EA026515B1

EA026515B1 - Способ автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша и носитель для записи программ для управления наклоном ковша

Info

Publication number: EA026515B1
Application number: EA201291093A
Authority: EA
Inventors: Йосиюки Нода; Казухико Терасима; Рюсуке Фукусима; Макио Сузуки; Казухиро Ота; Хироясу Макино
Original assignee: Синтокогио, Лтд.; Нэшнл Юниверсити Корпорейшн Тойохаси Юниверсити Оф Текнолоджи
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2017-04-28
Also published as: JP5408793B2; CN102858480A; EP2561939A4; WO2011132442A1; CN102858480B; EP2561939A1; US20130041493A1; US9248498B2; EA201291093A1; JP2011224631A

Abstract

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа точного выливания расплавленного металла, который вытекает из ковша, в литник в форме. Настоящее изобретение включает в себя способ управления соответствующими входными напряжениями, передаваемыми на серводвигатель, который наклоняет ковш таким образом, чтобы расплавленный металл, который течет из ковша, лился точно в литник в форме, серводвигатель, который перемещает ковш назад и вперед, и серводвигатель, который перемещает ковш вверх и вниз, с использованием компьютера. Согласно способу строится математическая модель области, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша, и затем решается обратная задача построенной математической модели. С учетом эффекта суженного потока место, на которое льется расплавленный металл, оценивается оценочным устройством для оценивания скорости разливки и оценочным устройством для оценивания места, на которое будет литься расплавленный металл. Затем оцененное место вычисляется компьютером. Таким образом, получаются соответствующие входные напряжения, передаваемые на серводвигатель, который наклоняет ковш, серводвигатель, который перемещает ковш назад и вперед, и серводвигатель, который перемещает ковш вверх и вниз. Затем три соответствующих серводвигателя управляются на основании полученных входных напряжений.

Description

Настоящее изобретение, в общем случае, относится к технике литья и, в частности, к способу автоматической разливки расплавленного металла наклонного типа, например расплавленного железа и расплавленного алюминия, в форму путем наклона ковша, который вмещает определенное количество расплавленного металла.

Уровень техники

Традиционно, (1) способ подавления колебаний расплавленного металла при его переносе к месту разливки; (2) способ подавления колебаний расплавленного металла, вызванных возвращением из наклонного положения после окончания разливки; (3) способ управления быстротой наклона ковша для поддержания определенной скорости разливки; (4) способ быстрой разливки определенного веса расплавленного металла; (5) способ управления быстротой наклона ковша для достижения целевой скорости разливки; (6) способ увеличения количества расплавленного металла, который вытекает из ковша на ранней стадии разливки путем повышения и снижения места вытекания ковша; (7) способ автоматической разливки расплавленного металла наклонного типа с использованием нечеткого управления; и (8) способ автоматической разливки расплавленного металла наклонного типа с использованием флуктуационной модели с линейными параметрами и т.д., известны как способы автоматической разливки расплавленного металла наклонного типа.

Традиционно, устройство на основе способов (1) и (2) предотвращает колебания поверхности расплавленного металла при переносе ковша и наклоне ковша. Однако эти способы не позволяют добиваться целевого расхода при разливке расплавленного металла. Способы (3) и (5) позволяют управлять разливаемым весом расплавленного металла за единицу времени. Конкретный вес расплавленного металла можно точно разливать согласно способам (4), (6) и (7). Способ (6) - это способ разливки, позволяющий увеличить количество расплавленного металла, который вытекает из ковша, путем снижения места вытекания из ковша, что позволяет сократить время литья. Эти способы представляют собой способы разливки, которые позволяют точно управлять скоростью разливки и весом разливаемого расплавленного металла. Однако эти способы разливки наклонного типа не позволяют управлять местом, где льется разливаемый расплавленный металл. Таким образом, проблема состоит в том, что разливаемый расплавленный металл может литься вне литника формы. В качестве способа для решения проблемы известен способ управления местом, на которое льется жидкость, вытекающая из ковша, посредством управления с прямой связью (см. патентный документ 1). Способ, приведенный в патентном документе 1, эффективен. Однако согласно способу место, на которое льется жидкость, подлежит более точному управлению.

Патентный документ 1: ДР 2008-272802.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа разливки, позволяющего расплавленному металлу, который вытекает из ковша, литься точно на литник в форме, и обеспечение носителя, где записана программа для управления наклоном ковша.

Для решения этой задачи настоящее изобретение предусматривает способ автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша, отличающийся тем, что в устройстве автоматической разливки наклонного типа, содержащем три серводвигателя, один из которых может наклонять ковш, один из которых может перемещать ковш назад и вперед и один из которых может перемещать ковш вверх и вниз, расплавленный металл, который течет из ковша, льется точно в литник в форме при разливке расплавленного металла в форму, под управлением соответствующих входных напряжений, передаваемых на три серводвигателя посредством компьютера. Способ содержит этап, на котором строят математическую модель области, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша; этап, на котором решают обратную задачу построенной математической модели с учетом эффекта суженного потока посредством оценочного устройства для оценивания расхода разливаемого расплавленного металла и посредством оценочного устройства для оценивания места, на которое льется расплавленный металл, для оценивания места, на которое льется расплавленный металл; этап, на котором вычисляют оцененное место посредством компьютера для получения, таким образом, соответствующих входных напряжений, передаваемых на три серводвигателя; и этап, на котором управляют тремя серводвигателями на основании полученных входных напряжений.

