智能型混砂控制方法
2023-05-22 11:25:21
專利名稱：智能型混砂控制方法
技術領域：
本發明涉及在砂型鑄造中、控制樹脂和固化劑的加入量的方法。
背景技術：
在砂型鑄造中需要向型砂添加樹脂和固化劑。目前使用手工調節或半自動調節砂溫和起模時間與各種原材料之間的比例關係，由於需要調節的各種參數較多，參數之間的關係複雜，所以造成控制精度不準，能源、物料消耗高，生產率低，砂溫適應範圍窄等。物料的添加需要靠泵來輸送。而泵的流量與泵的轉速之間並不是非常好的線性關係，特別是在低速和高速運行時。目前對泵的流量控制只是按照流量與泵轉速的線性關係，這樣，在泵低速和高速運行時對物料配比的精度就會下降，結果是或者影響產品質量，或者浪費物料。
發明內容
為了克服現有砂型鑄造中樹脂砂控制中存在的能源、物料消耗高，控制精度不準，生產率低，砂溫適應範圍小等不足之處，本發明提供一種智能型混砂控制方法，本發明不僅能自動計算出砂溫和起模時間與各種物料之間的比例關係，而且能採用變頻調速功能精確地控制各種物料的添加數量。結合內置在計算機中的每個泵的性能曲線方程，精確的計算出每個電機需要的控制頻率，從而達到物料的精確添加。面砂和背砂的用料量分別控制，可節省物料。實現樹脂泵和雙固化劑泵聯動控制，實現自動、手動和校準功能，砂溫的適用範圍可以從-10℃到60℃。
本發明的目的是這樣實現的1、面砂和背砂的配料分別按不同的物料配方進行控制配料，可節省物料。在實際生產中，有三分之一的用砂量處於砂模的邊緣，需要質量較好的配料。而三分之二左右的用砂量俗稱背砂，屬於填充作用，可以降低配料的質量，而不會影響產品的質量，但在手動操作時，由於配料速度非常快，手動操作跟不上配料的變化速度，所以為了保證砂模的質量，一般很少使用不同的配料。本發明採用了自動配料系統，控制系統會瞬間響應面砂背砂的切換變化，樹脂泵、快固化劑泵和慢固化劑泵能夠聯動響應，使節約材料成為可能。一般情況下可解決配料13％左右。
計算依據一般情況面砂的用量佔1/3，背砂的用量佔2/3，但背砂配比的材料，除砂子之外，其它材料的消耗只是面砂材料消耗量的80％，所以採用面砂和背砂的配料控制後，實際材料消耗量為1/3*面砂比例100％+2/3*背砂比例80％＝87％。節約100％-87％＝13％2、在該控制裝置上安裝了六檔起模方案旋轉凸輪開關，起模時間的適應範圍可以在5到120分鐘的範圍內任意選擇。
3、建立數學模型，砂溫、面砂/背砂和起模時間這三個參數、與快固化劑和慢固化劑的用量的數學模型，通過這些數學模型的組合可以快速和準確的計算出快固化劑和慢固化劑的用量。
自動狀態時快和慢固化劑的比例(％)是砂溫、面砂/背砂和起模時間三個參數來決定的。首先採集砂溫，然後根據面砂還是背砂的選擇來定樹脂加入量(有兩個樹脂加入量，一個是對應面砂，一個是對應背砂)，以下公式是根據標準起模時間來定的，當起模時間提前或延遲時，需要查找b的調節係數。
Y1＝快固化劑的用量比例百分比(相對於樹脂量)快固化劑量(千克)＝砂流量*樹脂加入量(％)*Y1Y2＝慢固化劑的用量比例百分比(相對於樹脂量)慢固化劑量(千克)＝砂流量*樹脂加入量(％)*Y2Y1＝固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x+k2-b)其中，x＝溫度，k2＝100，K1＝-100/40＝-2.5。b為調解係數當0℃《x《40℃Y1＝固化劑相對樹脂比例(％)*(((-10℃時的快固化劑的用量百分比-100)/10)*x+k2+b)其中，x＝溫度，k2＝100。當-10℃《x＜0℃Y2＝固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x-b)其中，x＝溫度，K1＝100/40＝2.5。k2＝0，b為調解係數當0℃《x《40℃Y2＝固化劑相對樹脂比例(％)*(((100-60℃時的慢固化劑的用量百分比)/20)*(x-40)+100+b)其中，x＝溫度，k2＝100。
