MAGNABEND - DIZAYN BO'YICHA FUNDAMENTAL MULOSALAR
Asosiy magnit dizayni
Magnabend mashinasi cheklangan ish aylanishiga ega kuchli DC magnit sifatida ishlab chiqilgan.
Mashina 3 ta asosiy qismdan iborat: -
Mashinaning asosini tashkil etuvchi va elektromagnit bobini o'z ichiga olgan magnit tanasi.
Magnit taglikning qutblari orasidagi magnit oqim uchun yo'lni ta'minlaydigan va shu bilan metall lavha ish qismini qisqich bilan ta'minlaydigan qisqich paneli.
Magnit tanasining old chetiga o'ralgan va ishlov beriladigan qismga egilish kuchini qo'llash vositasini ta'minlaydigan bükme nuri.
Magnit tanasi konfiguratsiyasi
Magnit tanasi uchun turli xil konfiguratsiyalar mumkin.
Mana ikkitasi Magnabend mashinalari uchun ishlatilgan:
Yuqoridagi chizmalardagi chiziqli qizil chiziqlar magnit oqim yo'llarini ifodalaydi.E'tibor bering, "U-Type" dizaynida bitta oqim yo'li (1 juft qutb), "E-Type" dizaynida 2 ta oqim yo'llari (2 juft qutb) mavjud.
Magnit konfiguratsiyasini taqqoslash:
E tipidagi konfiguratsiya U tipidagi konfiguratsiyaga qaraganda samaraliroq.
Nima uchun bu shunday ekanligini tushunish uchun quyidagi ikkita rasmni ko'rib chiqing.
Chap tomonda U tipidagi magnitning ko'ndalang kesimi va o'ng tomonda bir xil U-tipli 2 tasini birlashtirgan holda yaratilgan E tipidagi magnit mavjud.Agar har bir magnit konfiguratsiyasi bir xil amperli burilishlarga ega bo'lgan g'altak tomonidan boshqarilsa, u holda ikki barobar ko'tarilgan magnit (E-tipi) ikki baravar ko'proq siqish kuchiga ega bo'ladi.Bundan tashqari, u ikki baravar ko'p po'latdan foydalanadi, lekin lasan uchun sim deyarli yo'q!(Uzoq lasan dizayni faraz qilingan holda).
(Kichik miqdorda qo'shimcha sim kerak bo'ladi, chunki bobinning ikkita ikkita oyog'i "E" dizaynida bir-biridan uzoqroq joylashgan, ammo Magnabend uchun ishlatiladigan uzun lasan dizaynida bu ortiqcha ahamiyatsiz bo'lib qoladi).
Super Magnabend:
Bundan ham kuchli magnitni yaratish uchun "E" kontseptsiyasini ushbu double-E konfiguratsiyasi kabi kengaytirish mumkin:
3D modeli:
Quyida U tipidagi magnitdagi qismlarning asosiy joylashuvini ko'rsatadigan 3 o'lchamli chizma mavjud:
Ushbu dizaynda Old va Orqa qutblar alohida qismlar bo'lib, yadro qismiga murvat bilan biriktirilgan.
Garchi, printsipial jihatdan, bitta po'latdan U-tipli magnit korpusni qayta ishlash mumkin bo'lsa-da, keyin lasanni o'rnatish mumkin bo'lmaydi va shuning uchun lasan joyida (ishlab chiqarilgan magnit korpusda) o'ralishi kerak bo'ladi. ).
Ishlab chiqarish sharoitida rulonlarni alohida o'rash imkoniyatiga ega bo'lish juda ma'qul (maxsus eskizda).Shunday qilib, U tipidagi dizayn ishlab chiqarilgan qurilishni samarali ravishda belgilaydi.
Boshqa tomondan, E-tipli dizayn bitta po'latdan yasalgan magnit korpusga yaxshi mos keladi, chunki oldindan tayyorlangan lasan magnit korpusga ishlov berilgandan keyin osongina o'rnatilishi mumkin.Yagona bo'lakli magnit korpus magnit jihatdan yaxshiroq ishlaydi, chunki u magnit oqimini (va shuning uchun siqish kuchini) biroz kamaytiradigan qurilish bo'shliqlariga ega emas.
(1990 yildan keyin ishlab chiqarilgan Magnabendlarning aksariyati E-tipli dizayndan foydalangan).