Кроме того, настоящее изобретение предусматривает носитель, на котором записана программа для управления автоматической разливкой расплавленного металла путем наклона ковша, который вмещает расплавленный металл, отличающийся тем, что в устройстве автоматической разливки наклонного типа, содержащем три серводвигателя, один из которых может наклонять ковш, один из которых может перемещать ковш назад и вперед и один из которых может перемещать ковш вверх и вниз, расплавленный металл, который течет из ковша, льется точно в литник в форме при разливке расплавленного металла в форму, под управлением соответствующих входных напряжений, передаваемых на три серводвигателя, управление которыми осуществляется посредством компьютера. Программа содержит этап, на котором строят математическую модель области, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша; этап, на котором решают обратную задачу построенной математической модели с учетом эффекта суженного потока посредством оценочного устройства для оценивания расхода разливаемого рас- 1 026515 плавленного металла и посредством оценочного устройства для оценивания места, на которое льется расплавленный металл, для вычисления оцененного места, на которое льется расплавленный металл; этап, на котором вычисляют оцененное место посредством компьютера для получения, таким образом, соответствующих входных напряжений, передаваемых на три серводвигателя; и этап, на котором управляют тремя серводвигателями на основании полученных входных напряжений.

В этой связи математическая модель, используемая в настоящем изобретении, представляет собой способ, в котором назначенная функция, которая управляется компьютером, например функция, которая относится к прибыли и затратам, получается путем решения формулы, например, теплового равновесия, материального баланса, химической реакции, ограничительного условия и т.д. процесса, с последующим выполнением управления для достижения их максимума и минимума. Кроме того, в этой связи в настоящем изобретении используется цилиндрический ковш или ковш, имеющий веерообразное вертикальное поперечное сечение. Ковш поддерживается вблизи его центра тяжести. Кроме того, суженный поток означает, что глубина переливающегося расплавленного металла снижается на верхушке места вытекания под действием силы тяжести.

В настоящем изобретении расплавленный металл, который течет из ковша, можно точно разливать в литник в форме путем перемещения ковша назад и вперед для управления местом, на которое льется расплавленный металл. Таким образом, можно препятствовать выливанию расплавленного металла за пределы литника в форме. Это составляет преимущество, заключающееся в том, что расплавленный металл можно разливать безопасно и без потерь.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически иллюстрирует устройство автоматической разливки наклонного типа, используемое в примере предшествующего уровня техники, которое объяснено до объяснения настоящего изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует вертикальное поперечное сечение ковша в устройстве автоматической разливки, показанном на фиг. 1.

Фиг. 3 - увеличенный и подробный вид важной части, показанной на фиг. 2.

Фиг. 4 иллюстрирует верхушку места вытекания.

Фиг. 5 - блок-схема, демонстрирующая систему для управления местом, на которое льется расплавленный металл, в примере предшествующего уровня техники.

Фиг. 6 - блок-схема системы управления с прямой связью скоростью разливки.

Фиг. 7 иллюстрирует процесс разливки в примере предшествующего уровня техники.

Фиг. 8 иллюстрирует моделируемую область места разливки.

Фиг. 9 схематически иллюстрирует устройство автоматической разливки наклонного типа, используемое в настоящем изобретении.

Фиг. 10 - блок-схема, демонстрирующая систему для управления местом, на которое льется расплавленный металл, в настоящем изобретении.

Фиг. 11 - вид в разрезе, демонстрирующий расход расплавленного металла, когда он поступает в направляющую деталь места вытекания.

Фиг. 12 иллюстрирует имитации и эксперименты настоящего изобретения и примера предшествующего уровня техники.

Подробное описание изобретения

Далее объясняется предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Прежде чем приступить к объяснению предпочтительного варианта осуществления, поясним пример предшествующего уровня техники, в котором используется управление с прямой связью, со ссылкой на фиг. 1-8. Затем поясним устройство автоматической разливки наклонного типа, к которому применяется настоящее изобретение, со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11.

1. Устройство автоматической разливки наклонного типа из примера предшествующего уровня техники.

Устройство показано на фиг. 1 в виде схемы устройства автоматической разливки наклонного типа из примера предшествующего уровня техники. Устройство 1 автоматической разливки наклонного типа из примера предшествующего уровня техники имеет ковш 2. Ковш 2 может наклоняться, может перемещаться назад и вперед и может перемещаться вверх и вниз посредством серводвигателей 3, 3, которые установлены в соответствующих местах устройства 1 автоматической разливки наклонного типа. К серводвигателям 3, 3 присоединены соответствующие преобразователи углового положения. Таким образом, можно измерять местоположение и угол ковша 2. Кроме того, серводвигатели 3, 3 принимают команду управления, подаваемую компьютером. В этой связи термин компьютер означает контроллер движения, например персональный компьютер, микрокомпьютер, программируемый логический контроллер (РЬС) и цифровой сигнальный процессор (Ό8Ρ).

На фиг. 2, где показано вертикальное поперечное сечение ковша 2 в ходе разливки расплавленного металла, при условии, что θ [градусы] - угол наклона ковша 1, У₈(0) [м³] - объем расплавленного металла (область, закрашенная темным цветом) под линией, которая проходит горизонтально через место выте- 2 026515 кания, которое является центром наклона ковша 2, Α(θ) [м²] - горизонтальная площадь на месте вытекания (область, ограничивающая горизонтальную площадь между областью, закрашенной темным цветом, и областью, закрашенной светлым цветом), У_г [м³] - объем расплавленного металла над местом вытекания (область, закрашенная светлым цветом), И [м] - высота расплавленного металла над местом вытекания, и с| [м³/с] расход расплавленного металла, который течет из ковша 2, то выражение, выражающее баланс расплавленного металла в ковше 2 от момента времени 1 [с] до момента времени спустя Δΐ [с] после ΐ [с] задается следующим выражением (1):

ν_Ε <С)+ν₃ (Θ(С))=ν_Ε(Ε+ΔΕ)+ν, (θ(Ε + ΔΕ) )+ς(Ε)ΔΕ (1)

Если выражение (1) заменить другим выражением, которое выражает У_г [м³], и устремить Δΐ к 0, получим следующее выражение (2):

ρ(ί+Δ«)- 4(4(()

Ιΰη.

