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1、智能化型砂性能測控系統(tǒng)的研制張立光李彤吳浚郊（清華大學機械工程系，北京100084）劉升遷（青島天恒機械有限公司，山東省平度市266721）????摘要本文介紹了一套智能化型砂性能在線檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計原理及其工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。實踐證明，該系統(tǒng)能夠準確地測量型砂的緊實率、濕壓強度，并能夠?qū)⑿蜕暗木o實率波動控制在±3％的范圍之內(nèi)，使型砂質(zhì)量保持穩(wěn)定，應(yīng)用效果良好。關(guān)鍵詞型砂；緊實率；在線檢測；質(zhì)量控制????Abstract:Agreensandon-linetestandcontrolsystemhasbeendevelopedforfoundrysandprepara
2、tionplants.Itisusedtotestthepropertiesofthemouldingsandon-lineandtocontroltheactualsandcompactabilitywithinthepresetproduction-adaptedtolerancezonebycontrollingthewateradditions.Itsapplicationinfoundryshopshasachievedwonderfulresults.????目前，粘土砂濕型鑄造依然是全世界應(yīng)用最廣泛的鑄造方法。在粘土砂濕型鑄造生產(chǎn)過程中，型砂的性能對鑄件
3、質(zhì)量、廢品率有著極大的影響，據(jù)資料統(tǒng)計，鑄造車間的廢品有45－55%可歸因于型砂的成分變化和質(zhì)量波動。日益加劇的市場競爭要求現(xiàn)代化的鑄造企業(yè)必需生產(chǎn)出質(zhì)量更好、可靠性更高、壁厚更薄、價格更低的近終形鑄件，要想實現(xiàn)這一目標，必須嚴格控制型砂質(zhì)量。????計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)引進到鑄造生產(chǎn)線上，大幅度提高了鑄造車間的機械化和自動化程度。各種高效造型生產(chǎn)線的應(yīng)用，大大提高了造型效率，要求混砂機的混砂效率相應(yīng)地提高，對型砂性能、質(zhì)量也提出了更加嚴格的要求。????國內(nèi)一些大中型機械、汽車企業(yè)的鑄造車間，已經(jīng)引進了一系列先進的造型生產(chǎn)線，但大部分沒有引進配套的質(zhì)量管理系統(tǒng)，
4、型砂性能檢測和物料補加量的計算仍然主要依靠人工憑經(jīng)驗進行，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，迫切需要一套有效實的時計算機集成監(jiān)控系統(tǒng)。????在此前提之下，清華大學與青島天泰機械有限公司合作開發(fā)了C1812智能化型砂性能測控系統(tǒng)，并在華源萊動內(nèi)燃機有限公司鑄造分廠（以下簡稱“萊動廠”）進行了一年多的生產(chǎn)驗證。????1.智能化型砂性能測控系統(tǒng)的設(shè)計原理現(xiàn)代化的高效造型線要求砂處理工部提供性能、質(zhì)量穩(wěn)定的型砂，目前型砂質(zhì)量控制發(fā)展趨勢是將組分控制的思想和在線檢測、控制技術(shù)相結(jié)合，從砂系統(tǒng)總量平衡出發(fā)確定物料的補加量。由于生產(chǎn)過程的不確定性以及參數(shù)檢測的偏差，常需根據(jù)每一碾砂的檢
5、測數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)的物料補加值，開發(fā)實時、在線的型砂性能檢測與控制系統(tǒng)就成了實現(xiàn)組分穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。????對于粘土砂而言，型砂中的水分是影響型砂性能和質(zhì)量的最重要的因素之一。緊實率是表示型砂中粘土與調(diào)勻水的比例是否適當并且適宜于造型的一種綜合性指標，與水分有關(guān)，與其它成分也有著間接的聯(lián)系。一般認為：緊實率反映型砂的可緊實性、韌性和對水分的敏感性，即反映了型砂的調(diào)性程度，是最重要的指標之一。實踐證明，通過檢測緊實率，可以調(diào)整加水量；把緊實率控制在一定的范圍，即可保證水分的相對穩(wěn)定，同時使型砂獲得一定的濕壓強度、韌性和流動性等最佳綜合性能。????在死粘土含量及緊實率一定的
6、情況下，濕壓強度可以作為反映型砂有效膨潤土的含量指標，因此緊實率和濕壓強度是最具有代表性的型砂性能指標。Volkmann通過多年的型砂試驗證明，若緊實率和濕壓強度值在規(guī)定的范圍內(nèi)，其有效粘土含量一定比較合適；隨水分變化的濕壓強度的測量值可以指示出粘土泥分的大小。他認為需要經(jīng)常檢測的性能只有三個：濕壓強度、水分、緊實率。????基于上述研究，清華大學與青島天泰機械有限公司結(jié)合國內(nèi)鑄造廠家的砂處理系統(tǒng)的實際情況，從結(jié)構(gòu)簡單、實用可靠的角度出發(fā)，合作研制了一套實用的“C1812智能化型砂性能測控系統(tǒng)”，能夠在線檢測型砂的緊實率、濕壓強度和型砂溫度與環(huán)境溫度的差值，并根據(jù)緊實
7、率和水分的關(guān)系實時控制混砂機內(nèi)水的補加量，從而將型砂緊實率控制在工藝規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，保證型砂質(zhì)量的基本穩(wěn)定，滿足后續(xù)工序的需要。????2.智能化型砂性能測控系統(tǒng)的設(shè)計框架????智能化型砂性能測控系統(tǒng)作為一套在線檢測與控制系統(tǒng)，其工作環(huán)境粉塵大、干擾多，條件十分惡劣，所以整套系統(tǒng)采用由一臺PC總線的工業(yè)控制計算機作為上位機，用可編程序控制器（PLC）作為下位機，加上以壓縮空氣為動力源的執(zhí)行機構(gòu)。圖1所示為本系統(tǒng)的整體設(shè)計框架。圖1智能化型砂性能測控系統(tǒng)整體框架????工業(yè)PC具有一定的抗干擾能力，具有防塵、防強電、防電磁、防熱等特點，完全能夠應(yīng)
