專利名稱：鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)代鑄造中濕型粘土砂有效粘土含量和含水量的測試方法，還涉及濕型粘土砂有效粘土含量和含水量及透氣性和綜合強(qiáng)度等多項(xiàng)質(zhì)量參數(shù)的檢測裝置。
背景技術(shù)：
濕型粘土砂是當(dāng)今鑄造界使用最多的造型材料，有效粘土含量及含水量是影響型砂性能的重要因素。目前，由于缺少快速檢測手段，型砂有效粘土含量無法在線測得，直接影響了濕型粘土砂質(zhì)量的優(yōu)化控制。國內(nèi)外一直普遍采用亞甲基蘭滴定法直接測定型砂有效粘土含量或采用緊實(shí)率方法等間接表征有效粘土含量。前者由于測試周期長、測試程序復(fù)雜而只能用作實(shí)驗(yàn)室條件下的分析方法，后者由于影響因素過多而不能獲得滿意測試結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的粘土砂檢測方法測試周期長、測試程序復(fù)雜的缺陷，提供一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法及裝置。本發(fā)明通過下述方案實(shí)現(xiàn)一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法，它通過下述步驟完成一、制取所測粘土砂的樣塊；二、在樣塊中通以交流電并測出此樣塊的交流導(dǎo)電能力；三、在樣塊中通以直流電并測出此樣塊的初始直流導(dǎo)電能力和直流導(dǎo)電能力變化率；四、測量樣塊的溫度和樣塊的緊實(shí)率；五、把測量所得的樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率的值輸入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是以樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率為輸入變量，以樣塊的有效粘土含量和含水量為輸出變量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)(1)與亞甲基蘭滴定法測定型砂有效粘土含量相比，本發(fā)明的方法具有測試速度快、易于實(shí)現(xiàn)在線檢測的優(yōu)點(diǎn)。目前，鑄造界普遍采用亞甲基蘭滴定法在實(shí)驗(yàn)室條件下測定型砂有效粘土含量，因操作過程復(fù)雜、測試周期長而無法用于在線檢測。應(yīng)用本發(fā)明可在瞬間獲得電信號測試結(jié)果，直接送入電測系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。(2)與緊實(shí)率法測定型砂有效粘土含量相比，本發(fā)明的方法具有測試準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。由于沒有快速測定型砂有效粘土含量的直接方法，緊實(shí)率方法曾被許多工廠用來間接測定粘土含量。事實(shí)上，緊實(shí)率確實(shí)與粘土含量有對應(yīng)關(guān)系，但死粘土的影響不易被消除，因而測試準(zhǔn)確性受到很大影響。本發(fā)明以與有效粘土含量直接相關(guān)的導(dǎo)電特性為信息參數(shù)，測試結(jié)果是有效粘土含量的直接表征，具有較高的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明還提供了一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析裝置。它包括機(jī)構(gòu)框架1、篩砂電機(jī)2、篩砂筒3、篩網(wǎng)12、漏斗4、兩根漏斗連桿5、輔助筒6、縱向底層導(dǎo)軌7、樣筒底板8、小車9、小車輪9-1、上樣筒支架11、上樣筒13、下樣筒14、橫向滑動導(dǎo)軌15、滾動體17、底板氣缸18、樣筒氣缸19、小車移動氣缸20、壓實(shí)氣缸21、位移傳感器22、二號壓力傳感器16、稱重傳感器26和強(qiáng)度檢測氣缸27。輔助筒6的內(nèi)壁上固定有左砂位電極6-1和右砂位電極6-2，下樣筒14的內(nèi)表面上設(shè)置有溫度傳感器14-1、左弧型電極14-2和右弧型電極14-3，左弧型電極14-2與右弧型電極14-3相對設(shè)置?？