Magnit konstruktsiyasi uchun material tanlash
Magnit korpus va qisqich ferromagnit (magnitlanadigan) materialdan tayyorlanishi kerak.Chelik eng arzon ferromagnit material bo'lib, aniq tanlovdir.Biroq, ko'rib chiqilishi mumkin bo'lgan turli xil maxsus po'latlar mavjud.
1) Silikon po'lat: Odatda yupqa qatlamlarda mavjud bo'lgan yuqori qarshilikli po'latdir va AC transformatorlari, AC magnitlari, o'rni va boshqalarda qo'llaniladi. Uning xususiyatlari doimiy magnit bo'lgan Magnabend uchun talab qilinmaydi.
2) Yumshoq dazmol: Ushbu material Magnabend mashinasi uchun yaxshi bo'lgan pastroq qoldiq magnitlanishni namoyon qiladi, lekin u jismonan yumshoq bo'lib, u osonlikcha chayqalishi va shikastlanishini anglatadi;qoldiq magnitlanish muammosini boshqa yo'l bilan hal qilish yaxshiroqdir.
3) quyma temir: prokat kabi oson magnitlanmaydi, lekin hisobga olinishi mumkin.
4) Zanglamaydigan po'latdan 416 turi: po'lat kabi kuchli magnitlangan bo'lishi mumkin emas va ancha qimmatroq (lekin magnit korpusidagi nozik himoya qoplamasi uchun foydali bo'lishi mumkin).
5) Zanglamaydigan po'latdan 316 turi: Bu po'latning magnit bo'lmagan qotishmasi va shuning uchun umuman mos kelmaydi (yuqoridagi 4-banddan tashqari).
6) O'rta karbonli po'lat, K1045 turi: Ushbu material magnitni (va mashinaning boshqa qismlarini) qurish uchun juda mos keladi.U taqdim etilgan holatda juda qiyin va u ham yaxshi ishlov beradi.
7) O'rta uglerodli po'lat turi CS1020 : Bu po'lat K1045 kabi qattiq emas, lekin u osonroq mavjud va shuning uchun Magnabend mashinasini qurish uchun eng amaliy tanlov bo'lishi mumkin.
E'tibor bering, quyidagi muhim xususiyatlar talab qilinadi:
Yuqori to'yingan magnitlanish.(Ko'pchilik po'lat qotishmalari 2 Tesla atrofida to'yingan),
Foydali bo'lim o'lchamlari mavjudligi,
tasodifiy zararga qarshilik,
Ishlov berish qobiliyati va
O'rtacha xarajat.
O'rta karbonli po'lat barcha bu talablarga yaxshi javob beradi.Kam karbonli po'latdan ham foydalanish mumkin, ammo u tasodifiy shikastlanishga nisbatan kamroq chidamli.Supermendur kabi boshqa maxsus qotishmalar ham mavjud bo'lib, ular yuqori to'yingan magnitlanishga ega, ammo ular po'latga nisbatan juda yuqori xarajat tufayli e'tiborga olinmaydi.
O'rta uglerodli po'lat, ammo ba'zi qoldiq magnitlanishni namoyon qiladi, bu esa bezovtalanish uchun etarli.(Qolgan magnitlanish bo'limiga qarang).
Bobin
Bobin magnitlanish oqimini elektromagnit orqali boshqaradigan narsadir.Uning magnitlanish kuchi burilishlar soni (N) va g'altakning oqimi (I) ning hosilasidir.Shunday qilib:
N = burilishlar soni
I = sariqlardagi oqim.
Yuqoridagi formulada "N" ko'rinishi keng tarqalgan noto'g'ri tushunchaga olib keladi.
Burilishlar sonini ko'paytirish magnitlanish kuchini oshiradi, deb taxmin qilinadi, lekin odatda bu sodir bo'lmaydi, chunki qo'shimcha burilishlar ham oqimni kamaytiradi, I.
Ruxsat etilgan doimiy kuchlanish bilan ta'minlangan lasanni ko'rib chiqing.Agar burilishlar soni ikki baravar ko'paytirilsa, sariqlarning qarshiligi ham ikki barobar ortadi (uzun bo'lakda) va shu bilan oqim ikki baravar kamayadi.Aniq ta'sir NI ning ortishi yo'q.
Haqiqatan ham NI ni aniqlaydigan narsa - bu aylanish uchun qarshilik.Shunday qilib, NI ni oshirish uchun simning qalinligini oshirish kerak.Qo'shimcha burilishlarning qiymati shundaki, ular oqimni kamaytiradi va shuning uchun bobindagi quvvat sarfini kamaytiradi.