Δϋ-.0 ^;--«<«) Δί

Λ £&

= -$(*)0У.(б(*))<0ф 30(ί) Λ (2)

Кроме того, угловая скорость наклона ковша 2, ω [градусы/с], задается следующим выражением (3):

ω Ш =άθ Ш /6Ь (3)

Если подставить выражение (3) в выражение (2), получим выражение (4)

А 30(г) ( )

Кроме того, объем расплавленного металла над местом вытекания У_г [м³] задается следующим выражением (5):

4МЛЖ (5)

Л

Площадь А, [м²] указывает горизонтальную площадь расплавленного металла на расстоянии над горизонтальной площадью на месте вытекания, И, [м].

Если площадь А, [м²] разбить на горизонтальную площадь места вытекания А [м²] и величину изменения площади ΔΑ5 [м²] относительно площади А [м²], то объем Уг [м³] задается следующим выражением (6):

Для ковшей в целом, включая ковш 2, поскольку величина изменения площади ΔΑ, [м²] очень мала по сравнению с горизонтальной площадью на месте вытекания А [м²], получаем следующее выражение (7):

Λ(0(ί))Α<ί)» / ΔΧ.(^)Λ)^ (7)

Таким образом, выражение (6) можно представить в виде следующего выражения (8):

V, (ί)=Α(θ (ί) )ϊι(Ε) (8)

Затем из выражения (8) получаем следующее выражение (9):

Μί)=ν_Γ(Ο/Α(θ(1)) (9)

Расход с| [м³/с] расплавленного металла, который течет из ковша 2 на высоте И [м] над местом вытекания, получается из теоремы Бернулли. Он задается следующим выражением (10):

(0<с<1) (10)

4о где, как показано на фиг. 4, [м] - глубина расплавленного металла от его поверхности в ковше 2, Ь_£ [м] ширина места вытекания на глубине И, [м] расплавленного металла, с - коэффициент потока вытекающего расплавленного металла, и д - ускорение свободного падения.

Кроме того, следующие выражения (11) и (12), которые выражают базовую модель выражения для потока расплавленного металла, получаются из выражений (4), (9) и (10) ад) = <и

(11) дв

- 3 026515 = С ί ' (0< С< 1) (12)

Λ

Кроме того, поскольку ширина Ьг [м] прямоугольного места вытекания ковша 2 постоянна до глубины Ьъ [м], измеряемой от верхней поверхности расплавленного металла в ковше 2, расход, с| [м³/с], расплавленного металла задается следующим выражением (13) из формулы (10):

ί(0 = 3<^/ν^(ί)^3/2, (о < с < 1)

Таким образом, подставляя формулу (13) в базовые модели (11) и (12) для скорости разливки, получаем следующие формулы (14) и (15) базовых моделей для скорости разливки ковша 2:

(13)

Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему системы для управления местом, на которое льется расплавленный металл. ц_ге£ [м³/с] показывает кривую графика целевого расхода, и [В] указывает входное напряжение электродвигателя, и Р_т и Р_с указывают динамические характеристики электродвигателя и процесса разливки соответственно.

Р_с ^-1 указывает обратную модель скорости разливки. Рт^-1 указывает обратную модель электродвигателя. Система для осуществления управления с прямой связью скорости разливки с использованием обратных моделей процесса разливки применяется таким образом, чтобы фактическая скорость разливки следовала графику целевого расхода цге£. В этой связи управление с прямой связью представляет собой способ управления, который может обеспечивать целевой выход путем регулировки входной величины, применяемой к управляемой системе, до заранее определенного значения. Управление с прямой связью позволяет обеспечить хорошее управление, если известно соотношение между входом и выходом в управляемой системе, или если известен эффект возмущения и т.д.

На фиг. 6 показана блок-схема системы управления в системе для получения управляющего входного сигнала и [В], который передается на серводвигатели 3, 3 для достижения графика целевой скорости разливки д_ге£ [м³/с]. Обратная модель Р_т ^-1 серводвигателей 3, 3 задается следующей формулой (16):

/,·. Ап *У-е/(0 , 1 «(0 = к--+ Т^ге/(0

Л-тп -“то (16)

Получаем обратную модель для базового выражения скорости разливки, представленного в формуле (11) и формуле (12). Скорость разливки, с| [м³/с], по отношению к высоте Ь [м] расплавленного металла над местом вытекания можно получить из формулы (10), которая является выражением теоремы Бернулли.

Максимальная высота, Ь_тах [м], делится поровну на η частей. Каждая часть разделенной высоты обозначается как ДЬ [м], где Ь_тах [м] - высота над местом вытекания, когда из формы ковша 2 можно сделать вывод о том, что объем над местом вытекания максимален. Каждая часть разделенной высоты Ь₁расплавленного металла обозначается как Ь₁=1ДЬ (ί=0, ..., η). Таким образом, расход текущего расплавленного металла, д=[д₀, д_£, ..., д_п]^т, для высоты Ь=[Ьо, Ь_ь ..., Ь_п]^т, задается следующей формулой (17):

где функция С (Ь) является выражением теоремы Бернулли, показанным в формуле (10). Таким образом, обратная функция формулы (17) задается следующей формулой (18):

(17)

Это выражение (18) можно получить, инвертируя соотношение входных и выходных коэффициентов в выражении (17).