當40℃＜x《60℃
建立了每個泵的非線性的數學模型，控制算法中考慮到了泵的流量與泵的轉速之間並不是非常好的線性關係，特別是在低速和高速運行時。為了達到精確控制的目的，建立了每個泵的非線性的數學模型，這樣在控制中就可以非常精確的擬合出每個泵的非線性的性能曲線。
樹脂泵、快固化劑泵和慢固化劑泵可以有不同的泵性能曲線，控制系統可以根據每個泵特定的性能曲線來最精確的對每個泵進行控制。
泵的轉速與流量之間並不是一個很好的線性關係，尤其在低速和高速時更加明顯，即使是同種類型的泵，它們的性能曲線也不能完全一致，我們通過泵校準功能，對每個泵都採集十二組(根據精度要求採樣點可多可少)典型的採樣點，擬合出每個泵的轉速與流量之間的非線性性能曲線，然後根據內插算法精確的計算出電機的控制頻率(參見圖1)。
如果計算出的泵流量值在數據採集點的第n組和第n+1組之間，那麼通過泵流量就可以計算出電機的頻率，並採用內插算法精確的計算出電機的控制頻率(參見圖2)。
本發明專利的有益效果是，能自動計算出砂溫和起模時間與各種物料之間的比例關係，而且能採用變頻調速功能精確地控制各種物料的添加數量。採用數學模型和曲線擬合技術來適應泵流量的非線性關係，達到精確配料，節約物料，提高產品質量的目的。砂溫的適用範圍可以從-10℃到60℃。面砂和背砂的用料量分別控制，可大幅度節省物料。
下面結合附圖進一步說明本發明。
附圖是本發明的示意圖。
具體實施例方式
已知條件每小時產量為30噸的混砂機，合30000千克/小時，操作為面砂時，樹脂用量是砂量的1.0％，當時的砂溫度為25℃，起模時間為40分鐘，總固化劑用量相對樹脂比例(％)為40％，起模時間為40分鐘時的調解係數b為2，是依據專家知識庫提取的調解係數。
快固化劑比重＝1.05慢固化劑比重＝1.15樹脂比重＝1.15。
求解樹脂量＝砂流量*樹脂加入量(面砂)(％)
樹脂量＝30000*1.0％＝300千克/小時＝5000克/分快固化劑量＝砂流量*樹脂加入量(％)*總固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x+k2-b)其中，x＝溫度，k2＝100，K1＝-100/40＝-2.5。b為調解係數當0℃《x《40℃快固化劑量＝30000*1.0％*40％*35.5％＝42.60千克/小時＝710克/分慢固化劑量＝砂流量*樹脂加入量(％)*總固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x+b)其中，x＝溫度，K1＝100/40＝2.5。k2＝0，b為調解係數當0℃《x《40℃慢固化劑量＝30000*1.0％*40％*64.5％＝77.40千克/小時＝1290克/分通過校準方式採集的泵流量值表單位ml(毫升)/分
1、計算快固化劑泵的電機頻率快固化劑量＝710克/分，快固化劑的流量＝快固化劑用量/快固化劑比重＝710/1.05＝676毫升/分查表計算出快固化劑的流量在第3組和第4組之間，根據公式快固化劑泵的頻率＝第3組頻率+((第4組頻率-第3組頻率)/(第4組流量-第3組流量))*(676-第3組流量)快固化劑泵的頻率＝30+((40-30)/(800-510))*(676-510)＝30+5.72＝35.72(Hz)2、計算慢固化劑泵的電機頻率慢固化劑量＝1290克/分，慢固化劑的流量＝慢固