Dizayner shuni yodda tutishi kerakki, sim o'lchagich lasanning magnitlanish kuchini aniqlaydi.Bu lasan dizaynining eng muhim parametridir.
NI mahsuloti ko'pincha bobinning "amper burilishlari" deb ataladi.
Qancha amper burilish kerak?
Chelik taxminan 2 Tesla to'yingan magnitlanishni namoyish etadi va bu qanchalik siqish kuchini olish mumkinligi bo'yicha asosiy chegarani belgilaydi.
Yuqoridagi grafikdan biz 2 Tesla oqim zichligini olish uchun zarur bo'lgan maydon kuchi har bir metr uchun taxminan 20 000 amper-burilish ekanligini ko'ramiz.
Endi, odatiy Magnabend dizayni uchun, po'latdagi oqim yo'li uzunligi metrning 1/5 qismini tashkil qiladi va shuning uchun to'yinganlikni hosil qilish uchun (20,000/5) AT kerak bo'ladi, ya'ni taxminan 4,000 AT.
Magnit bo'lmagan bo'shliqlar (ya'ni rangli ish qismlari) magnit zanjirga kiritilganda ham to'yingan magnitlanishni saqlab turish uchun bundan ko'proq amperli burilishlarga ega bo'lish yaxshi bo'lar edi.Biroq, qo'shimcha amperli burilishlarni faqat quvvatni yo'qotish yoki mis sim yoki har ikkalasi uchun katta xarajat bilan olish mumkin.Shunday qilib, murosaga kelish kerak.
Odatda Magnabend konstruksiyalarida 3800 amper burilish hosil qiluvchi lasan mavjud.
E'tibor bering, bu raqam mashinaning uzunligiga bog'liq emas.Agar bir xil magnit dizayn turli xil uzunlikdagi mashinalarda qo'llanilsa, bu uzunroq mashinalarda qalinroq simlarning kamroq burilishlariga ega bo'lishini ta'minlaydi.Ular ko'proq umumiy oqimni tortib oladilar, lekin bir xil amper x burilish mahsulotiga ega bo'ladilar va uzunlik birligi uchun bir xil siqish kuchiga (va bir xil quvvat sarfiga) ega bo'ladilar.
Ish aylanishi
Ish aylanishi tushunchasi elektromagnit dizaynining juda muhim jihati hisoblanadi.Agar dizayn zarur bo'lgandan ko'ra ko'proq ish aylanishini ta'minlasa, bu optimal emas.Ko'proq ish aylanishi, o'z-o'zidan, mis simga ko'proq ehtiyoj bo'lishini (nasosida yuqori xarajat bilan) va/yoki kamroq siqish kuchiga ega bo'lishini anglatadi.
Eslatma: Yuqori ish aylanishi magniti kamroq quvvat sarfiga ega bo'ladi, ya'ni u kamroq energiya sarflaydi va shuning uchun ishlash arzonroq bo'ladi.Biroq, magnit faqat qisqa vaqt davomida yoqilganligi sababli, ishlashning energiya narxi odatda juda kam ahamiyatga ega deb hisoblanadi.Shunday qilib, dizayn yondashuvi bobin sargilarini haddan tashqari qizib ketmaslik nuqtai nazaridan imkon qadar ko'proq quvvat sarfiga ega bo'lishdir.(Bu yondashuv ko'pchilik elektromagnit dizaynlar uchun keng tarqalgan).
Magnabend taxminan 25% nominal ish aylanishi uchun mo'ljallangan.
Odatda egilish uchun atigi 2 yoki 3 soniya kerak bo'ladi.Ish qismi qayta joylashishi va keyingi egilishga tayyor holga keltirilgach, magnit yana 8-10 soniya davomida o'chiriladi.Agar ish aylanishining 25% dan oshib ketgan bo'lsa, oxir-oqibat magnit juda qizib ketadi va termal ortiqcha yuk o'chib ketadi.Magnit shikastlanmaydi, lekin uni qayta ishlatishdan oldin taxminan 30 daqiqa sovishini kutish kerak.
Daladagi mashinalar bilan ishlash tajribasi shuni ko'rsatdiki, 25% ish aylanishi odatiy foydalanuvchilar uchun juda mos keladi.Darhaqiqat, ba'zi foydalanuvchilar kamroq ish aylanishi hisobiga ko'proq siqish kuchiga ega bo'lgan mashinaning ixtiyoriy yuqori quvvatli versiyalarini talab qilishdi.