(Ь) в выражении (18) получается из справочной таблицы. Теперь, если ς,^ς,.ι и Ь₁^Ь₁₊₁, соотношение можно выразить линейной интерполяцией. Чем меньше ширина, получаемая после разделения высоты, Ь_тах [м], тем точнее можно выразить соотношение расхода расплавленного металла, с| [м³/с], с высотой Ь [м] над местом вытекания. Таким образом, желательно делать ширину частей разделенной высоты настолько малой, насколько это практически возможно.

Высота Ь_геС [м] расплавленного металла над местом вытекания, необходимая для достижения целевого графика потока расплавленного металла, ц_ге£ [м³/с], получается из выражения (18) и представлена следующим выражением (19):

- 4 026515

Кроме того, при условии, что высота расплавленного металла над местом вытекания равна Н_гег [м], объем У_ге£ [м³] расплавленного металла над местом вытекания можно представить выражением (20), которое получается из выражения (9)

Затем подставив объем У_ге£ [м³] расплавленного металла над местом вытекания, представленный выражением (20), и целевой график потока расплавленного металла, дге£ [м³/с], вместо значений в выражении (11) базовой модели для расхода расплавленного металла, получаем следующее выражение (21). Оно выражает угловую скорость наклона, шге£ [градусы/с], ковша 2. Эта угловая скорость нужна для достижения целевого графика потока расплавленного металла

Решая по очереди выражения (17)-(21) и подставляя полученную угловую скорость, ш_ге£ [градусы/с], наклона ковша 2 вместо значений в выражении (16), для построения целевого графика потока расплавленного металла, д_ге£ [м³/с], можно получить входное напряжение, и [В], для управления, подаваемое на серводвигатели 3, 3.

Кроме того, с использованием формулы (15), объем У_ге£ [м³] расплавленного металла над местом вытекания, который обеспечивает график целевой скорости разливки д_ге£ [м³/с], может задаваться следующей формулой (22):

Подставляем объем У_ге£ [м³] расплавленного металла над местом вытекания, полученный из выражения (22), и целевой график потока расплавленного металла дге£ [м³/с] вместо значений в выражении (21). Тогда получаем угловую скорость шге£ [градусы/с] наклона ковша 2, которая нужна для достижения целевого графика потока расплавленного металла. Затем подставляем полученную угловую скорость ш_ге£[градусы/с] наклона ковша 2 вместо значения обратной модели, представленной выражением (16), для серводвигателей 3, 3. Затем можно получить входное напряжение и (В) для управления, подаваемое на серводвигатели 3, 3.

На фиг. 5 Р₀ указывает характеристики переноса из расхода жидкости, вытекающей из ковша, в место, на которое льется расплавленный металл в литнике в форме. Кроме того, фиг. 7 иллюстрирует процесс, в котором жидкость вытекает из ковша и затем течет в форму.

На фиг. 7 §„ [м] указывает высоту от места вытекания 4 ковша до литника 5 в форме. δ_ν [м] указывает горизонтальную длину от места вытекания 4 в ковше до места, на которое льется расплавленный металл, на верхней поверхности литника 5 в форме. А_р [м²] указывает площадь поперечного сечения жидкости на верхушке места вытекания 4 ковша. Ас [м²] указывает площадь поперечного сечения жидкости, льющейся на верхнюю поверхность литника 5 в форме. Средняя скорость потока У_£ [м/с] текущей жидкости К на верхушке места вытекания задается следующей формулой (23):

?(А(О) ν, (А(/)) = (23)

Л/А(Г)) ν_£ (1ι(1)) [м/с] зависит от высоты й(1) [м] жидкости на месте вытекания. При условии, что площадь поперечного сечения расплавленного металла постоянна в ходе разливки расплавленного металла, площади поперечного сечения А_р [м²] и А_с [м²] задаются следующей формулой (24):

Т_£ [с] указывает время пролета жидкости от верхушки места вытекания ковша до верхней поверхности литника. Места [м] и δ_ν [м], в которых льется жидкость, заданы формулами (25) и (26) (24)

1о [с] указывает время прохождения текущей жидкости через верхушку места вытекания ковша. Место верхушки места вытекания не изменяется в процессе наклона ковша, когда серводвигатель для наклона ковша установлен на верхушке места вытекания. Однако можно сделать так, чтобы место верхушки места вытекания двигалось по кругу вокруг вращающегося вала серводвигателя за счет наклона ковша, когда серводвигатель для наклона ковша установлен в центре тяжести ковша, как показано на фиг. 1. Таким образом, серводвигатель для перемещения ковша вверх и вниз и серводвигатель для перемещения ковша назад и вперед приводятся в действие совместно с приведением в действие серводвигателя для наклона ковша. Таким образом, можно построить систему для управления, в которой место верхушки

- 5 026515 места вытекания не движется. Таким образом, высота верхушки места вытекания ковша остается постоянной. Таким образом, с использованием формулы (26) время пролета расплавленного металла от верхушки места вытекания ковша до верхней поверхности литника формы задается следующей формулой (27):

