Автоматизация литейного производства

 
 
 
 
И. А. Стрельников, Л. А. Иванова 
 
 
 
 
АВТОМАТИЗАЦИЯ  
ЛИТЕЙНОГО  
ПРОИЗВОДСТВА 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 621.74 
ББК  34.61 
 С84 
 
 
Рецензенты: 
кафедра деталей машин и теории механизмов Волжского филиала  
Московского автомобильно-дорожного государственного технического  
института (доцент А. И. Никитин); 
кафедра технологии конструкционных материалов и литейного производства 
Московского государственного открытого университета (канд. техн. наук,  
доцент В. Ф. Пестриков) 
 
 
 
 
 
 
Стрельников, И. А. 
С84  
Автоматизация литейного производства : учебное пособие / 
И. А. Стрельников, Л. А. Иванова. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2024. – 152 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-2094-5 
 
Рассматриваются устройства элементов автоматики, принципы и 
схемы автоматизации основных и вспомогательных процессов при литье 
металлов в песчано-глинистые формы, а также при литье по выплавляемым моделям, при кокильном литье и литье под давлением, а также вопросы автоматического контроля качества отливок, процессов уплотнения материалов при формовке, характеристики машин-автоматов и автоматических линий для изготовления литейных форм и стержней, сушильных установок и т. п. 
Для студентов старших курсов очной и заочной формы обучения по 
направлению 15.03.01 «Машиностроение», профиль «Машины и технология литейного производства». 
 
УДК 621.74 
ББК 34.61 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2094-5 
© Стрельников И. А., Иванова Л. А., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Комплексная автоматизация производства является одним из 
основных направлений технической политики в нашей стране. 
Целью комплексной автоматизации является ускорение темпов 
повышения производительности труда, улучшение качества продукции и повышение ее конкурентоспособности, сокращение 
сроков создания новых изделий. 
В настоящее время автоматика – отрасль техники, научная 
дисциплина, в рамках которой разрабатываются и изучаются 
принципы построения и расчета современных автоматических 
систем. 
В последние годы системы автоматизации находят все 
большее применение в сфере управления отдельными производствами, применяется автоматизация сложных технологических 
процессов на основе современной техники. 
Дисциплина «Автоматизация литейного производства» преподается с целью научить студентов основам проектирования 
автоматического литейного оборудования, создать у них представление о различных преимуществах автоматизации литейных 
процессов, разработке структурных схем автоматизации оборудования, анализе структурно-компоновочных решений автоматических машин и линий, современном состоянии различных 
методов и средств автоматизации производства отливок различными способами, автоматизации процессов плавки и заливки 
металла, финишной обработки отливок.  
Изучение данной дисциплины будет способствовать дальнейшей подготовке специалиста для работы его в литейном 
цехе современного машиностроительного предприятия, а также в проектно-конструкторских организациях, разрабатывающих новые модели литейного оборудования, в том числе и автоматических линий на базе прогрессивных технологических 
процессов с учетом имеющегося опыта работы оборудования в 
промышленности. 
Данное учебное пособие содержит сведения об устройстве 
основных элементов автоматики, принципы и схемы автоматизации основных и вспомогательных процессов при литье метал3 

лов в различные формы. Рассмотрены вопросы автоматического 
контроля качества отливок, процессов уплотнения материалов 
при формовке, характеристики автоматических линий и машинавтоматов для изготовления литейных форм и стержней, приведены тестовые задания для студентов.  
Студенту необходимо заниматься самостоятельной работой 
для овладения фундаментальными знаниями, компетенциями, 
профессиональными умениями и навыками деятельности по 
профилю обучения, опытом творческой и исследовательской 
деятельности. Самостоятельная работа студентов способствует 
развитию ответственности и организованности, творческого 
подхода к решению проблем современной автоматизации литейного производства.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ.  
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
 