v向底層導(dǎo)軌7設(shè)置在機(jī)構(gòu)框架1的底部，連接在小車9底部的小車輪9-1滾動在縱向底層導(dǎo)軌7中，橫向滑動導(dǎo)軌15固定在小車9的上表面上，樣筒底板8滑動在橫向滑動導(dǎo)軌15中，上樣筒支架11的下端固定在橫向滑動導(dǎo)軌15上，上樣筒支架11的上端固定有上樣筒13，樣筒底板8的表面上沿橫向并列開有大退砂孔8-1和小退砂孔8-2，下樣筒14擱置在樣筒底板8的上表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌15的方向設(shè)置的樣筒氣缸19的活塞桿的端部固定在下樣筒14的外表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌15的方向設(shè)置的底板氣缸18的活塞桿的端部固定在樣筒底板8的端部，滾動體17設(shè)置在樣筒底板8與小車9之間，為樣筒底板8提供支撐，透氣性檢測氣缸23、強(qiáng)度檢測氣缸27、篩砂電機(jī)2和壓實(shí)氣缸21的上端都固定在機(jī)構(gòu)框架1的上端，強(qiáng)度檢測氣缸27和壓實(shí)氣缸21的活塞桿都指向下方，二號壓力傳感器16設(shè)置在壓實(shí)氣缸21的活塞桿與缸體之間，以檢測活塞桿向下的壓力，稱重傳感器26設(shè)置在強(qiáng)度檢測氣缸27的活塞桿中，以檢測強(qiáng)度檢測氣缸27向下的壓力，位移傳感器22設(shè)置在壓實(shí)氣缸21的側(cè)面，以檢測壓實(shí)氣缸21的活塞桿的位移，篩砂電機(jī)2的輸出軸下端固定有篩砂槳2-1，篩砂槳2-1伸入在篩砂筒3中，篩砂筒3固定在機(jī)構(gòu)框架1上，篩砂筒3的下方依次設(shè)置篩網(wǎng)12和漏斗4，篩網(wǎng)12覆蓋并固定在漏斗4的上口，篩網(wǎng)12的一側(cè)鉸接在篩砂筒3的下端，兩根漏斗連桿5的上端都鉸接在篩網(wǎng)12的另一側(cè)，兩根漏斗連桿5的下端都鉸接在上樣筒支架11上。漏斗4的下口與固定在機(jī)構(gòu)框架1上的輔助筒6的上口相對應(yīng)?？估?、抗壓、抗剪強(qiáng)度是濕型粘土砂的重要性能指標(biāo)，以往三項(xiàng)指標(biāo)要通過制取三種不同標(biāo)準(zhǔn)砂樣，分三次測試方能獲得。本發(fā)明提出的裝置可利用測定型砂有效粘土含量和含水量所用砂樣，在如附圖6所示的快速自動制樣與測試機(jī)構(gòu)的綜合強(qiáng)度工位一次完成測試。裝有標(biāo)準(zhǔn)砂樣的下樣筒14被推至第四工位后(見圖14和圖15)，強(qiáng)度檢測氣缸27驅(qū)動稱重傳感器26和活塞桿下降，在活塞桿貫入標(biāo)準(zhǔn)砂樣的進(jìn)程中，稱重傳感器26可實(shí)時感受活塞桿頂出砂柱所受的阻力變化，頂出砂柱全過程的受力曲線由數(shù)據(jù)采集與處理單元實(shí)時紀(jì)錄。由于頂出砂柱要克服砂粒或砂團(tuán)之間的粘結(jié)力，此種粘結(jié)力與砂樣的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)，因此通過分析受力曲線可以實(shí)現(xiàn)型砂抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度即綜合強(qiáng)度的表征。傳統(tǒng)的杠桿式或液壓式萬能強(qiáng)度試驗(yàn)儀測定砂樣的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度需要采用三錘制樣機(jī)分別制備3個標(biāo)準(zhǔn)砂樣，進(jìn)行3次測量，因操作過程復(fù)雜而無法用于在線檢測。其它型砂強(qiáng)度自動測定裝置雖可自動制樣，但無法解決分次測試問題。本發(fā)明以一個參數(shù)表征砂樣的綜合強(qiáng)度，并與其它測試項(xiàng)目共用同一個標(biāo)準(zhǔn)砂樣，從而大大簡化了測試步驟，提高了測試速度，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式一中型砂的交直流導(dǎo)電特性測定原理圖，圖2至圖5是各種參數(shù)條件下型砂的導(dǎo)電能力的曲線圖，圖6是本發(fā)明實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是實(shí)施方式二中輔助筒6、上樣筒13和下樣筒14的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是實(shí)施方式二中本裝置在工位1時圖6的B向視圖，圖9是圖8的側(cè)視圖，圖10是實(shí)施方式二中本裝置在工位2時圖6的B向視圖，圖11是圖10的側(cè)視圖，圖12是實(shí)施方式二中本裝置在工位3時圖6的B向視圖，圖13是圖12的側(cè)視圖，圖14是實(shí)施方式二中本裝置在工位4時圖6的B向視圖，圖15是圖14的側(cè)視圖，圖16是實(shí)施方式二中本裝置在工位5時圖6的B向視圖，圖17是圖16的側(cè)視圖，圖18是本發(fā)明實(shí)施方式一中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，圖19是實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖5和圖18具體說明本實(shí)施方式。