CN102699304B - 电控浇注设备及该设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电控浇注设备，包括扇形浇注包、浇注包框架、固定支撑体、液压缸、液压缸底座，扇形浇注包固定于浇注包框架上，液压缸一端铰接于浇注包框架上、另一端铰接于液压缸底座上，其中，所述浇注包框架一端通过第一旋转轴设置于固定支撑体上，第一旋转轴设于靠近扇形浇注包的浇口位置处，所述液压缸连接有控制器，控制器内预设速度曲线，控制器控制所述液压缸按照预设速度曲线执行直线位移，使所述扇形浇注包绕所述第一旋转轴匀速转动。本发明电控浇注设备能保证扇形浇注包匀速转动，使扇形浇注包均匀浇注铁水，保证铸管的管壁厚度均匀，并且由液压缸直接驱动浇注包框架，结构简单，降低传动误差，进一步保证铸管质量。

Description

电控浇注设备及该设备的控制方法

技术领域

本发明涉及一种铸造溶溶物容器，具体涉及一种不带加热装置的铸造溶溶物容器。

背景技术

浇注系统和浇注系统的控制方法是球墨铸铁管铸造生产过程中的关键部件和步骤，在实际生产过程中，为了保证浇注质量，要求浇注系统在浇注过程中必须匀速将铁水浇入离心机中，即使铁水浇注流速恒定，否则会造成所生产的铸铁管壁厚度不均匀，产生不合格品，给企业带来经济损失，而浇注系统能否匀速进行浇注，关键取决于浇注包的结构和浇注包驱动装置的动作。

中国发明专利文献CN101912954A公开了一种能实现等速浇注的浇注系统，在这种浇注系统中，采用扇形浇注包，油缸直接驱动扇形浇注包，浇注包的转轴上设置角位移编码器测量浇注包转动的角度并反馈给控制部件，控制部件根据反馈的角度信号计算调节油缸的移动速度保证扇形浇注包匀速转动，实现均匀浇注，这种电控浇注设备中将角位移编码器设置在浇注包的转轴上，由于浇注包的转轴位于铁水的浇口附近，温度很高，并且浇注包转动过程中可能产生振动，高温和振动都将影响编码器的精度，并且影响编码器的工作寿命，导致铁水不能等速从扇形浇注包内流出；中国实用新型专利文献CN2313689Y也公开了一种能实现等速浇注的浇注系统，该浇注系统中，扇形浇注包借助于旋转轴安装在浇注框架上，浇注包上固定等速板，液压缸通过滑轮机构驱动等速板，液压缸的等速移动通过等速板驱动扇形浇注包等速转动，实现均匀浇注，这种浇注装置部件较多，结构复杂，等速板与滑轮机构虽然是滚动摩擦，但使用一段时间以后等速板和滑轮机构容易磨损或者卡滞，造成铁水不能等速从扇形浇注包内流出；还有一种如苏联专利文献SU326021A公开的电控浇注设备，该电控浇注设备中扇形浇包的扇形边连接一连接线，该连接线经过一动滑轮由油缸驱动，在油缸匀速的情况下，连接线为两倍于油缸的速度匀速运动，则扇形浇注包在连接线的带动下匀速转动，实现均匀浇注，但是此种电控浇注设备中存在过多的机械传动设备，并且这些机械传动设备工作在高温、强振动与多尘土的环境中，机械传动设备受到工作环境的影响将产生较大的传动误差，导致铁水不能匀速从扇形浇注包内流出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够匀速浇注、保证铸件质量、提高生产效率并且制造和维护成本较低的电控浇注设备及该设备的控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种电控浇注设备，包括扇形浇注包、浇注包框架、固定支撑体、液压缸、液压缸底座，扇形浇注包固定于浇注包框架上，液压缸一端铰接于浇注包框架上，液压缸另一端通过第二旋转轴铰接于液压缸底座上，所述扇形浇注包右端设有浇口，其中，所述浇注包框架一端通过第一旋转轴铰接于固定支撑体上，所述第一旋转轴设于靠近所述浇口的位置处，所述液压缸与所述浇注包框架的铰接点位于所述浇注包框架上远离所述第一旋转轴的一端的底部，所述液压缸的液压站控制电路连接有控制器，控制器内预设速度曲线，控制器控制所述液压缸按照预设速度曲线执行直线位移，使所述扇形浇注包绕所述第一旋转轴匀速转动。