Bobinning ko'ndalang kesimi maydoni
Bobin uchun mavjud bo'lgan tasavvurlar maydoni o'rnatilishi mumkin bo'lgan mis simning maksimal miqdorini aniqlaydi. Mavjud maydon zarur bo'lganidan ko'p bo'lmasligi kerak, kerakli amper burilishlari va quvvat sarfiga mos keladi.Bobin uchun ko'proq joyni ta'minlash muqarrar ravishda magnitning hajmini oshiradi va po'latdagi oqim yo'lining uzunligini oshiradi (bu umumiy oqimni kamaytiradi).
Xuddi shu argument dizaynda qanday bo'shliq bo'lishidan qat'i nazar, u har doim mis sim bilan to'la bo'lishi kerakligini anglatadi.Agar u to'liq bo'lmasa, demak, magnit geometriyasi yaxshiroq bo'lishi mumkin edi.
Magnabend siqish kuchi:
Quyidagi grafik eksperimental o'lchovlar orqali olingan, ammo u nazariy hisob-kitoblarga juda mos keladi.
Siqilish kuchini quyidagi formula bo'yicha matematik tarzda hisoblash mumkin:
F = Nyutondagi kuch
B = Teslasdagi magnit oqim zichligi
A = m2 da qutblar maydoni
µ0 = magnit o‘tkazuvchanlik doimiysi, (4p x 10-7)
Misol uchun biz 2 Tesla oqim zichligi uchun siqish kuchini hisoblaymiz:
Shunday qilib, F = ½ (2)2 A/µ0
Birlik maydoni (bosim) ustidagi kuch uchun formulada "A" ni tushirishimiz mumkin.
Shunday qilib, Bosim = 2 / µ0 = 2 / (4p x 10-7) N / m2.
Bu 1 590 000 N/m2 ga chiqadi.
Buni kilogramm kuchga aylantirish uchun uni g (9,81) ga bo'lish mumkin.
Shunday qilib: Bosim = 162,080 kg / m2 = 16,2 kg / sm2.
Bu yuqoridagi grafikda ko'rsatilgan nol bo'shliq uchun o'lchangan kuchga juda mos keladi.
Ushbu ko'rsatkichni mashinaning qutb maydoniga ko'paytirish orqali ma'lum bir mashina uchun umumiy siqish kuchiga osongina aylantirilishi mumkin.1250E modeli uchun qutb maydoni 125(1,4+3,0+1,5) =735 sm2.
Shunday qilib, umumiy, nol bo'shliq, kuch (735 x 16,2) = 11,900 kg yoki 11,9 tonna bo'ladi;magnit uzunligi metriga taxminan 9,5 tonna.
Oqim zichligi va qisish bosimi to'g'ridan-to'g'ri bog'liq bo'lib, ular quyida ko'rsatilgan:
Amaliy siqish kuchi:
Amalda bu yuqori siqish kuchi faqat kerak bo'lmaganda (!), ya'ni yupqa po'latdan yasalgan buyumlarni egishda amalga oshiriladi.Rangli ish qismlarini bükme paytida kuch yuqoridagi grafikda ko'rsatilgandek kamroq bo'ladi va (bir oz qiziq), qalin po'latdan yasalgan buyumlarni egishda ham kamroq bo'ladi.Buning sababi shundaki, o'tkir egilish uchun zarur bo'lgan siqish kuchi radiusli egilish uchun zarur bo'lganidan ancha yuqori.Shunday qilib, egilish davom etayotganda, qisqichning old tomoni biroz ko'tariladi va bu ish qismini radius hosil qilishiga imkon beradi.
Hosil bo'lgan kichik havo bo'shlig'i siqish kuchining ozgina yo'qolishiga olib keladi, ammo radius egilishini hosil qilish uchun zarur bo'lgan kuch magnitlangan siqish kuchiga qaraganda keskinroq kamaydi.Shunday qilib, barqaror vaziyat yuzaga keladi va qisqich qo'yib yubormaydi.
Yuqorida tavsiflangan narsa, mashina qalinligi chegarasiga yaqin bo'lganda, bükme rejimidir.Agar yanada qalinroq ish qismini sinab ko'rsa, albatta, qisqich ko'tariladi.
Ushbu diagramma shuni ko'rsatadiki, agar qisqichning burun qirrasi o'tkir emas, balki biroz radiuslangan bo'lsa, qalin egilish uchun havo bo'shlig'i kamayadi.