8» [м] указывает высоту от верхушки места вытекания до верхней поверхности литника в форме, когда система для управления, в которой место верхушки места вытекания сохраняется постоянным за счет приведения в действие серводвигателя для перемещения ковша вверх и вниз и приведения в действие серводвигателя для перемещения ковша назад и вперед совместно с приведением в действие серводвигателя для наклона ковша. Кроме того, й [с] указывает время, когда жидкость достигает литника. Из формулы (25) и формулы (27) место, на которое льется жидкость, в горизонтальном направлении на верхней поверхности литника в форме задается следующей формулой (28):

δ_ν=ν,(ί₀)-- ---(28) г

В оценочном устройстве для оценивания скорости потока Е_г оцененная скорость потока ν₍<1) [м/с], которая обозначается с использованием ν с черточкой, получается с использованием следующей формулы (29):

Площадь поперечного сечения А_р [м²] получается из формы верхушки места вытекания и из высоты й [м] жидкости на верхушке места вытекания. Таким образом, оцененная высота жидкости П(1) [м], которая обозначается с использованием й с черточкой, по отношению к целевой скорости потока, можно получить, выражая высоту с использованием обратной задачи теоремы Бернулли, представленной в формуле (30). Обратная задача, в которой высота жидкости получается из скорости потока, представлена в формуле (31) <?(') = • · · (30) · · ου

В формуле (30) Ь_£ указывает ширину места вытекания на его верхушке, что показано на фиг. 4. Жидкость имеет глубину й_Ь [м] в месте вытекания. Формулу (31) можно получить, формируя таблицу входов/выходов с использованием формулы (30), которая выражает прямую задачу, и затем меняя местами вход и выход. Кроме того, площадь поперечного сечения можно получить с использованием формулы (32) и из формы места вытекания

Таким образом, скорость потока можно оценивать с использованием формул (29), (31) и (32). В оценочном устройстве Е_о для оценивания места, на которое льется расплавленный металл, оцененное место падения 8_ν(ΐ) [м], которое обозначается с использованием 8 с черточкой, можно получить назначением оцененной скорости потока, которая получается с использованием формулы (29), в формуле (28). Контроллер положения О_у представляет собой систему управления положением, которая перемещает ковш назад и вперед таким образом, чтобы разность между оцененным местом падения и целевым местом падения сходилась к 0. Жидкость можно точно разливать на целевое место в литнике в форме, когда оцененное место передается системе для управления положением.

Для демонстрации принципа работы системы для управления местом, на которое льется расплавленный металл, на фиг. 8 показана область, полученная рисованием места, на которое льется расплавленный металл, с использованием моделирования. Фиг. 8 иллюстрирует систему разливки в проекции от ее верхней поверхности. На фигуре (а) демонстрирует результат, полученный с использованием системы для управления местом, на которое льется расплавленный металл, (Ь) демонстрирует результат без использования системы. Тонкая линия указывает чашу литника. Жирная линия указывает диапазон вытекающего потока (диаметр вытекающего потока), который наиболее удален от центра литника. Прерывистая линия указывает область, когда центр места, на которое льется жидкость, наиболее удален от центра литника. Эти результаты подтверждают, что жидкость льется в литник, когда используется система для управления местом, на которое льется жидкость, даже если разливка осуществляется быстро.

Вышеописанный пример предшествующего уровня техники для точной разливки расплавленного металла, который вытекает из ковша в литник в форме, с использованием способа, в котором (1) строит- 6 026515 ся математическая модель области, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша, (2) решается обратная задача построенной математической модели и (3) место, на которое льется расплавленный металл, оценивается посредством оценочного устройства для оценивания скорости разливки и оценочного устройства для оценивания места, на которое льется расплавленный металл, был объяснен со ссылкой на фиг. 1-8. Теперь со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11 объясним устройство и способ автоматической разливки наклонного типа настоящего изобретения для более точного попадания расплавленного металла в литник в форме. В этой связи конфигурация примера предшествующего уровня техники, показанного на фиг. 5 и 10, отчасти подобна конфигурации устройства и способа автоматической разливки наклонного типа настоящего изобретения. В дальнейшем подробное объяснение общей конфигурации будет опущено при условии, что такое объяснение не требуется. В этой связи устройство и способ настоящего изобретения призваны решать проблему (1), в которой местом, на которое льется расплавленный металл, невозможно достаточно точно управлять, когда возникает ошибка в оцененном месте, на которое льется расплавленный металл, и (2), в которой ошибка также возникает, поскольку не учитывается ни эффект направляющей детали в месте вытекания, ни эффект суженного потока, ни одну из которых нельзя решить посредством управления с прямой связью, как в примере предшествующего уровня техники. Устройство и способ настоящего изобретения, как объяснено ниже, были предложены ввиду нерешенной проблемы в примере предшествующего уровня техники. Расплавленный металл можно точно разливать с использованием устройства или способа, даже если возникает ошибка в оцененном месте. Дело в том, что место, на которое льется жидкость, вытекающая из ковша, измеряется с помощью видеокамеры, и ковш может перемещаться для компенсации ошибки. Кроме того, настоящий способ автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша позволяет достаточно точно оценивать место, на которое будет литься расплавленный металл, точно перемещать место, на которое льется расплавленный металл, в целевое место. Дело в том, что место, на которое льется расплавленный металл, оценивается с учетом эффекта направляющей детали на литнике и эффекта суженного потока.

Другими словами, как объяснено более подробно ниже, согласно способу настоящего изобретения, представленному на фиг. 10, можно уменьшить саму ошибку задания места, на которое льется расплавленный металл. Дело в том, что расход и т.д. определяется с учетом эффекта суженного потока и эффекта направляющей детали. Кроме того, даже если такая ошибка возникает, местом для разливки расплавленного металла можно точно управлять с использованием обратной связи на основании измерения места, на которое льется расплавленный металл, с помощью видеокамеры.