本發(fā)明通過下述方案實(shí)現(xiàn)一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法，它通過下述步驟完成一、制取所測粘土砂的樣塊；二、在樣塊中通以交流電并測出此樣塊的交流導(dǎo)電能力；三、在樣塊中通以直流電并測出此樣塊的初始直流導(dǎo)電能力和直流導(dǎo)電能力變化率；四、測量樣塊的溫度和樣塊的緊實(shí)率；五、把測量所得的樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率值輸入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是以樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率為輸入變量，以樣塊的有效粘土含量和含水量為輸出變量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型對標(biāo)準(zhǔn)砂樣先后兩次實(shí)施交流電源和直流電源激勵，利用測得的砂樣交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率以及在制樣過程中獲得的其它信息參數(shù)求解有效粘土含量及含水量的新方法，可在幾秒鐘時間內(nèi)獲得測試結(jié)果。濕型粘土砂主要由石英砂、粘土和水等組分構(gòu)成。型砂中的水以三種形式存在，一部分被粘土吸附形成具有粘結(jié)力的粘結(jié)水，一部分進(jìn)入粘土層之間成為層間水，其余部分則以自由水形式存在于砂粒之間。粘土及水中的電解質(zhì)在外電場作用下將發(fā)生電離，離解出的離子一部分被粘結(jié)水及粘土所吸附，另一部分則游離于自由水中。粘土砂中水分越大，自由水就越多，游離于自由水中的離子相對于被粘結(jié)水所吸附的離子數(shù)就越多，使離子在電場作用下移向電極的阻力越小，宏觀上表現(xiàn)為砂樣的電阻值越小，反之則砂樣電阻值越大。說明濕型粘土砂以離子導(dǎo)電為主，其導(dǎo)電能力受含水量及有效粘土含量等因素綜合影響。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，濕型粘土砂在恒定電場作用下將發(fā)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，其表現(xiàn)是砂樣導(dǎo)電能力隨電場作用時間而變化，這是因?yàn)樵诤愣妶鲎饔孟?，型砂中的正?fù)離子向著與其方向相反的電極運(yùn)動，并在電極表面上不斷積累，其結(jié)果是逐漸建立起與外加電場方向相反的附加電場，削弱了外加電場的強(qiáng)度，宏觀上表現(xiàn)為砂樣導(dǎo)電能力不斷降低。顯然，導(dǎo)電能力降低的幅度和速度與型砂中的離子數(shù)量直接相關(guān)，即型砂含水量及有效粘土含量均對極化程度有重要影響，這也是從前人們采用直流電阻法測定型砂含水量結(jié)果不準(zhǔn)確的根本原因。能否利用極化作用的不利影響實(shí)現(xiàn)型砂有效粘土含量的快速測定是本發(fā)明最早的思想火花。為了研究型砂導(dǎo)電特性與其組分的關(guān)系，采用以附圖1為基本原理的裝置進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究工作。采用恒壓制樣裝置制取具有固定緊實(shí)度和幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)砂樣，按先通交流電后通直流電的順序?qū)ι皹訉?shí)施電場激勵，用與砂樣串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro上的電壓降表示砂樣的導(dǎo)電能力。砂樣交、直流導(dǎo)電能力與其含水量、有效粘土含量及溫度之間的關(guān)系如圖2至圖5中所示。由圖中曲線不難看出，有效粘土含量及含水量對交流激勵源和直流激勵源的敏感程度具有較大差異，利用若干導(dǎo)電特性參數(shù)就能求得有效粘土含量及含水量。
