湿型砂紧实率?含水量?劈裂强度的测量装置及获取方法
【专利摘要】湿型砂紧实率?含水量?劈裂强度的测量装置及获取方法，涉及铸造湿型砂参数检测领域。它解决了现有的湿型砂多参数测量装置结构复杂以及建构简单的测量装置测量参数单一的问题。装置由制样加载缸、位移传感器、制样压头、样筒、推砂缸、环形含水量检测电极、推头、漏斗、振动筛、劈裂强度压头、压力传感器、劈裂强度加载缸、溜砂板、计算机测控系统构成。在计算机测控系统的控制下，可测得湿型砂的紧实率、劈裂强度、含水量，本发明不但具有多参数检测功能，而且结构简单。本发明适用于湿型砂紧实率、含水量和劈裂强度参数的测量。
【专利说明】
湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置及获取方法
技术领域
[0001]本发明属于铸造湿型砂参数检测领域，具体涉及一种湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置及获取方法。
【背景技术】
[0002]湿型砂的性能直接影响铸型的质量，进而影响铸件的质量。据统计，有超过65%的铸件废品是由于湿型砂质量问题引起的。为了获得高质量的湿型砂，必须对湿型砂的性能参数进行测试，其中，紧实率、含水量和湿强度是湿型砂三个重要的指标。紧实率是指型砂紧实前后的容积减少率，在用标准样筒测定时，是指砂样紧实前后高度的减少率;含水量是指湿型砂中所含水分的多少，可用烘干称重法、电阻法或电容法测量;湿强度是湿型砂试样在破坏前所能承受的最大应力。目前虽然发展了多种有关紧实率、含水量和湿强度参数的测量装置及相关的获取方法，但是有的测量装置体积庞大、结构复杂;有的测量装置虽然体积较小，但测量湿型砂参数比较单一，因此，有必要发展结构简单且能进行湿型砂多参数检测的装置及基于该装置的参数获取方法。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决现有的湿型砂多参数测量装置结构复杂以及建构简单的测量装置测量参数单一的问题，提供一种湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置及获取方法。
[0004]湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，它包括制样加载缸、位移传感器、制样压头、样筒、推砂缸、环形含水量检测电极、推头、漏斗、振动筛、劈裂强度压头、压力传感器、劈裂强度加载缸、溜砂板、计算机测控系统，所述的计算机测控系统，它还包括A/D转换单元、计算机、输出控制单元。
[0005]所述的位移传感器的测杆与所述的制样加载缸的推杆连接，所述的制样压头安装在所述的制样加载缸的推杆顶端、且在所述的样筒的底端内侧，所述的推头安装在所述的推砂缸的推杆的顶端、且底端与所述的样筒的上端平齐，所述的推头的底部安装有所述的环形含水量检测电极，所述的漏斗安装在所述的样筒的上部的一定距离处，所述的振动筛安装在所述的漏斗的上部，所述的劈裂强度压头与所述的压力传感器连接、且所述的劈裂强度压头的底端与所述的样筒的上端平齐，所述的压力传感器安装在所述的劈裂强度加载缸的推杆的顶端，所述的溜砂板安装在所述的样筒的左侧、且上端与所述的样筒的上端平齐，所述的推砂缸、环形含水量检测电极和推头位于所述的样筒的右侧，所述的劈裂强度压头、压力传感器和劈裂强度加载缸位于所述的样筒的左侧。
[0006]所述的环形含水量检测电极的信号输出端与所述的A/D转换单元的第一信号输入端相连，所述的压力传感器的信号输出端与所述的A/D转换单元的第二信号输入端相连，所述的位移传感器的信号输出端与所述的A/D转换单元的第三信号输入端相连，所述的A/D转换单元的信号出输出端与所述的计算机的信号输入端相连，所述的计算机的信号输出端与所述的输出控制单元的信号输入端相连，所述的输出控制单元的第一控制信号输出端与所述的推砂缸的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元的第二控制信号输出端与所述的振动筛的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元的第三控制信号输出端与所述的劈裂强度加载缸的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元的第四控制信号输出端与所述的制样加载缸的控制信号输入端相连。
[0007]所述的样筒为空心圆柱形，其高度为120mm，内直径为50mm，所述的环形含水量检测电极的外环的内直径为25_，夕卜直径为35_，内环为直径为1mm的圆。
[0008]所述的制样压头为圆形，其直径比所述的样筒的内直径稍小，所述的推头为正方体形，其边长与所述的样筒的外直径相同，所述的劈裂强度压头的加载面为正方形，其边长与所述的推头的边长相等。