本发明电控浇注设备，其中，所述液压缸上还设有直线位移传感器，所述直线位移传感器连接所述控制器，所述直线位移传感器实时测量所述液压缸的直线位移量，并将测得的直线位移量传输至所述控制器，所述控制器对得到的直线位移量值进行差分计算得到所述液压缸的移动速度，根据移动速度采用闭环控制保证所述液压缸按照设定的速度曲线执行直线位移。

本发明电控浇注设备，其中，所述直线位移传感器为直线位移数字编码器。

本发明电控浇注设备，其中，所述预设速度曲线为所述液压缸的直线移动速度与所述液压缸的直线位移之间的关系曲线。

本发明电控浇注设备，其中，所述预设速度曲线为所述液压缸的直线移动速度与浇筑时间之间的关系曲线。

本发明电控浇注设备，其中，所述预设速度曲线为所述液压缸的直线移动速度与所述扇形浇注包绕所述第一旋转轴的旋转角度之间的关系曲线。

一种浇注设备的控制方法，所述浇注设备包括扇形浇注包、浇注包框架、固定支撑体、液压缸、液压缸底座，扇形浇注包固定于浇注包框架上，所述浇注包框架上靠近扇形浇注包的浇口的一端铰接于固定支撑体上，液压缸一端铰接于浇注包框架上远离所述扇形浇注包的浇口一端的底部，液压缸另一端铰接于液压缸底座上，所述液压缸的液压站控制电路连接有控制器，其中，在所述控制器中预设速度曲线，所述液压缸按照该设定速度曲线进行移动，使得扇形浇注包在液压缸的驱动下匀速转动。

本发明浇注设备的控制方法，其中，所述液压缸上的直线位移传感器实时测量所述液压缸的直线位移量，并将测得的直线位移量传输至所述控制器，所述控制器对得到的直线位移量值进行差分计算得到所述液压缸的移动速度，根据移动速度采用闭环控制保证所述液压缸按照设定的速度曲线执行直线位移。

本发明浇注设备的控制方法，其中，所述直线位移传感器为直线位移数字编码器。

本发明浇注设备的控制方法，其中，所述预设速度曲线为所述液压缸的直线移动速度与所述液压缸的直线位移之间的关系曲线或者为所述液压缸的直线移动速度与浇筑时间之间的关系曲线或者为所述液压缸的直线移动速度与所述扇形浇注包的旋转角度之间的关系曲线。

采用上述方案后，本发明电控浇注设备由于液压缸连接有控制器，控制器内预设速度曲线，控制器控制所述液压缸按照预设速度曲线执行直线位移，保证扇形浇注包匀速转动，使扇形浇注包均匀浇注铁水，保证铸管的管壁厚度均匀，并且由液压缸直接驱动浇注包框架，结构简单，降低传动误差，进一步保证铸管质量。

另外，由于液压缸内还设有直线位移传感器，控制器对直线位移传感器得到的直线位移量值进行差分计算得到所述液压缸的移动速度，根据移动速度控制所述液压缸的进油量，进一步保证液压缸按照设定的速度值做匀速运动，提高铸管质量，并且直线位移传感器设于液压缸内，避免浇注过程中高温环境对传感器的影响，因此能够减少直线位移传感器的误差，提高浇注成品率，并延长直线位移传感器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明电控浇注设备的结构示意图；

图2为本发明电控浇注设备的运动传递示意图；

图3为本发明电控浇注设备第一实施例中设定的速度曲线图；

图4为本发明电控浇注设备第二实施例中设定的速度曲线图；

图5为本发明电控浇注设备第三实施例中设定的速度曲线图；

图6为本发明电控浇注设备的控制过程流程图。

下面结合附图具体说明本发明电控浇注设备。

具体实施方式

如图1所示，电控浇注设备包括扇形浇注包1、浇注包框架2、固定支撑体3、液压缸4、液压缸底座41，扇形浇注包1固定于浇注包框架2上，浇注包框架2一端通过第一旋转轴5铰接于固定支撑体3上，扇形浇注包1右端设有浇口11，第一旋转轴5设于靠近浇口11的位置处，液压缸4一端铰接于浇注包框架2上远离第一旋转轴5的一端的底部，另一端通过第二旋转轴6铰接于液压缸底座41上，扇形浇注包4内在靠近浇口11处设有篦子，液压缸4上设有直线位移数字编码器，直线位移数字编码器连接控制器，控制器连接液压缸4的动力系统，控制器内预设液压缸4的速度曲线，直线位移数字编码器可实时检测液压缸4的位移量并将测量值发送给控制器，控制器对得到的位移量值进行差分计算得到液压缸4的直线移动速度，控制器实时对直线移动速度和来自控制器中预置的设定速度曲线的速度值进行比较，控制器根据比较结果对液压缸4的动力系统实施闭环反馈校正，控制液压缸4的进油量，保证液压缸4按照设定的速度曲线动作，控制过程如图6所示。