如圖18所示本發(fā)明建立了一個由5個輸入節(jié)點(diǎn)、10個隱含節(jié)點(diǎn)、2個輸出節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。5個輸入節(jié)點(diǎn)分別為交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、砂樣緊實(shí)率和砂樣溫度。通過大量實(shí)驗(yàn)獲得有關(guān)型砂交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、砂樣緊實(shí)率、溫度、型砂有效粘土含量及含水量(有效粘土含量用亞甲基蘭滴定法測定，含水量用烘干法測定)的數(shù)據(jù)樣本，采用所獲得的數(shù)據(jù)樣本對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，直至網(wǎng)絡(luò)收斂在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，即說明完成了模型建立工作。此后，只要通過快速制樣機(jī)構(gòu)制取標(biāo)準(zhǔn)砂樣、測定相關(guān)信息參數(shù)并輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即可瞬間得到被測型砂的有效粘土含量及含水量。
本設(shè)計(jì)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序是使用MATLAB6.5版本中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱NN TOOLBOX4.0.2所提供的工具函數(shù)——newff、train和sim來實(shí)現(xiàn)的。其過程可分為如下四個步驟①原始數(shù)據(jù)樣本的輸入將預(yù)先測試好的40個標(biāo)準(zhǔn)砂樣的輸入節(jié)點(diǎn)信息參數(shù)數(shù)據(jù)寫成矩陣形式，命名為inputdata。inputdata是一個5行40列的矩陣，每行對應(yīng)一個輸入節(jié)點(diǎn)，每列對應(yīng)一個標(biāo)準(zhǔn)砂樣。然后將用傳統(tǒng)方法測試得到的這40個標(biāo)準(zhǔn)砂樣的輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)(有效粘土含量及含水量)寫成矩陣形式，命名為outputdata。outputdata是一個2行40列的矩陣，每行對應(yīng)一個輸出節(jié)點(diǎn)，每列對應(yīng)一個標(biāo)準(zhǔn)砂樣。
②建立網(wǎng)絡(luò)模型調(diào)用工具函數(shù)newff建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，命名為net，調(diào)用格式為net＝newff(minmax(inputdata)，[102]，{‘tansig’‘purelin’}，‘trainlm’)；其中minmax為MATLAB的函數(shù)，minmax(inputdata)的功能是求inputdata矩陣每行中的最小值和最大值。[102]設(shè)定了隱含層的節(jié)點(diǎn)個數(shù)為10個，輸出層節(jié)點(diǎn)個數(shù)為2個。
③網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練調(diào)用工具函數(shù)train來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)用格式為net.trainParam.goal＝0.01net＝train(net，inputdata，outputdata，[ ]，[ ])；其中net.trainParam.goal為設(shè)置網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的結(jié)束誤差，此處設(shè)為1％。將已建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)net訓(xùn)練修正后仍存儲于原來的變量net中。
④應(yīng)用得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效粘土含量及含水量的求解將被測砂樣的5個測量數(shù)據(jù)交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、砂樣緊實(shí)率和溫度值寫成矩陣形式，命名為testinput。testinput是一個5行1列的矩陣。調(diào)用工具函數(shù)sim來求解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值，調(diào)用格式為testoutput＝sim(net，testinput)；其中testoutput為求得的網(wǎng)絡(luò)輸出值，它是一個2行1列的矩陣，2個元素分別為有效粘土含量及含水量。