[0009]所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置的紧实率、含水量、劈裂强度的获取方法包括下列步骤:
步骤一、在计算机的控制下，通过输出控制单元的第二控制信号输出端向振动筛发出启动信号，振动筛起振，通过振动筛的湿型砂经漏斗向样筒填砂；
步骤二、当样筒砂满时，计算机通过输出控制单元的第二控制信号输出端向振动筛发出停止信号，振动筛停振，同时计算机通过输出控制单元的第一控制信号输出端向推砂缸发出推出信号，推砂缸带动推头推出，一方面将余砂刮掉，并从溜砂板溜出，另一方面推头封住样筒的上端；
步骤三、计算机通过输出控制单元的第四控制信号输出端向制样加载缸I发出推出信号，制样加载缸带动制样压头压实湿型砂，同时位移传感器实时监测位移的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元的第三信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机，计算机实时计算湿型砂的紧实率；
步骤四、环形含水量检测电极将与湿型砂含水量密切相关的电容值转换为电信号，并通过A/D转换单元的第一信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机，计算机根据预存的含水量-电容值模型实时求得湿型砂的含水量；
步骤五、计算机通过输出控制单元的第一控制信号输出端向推砂缸发出缩回信号，推砂缸带动推头缩回；
步骤六、计算机再次通过输出控制单元的第四控制信号输出端向制样加载缸发出推出信号，制样加载缸带动制样压头将湿型砂试样从样筒中顶出；
步骤七、计算机通过输出控制单元的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸发出推出信号，劈裂强度加载缸带动劈裂强度压头推出，并缓慢压碎湿型砂试样，在缓慢压碎湿型砂试样的过程中，压力传感器实时监测压力的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元的第二信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机，计算机自动求得湿型砂的劈裂强度；
步骤八、计算机通过输出控制单元的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸发出缩回信号，通过输出控制单元的第一控制信号输出端向推砂缸发出推出信号，压碎的湿型砂被推头推入溜砂槽中；
步骤九、计算机通过输出控制单元的第一控制信号输出端向推砂缸发出缩回信号，通过输出控制单元的第四控制信号输出端向制样加载缸发出缩回信号，推砂缸和制样加载缸均缩回，回到初始状态，继续进行下一个循环。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下效果:在计算机测控系统的控制下，通过制样加载缸、推砂缸和劈裂强度加载缸的配合，完成湿型砂制样和退样过程，通过位移传感器、压力传感器和环形含水量检测电极可测得湿型砂的紧实率、劈裂强度、含水量，本发明不但具有多参数检测功能，而且结构简单。
【附图说明】
[0011]图1是本发明所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置的简图。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:结合附图1说明本实施方式，本实施方式所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，它包括制样加载缸1、位移传感器2、制样压头3、样筒4、推砂缸5、环形含水量检测电极6、推头7、漏斗8、振动筛9、劈裂强度压头10、压力传感器11、劈裂强度加载缸12、溜砂板13、计算机测控系统14，所述的计算机测控系统14，它还包括A/D转换单元14-1、计算机14-2、输出控制单元14-3。其他与【具体实施方式】一相同。
[0013]【具体实施方式】二:结合附图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一的不同在于，本实施方式中所述的位移传感器2的测杆与所述的制样加载缸I的推杆连接，所述的制样压头3安装在所述的制样加载缸I的推杆顶端、且在所述的样筒4的底端内侧，所述的推头7安装在所述的推砂缸5的推杆的顶端、且底端与所述的样筒4的上端平齐，所述的推头7的底部安装有所述的环形含水量检测电极6，所述的漏斗8安装在所述的样筒4的上部的一定距离处，所述的振动筛9安装在所述的漏斗8的上部，所述的劈裂强度压头10与所述的压力传感器11连接、且所述的劈裂强度压头10的底端与所述的样筒4的上端平齐，所述的压力传感器11安装在所述的劈裂强度加载缸12的推杆的顶端，所述的溜砂板13安装在所述的样筒4的左侧、且上端与所述的样筒4的上端平齐，所述的推砂缸5、环形含水量检测电极6和推头7位于所述的样筒4的右侧，所述的劈裂强度压头10、压力传感器11和劈裂强度加载缸12位于所述的样筒4的左侧。其他与【具体实施方式】一相同。