如图2所示，将第一旋转轴的中心点5设为A，液压缸4和浇注包框架2的铰接点设为B，第二旋转轴6的中心点设为C，A、B、C三点构成三角形，其中点A、C之间的距离即第一旋转轴5中心到第二旋转轴6中心的距离为恒定值a，点A、B之间的距离即第一旋转轴5的中心到浇注包框架2与液压缸4的铰接点之间的距离为恒定值b，B、C点之间的距离即液压缸4的长度为l，该长度l随着液压缸4的移动变化，在浇注未开始时的液压缸4的初始长度为l0，由于液压缸4按照设定速度曲线移动，该设定速度曲线为v=f(t)，其中t为从液压缸4开始浇注后的运行时间，则在浇注过程中液压缸4在任一时间的长度按照如下的公式（1）计算得到：

$l=l_0+\underset{0}{\overset{t}{\∫}}f\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

上述三角形的AB边与AC边之间的夹角为α，其中在浇注未开始时的初始夹角为α0，由于扇形浇注包1匀速转动，设定扇形浇注包1的旋转速度为ω，其中ω为一恒定值，则在浇注过程中夹角按照如下的公式计算（2）：

α=α₀+ωt          （2）

对图2所示的三角形采用余弦公式可得如下的公式（3）：

e²=a²+b²-2abcosα   （3）

将公式（1）和（2）代入公式（3）中可以得到公式（4）：

${(l_0+\underset{0}{\overset{t}{\∫}}f\left(t\right)\mathrm{dt})}^2=a^2+b^2-2\mathrm{ab}\cos ({\mathrm{\α}}_0+\mathrm{\ωt})---\left(4\right)$

对该公式（4）进行求解可以得到设定速度曲线f(t)，即本实施例中的设定速度曲线，该设定速度曲线确定了液压缸4的移动速度与浇注运行时间之间的关系，在控制器内预设该速度曲线，在本实施例的浇注开始后，控制器控制液压缸4按照该设定速度曲线f(t)进行移动保证扇形浇注包1匀速转动，实现均匀浇注，图3为本实施例中液压缸4的移动速度v与浇注时间t的曲线图。

液压缸4上的直线位移数字编码器还可实时检测液压缸4的位移量，直线位移数字编码器的信号输出端与控制器相连接，控制器连接液压缸4的动力系统，控制器根据该直线位移数字编码器检测到的液压缸4的位移量进行计算可以得到液压缸4在任一时间的移动速度，并且将该速度与设定速度曲线f(t)进行比较，采用PID控制算法对液压缸4的移动速度进行闭环控制调节，以使液压缸4精确地按照设定速度曲线f(t)运动。

在本发明的第二实施例中，设定液压缸4的移动速度v与液压缸4移动过的距离（即直线位移数字编码器测量得到的位移量l′），由于移动速度v按照公式（4）得到的速度-时间公式运行，对其进行积分可以得到在任一时间的移动距离，据此将在每一时间的液压缸4的移动速度与液压缸4的移动距离建立函数关系，得到如图4所示的液压缸4的移动速度v与液压缸4移动距离l′之间的关系曲线v=f′(l′)，并且控制器控制液压缸4按照该设定速度曲线移动，在液压缸4上设置直线位移数字编码器实时检测液压缸4的位移量，直线位移数字编码器的信号输出端与液压站控制电路相连接，控制器由检测到的位移量按照设定速度曲线确定液压缸4的移动速度，并据此控制液压缸4在此位置的移动速度，使液压缸精确地按照设定速度曲线v=f′(l′)运动。

进一步，控制器还可以根据编码器检测的液压缸4的位移量进行差分计算可以得到液压缸4在该位移量时的移动速度，并将该速度与设定速度曲线v=f′(l′)进行比较，采用PID控制算法对液压缸的移动速度进行闭环控制调节，以使液压缸4精确地按照设定速度曲线v=f′(l′)运动。