Литейное производство является базовым производством 
для всех отраслей промышленности. На стадии литейного производства формируются структура и свойства материалов, а 
следовательно, качество и работоспособность изделий. Повышение качества готовой продукции очень часто напрямую зависит от автоматизации технологических процессов в литейном 
производстве. Автоматизация позволяет снизить трудоемкость, 
а следовательно, повысить производительность труда, надежность изготовления форм и их сборки, исключить травматизм, 
тяжелый однообразный труд, вредное воздействие вибрации на 
человека, шума, пыли, токсичных и других факторов, а главное, 
обеспечить стабильное и высокое качество отливок. 
Автоматизированное производство – это такое производство, при котором человеческий труд, затрачиваемый на выполнение технологической операции, обслуживание и управление 
оборудованием, выполняют автоматические устройства.  
Основными этапами разработки систем управления и контроля в автоматизированном производстве отливок являются: 
1) определение оптимальной номенклатуры контролируемых и регулируемых параметров; 
2) выбор рациональных средств контроля, регулирования и 
преобразования сигналов и информации; 
3) синтез систем управления по заданной структуре линии 
или системы машин; 
4) разработка системы сбора, обработки информации и ввода ее в ЭВМ линии или системы машин; 
5) выработка необходимых условий и предпосылок к интеграции системы управления оборудованием в общую автоматизированную систему управления (АСУП). 
Технологические процессы можно разделить на три категории: 
– непрерывные; 
– состоящие из отдельных операций; 
– связанные с пространственным перемещением объектов. 
 
5 

К непрерывным процессам относят физические, в том 
числе тепловые и гидроаэродинамические, химические и процессы, в которых переменные параметры изменяются во времени непрерывно. 
В процессах, состоящих из отдельных операций, команды 
выполняются в определенной последовательности в зависимости от реализации предыдущей команды. Обычно это операции 
типа «открыть – закрыть», «больше – меньше», «вход – выход». 
Они реализуются в процессах пуска и остановки механизмов. 
При автоматизации технологических процессов, связанных 
с пространственным перемещением объектов, ставится задача 
осуществления управления перемещением объектов и контроля 
за изменением их состояния. Это транспортные операции в производственных процессах, связанных с движением материалов и 
изделий. 
Степень оснащения производственных процессов средствами автоматизации определяется нормативными и техническими 
требованиями, а также функциональным назначением оборудования. В зависимости от доли участия человека (оператора) в 
управлении степень автоматизации процесса может быть частичной, полной и комплексной. 
Например, если в газовой сушильной установке автоматически регулируется только процесс горения природного газа, то 
имеет место частичная автоматизация, если кроме этого внутри 
сушильной камеры регулируются температура, давление, влажность и другие параметры, то автоматизация полная, а если автоматизированы также и вспомогательные операции (погрузка, 
выгрузка изделий и т. п.) – автоматизация комплексная. 
При управлении объектами, входящими в общую автоматизированную систему, функционально различные операции выполняются разными подсистемами: 
– информационными; 
– технологической сигнализации; 
– защитными; 
– управляющими. 
Информационные подсистемы включают технологический 
контроль, телеизмерения и телесигнализацию. 
6 

Основные функции технологического контроля: 
– получение количественных и качественных показателей 
технологического процесса – всех видов измерений с помощью 
контрольно-измерительных приборов (КИП); 
– наблюдение за ходом технологического процесса. 
Для реализации функций технологического контроля применяют приборы местного и дистанционного действия с регистрацией данных. 
В подсистемах технологической сигнализации используются те же приборы и технические средства, что и для технологического контроля, но подача информации осуществляется в виде 
светового, звукового, цветового (изменяется цвет) и одоризационного (появляется запах) сигналов. 
Защитные подсистемы включают средства защиты и блокировки, предохраняющие технологическое оборудование от последствий неправильной эксплуатации. Эти подсистемы осуществляют автоматическое оперативное вмешательство для 
прекращения функционирования всего объекта или его части,  
т. е. блокирующее воздействие, или блокировку. Деблокирующее воздействие – повторный пуск после устранения причины 
нарушения режима. 
Особый вид блокировки – аварийная защита, когда автоматически прекращается доступ энергии, сырья или продукта к 
объекту, чтобы исключить его неизбежный выход из строя. 
К управляющим подсистемам относятся подсистемы телеуправления, включающие дистанционное управление, и телемеханические, а также подсистемы диспетчеризации, автоматического управления и регулирования. 
Уровень оснащения объекта автоматизации различными 
подсистемами зависит от конкретных условий эксплуатации и 
нормативных документов, определяющих минимально необходимый уровень автоматизации. 
 
Принципы управления производственным процессом. 
Применяют следующие принципы управления: 
– регулирование по окончанию; 
– регулирование по возмущению (компенсация возмущений); 
– комбинированное управление; 
7 

– программное управление; 
– адаптация (приспособление). 
Регулирующее воздействие от регулятора может быть 
направлено на регулируемую величину – это регулирование по 
окончанию (рис. 1, а) или на внешнее возмущение – регулирование по возмущению (рис. 1, б). В обоих случаях на объект регулирования воздействует возмущение z. 
 