[0014]【具体实施方式】三:结合附图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同在于，本实施方式中所述的环形含水量检测电极6的信号输出端与所述的A/D转换单元14-1的第一信号输入端相连，所述的压力传感器11的信号输出端与所述的A/D转换单元14-1的第二信号输入端相连，所述的位移传感器2的信号输出端与所述的A/D转换单元14-1的第三信号输入端相连，所述的A/D转换单元14-1的信号出输出端与所述的计算机14-2的信号输入端相连，所述的计算机14-2的信号输出端与所述的输出控制单元14-3的信号输入端相连，所述的输出控制单元14-3的第一控制信号输出端与所述的推砂缸5的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元14-3的第二控制信号输出端与所述的振动筛9的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元14-3的第三控制信号输出端与所述的劈裂强度加载缸12的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元14-3的第四控制信号输出端与所述的制样加载缸I的控制信号输入端相连。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0015]【具体实施方式】四:结合附图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一至三之一的不同在于，本实施方式中所述的样筒4为空心圆柱形，其高度为120mm，内直径为50mm。其他与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0016]【具体实施方式】五:结合附图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一至四之一的不同在于，所述的制样压头3为圆形，其直径比所述的样筒4的内直径稍小，所述的推头7为正方体形，其边长与所述的样筒4的外直径相同，所述的劈裂强度压头10的加载面为正方形，其边长与所述的推头7的边长相等。其他与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0017]【具体实施方式】六:结合附图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一至五之一的不同在于，所述的环形含水量检测电极6的外环的内直径为25mm，外直径为35mm，内环为直径为1mm的圆。其他与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0018]【具体实施方式】七:结合附图1说明本实施方式，本实施方式所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置的紧实率、含水量、劈裂强度的获取方法包括下列步骤:
步骤一、在计算机14-2的控制下，通过输出控制单元14-3的第二控制信号输出端向振动筛9发出启动信号，振动筛9起振，通过振动筛9的湿型砂经漏斗8向样筒4填砂；
步骤二、当样筒4砂满时，计算机14-2通过输出控制单元14-3的第二控制信号输出端向振动筛9发出停止信号，振动筛9停振，同时计算机14-2通过输出控制单元14-3的第一控制信号输出端向推砂缸5发出推出信号，推砂缸5带动推头7推出，一方面将余砂刮掉，并从溜砂板13溜出，另一方面推头7封住样筒4的上端；
步骤三、计算机14-2通过输出控制单元14-3的第四控制信号输出端向制样加载缸I发出推出信号，制样加载缸I带动制样压头3压实湿型砂，同时位移传感器2实时监测位移的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元14-1的第三信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机14-2，计算机14-2实时计算湿型砂的紧实率；
