется в электрический ток, напряжение которого пропорционально частоте вращения. Эти датчики успешо применяют на машине для литья блоков цилиндра автомобильных двигателей на Заволжском моторном заводе. На их основе во ВНИИлитмаше (г. Москва) был разработан прибор для измерения максимальной скорости прессующего плунжера. Конструкция этого прибора аналогична конструкции комбинированного прибора с угловым потенциометрическим датчиком перемещения (рис. 5.3, б, в). В обоих приборах приводной шкив связан

с прессующим плунжером стальной нитью, которая возвращается в исходное положение при обратном ходе поршня специальной пружиной. Тахогенераторный датчик связан со стрелочным прибором, отмечающим максимальную скорость прессования. Тахо- генераторные датчики рекомендуется использовать при высоких скоростях перемещения прессующего плунжера, когда некоторые магнитоэлектрические линейные датчики скорости искажают реальный характер графика скорость—время.

Угловые потенциометрические датчики перемещения. Конструкции таких датчиков для машин литья под давлением впервые разработаны в СССР [34]. Датчик преобразует угол поворота чувствительного элемента в электрическое сопротивление г. Значение г на выходе датчика зависит от положения токосъемного подвижного контакта и определяется зависимостью

где R — радиус контактной рукоятки; а — угловое перемещение токосъемного контакта; р — удельное сопротивление материала проволоки.

Чувствительность датчика определяют по формуле

На рис. 5.3, в представлен комбинированный прибор для контроля перемещения плунжера с помощью углового потенциометрического датчика перемещения. Прибор имеет механическую систему для быстрого монтажа на машины разных типов и марок. На корпусе прибора смонтирован переключатель для автоматического включения осциллографа на фотографирование или протяжку пленки в любой требуемый момент времени. На приборе кроме датчика перемещения смонтирован магнитоэлектрический датчик скорости мод. ДОСС-2. Привод датчиков осуществляется через сменные шкивы. Через эти шкивы проходит нить, которую либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо к специальному поводку в виде ножа.Для записи хода плунжера прибор можно модернизировать, добавив устройство типа электросекундомера, фиксирующего среднюю скорость.

По сравнению с реохордными потенциометрические датчики обеспечивают универсальность установки на машины различных типов, более высокую точность и возможность измерения очень длинных ходов с использованием либо многооборотных угловых потенциометров, либо редукторов. Для начала измерения пути могут использоваться быстродействующие герконы (магнитоуправляемые контакты). Флажок с постоянным магнитом крепится на шкиве. Эксплуатация потенциометрического датчика скорости перемещения показала, что при использовании современных электронных преобразователей можно существенно увеличить информацию, получаемую визуальным или графическим способом. Например, данные можно получать в цифровом виде. По величине

Рис. 5.4. Сже«Й ультразвукового датчика для измерения перемещения и скорости:

перемещения определяют дифференциальную скорость (при этом отпадает необходимость иметь отдельный датчик скорости и ускорения). Одиако в этом случае прибор усложняется.

На рис. 5.3 представлены конструктивные элементы современных приборов с магнитоэлектрическим датчиком скорости и потенциометрическими одно- и многооборотными датчиками перемещения.

Отметим, что использование приборных комплектующих элементов массового производства имеет много преимуществ по надежности и стоимости. Например, перспективно применение автомобильного трехфазного генератора, частота импульсов которого пропорциональна скорости вращения шкива или, другими словами, скорости перемещения пресс-плунжера. При освоении серийного производства данный генератор будет сблокирован с потенциометрическим датчиком, как в приборе, показанном на рис. 5.3, а. В итоге формируется высокоэффективный и дешевый комбинированный датчик и прибор скорости—перемещения. В нем может применяться блок потенциометрических датчиков упрощенного типа, которые изготовляют для систем подготовки топлива в автомобилях.

Ультразвуковой датчик. Действие ультразвукового датчика перемещения и скорости основывается на принципе магнитострик- ции ферромагнитных материалов [93]. Датчик, показанный на рис. 5.4, состоит из волновода, в середине которого проходит медный стержень, служащий проводником тока; он неподвижно соединен с машиной. Постоянный магнит неподвижно соединен со штоком пресс-плунжера и движется вместе с ним. Если на конец медного стержня поступает импульс тока, вдоль стержня начинает двигаться кольцевое магнитное поле. Когда это поле встречается с продольным магнитным полем постоянного магнита, они образуют спиральное поле и создают на время действия импульса тока эффект скручивания волновода. Это скручивание приводит к возникновению ультразвукового импульса, который распространяется по обе стороны волновода. На приемно-передающей стороне Е волновода ультразвуковой импульс вновь преобразуется в электрический импульс. Импульс на противоположной стороне подавляется. Датчик применяют редко.