2. Устройство для автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша настоящего изобретения.

Устройство показано на фиг. 9 в виде схемы устройства настоящего изобретения для автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша. Устройство 11 для автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша имеет ковш 12. Ковш 12 может наклонять, перемещать назад и вперед и перемещать вверх и вниз посредством серводвигателей 13, 13. Серводвигатели 13, 13 установлены в соответствующих местах в устройстве 11. Движения в направлениях вперед и назад осуществляются путем транспортировки ковша 12 в направлении оси Υ на фиг. 9. Движения в направлениях вверх и вниз осуществляются путем транспортировки ковша 12 в направлении оси Ζ на фиг. 9. Наклон ковша 12 осуществляется путем его вращения в направлении вокруг оси 6 на фиг. 9. Ось 6 приблизительно ортогональна оси Υ и оси Ζ. Расплавленный металл льется из места вытекания 14 на литник 15 в форме за счет наклона ковша 12 путем перемещения ковша 12 назад и вперед и путем перемещения ковша 12 вверх и вниз. Кроме того, к соответствующим серводвигателям присоединены преобразователи углового положения. Таким образом, можно измерять местоположение и угол ковша 12. Видеокамера 16, выступающая в роли устройства формирования изображения, установлена сбоку устройства 11. Таким образом, можно измерять место, на которое льется жидкость, вытекающая из направляющей детали, даже когда направляющая деталь обеспечена в месте вытекания 14 ковша 12.

Кроме того, серводвигатели 13, 13 принимают команды управления от компьютера. В этой связи компьютер может представлять собой контроллер движения, например персональный компьютер, микрокомпьютер, программируемый логический контроллер (РЬС) или цифровой сигнальный процессор (Ό8Ρ).

Система, показанная на фиг. 10, для управления местом, на которое льется расплавленный металл, была построена для устройства, показанного на фиг. 9, для автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша. На фиг. 10 Р_т - это динамическая характеристика электродвигателя для наклона ковша. Р_т может выражаться следующей формулой:

„ ,, + = ---(33) = ---(34) где ω [градусы/с] обозначает угловую скорость наклона, и [В] обозначает входное напряжение, Т [с] обозначает постоянную времени, К [градусы/с/В] обозначает постоянную коэффициента усиления, θ [граду- 7 026515 сы] обозначает угол наклона. Кроме того, на фиг. 10 Р_г обозначает процесс, приводящий к вытеканию жидкости из ковша за счет наклона ковша. Р_гвыражается следующей формулой:

где У_г [м³] обозначает объем жидкости над местом вытекания, с| [м³/с] обозначает скорость разливки, У, [м³/с] обозначает объем жидкости ниже места вытекания, И [м] обозначает высоту жидкости над местом вытекания, А [м²] обозначает площадь жидкости на горизонтальной плоскости, проходящей через верхушку места вытекания, Ьъ [м] обозначает глубину, которая измеряется от поверхности жидкости в ковше, Ьг [м] обозначает ширину места вытекания, д [м/с²] обозначает ускорение свободного падения, и с обозначает коэффициент потока. Процесс Р0, приводящий к вытеканию жидкости, показанный на фиг. 10, выражается следующей формулой:

ν_/0(ί) = 0)(-

где, как показано на фиг. 11, ν_Γ0 [м/с] - скорость потока жидкости в ковше, когда она поступает в направляющую деталь 14а места вытекания 14, и А_р [м²] - площадь поперечного сечения жидкости в месте вытекания, α₀ и α₁ - коэффициенты влияния, когда под действием силы тяжести жидкость, вытекающая из ковша, становится суженным потоком, Ь_д [м] - длина направляющей детали места вытекания, ν [м/с] скорость потока жидкости, когда она вытекает из направляющей детали в месте вытекания, ν_Γ [м/с] - горизонтальная скорость потока жидкости, когда она вытекает из направляющей детали в месте вытекания, Т_г [с] - время движения жидкости от места вытекания до места падения, δ„ [м] обозначает вертикальное расстояние от места вытекания, и δ_ν [м] обозначает горизонтальное расстояние от места вытекания. Предполагая, что вертикальное расстояние, которое измеряется как вертикальная длина от верхней поверхности литника формы до места вытекания, равна δ„ [м], можно получить горизонтальное расстояние δ_ν [м], которое измеряется как горизонтальная длина от места вытекания до места, на которое льется жидкость.

Обратную модель расхода на фиг. 10 можно получить с использованием формул (33)-(37). С использованием формулы (37) высоту жидкости над местом вытекания, Ь_ге£ [м], при которой достигается целевая скорость разливки ц_ге£ [м³/с], можно получить с использованием следующей формулы:

Ь_ге£ (к) =£^-1 (ч_ге£ (к)) (43)

Высота жидкости над местом вытекания Ь_ге£ [м], которая дает объем жидкости над местом вытекания У_гге£ [м³], можно получить с использованием следующей формулы на основании формулы (36).

У„_е£(к)=А( (9(к) )Ь_ге£(к) (44)

Из формулы (35) следует, что угловая скорость для наклона ковша ш_ге£ [градусы/с], при которой достигается целевая скорость разливки, может выражаться следующей формулой:

Из формулы (33) следует, что обратная модель электродвигателя может выражаться следующей

- 8 026515 формулой:

Т йГо? 1 ^и~к л⁺ κ^ω (46)

Входное напряжение, передаваемое на электродвигатель, и [В], при котором достигается целевая скорость разливки, можно получить, поочередно используя формулы (43)-(46).