 
                        а                                                             б 
 
Рис. 1. Схема регулирования: по окончанию (а);  
по возмущению (б) 
 
При регулировании по окончанию (рис. 1) значение выходной величины объекта и установленное с помощью задатчика 
значение сигнала такого же вида ȫ алгебраически суммируются 
в регуляторе, преобразуются в регулирующее воздействие у, 
которое воздействует на входной сигнал, стремясь поддерживать регулируемый параметр х на заданном значении. Система 
регулирования по окончанию обеспечивает высокую точность, 
качество, быстродействие. Однако имеются объекты, в которых 
такое регулирование неприемлемо из-за практической невозможности компенсировать все возмущения. 
При регулировании по возмущению (рис. 1, б) сигнал задатчика ȫ после суммирования с возмущением z воздействует на 
входную величину. В данном случае объект не воздействует на 
регулятор. В ряде случаев такое регулирование применяют в 
смесеприготовительных установках. 
8 

Принцип комбинированного управления объединяет два ранее рассмотренных принципа, и имеет два канала получения 
качественной информации – результаты измерения отклонения 
регулируемой переменной и результаты измерения возмущающего воздействия. 
Принцип программного управления является разновидностью принципа управления по возмущению с той лишь разницей, 
что для формирования управляющего воздействия используется 
задающее воздействие (программа). Этот принцип часто используется в комбинации с принципом компенсации возмущений. 
Принцип адаптации (приспособления) начал использоваться 
в системах управления с развитием кибернетики и совершенствуется на основе вычислительной техники. 
 
Автоматические регуляторы. Автоматический регулятор 
приводится в действие без участия человека за счет энергии регулируемой среды. Такие устройства называют регуляторами прямого действия (РПД) или регуляторами без вспомогательного 
источника энергии. Их применяют, если усилия, развиваемого 
датчиком, достаточно для привода в действие регулирующего 
органа. 
Относительно небольшое расстояние между датчиком и регулирующим органом сужает область применения регуляторов 
прямого действия и их применяют только в локальных ЛСР. 
От этих недостатков свободны регуляторы непрямого действия (РНД), в которых для привода регулирующего органа используется энергия от постороннего источника. Энергоносителем (регулирующей средой) могут быть жидкости под давлением, сжатые газы, электроэнергия или их комбинации. В соответствии с этим РНД называют гидравлическими, пневматическими, электрическими, пневмогидравлическими и электропневматическими. РНД обладают высокой чувствительностью, могут 
развивать достаточное усилие для изменения положения регулирующего органа и позволяют осуществить дистанционное 
управление регулирующим органом. 
Системы регулирования, использующие РНД, называются 
системами непрямого регулирования. 
Регулирующее воздействие приборов регулирования может 
быть прерывистым и непрерывным. Системы автоматического 
9 

регулирования, у которых регулирующее воздействие на исполнительный механизм прерывается и регулирующий орган перемещается скачкообразно, называются прерывистыми. Непрерывной называется система автоматического регулирования, в 
которой непрерывному изменению регулируемого параметра 
соответствует непрерывное изменение состояния всех элементов схемы. 
Работа РНД определяется законом регулирования, т. е. 
уравнением, по которому в объект вводится регулирующее воздействие, иначе говоря, зависимостью между отклонением регулируемого параметра и перемещением регулирующего органа. 
Регуляторы непрерывного действия бывают пропорциональные, интегральные, пропорционально-интегральные и пропорционально-интегральные с предварением. 
Пропорциональный регулятор – (П-регулятор), называемый 
также статическим регулятором, осуществляет пропорциональную зависимость между положением регулирующего органа yi и 
отклонением регулируемого параметра xi, т. е. yi = Kixi, где  
Ki – статический коэффициент передачи (усиления) регулятора, 
который может изменяться в широких пределах. 
Указанная пропорциональная зависимость достигается введением в структурную схему регулятора жесткой обратной связи, 
благодаря чему работа регулятора стабилизируется и время его 
работы сокращается. При этом каждому значению регулируемого 
параметра соответствует свое, вполне определенное положение 
регулирующего органа. Недостатком П-регулятора является остаточное отклонение регулируемого параметра от заданного значения, сохраняющееся после затухания переходного процесса. 
Интегральный регулятор (И-регулятор) – это регулятор, у 
которого при отклонении регулируемого параметра х от заданного значения регулирующий орган все время медленно перемещается в одном направлении, пока параметр не вернется к 
заданному значению. 
В этом регуляторе регулирующее воздействие пропорционально интегралу от отклонения параметра х, регулируемого по 
времени. В связи с тем что для И-регуляторов характерна замедленность работы, их называют также астатическими (неустойчивыми) и применяют в объектах с большим самовыравниванием, 
10