一种基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统的制作方法

1.本发明涉及的是铸造成型技术领域，具体涉及一种基于气动薄膜调节阀的差压铸造的压力调节控制系统。


背景技术：

2.调节阀是一种利用压缩空气驱动的阀门，是工业过程自动化控制系统的重要执行机构之一。气动调节阀占工业调节阀用量的90％，在我国国民经济中占有重要地位。由于气动调节阀具有结构简单轻便，价格低廉，稳定可靠、无污染、防爆性好、容易检修维修，配以阀门定位器可实现高精度连续调节等优点，因此被广泛应用于各种流体控制领域。
3.在数字阀应用于差压铸造之前，差压铸造压力调节和控制系统大多数以气动薄膜调节阀为压力调节单元对差压铸造过程的压力进行调节和控制，虽然气动薄膜调节阀在恒定流速的流体控制中能够实现高精度连续调节，但在差压铸造压力调节和过程控制中，由于铸件结构的特殊性，要求压力调节与控制系统能在不同充型阶段实现流量的大幅调整、且调整迅速，而流量的突变需要气动薄膜调节阀执行机构的快速变化，而这与气动薄膜调节阀需要通过执行机构的行程来控制流量是相矛盾的，必然会在压力需要大幅变化的节点上造成调节滞后，响应速度慢，也将造成保压阶段初期的压力超调问题。数字阀虽然能够解决压力调节和控制响应速度慢的问题，但因其可控制流量范围和精度均与其数字阀位数有关，在既要求精度又要求大流量调节范围时，无疑会增加数字阀的位数和系统体积，同时，数字阀通过不同位数的通断来控制其流通能力，数字阀的频繁通断无疑会影响其使用寿命。因此为充分发挥气动薄膜调节阀轻便、经济、结构简单、安全的优点，克服其在差压铸造过程中压力调节滞后、响应慢、压力超调的缺点，需要开发出一种基于气动薄膜调节阀控制的快速响应又不失精度的差压铸造压力调节控制系统。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有基于气动薄膜调节阀的差压铸造机存在的问题，提供一种响应速度快、控制精度高的差压铸造压力调节系统。该技术的应用可以实现基于气动薄膜调节阀控制的差压铸造的压力调节与控制，从而保证差压铸造的精度和响应速度，可为差压铸造压力的调节和控制提供一种新方法，同时通过气动薄膜调节阀不同选型，可方便地实现流量范围的调整，也可为现有基于气动薄膜调节阀控制的差压铸造控制系统提供一种高精度、高响应速度和超调量小的调节控制方法。
5.本发明所述的基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统包括中央控制器、截止阀、气动薄膜调节阀和压差传感器；压力调节系统与差压铸造设备配合使用，差压铸造设备包括储气罐、上压力罐和下压力罐。中央控制器与截止阀、气动薄膜调节阀和压差传感器构成闭环控制系统，通过压差传感器实时采集差压铸造设备的上下压力罐的压力差，通过对截止阀的通断和气动薄膜调节阀流通能力的调节，实现上下压力罐压力差的实时调节和控制，从而完成差压铸造的压力调节和控制。
6.进一步的，第一截止阀连接差压铸造设备的储气罐和第一气动薄膜调节阀，第二截止阀连接储气罐和第二气动薄膜调节阀；第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀的另一端均和下压力罐连通。由第一截止阀和第二截止阀分别控制管路的通断，由第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀分别控制同步进气以及低压铸造下压力罐进气时不同阶段的进气速度。
7.进一步的，中央控制器通过采集压差传感器数据得到上压力罐、下压力罐的压力差，通过控制第一截止阀、第二截止阀的通断以及第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀的开度以控制上压力罐和下压力罐的压力差，保证上压力罐、下压力罐之间的同步压差在误差范围内。
8.进一步的，第三截止阀连接上压力罐和第三气动薄膜调节阀；第四截止阀连接上压力罐和第四气动薄膜调节阀。由第三截止阀和第四截止阀分别控制管路的通断，由第三气动薄膜调节阀和第四气动薄膜调节阀分别控制高中压差压铸造充型过程各个阶段的充型速度。
9.进一步的，中央控制器通过采集压差传感器数据得到上压力罐、下压力罐的压力差，并与事先储存于中央控制器中的加压曲线进行比较后，通过控制第三截止阀和第四截止阀的通断以及第三气动薄膜调节阀和第四气动薄膜调节阀的开度来调节和控制上压力罐的压力，使得上压力罐、下压力罐的压力差跟踪加压曲线，实现差压铸造的充型过程。
10.进一步的，当增压法差压铸造时，通过第一截止阀、第二截止阀、第一气动薄膜调节阀、第二气动薄膜调节阀对下压力罐实现进气增压；当减压差压铸造时，通过第三截止阀、第四截止阀、第三气动薄膜调节阀、第四气动薄膜调节阀对上压力罐进行排气减压。
11.进一步的，第五截止阀连接上下压力罐，保证上下压力罐的互通。由第一截止阀和第一气动薄膜调节阀控制同步进气的流量，第一截止阀控制管路的通断，第一气动薄膜调节阀根据压差传感器检测出的压力差由在中央控制器的控制下调整管路的流通能力，以此调整同步进气的流量，配合第五截止阀共同构成差压铸造的同步进气气路。
12.同步进气结束后，差压铸造的充填阶段，如前所述，不同充填阶段其充型速度根据加压工艺的需要，可能会有大幅调整，而这对于响应速度慢、滞后严重的气动薄膜调节阀来说，是不能满足要求的。为此，本发明采用两路截止阀+气动薄膜调节阀来实现分阶段交替控制来完成压力的调节和控制，在需要大幅压力调节时，关闭当前气路的截止阀，打开另一路截止阀，从而切换到预先调整好所需流量开度的另一路，这样将流量的大幅调整通过截止阀的通断来完成，从而解决了气动薄膜调节阀响应慢，系统严重滞后的问题。