當(dāng)使用大量的樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到了網(wǎng)絡(luò)模型net后，以后的測量僅需要重復(fù)步驟④即可求得有效粘土含量及含水量，因此求解速度很快。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖6至圖16和圖19具體說明本實(shí)施方式。
本實(shí)施方式由由機(jī)構(gòu)框架1、篩砂電機(jī)2、篩砂筒3、篩網(wǎng)12、漏斗4、兩根漏斗連桿5、輔助筒6、縱向底層導(dǎo)軌7、樣筒底板8、小車9、小車輪9-1、上樣筒支架11、上樣筒13、下樣筒14、橫向滑動導(dǎo)軌15、滾動體17、底板氣缸18、樣筒氣缸19、小車移動氣缸20、壓實(shí)氣缸21、位移傳感器22、透氣性檢測氣缸23、透氣檢測裝置29、一號壓力傳感器24、二號壓力傳感器16、稱重傳感器26、強(qiáng)度檢測氣缸27組成。輔助筒6的內(nèi)壁上固定有左砂位電極6-1和右砂位電極6-2，下樣筒14的內(nèi)表面上設(shè)置有溫度傳感器14-1、左弧型電極14-2和右弧型電極14-3，左弧型電極14-2與右弧型電極14-3相對設(shè)置。縱向底層導(dǎo)軌7設(shè)置在機(jī)構(gòu)框架1的底部，連接在小車9底部的小車輪9-1滾動在縱向底層導(dǎo)軌7中，橫向滑動導(dǎo)軌15固定在小車9的上表面，樣筒底板8滑動在橫向滑動導(dǎo)軌15中，上樣筒支架11的下端固定在橫向滑動導(dǎo)軌15上，上樣筒支架11的上端固定有上樣筒13，樣筒底板8的表面上沿橫向并列開有大退砂孔8-1和小退砂孔8-2，下樣筒14擱置在樣筒底板8的上表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌15的方向設(shè)置的樣筒氣缸19的活塞桿的端部固定在下樣筒14的外表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌15的方向設(shè)置的底板氣缸18的活塞桿的端部固定在樣筒底板8的端部，滾動體17設(shè)置在樣筒底板8與小車9之間，樣筒底板8提供支撐，透氣性檢測氣缸23、強(qiáng)度檢測氣缸27、篩砂電機(jī)2和壓實(shí)氣缸21的上端都固定在機(jī)構(gòu)框架1的上端，透氣性檢測氣缸23、強(qiáng)度檢測氣缸27和壓實(shí)氣缸21的活塞桿都指向下方，二號壓力傳感器16設(shè)置在壓實(shí)氣缸21的活塞桿與缸體之間，檢測活塞桿向下的壓力，稱重傳感器26設(shè)置在強(qiáng)度檢測氣缸27的活塞桿中，檢測強(qiáng)度檢測氣缸27向下的壓力，位移傳感器22設(shè)置在壓實(shí)氣缸21的側(cè)面，檢測壓實(shí)氣缸21的活塞桿的位移，篩砂電機(jī)2的輸出軸下端固定有篩砂槳2-1，篩砂槳2-1伸入在篩砂筒3中，篩砂筒3固定在機(jī)構(gòu)框架1上，篩砂筒3的下方依次設(shè)置篩網(wǎng)12和漏斗4，篩網(wǎng)12覆蓋并固定在漏斗4的上口，篩網(wǎng)12的一側(cè)鉸接在篩砂筒3的下端，兩根漏斗連桿5的上端都鉸接在篩網(wǎng)12的另一側(cè)，兩根漏斗連桿5的下端都鉸接在上樣筒支架11上。漏斗4的下口與固定在機(jī)構(gòu)框架1上的輔助筒6的上口相對應(yīng)。如圖19所示透氣檢測裝置29由進(jìn)氣管29-1、氣體封閉段29-2和彈簧29-3組成，進(jìn)氣管29-1連通一號壓力傳感器24，進(jìn)氣管29-1連通氣體封閉段29-2的內(nèi)腔，透氣性檢測氣缸23活塞桿的下端通過彈簧29-3固定在氣體封閉段29-2的上頂部，氣體封閉段29-2的底端邊緣上固定有密封橡膠圈29-4，氣體封閉段29-2的外徑小于下樣筒14的內(nèi)徑。為防止活塞桿伸出時氣體封閉段23-2與砂樣表面接觸時有傾斜，在活塞桿中段串接一段彈簧29-3。由進(jìn)氣管29-1吹入空氣，通過一號壓力傳感器24就能測出型砂的透氣性。稱重傳感器26是蚌埠市力達(dá)測控儀器有限公司生產(chǎn)的MCL-Z型拉壓式稱重傳感器，量程30Kg，電源電壓12V DC，輸出信號4--20mA，精度0.1％。