在本发明的第三实施例中，设定液压缸4的移动速度v与扇形浇注包1绕第一旋转轴5转过的角度值α′的关系，由于移动速度v按照公式（4）得到的速度-时间公式运行，浇注包转过的角度值α′=ωt，由此可以得出任一时间的角度值α′，据此将在每一时间的液压缸4的移动速度与扇形浇注包1转过的角度值α′之间建立函数关系，得到如图5所示的液压缸4的移动速度v与扇形浇注包1转过的角度值α′之间的关系曲线v=f″(α′)，并且控制器控制液压缸4按照该设定速度曲线移动，在液压缸4上设置直线位移数字编码器实时检测液压缸4的位移量，控制器根据编码器检测的液压缸4的位移量进行差分计算可以得到液压缸4在该位移量时的移动速度；同时在第一旋转轴5上设置角位移传感器，检测扇形浇注包1转过的角度值α′，将该检测到的液压缸4的移动速度与设定速度曲线v=f″(α′)进行比较，采用PID控制算法对液压缸4的移动速度进行闭环控制调节，以使液压缸4精确地按照设定速度曲线v=f″(α′)运动。在本实施例中也可以省去角位移传感器，由公式（3）可以得到角度值α′与液压缸移动的距离l′之间具有对应关系，由直线位移传感器检测得到的移动距离值就可以计算得到角度值α′，据此按照设定速度曲线v=f″(α′)控制液压缸移动。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电控浇注设备，包括扇形浇注包(1)、浇注包框架(2)、固定支撑体(3)、液压缸(4)、液压缸底座(41)，扇形浇注包(1)固定于浇注包框架(2)上，液压缸(4)一端铰接于浇注包框架(2)上，液压缸(4)另一端通过第二旋转轴(6)铰接于液压缸底座(41)上，所述扇形浇注包(1)右端设有浇口(11)，其特征在于：所述浇注包框架(2)一端通过第一旋转轴(5)铰接于固定支撑体(3)上，所述第一旋转轴(5)设于靠近所述浇口(11)的位置处，所述液压缸(4)与所述浇注包框架(2)的铰接点位于所述浇注包框架(2)上远离所述第一旋转轴(5)的一端的底部，所述液压缸(4)的液压站控制电路连接有控制器，控制器内预设速度曲线，控制器控制所述液压缸(4)按照预设速度曲线执行直线位移，使所述扇形浇注包(1)绕所述第一旋转轴(5)匀速转动，所述液压缸(4)上还设有直线位移传感器，所述直线位移传感器连接所述控制器，所述直线位移传感器实时测量所述液压缸(4)的直线位移量，并将测得的直线位移量传输至所述控制器，所述控制器对得到的直线位移量值进行差分计算得到所述液压缸(4)的移动速度，根据移动速度采用闭环控制保证所述液压缸(4)按照设定的速度曲线执行直线位移。

2.如权利要求1所述的电控浇注设备，其特征在于：所述直线位移传感器为直线位移数字编码器。

3.如权利要求2所述的电控浇注设备，其特征在于：所述预设速度曲线为所述液压缸(4)的直线移动速度与所述液压缸(4)的直线位移之间的关系曲线。

4.如权利要求2所述的电控浇注设备，其特征在于：所述预设速度曲线为所述液压缸(4)的直线移动速度与所述扇形浇注包(1)绕所述第一旋转轴(5)的旋转角度之间的关系曲线。

5.一种浇注设备的控制方法，所述浇注设备包括扇形浇注包(1)、浇注包框架(2)、固定支撑体(3)、液压缸(4)、液压缸底座(41)，扇形浇注包(1)固定于浇注包框架(2)上，所述浇注包框架(2)上靠近扇形浇注包(1)的浇口的一端铰接于固定支撑体(3)上，液压缸(4)一端铰接于浇注包框架(2)上远离所述扇形浇注包(1)的浇口一端的底部，液压缸(4)另一端铰接于液压缸底座(41)上，所述液压缸(4)的液压站控制电路连接有控制器，其特征在于：在所述控制器中预设速度曲线，所述液压缸(4)上的直线位移传感器实时测量所述液压缸(4)的直线位移量，并将测得的直线位移量传输至所述控制器，所述控制器对得到的直线位移量值进行差分计算得到所述液压缸(4)的移动 速度，根据移动速度采用闭环控制保证所述液压缸(4)按照设定的速度曲线执行直线位移，使得扇形浇注包(1)在液压缸(4)的驱动下匀速转动。

6.如权利要求5所述的浇注设备的控制方法，其特征在于：所述直线位移传感器为直线位移数字编码器。

7.如权利要求6所述的浇注设备的控制方法，其特征在于：所述预设速度曲线为所述液压缸(4)的直线移动速度与所述液压缸(4)的直线位移之间的关系曲线或者为所述液压缸(4)的直线移动速度与浇筑时间之间的关系曲线或者为所述液压缸(4)的直线移动速度与所述扇形浇注包(1)的旋转角度之间的关系曲线。