13.当充型阶段结束后，进入保压阶段，关闭第三截止阀和第四截止阀，气动薄膜调节阀按要求调整到小开度，截止阀的快速关闭，解决了保压阶段压力的超调问题，如需压力调整，则可通过截止阀和气动薄膜调节阀的配合实现压力的调节和控制。
14.保压结束后，打开第三截止阀、第四截止阀、第三气动薄膜调节阀、第四气动薄膜调节阀进行排气减压，当上下压力罐压力为零时，则差压铸造过程结束。
15.本发明所述的差压铸造压力调节系统亦可实现传统的低压铸造，通过由第一截止阀、第一气动薄膜阀和第二截止阀、第二气动薄膜调节阀所组成的压力调节单元实现其过程，如差压铸造充填阶段所述，采用两路截止阀+气动薄膜调节阀来实现分阶段交替控制来完成压力的调节和控制，解决了单独采用气动薄膜调节时的响应速度慢、系统滞后严重、超
调的缺点，实现压力值的精确控制，完成低压铸造过程。
16.综上所述，本发明不仅解决了基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统响应速度慢、系统严重滞后、超调严重的缺点，同时也能很方便地实现高中压差压铸造和低压铸造功能，是一种多功能复合的反重力铸造压力调节控制系统。
附图说明
17.图1是本发明实施例的基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统框图。
具体实施方式
18.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明的基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统进行更详细的描述。
19.实施例一：参见附图1，基于气动薄膜调节阀的差压铸造压力调节系统与差压铸造配合使用，差压铸造设备包括上压力罐、下压力罐和储气罐；储气罐储存压缩气体，提供差压铸造用气体压力；压差传感器实时采集上下压力罐的压力差，并将检测到的压力差值发送给中央控制器。压力调节系统包括中央控制单元、截止阀、气动薄膜调节阀和压差传感器。
20.实施例二，参见附图1，所述的差压铸造压力调节系统实施差压铸造同步进气时，首先由第一截止阀连接储气罐和第一气动薄膜调节阀、第二截止阀连接储气罐和第二气动薄膜调节阀。第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀的另一端均和下压力罐连通，第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀控制同步进气的速度，第一截止阀和第二截止阀控制管路的通断，中央控制器通过采集连接于上下压力罐之间的压差传感器数据以得到上下压力罐的压力差，从而通过控制第一截止阀、第二截止阀的通断以及第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀的开度以控制上压力罐和下压力罐的压力差，保证上下压力罐之间的同步压差在误差范围内。
21.实施例三：参见附图1，实现差压铸造时，则通过第三截止阀和第四截止阀分别连接上压力罐和第三气动薄膜调节阀和第四气动薄膜调节阀对上压力罐进行排气减压以控制充填各阶段的流量；中央控制器通过对压差传感器压力差数据的采集，并与事先储存于其中的加压曲线进行比较后，通过第三截止阀和第四截止阀的通断以及第三气动薄膜调节阀和第四气动薄膜调节阀的开度来调节和控制上压力罐的压力，保证上下压力罐的压力差严格跟踪事先设定的加压曲线，实现差压铸造的充型过程。更具体的：
22.首先打开第三截止阀和第三气动薄膜调节阀，由第三截止阀控制管路的通断，第三气动薄膜调节阀按预先调整好的开度控制管路的流通能力，并根据中央控制器的控制实现流通能力的微调节，严格跟踪当前阶段的压力变化，完成充填第一阶段；第二阶段开始，则关闭第三截止阀，打开第四截止阀和第四气动薄膜调节阀，实现管路的快速切换，按第四气动薄膜调节阀预先设计好的第二阶段开度控制管路的流通能力，同时将第三气动薄膜调节阀的开度调整为下一阶段所需的开度。由此将气动薄膜阀的流通能力需大幅调节时的调整转为截止阀的快速通断，从而解决了气动薄膜调节阀响应慢、压力调节控制严重滞后的问题。
23.实施例四：参见附图1，差压铸造达到保压设定时间后，关闭第三截止阀和第四截
止阀，气动薄膜调节阀按要求调整到小开度，截止阀的快速关闭，解决了保压阶段压力的超调问题，如需压力调整，则可通过截止阀和气动薄膜调节阀的配合实现压力的调节和控制。保压结束后，通过第三和四截止阀分别与上压力罐和第三气动薄膜调节阀和第四气动薄膜调节阀连接、第五截止阀连接上、下压力罐实现同步排气，当上下罐压力为零时，完成差压铸造的排气过程。从而最终完成差压铸造过程。
24.实施例五：参见附图1，差压铸造压力调节系统通过调整截止阀和调节阀的耐压量程，也可方便地实现的高中压差压铸造的压力调节与控制，其实现过程和实施方式三完全一样，所不同的是应提高差压铸造设备上下压力罐的耐压能力。
25.实施例六：参见附图1，差压铸造压力调节系统亦可实现传统的低压铸造，通过由第一截止阀、第一气动薄膜调节阀和第二截止阀、第二气动薄膜调节阀组成第二压力调节单元实现其过程，如差压铸造充填阶段所述，采用两路截止阀+气动薄膜调节阀来实现分阶段交替控制来完成压力的调节和控制，解决了单独采用气动薄膜调节时的响应速度慢、系统滞后严重、超调的缺点，实现压力值的精确控制，完成低压铸造过程。
26.本发明实施例的差压铸造压力调节系统也可实现高中压差压铸造，其实现过程和上述过程完全一样，所不同的是截止阀和气动薄膜调节阀在选型时要考虑耐压的高低。
27.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。