低压悬臂铸造机液面加压系统研究

发布时间：2020-10-13 00:37

　　 低压悬臂铸造机液面加压系统是一种为低压悬臂铸造机配套的升液系统。液面加压系统的工作过程是通过气动系统对保温炉进行分级加压,从而改变保温炉内作用于金属溶液表面的压力使金属溶液克服重力等因素,利用升液管进入模具完成整个浇注过程。但在实际工况中,液面加压系统由于气动元件的结构、保温炉内温度的变化等因素会造成充型压力不准确的现象,而这些复杂的情况难以用准确的数学模型加以描述。因此为了改善压力的滞后现象,同时省去对复杂数学模型的推导,欲在气动系统上添加一线性自抗扰控制器来提高其性能。本课题首先计算了所选取的具体铸件的低压铸造工艺参数。但由于所生产铸件结构的特异性,理论计算的参数数值并不能保证生产出的铸件质量达到标准。因此,基于ProCAST铸造模拟软件,对具体铸件进行多组仿真实验研究,通过后处理结果判断铸件质量。基于多次仿真实验的结论,确定更为准确的工艺参数同时确定加压曲线。其次,根据加压曲线的确定以及对低压铸造的工艺过程的了解,确定了气动加压系统的总体设计方案。进一步设计了气动加压系统,并对各元件进行参数计算与选型。同时,将所设计的气动系统在AMEsim仿真软件中进行建模并加入了逻辑控制信号,将工艺参数以及各元件的具体参数加以输入后对气动系统进行仿真。通过对比既定工艺曲线与仿真结果,发现气动系统的压力输出存在着一定的滞后现象。最后,为了改善气动系统压力滞后的现象,保证液面加压系统可以达到工艺要求,加入了一种线性自抗扰控制器提高其快速性与稳定性。通过对所构建的闭环系统所需要的元件的传递函数进行推导,以及对线性自抗扰控制器的研究,确定了采用线性自抗扰控制策略的液面加压系统的总体结构。在Matlab/Simulink软件中对其进行了建模与仿真,参数的整定后,通过其时域分析结果观察控制效果,并与采用PID控制器的控制效果进行比较,验证了线性自抗扰控制策略对液面加压系统的快速性与适用性。进一步,在采用了PID控制器的加压系统与线性自抗扰控制器的加压系统中分别添加了扰动,通过仿真结果的对比,验证了线性自抗扰控制器的稳定性优于PID控制器。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG233.1
【部分图文】：

图 1-1 液面加压系统示意图Figure 1-1 Diagram of hydraulic pressure system面加压系统的工作过程是通过气动系统向保温炉内输送气体（干燥的气等惰性气体），使炉内作用于合金溶液表面的压力增大使其与保温炉型腔中的压力形成压力差，从而使合金溶液克服重力、自身粘度、型腔通过保温炉内升液管进入型腔完成浇注过程。在生产过程中由于保温炉变化的影响造成膨胀以及气体在输送过程中的泄露等因素造成压力的气动控制系统对压力进行修正，从而保证气动系统所加载的压力能够按行供给[1,2]。内外研究现状和发展趋势压铸造的发展 20 世纪 10 年代初，低压铸造技术自英国人 E.F.LAKE 申请了巴氏合金

图 2-1 低压铸造工艺曲线Figure 2-1 Low pressure casting process curve液压力：合金溶液从保温炉内通过升液管上升至冒口所需的压力。在升量保证压力的稳定并确保合金溶液的上升平稳避免在冒口出现喷溅的型压力：使合金溶液从冒口开始直至充满整个型腔的压力。在充型过应尽量保证合金溶液在铸型中平稳上升，避免出现卷气、夹砂等铸造压压力：任何合金溶液都需要在某一压力下开始结晶，这个压力为此合。在合金溶液充满型腔后，需将压力增大至结晶压力，同时利用压力的固的部分进行补缩。压时间：合金溶液在充满铸型后需要一定的冷却时间凝固结晶从而得到致命性高的合格铸件。同时应注意保压时间不应过长，避免冒口处凝无法脱出。值模拟软件ProCAST的介绍

ProCAST 通过对浇注过程中的流动—传热—应力耦合作出分析计算，应用软件内的 Baselicense（传热分析与前后处理）模块、Fluidflow（流动分析）模块、Stress（应力分析）模块、Rediation（热辐射分析）模块与 Micromodle（显微组织分析）等模块对可能产生的铸造缺陷进行预测。并且因为其拥有强大的材料数据库，可以对目前绝大多数的铸造材料进行定义，适用性强[21]。2.3 数值模拟前处理铸件的模具以及铸件自身的三维模型及其复杂，采用 ProCAST 自带的建模工具进行建模极为繁琐。ProCAST 可识别多种模型文件，因此可在其他三维建模软件中进行建模并导入后进行网格划分提高效率。如图 2-2 所示，在 NX 软件中对轮毂以及模具进行三维建模。轮毂主要尺寸参数包括轮毂半径、轮圈宽度、螺栓孔直径、中心孔直径、轮圈肩部、轮圈碟面、轮圈壁厚等。轮毂半径 r=631.9mm、轮圈厚度 185mm、螺栓孔直径 15mm、中心孔直径为 73.1mm、轮圈壁厚为 13mm。
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本文编号：2838500