步骤四、环形含水量检测电极6将与湿型砂含水量密切相关的电容值转换为电信号，并通过A/D转换单元14-1的第一信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机14-2，计算机14-2根据预存的含水量-电容值模型实时求得湿型砂的含水量；
步骤五、计算机14-2通过输出控制单元14-3的第一控制信号输出端向推砂缸5发出缩回信号，推砂缸5带动推头7缩回；
步骤六、计算机14-2再次通过输出控制单元14-3的第四控制信号输出端向制样加载缸I发出推出信号，制样加载缸I带动制样压头3将湿型砂试样从样筒4中顶出；
步骤七、计算机14-2通过输出控制单元14-3的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸12发出推出信号，劈裂强度加载缸12带动劈裂强度压头10推出，并缓慢压碎湿型砂试样，在缓慢压碎湿型砂试样的过程中，压力传感器11实时监测压力的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元14-1的第二信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机14-2，计算机14-2自动求得湿型砂的劈裂强度；
步骤八、计算机14-2通过输出控制单元14-3的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸12发出缩回信号，通过输出控制单元14-3的第一控制信号输出端向推砂缸5发出推出信号，压碎的湿型砂被推头7推入溜砂槽13中；
步骤九、计算机14-2通过输出控制单元14-3的第一控制信号输出端向推砂缸5发出缩回信号，通过输出控制单元14-3的第四控制信号输出端向制样加载缸I发出缩回信号，推砂缸5和制样加载缸I均缩回，回到初始状态，继续进行下一个循环。
【主权项】
1.湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，其特征在于，它包括制样加载缸(I)、位移传感器(2)、制样压头(3)、样筒(4)、推砂缸(5)、环形含水量检测电极(6)、推头(7)、漏斗(8)、振动筛(9)、劈裂强度压头(10)、压力传感器(11)、劈裂强度加载缸(12)、溜砂板(13)、计算机测控系统(14)，所述的计算机测控系统(14)，它还包括A/D转换单元(14-1)、计算机(14-2)、输出控制单元(14-3);所述的位移传感器(2)的测杆与所述的制样加载缸(I)的推杆连接，所述的制样压头(3)安装在所述的制样加载缸(I)的推杆顶端、且在所述的样筒(4)的底端内侧，所述的推头(7)安装在所述的推砂缸(5)的推杆的顶端、且底端与所述的样筒(4)的上端平齐，所述的推头(7)的底部安装有所述的环形含水量检测电极(6)，所述的漏斗(8)安装在所述的样筒(4)的上部的一定距离处，所述的振动筛(9)安装在所述的漏斗(8)的上部，所述的劈裂强度压头(10)与所述的压力传感器(11)连接、且所述的劈裂强度压头(10)的底端与所述的样筒(4)的上端平齐，所述的压力传感器(11)安装在所述的劈裂强度加载缸(12)的推杆的顶端，所述的溜砂板(13)安装在所述的样筒(4)的左侧、且上端与所述的样筒(4)的上端平齐，所述的推砂缸(5)、环形含水量检测电极(6)和推头(7)位于所述的样筒(4)的右侧，所述的劈裂强度压头(10)、压力传感器(11)和劈裂强度加载缸(12)位于所述的样筒(4)的左侧;所述的环形含水量检测电极(6)的信号输出端与所述的A/D转换单元(14-1)的第一信号输入端相连，所述的压力传感器(11)的信号输出端与所述的A/D转换单元(14-1)的第二信号输入端相连，所述的位移传感器(2)的信号输出端与所述的A/D转换单元(14-1)的第三信号输入端相连，所述的A/D转换单元(14-1)的信号出输出端与所述的计算机(14-2)的信号输入端相连，所述的计算机(14-2)的信号输出端与所述的输出控制单元(14-3)的信号输入端相连，所述的输出控制单元(14-3)的第一控制信号输出端与所述的推砂缸(5)的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元(14-3)的第二控制信号输出端与所述的振动筛(9)的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元(14-3)的第三控制信号输出端与所述的劈裂强度加载缸(12)的控制信号输入端相连，所述的输出控制单元(14-3)的第四控制信号输出端与所述的制样加载缸(I)的控制信号输入端相连。2.根据权利要求1所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，其特征在于，所述的样筒(4)为空心圆柱形，其高度为120mm，内直径为50mm，所述的制样压头(3)为圆形，其直径比所述的样筒(4)的内直径稍小，所述的推头(7)为正方体形，其边长与所述的样筒(4)的外直径相同，所述的劈裂强度压头(10)的加载面为正方形，其边长与所述的推头(7)的边长相等。