機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時，所有汽缸的活塞均處于回縮狀態(tài)。測試開始后，機(jī)構(gòu)先移動到工位1進(jìn)行加砂，小車9、樣筒底板8、上樣筒13、下樣筒14、篩網(wǎng)12和漏斗4的位置及底板氣缸18、樣筒氣缸19的狀態(tài)如圖8和圖9所示。啟動篩砂電機(jī)2并把被測型砂裝入篩砂筒3，篩過的型砂經(jīng)漏斗4均勻落入正下方的下樣筒14、上樣筒13和輔助筒6。當(dāng)型砂裝滿兩筒后，安裝在輔助筒6內(nèi)壁的兩個砂位電極將導(dǎo)通并發(fā)出信號，篩砂電機(jī)2停止，接砂過程結(jié)束。小車9前移，機(jī)構(gòu)處于工位2，如圖10和圖11所示，底板氣缸18、樣筒氣缸19的狀態(tài)不變，篩網(wǎng)12和漏斗4由于被漏斗連桿5拉動而處于張開的位置，放掉篩砂筒3內(nèi)余砂。此時下樣筒14和上樣筒13位于壓實(shí)氣缸21的正下方，壓實(shí)氣缸21的活塞桿伸出并帶動位移傳感器22同步下移，采用二號壓力傳感器16監(jiān)視壓實(shí)力，達(dá)到設(shè)定值時停止壓實(shí)，讀取位移傳感器22的輸出信號用以計(jì)算緊實(shí)率?；钊麠U退回，標(biāo)準(zhǔn)砂樣制作完成。然后按先交流后直流的順序通過下樣筒14內(nèi)壁上的左弧型電極14-2和右弧型電極14-3向標(biāo)準(zhǔn)砂樣提供電源激勵，分別測量砂樣的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率及砂樣溫度等參數(shù)。樣筒氣缸19拉動下樣筒14回縮，機(jī)構(gòu)處于工位3進(jìn)行透氣性的測量，各部件狀態(tài)如圖12和圖13所示。此時下樣筒14位于透氣性檢測氣缸23的正下方，透氣檢測裝置29的氣體封閉段29-2壓到砂樣的上表面，氣體由進(jìn)氣管29-1進(jìn)入砂樣，由四周溢出，根據(jù)一號壓力傳感器24監(jiān)測的氣壓計(jì)算出砂樣的透氣性。測量結(jié)束后，透氣性檢測氣缸23回縮。然后，小車9后移，機(jī)構(gòu)處于工位4進(jìn)行綜合強(qiáng)度的測量，各部件狀態(tài)如圖14和圖15所示。此時下樣筒14位于強(qiáng)度檢測氣缸27的正下方，強(qiáng)度檢測氣缸27的活塞桿伸出，將砂樣由小退砂孔16擠出。根據(jù)稱重傳感器26的輸出計(jì)算出砂樣的綜合強(qiáng)度。最后，機(jī)構(gòu)移動到工位5進(jìn)行退樣，各部件狀態(tài)如圖16和圖17所示。此時底板氣缸18回縮，大退砂孔12位于下樣筒14的正下方，壓實(shí)氣缸21的活塞桿再次伸出將砂樣推出樣筒，并在樣筒中反復(fù)運(yùn)動幾次完成刷筒動作后回縮，至此即告一次測試結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法，其特征在于它包括下述步驟一、制取所測粘土砂的樣塊；二、在樣塊中通以交流電并測出此樣塊的交流導(dǎo)電能力；三、在樣塊中通以直流電并測出此樣塊中的初始直流導(dǎo)電能力和直流導(dǎo)電能力變化率；四、測量樣塊的溫度和樣塊的緊實(shí)率；五、把測量所得的樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力的變化率、溫度和緊實(shí)率值輸入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是以樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率為輸入變量，該數(shù)據(jù)庫是以樣塊的交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率、溫度和緊實(shí)率為輸入變量以樣塊的有效粘土含量和含水量為輸出變量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。以樣塊的有效粘土含量和含水量為輸出變量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。