Haqiqatan ham shunday va to'g'ri ishlab chiqarilgan Magnabend radiusli qirrali qisqichga ega bo'ladi.(Radiuslangan qirrasi ham o'tkir qirraga nisbatan tasodifiy shikastlanishga kamroq moyil bo'ladi).
Burilish buzilishining chegaraviy tartibi:
Agar juda qalin ishlov beriladigan buyumda egilishga urinilsa, mashina uni egilmaydi, chunki qisqich shunchaki ko'tariladi.(Yaxshiyamki, bu dramatik tarzda sodir bo'lmaydi; qisqich jimgina qo'yib yuboradi).
Biroq, agar bükme yuki magnitning egilish qobiliyatidan bir oz kattaroq bo'lsa, odatda egilish taxminan 60 gradusgacha davom etadi va keyin qisqich orqaga siljiy boshlaydi.Ushbu nosozlik rejimida magnit faqat ish qismi va magnitning to'shagi o'rtasida ishqalanish hosil qilish orqali bilvosita egilish yukiga qarshi tura oladi.
Ko'tarilish va siljish natijasida yuzaga kelgan nosozlik o'rtasidagi qalinlik farqi odatda unchalik katta emas.
Ko'tarilishning ishlamay qolishi ish qismining qisqichning old chetini yuqoriga qarab ushlab turishi bilan bog'liq.Qisqichning old chetidagi siqish kuchi asosan bunga qarshilik qiladi.Orqa qirrada qisish kam ta'sir ko'rsatadi, chunki u qisqich burilish joyiga yaqin joylashgan.Aslida, bu ko'tarilishda qarshilik ko'rsatadigan umumiy siqish kuchining faqat yarmi.
Boshqa tomondan, sirpanish umumiy siqish kuchi bilan qarshilik ko'rsatadi, lekin faqat ishqalanish orqali, shuning uchun haqiqiy qarshilik ish qismi va magnit yuzasi orasidagi ishqalanish koeffitsientiga bog'liq.
Toza va quruq po'lat uchun ishqalanish koeffitsienti 0,8 ga teng bo'lishi mumkin, ammo soqol mavjud bo'lsa, u 0,2 ga teng bo'lishi mumkin.Odatda bu o'rtasida shunday bo'ladiki, egilish buzilishining chekka rejimi odatda sirpanishdan kelib chiqadi, ammo magnit yuzasida ishqalanishni oshirishga urinishlar foydasiz deb topildi.
Qalinligi sig'imi:
Kengligi 98 mm va chuqurligi 48 mm bo'lgan va 3800 amperli burilish bobini bo'lgan E tipidagi magnit tanasi uchun to'liq uzunlikdagi bükme sig'imi 1,6 mm.Ushbu qalinlik po'lat va alyuminiy qatlam uchun ham amal qiladi.Alyuminiy varaqda qisish kamroq bo'ladi, lekin uni egish uchun kamroq moment kerak bo'ladi, shuning uchun bu har ikki turdagi metall uchun o'xshash o'lchov hajmini beradigan tarzda kompensatsiyalanadi.
Belgilangan egilish qobiliyati bo'yicha ba'zi ogohlantirishlar bo'lishi kerak: Asosiysi, metall plitalarning oquvchanligi juda katta farq qilishi mumkin.1,6 mm sig'im oquvchanligi 250 MPa gacha bo'lgan po'lat va 140 MPa gacha bo'lgan alyuminiy uchun qo'llaniladi.
Zanglamaydigan po'latdan yasalgan qalinligi taxminan 1,0 mm.Bu sig'im boshqa metallarga qaraganda ancha past, chunki zanglamaydigan po'lat odatda magnit bo'lmagan va shunga qaramay, yuqori rentabellikga ega.
Yana bir omil - bu magnitning harorati.Agar magnit qizib ketishiga yo'l qo'yilsa, g'altakning qarshiligi yuqori bo'ladi va bu o'z navbatida kamroq amper burilishlari va pastroq siqish kuchi bilan kamroq oqim olishiga olib keladi.(Bu ta'sir odatda juda mo'tadil va mashinaning o'ziga xos xususiyatlariga mos kelmasligiga olib kelishi dargumon).
Nihoyat, agar magnit kesim kattaroq qilingan bo'lsa, qalinroq sig'imli Magnabends qilish mumkin edi.