化劑用量/慢固化劑比重＝1290/1.15＝1122毫升/分查表計算出慢固化劑的流量在第4組和第5組之間，根據公式慢固化劑泵的頻率＝第4組頻率+((第5組頻率-第4組頻率)/(第5組流量-第4組流量))*(1122-第4組流量)慢固化劑泵的頻率＝40+((50-40)/(1210-940))*(1122-940)＝40+6.74＝46.74(Hz)3、計算樹脂泵的電機頻率樹脂量＝5000克/分，樹脂的流量＝樹脂用量/樹脂比重＝5000/1.15＝4348毫升/分查表計算出樹脂的流量在第4組和第5組之間，根據公式樹脂泵的頻率＝第4組頻率+((第5組頻率-第4組頻率)/(第5組流量-第4組流量))*(1122-第4組流量)樹脂泵的頻率＝40+((50-40)/(4720-3600))*(4348-3600)＝40+6.68＝46.68(Hz)以上三個泵的變頻電機的頻率都已經計算出來後，就可以通過計算機或PLC向變頻器發送頻率，電機就會按照計算出的頻率帶動泵將樹脂、快固化劑和慢固化劑輸送出去。
權利要求
1.一種智能型混砂控制方法，其特徵是建立砂溫、面砂/背砂和起模時間這三個參數、與快固化劑和慢固化劑用量的數學模型，首先採集砂溫，然後根據面砂還是背砂的選擇來定樹脂加入量，有兩個樹脂加入量，一個是對應面砂，一個是對應背砂，以下公式是根據標準起模時間來定的，當起模時間提前或延遲時，需要查找b的調節係數，Y1＝快固化劑的用量比例百分比快固化劑量＝砂流量*樹脂加入量*Y1Y2＝慢固化劑的用量比例百分比慢固化劑量＝砂流量*樹脂加入量*Y2Y1＝固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x+k2+b)其中，x＝溫度，k2＝100，K1＝-100/40＝-2.5，b為調解係數當0℃《x《40℃Y1＝固化劑相對樹脂比例(％)*(((-10℃時的快固化劑的用量百分比-100)/10)*x+k2+b)其中，x＝溫度，k2＝100。當-10℃《x＜0℃Y2＝固化劑相對樹脂比例(％)*(k1*x+b)其中，x＝溫度，K1＝100/40＝2.5。k2＝0，b為調解係數當0℃《x《40℃Y2＝固化劑相對樹脂比例(％)*(((100-60℃時的慢固化劑的用量百分比)/20)*(x-40)+100+b)其中，x＝溫度，k2＝100。當40℃＜x《60℃建立了每個泵的非線性的數學模型，通過泵校準功能，對每個泵都採集十二組典型的採樣點，擬合出每個泵的轉速與流量之間的非線性性能曲線，然後根據內插算法精確的計算出電機的控制頻率，計算出的泵流量值在數據採集點的第n組和第n+1組之間，那麼通過泵流量就可以計算出電機的頻率，並採用內插算法精確的計算出電機的控制頻率。
全文摘要
本發明提供了一種智能型混砂控制方法，所要解決的技術問題是目前使用手工調節砂溫和起模時間與各種原材料之間的比例關係，由於需要調節的各種參數較多，參數之間的關係複雜，所以造成控制精度不準，能源、物料消耗高。對泵的流量控制只按照流量與泵轉速的線性關係，這樣在泵低速和高速運行時對物料配比的精度就會下降，結果是或者影響產品質量或者浪費物料。本發明的要點是建立砂溫、面砂/背砂和起模時間這三個參數、與快固化劑和慢固化劑的用量的數學模型，算出固化劑用量，再算出輸送泵的轉速。本發明的積極效果是採用數學模型和曲線擬合技術來適應泵流量的非線性關係，達到精確配料，節約物料，提高產品質量的目的。
文檔編號G06F19/00GK101081427SQ20061004676
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者張毅 申請人:瀋陽迅天科技有限公司