2.一種鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析裝置，它包括機(jī)構(gòu)框架(1)、其特征在于它還包括篩砂電機(jī)(2)、篩砂筒(3)、篩網(wǎng)(12)、漏斗(4)、兩根漏斗連桿(5)、輔助筒(6)、縱向底層導(dǎo)軌(7)、樣筒底板(8)、小車(9)、小車輪(9-1)、上樣筒支架(11)、上樣筒(13)、下樣筒(14)、橫向滑動導(dǎo)軌(15)、滾動體(17)、底板氣缸(18)、樣筒氣缸(19)、小車移動氣缸(20)、壓實(shí)氣缸(21)、位移傳感器(22)、二號壓力傳感器(16)、稱重傳感器(26)和強(qiáng)度檢測氣缸(27)；輔助筒(6)的內(nèi)壁上固定有左砂位電極(6-1)和右砂位電極(6-2)，下樣筒(14)的內(nèi)表面上設(shè)置有溫度傳感器(14-1)、左弧型電極(14-2)和右弧型電極(14-3)，左弧型電極(14-2)與右弧型電極(14-3)相對設(shè)置，縱向底層導(dǎo)軌(7)設(shè)置在機(jī)構(gòu)框架(1)的底部，連接在小車(9)底部的小車輪(9-1)滾動在縱向底層導(dǎo)軌(7)中，橫向滑動導(dǎo)軌(15)固定在小車(9)的上表面，樣筒底板(8)滑動在橫向滑動導(dǎo)軌(15)中，上樣筒支架(11)的下端固定在橫向滑動導(dǎo)軌(15)上，上樣筒支架(11)的上端固定有上樣筒(13)，樣筒底板(8)的表面上沿橫向并列開有大退砂孔(8-1)和小退砂孔(8-2)，下樣筒(14)擱置在樣筒底板(8)的上表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌(15)的方向設(shè)置的樣筒氣缸(19)的活塞桿的端部固定在下樣筒(14)的外表面，沿橫向滑動導(dǎo)軌(15)的方向設(shè)置的底板氣缸(18)的活塞桿的端部固定在樣筒底板(8)的端部，滾動體(17)設(shè)置在樣筒底板(8)與小車(9)之間，透氣性檢測氣缸(23)、強(qiáng)度檢測氣缸(27)、篩砂電機(jī)(2)和壓實(shí)氣缸(21)的上端都固定在機(jī)構(gòu)框架(1)的上端，強(qiáng)度檢測氣缸(27)和壓實(shí)氣缸(21)的活塞桿都指向下方，二號壓力傳感器(16)設(shè)置在壓實(shí)氣缸(21)的活塞桿與缸體之間，稱重傳感器(26)設(shè)置在強(qiáng)度檢測氣缸(27)的活塞桿中，位移傳感器(22)設(shè)置在壓實(shí)氣缸(21)的側(cè)面，篩砂電機(jī)(2)的輸出軸下端固定有篩砂槳(2-1)，篩砂槳(2-1)伸入在篩砂筒(3)中，篩砂筒(3)固定在機(jī)構(gòu)框架(1)上，篩砂筒(3)的下方依次設(shè)置篩網(wǎng)(12)和漏斗(4)，篩網(wǎng)(12)覆蓋并固定在漏斗(4)的上口，篩網(wǎng)(12)的一側(cè)鉸接在篩砂筒(3)的下端，兩根漏斗連桿(5)的上端都鉸接在篩網(wǎng)(12)的另一側(cè)，兩根漏斗連桿(5)的下端都鉸接在上樣筒支架(11)上，漏斗(4)的下口與固定在機(jī)構(gòu)框架(1)上的輔助筒(6)的上口相對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析裝置，其特征在于它還包括透氣性檢測氣缸(23)、透氣檢測裝置(29)和一號壓力傳感器(24)，透氣性檢測氣缸(23)的上端固定在機(jī)構(gòu)框架(1)的上端，透氣性檢測氣缸(23)的活塞桿指向下方，透氣檢測裝置(29)由進(jìn)氣管(29-1)、氣體封閉段(29-2)和彈簧(29-3)組成，進(jìn)氣管(29-1)連通一號壓力傳感器(24)，進(jìn)氣管(29-1)連通氣體封閉段(29-2)的內(nèi)腔，透氣性檢測氣缸(23)活塞桿的下端通過彈簧(29-3)固定在氣體封閉段(29-2)的上頂部，氣體封閉段(29-2)的底端邊緣上固定有密封橡膠圈(29-4)，氣體封閉段(29-2)的外徑小于下樣筒(14)的內(nèi)徑。
全文摘要
鑄造用濕型粘土砂質(zhì)量參數(shù)快速分析方法及裝置。本發(fā)明涉及濕型粘土砂有效粘土含量和含水量及透氣性和綜合強(qiáng)度的檢測方法和裝置。方法是對標(biāo)準(zhǔn)砂樣先后兩次實(shí)施交流電源和直流電源激勵，利用測得的砂樣交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率以及在制樣過程中獲得的其它信息參數(shù)求解有效粘土含量及含水量，可在幾秒鐘時間內(nèi)獲得測試結(jié)果。裝置是裝有標(biāo)準(zhǔn)砂樣的下樣筒(14)被推至第四工位后，強(qiáng)度檢測氣缸(27)驅(qū)動稱重傳感器(26)和活塞桿下降，在活塞桿貫入標(biāo)準(zhǔn)砂樣的進(jìn)程中，稱重傳感器(26)可實(shí)時感受活塞桿頂出砂柱所受的阻力變化，本發(fā)明以一個參數(shù)表征砂樣的綜合強(qiáng)度，并與其它測試項(xiàng)目共用同一個標(biāo)準(zhǔn)砂樣，提高了測試速度。
文檔編號G01N33/38GK1601278SQ20041004396
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者李大勇, 董靜薇, 石德全, 張宇彤, 高繼偉 申請人:哈爾濱理工大學(xué)