Место, на которое будет литься жидкость, вытекающая из ковша, можно оценивать с использованием целевого расхода, поскольку целевая скорость разливки достигается с использованием обратной модели по формулам (43)-(46). Формулы (38), (39) и (40) вводятся в блок Е_£ для оценивания горизонтальной скорости потока ν_£ [м/с] жидкости, которая вытекает из места вытекания, согласно фиг. 10. Таким образом, горизонтальную скорость потока ν_£ [м/с], потока жидкости, которая вытекает из места вытекания, можно оценивать, вводя целевую скорость разливки в блок Е_£. Кроме того, формулы (41) и (42) вводятся в блок Е_о для оценивания горизонтального расстояния от места вытекания до места, на которое льется жидкость. Место, на которое льется жидкость, можно оценивать, вводя оцененную горизонтальную скорость потока ν_£ [м/с] в блок Е_о. Местом, на которое льется жидкость, можно управлять путем перемещения ковша в зависимости от оцененного места, на которое будет литься жидкость. В частности, например, перемещением ковша можно управлять таким образом, чтобы оцененное место, на которое будет литься жидкость, совпадало с местом литника формы.

Относительное местоположение падения жидкости на фиг. 10 означает горизонтальное местоположение падения жидкости по отношению к месту вытекания. Если ковш перемещается горизонтально, координаты относительно местоположения верхушки места вытекания также будут изменяться по мере перемещения ковша. Абсолютное местоположение падения жидкости означает горизонтальное местоположение падения жидкости в фиксированных координатах, измеренных с помощью камеры. Целевое место задается в фиксированных координатах, измеренных с помощью камеры, для получения разность между целевым местом и местом, на которое льется жидкость. Целевое место представляет собой параметры, задаваемые оператором, например местоположение центра литника. Управление с обратной связью осуществляется для перемещения ковша с целью корректировки разности между этими местами. Таким образом, даже если оцененное место, на которое будет литься жидкость, ошибочно оценивается блоками Е£ и Ео на фиг. 10, ошибочно оцененное место можно скомпенсировать путем осуществления управления с обратной связью для корректировки места, на которое льется жидкость, определенного с использованием камеры.

Согласно вышесказанному, в устройстве и способе настоящего изобретения для автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша, который вмещает расплавленный металл, при разливке расплавленного металла в форму за счет наклона ковша устройства автоматической разливки, содержащий три серводвигателя, один из которых может наклонять ковш, один из которых может перемещать ковш назад и вперед и один из которых может перемещать ковш вверх и вниз, входные напряжения передаваемые на серводвигатель, который наклоняет ковш, серводвигатель, который перемещает ковш назад и вперед, и серводвигатель, который перемещает ковш вверх и вниз, управляются с использованием компьютера, чтобы точно лить расплавленный металл, вытекающий из направляющей детали, которая установлена в месте вытекания ковша, в литник в форме. Строится математическая модель области, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша, и затем решается обратная задача построенной математической модели. С учетом эффекта направляющей детали в месте вытекания и эффекта суженного потока, место, на которое льется расплавленный металл, оценивается оценочным устройством для оценивания скорости разливки и оценочным устройством для оценивания места, на которое будет литься расплавленный металл. Затем оцененное место вычисляется компьютером. Таким образом, получаются соответствующие входные напряжения, передаваемые на серводвигатель, который наклоняет ковш, серводвигатель, который перемещает ковш назад и вперед, и серводвигатель, который перемещает ковш вверх и вниз. Три серводвигателя управляются на основании соответствующих входных напряжений. В частности, с учетом эффекта суженного потока и влияния направляющей детали согласно формулам (38) и (39) может осуществляться более точное управление с прямой связью, чем в примере предшествующего уровня техники. Например, площадь поперечного сечения текущей жидкости в месте вытекания можно уменьшить, поскольку жидкость может стать суженным потоком. Таким образом, среднюю скорость потока жидкости можно увеличить. Таким образом, без учета эффекта суженного потока место, на которое льется жидкость, может быть оценено с ошибкой вследствие увеличенной скорости потока. Однако настоящее изобретение позволяет уменьшить эту ошибку. В этой связи любую ошибку оцененного места можно скорректировать с использованием управления с обратной связью помимо использования управления с прямой связью, чтобы более точно управлять местом, на которое льется жидкость. В частности, если измеренное место, на которое будет литься жидкость, отличается от оцененных мест, на которые льется жидкость, когда место, на которое льется расплавленный металл, текущий из ковша, измеряется посредством устройства формирования изображения, установленного сбоку ковша, разность можно уменьшить. Таким образом, расплавленный металл может литься точно на целевое место. Это также является характеристикой настоящего изобретения. Кроме того, настоящее

- 9 026515 изобретение применимо в программе для осуществления вышеописанного процесса управления разливкой посредством компьютера и в носителе, на котором записана программа, которая может считываться компьютером. Настоящее изобретение, которое имеет такую конфигурацию, может обеспечивать более точное управление с прямой связью с учетом эффекта направляющей детали литника или эффекта суженного потока или их обоих. Расплавленный металл, который течет из ковша, можно точно разливать в литник в форме путем перемещения ковша назад и вперед на основании управления с прямой связью для управления местом, на которое льется расплавленный металл. Таким образом, расплавленный металл не льется за пределы литника в форме. Таким образом, преимущество состоит в том, что разливка может осуществляться безопасно и без растрачивания расплавленного металла.