3.根据权利要求1所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，其特征在于，所述的环形含水量检测电极(6)的外环的内直径为25_，外直径为35_，内环为直径为1mm的圆。4.基于权利要求1至3所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置，其特征在于，所述的湿型砂紧实率-含水量-劈裂强度的测量装置的紧实率、含水量、劈裂强度的获取方法包括下列步骤: 步骤一、在计算机(14-2)的控制下，通过输出控制单元(14-3)的第二控制信号输出端向振动筛(9)发出启动信号，振动筛(9)起振，通过振动筛(9)的湿型砂经漏斗(8)向样筒(4)填砂； 步骤二、当样筒(4)砂满时，计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第二控制信号输出端向振动筛(9)发出停止信号，振动筛(9)停振，同时计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第一控制信号输出端向推砂缸(5)发出推出信号，推砂缸(5)带动推头(7)推出，一方面将余砂刮掉，并从溜砂板(13)溜出，另一方面推头(7)封住样筒(4)的上端； 步骤三、计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第四控制信号输出端向制样加载缸(I)发出推出信号，制样加载缸(I)带动制样压头(3)压实湿型砂，同时位移传感器(2)实时监测位移的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元(14-1)的第三信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机(14-2)，计算机(14-2)实时计算湿型砂的紧实率； 步骤四、环形含水量检测电极(6)将与湿型砂含水量密切相关的电容值转换为电信号，并通过A/D转换单元(14-1)的第一信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机(14-2)，计算机(14-2)根据预存的含水量-电容值模型实时求得湿型砂的含水量； 步骤五、计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第一控制信号输出端向推砂缸(5)发出缩回信号，推砂缸(5)带动推头(7)缩回； 步骤六、计算机(14-2)再次通过输出控制单元(14-3)的第四控制信号输出端向制样加载缸(I)发出推出信号，制样加载缸(I)带动制样压头(3)将湿型砂试样从样筒(4)中顶出；步骤七、计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸(12)发出推出信号，劈裂强度加载缸(12)带动劈裂强度压头(10)推出，并缓慢压碎湿型砂试样，在缓慢压碎湿型砂试样的过程中，压力传感器(11)实时监测压力的变化，并转换为电信号，通过A/D转换单元(14-1)的第二信号输入端输入到A/D转换单元，A/D转换后传送给计算机(14-2)，计算机(14-2)自动求得湿型砂的劈裂强度； 步骤八、计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第三控制信号输出端向劈裂强度加载缸(12)发出缩回信号，通过输出控制单元(14-3)的第一控制信号输出端向推砂缸(5)发出推出信号，压碎的湿型砂被推头(7 )推入溜砂槽(13中； 步骤九、计算机(14-2)通过输出控制单元(14-3)的第一控制信号输出端向推砂缸(5)发出缩回信号，通过输出控制单元(14-3)的第四控制信号输出端向制样加载缸(I)发出缩回信号，推砂缸(5)和制样加载缸(I)均缩回，回到初始状态，继续进行下一个循环。
【文档编号】G01N27/22GK106092873SQ201610638204
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610638204.7, CN 106092873 A, CN 106092873A, CN 201610638204, CN-A-106092873, CN106092873 A, CN106092873A, CN201610638204, CN201610638204.7
【发明人】石德全, 康凯娇, 高桂丽, 许家勋, 王俊博
【申请人】哈尔滨理工大学