Кроме того, ковш установлен в устройстве автоматической разливки настоящего изобретения. Ковш может наклоняться, может перемещаться назад и вперед и может перемещаться вверх и вниз с помощью соответствующих серводвигателей, установленных в тех или иных местах в устройстве. Кроме того, можно измерять местоположение и угол ковша, поскольку к серводвигателям присоединены преобразователи углового положения. Места, на которые льется жидкость, вытекающая из ковша, можно измерять, поскольку сбоку устройства установлена видеокамера. Настоящее устройство автоматической разливки содержит контроллер движения, который оценивает относительное местоположение, на которое льется жидкость, вытекающая из ковша, относительно местоположения устройства. Кроме того, контроллер движения подает команду для перемещения ковша на устройство автоматической разливки таким образом, чтобы оцененное место, на которое будет литься расплавленный металл, совпадало с целевым местом. Настоящее устройство дополнительно отличается тем, что, даже в случае ошибочного оценивания места, на которое будет литься расплавленный металл, разность между местом, на которое льется расплавленный металл, и целевым местом вычисляется из изображения, полученного с помощью камеры, и затем подается команда для перемещения ковша с целью уменьшения разности (уменьшения ошибки целевого места). Устройство и способ позволяют более точно оценивать место, на которое будет литься расплавленный металл, чем традиционное управление. Кроме того, даже в случае ошибочного оценивания места, на которое льется расплавленный металл, устройство и способ позволяют вычислить разность между оцененным местом и целевым местом из изображения, полученного с помощью камеры. Кроме того, они позволяют перемещать ковш с целью уменьшения разности. Таким образом, можно добиться точного совпадения места, на которое льется расплавленный металл, с целевым местом.

Далее для иллюстрации возможности использования системы настоящего изобретения для управления местом, на которое льется расплавленный металл, на фиг. 12 представлены результаты имитаций и экспериментов. Фиг. 12(а) и 12(Ь) демонстрируют результаты имитаций и экспериментов примера предшествующего уровня техники, объясненного со ссылкой на фиг. 1-8. Расход на единицу ширины составил в каждом случае ς,,,=2.5/10^-3 [м²/с] и 3,5/10^-3 [м²/с]. Фиг. 12(с) и 12(й) демонстрируют результаты имитаций и экспериментов настоящего изобретения, объясненного со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11. (В имитациях и экспериментах учитываются эффекты суженного потока и направляющей детали). Расход на единицу ширины составил в каждом случае ц„=2,5/10^-3 [м²/с] и 3,5/10^-3 [м²/с]. Эти результаты подтверждают, что в настоящем изобретении, где учитываются эффект направляющей детали в месте вытекания и эффект суженного потока, можно точно оценить место, на которое льется расплавленный металл.

Настоящее изобретение позволяет повысить быстродействие и точность способа автоматической разливки наклонного типа, используемого на многих этапах разливки в металлургической промышленности. Быстродействие и точность традиционного устройства автоматической разливки, в котором используется наклон ковша, можно повысить, применяя к нему настоящее изобретение. Кроме того, настоящее изобретение обладает тем преимуществом, что применимо к ковшам различной формы. Таким образом, настоящее изобретение имеет хорошую промышленную применимость в литейной промышленности.

Перечень ссылочных позиций

- Устройство автоматической разливки наклонного типа,

- ковш,

- серводвигатели,

- место вытекания,

- литник в форме,

- видеокамера.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ автоматической разливки расплавленного металла путем наклона ковша для хранения расплавленного металла в устройстве автоматической разливки наклонного типа, содержащем три серводвигателя, один из которых может наклонять ковш, один из которых может перемещать ковш назад и вперед и один из которых может перемещать ковш вверх и вниз, в котором соответствующие входные напряжения, передаваемые на три серводвигателя, управляются посредством компьютера таким образом, что расплавленный металл, который течет из ковша, льет- 10 026515 ся точно в литник в форме при разливке расплавленного металла в форму, причем способ содержит этап, на котором строят математическую модель области, привязанной к координатной сетке, на которую будет литься расплавленный металл, который течет из ковша, этап решения обратной модели для построенной математической модели с учетом эффекта суженного потока для расчета координат места, на которое будет литься расплавленный металл, причем решение обратной модели осуществляют посредством вычислительного устройства для расчета расхода разливаемого расплавленного металла и посредством вычислительного устройства для расчета координат места, на которое будет литься расплавленный металл, а эффект суженного потока относится к снижению глубины переливающегося из ковша расплавленного металла на верхушке места вытекания под действием силы тяжести, этап обработки данных для рассчитанных координат места, на которое будет литься расплавленный металл, посредством компьютера для получения, таким образом, соответствующих входных напряжений, передаваемых на три серводвигателя, и этап управления тремя серводвигателями на основании полученных входных напряжений.
2. Способ по п.1, в котором рассчитанные координаты места, на которое будет литься расплавленный металл, рассчитывают также с учетом эффекта направляющей детали, которая сформирована на месте вытекания ковша, в дополнение к эффекту, обусловленному суженным потоком.
3. Способ по п.2, в котором способ дополнительно содержит этап, на котором фиксируют координаты места, на которое льется расплавленный металл, который течет из ковша, посредством устройства формирования изображения, установленного сбоку ковша, и этап, на котором компенсируют разность между зафиксированными координатами места и рассчитанными координатами места таким образом, чтобы расплавленный металл лился точно на нужное место в случае обнаружения какой-либо разности.
4. Машиночитаемый носитель, содержащий программу для реализации способа по одному из пп.1-