Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАТУШЕК ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Гурова Е.Г. 1 Петушкова А.Д. 1 Мельникова У.В. 1 Стрельникова Д.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»
В статье установлено, что влияние вибрации негативно сказывается на показателях как качества электрических машин, сооружений и аппаратов, так и на их системе автоматического управления в целом. В настоящее время наибольшее распространение получила виброизоляция, выполняемая в виде резинометаллических амортизаторов. Но установлено, что при снижении коэффициента жёсткости с целью уменьшения передаваемых динамических усилий увеличиваются относительные перемещения двигателей внутреннего сгорания и сочленяемого с двигателем оборудования. При этом установлено, что у виброизоляторов с «плавающим» участком нулевой жёсткости отсутствует данный недостаток, а применение виброизолирующих устройств типа электромагнитного компенсатора жесткости является наиболее перспективным методом снижения уровней вибрации при различного рода характере нагрузки. В работе рассмотрена методика расчета электромагнитов постоянного тока, подходящих под конструкцию компенсатора жесткости.
вибрация
виброизоляция
коэффициент жесткости
компенсатор жесткости
электромагнит постоянного тока
1. Зуев А. К. Основные положения теории виброизоляции произвольных пространственных колебаний // Снижение вибрации на судах: сб. науч. тр. / Новосиб. ин-т инженеров вод. трансп. – Новосибирск, 1991. – С. 4–17.
2. Гурова Е.Г. Виброизолирующая подвеска судовой энергетической установки с нелинейным электромагнитным компенсатором жесткости: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Новосибирск, 2008. – 22 с.
3. Гурова Е.Г. Виброизолирующие подвески транспортных энергетических установок с нелинейными электромагнитными компенсаторами жесткости. – 2012. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. – 156 c.
4. Сливинская, А.Г. Электромагниты и постоянные магниты: учеб. пособие; отв. ред. М.Г. Бородина. – М.: Энергия, 1972. – 248 с.
5. Гурова Е.Г. К применению супермагнитов в устройствах виброзащиты подвижного состава // Известия Транссиба. – Омск, 2013. – 5 с.

Использование мощных энергетических установок не только на производстве, но и на всех видах транспорта неизбежно приводит к возникновению вибрации. Вибрация отрицательно влияет на надежность, долговечность самих машин, на сооружения, аппараты, в которых они установлены, а также на системы автоматического управления. Нередко, что вибрация является одной из причин аварий. Наиболее остро проблема виброзащиты стоит в автомобилестроении, судостроении, где в качестве энергетических установок используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Низкочастотные колебания, создаваемые ДВС, наиболее вредны для человека, вызывая различные заболевания. Поэтому на сегодняшний день борьба с механическими колебаниями (вибрацией) является одной из важнейших задач.

Результаты исследования и их обсуждение

Существует множество способов уменьшения вибрации – это динамическое уравновешивание двигателей, применение динамических гасителей колебаний, активные виброзащитные системы с дополнительным источником вибрации и т.д. Наибольшее распространение получила виброизоляция, выполняемая в виде резинометаллических амортизаторов. Однако, отличаясь простотой и надёжностью, такие виброизоляторы малоэффективны, так как снижение их коэффициента жёсткости с целью уменьшения передаваемых динамических усилий приводит к увеличению относительных перемещений ДВС и сочленяемого с двигателем оборудования. Этого недостатка лишены виброизоляторы с «плавающим» участком нулевой жёсткости. Применение виброизолирующих устройств с плавающим участком нулевой жёсткости [1] является наиболее перспективным методом снижения уровней вибрации, принцип действия которых изображен на рис. 1.

В таких виброизоляторах параллельно упругим элементам включены перестраивающиеся компенсаторы жёсткости, имеющие падающую силовую характеристику (отрицательный коэффициент жёсткости) (рис. 2).

pic_10.tif

Рис. 1. Силовая характеристика перестраивающегося виброизолирующего механизма

pic_11.wmf

Рис. 2. Характеристика виброизолятора с компенсатором жесткости: 1 – упругого элемента; 2 – компенсатора жесткости; 3 – виброизолятора

На сегодняшний день разработано большое количество конструкций компенсаторов, однако они не отвечают современным требованиям виброизоляции. Из известных наиболее эффективным следует считать электромагнитный компенсатор жёсткости (ЭКЖ) [2, 3], так как он наиболее полно отвечает требованиям идеальной виброизоляции как при постоянных по величине, так и при произвольно меняющихся нагрузках. Конструктивно ЭКЖ – два встречно включенных электромагнита, обеспечивающих устройству падающую силовую характеристику, что позволяет корректировать жёсткость виброизолятора в целом. На основе [2, 3, 4] можно изготовить виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости с учетом описанной специфики. Для этого сделаем вывод методики для расчета катушек электромагнитов постоянного тока, подходящих под конструкцию компенсатора жесткости. На рис. 3 изображена катушка электромагнита постоянного тока с заданными параметрами намотки: Rвн – внутренний радиус катушки, см; Rвитка – радиус витка, см; Rвнеш – внешний радиус катушки, см.

pic_12.wmf

Рис. 3. Модель катушки электромагнита постоянного тока

Для расчета катушки электромагнита постоянного тока зададимся исходными параметрами [4, 5]: dпров – диаметр витка, см; Nвитков – количество витков; ∑lвитков – суммарная длина витков, см.

Для расчета одной катушки электромагнита постоянного тока представим зависимость

Nвитков∙dпров = 2π∙Rвн. (1)

Из формулы (1) получим

gurova014.wmf (2)

Длина одного витка рассчитывается по формуле

gurova015.wmf (3)

Радиус витка определяется из выражения

gurova016.wmf (4)

Для расчёта площади, занимаемой катушкой, определим радиус и длину средней линии:

Rср.линии = Rвитка + Rвн; (5)

lср.линии = 2π∙Rср.линии. (6)

Общая площадь определяется по формуле

S = π∙R2. (7)

Пусть заданы параметры

dпров = 0,0425 см;

Nвитков = 2100;

∑lвитков = 12500 см.

Основываясь на формулах (1)–(7), проведем расчет катушки электромагнита постоянного тока:

gurova017.wmf

gurova018.wmf

gurova019.wmf

gurova020.wmf

gurova021.wmf

S = 2,82 см2.

Заключение

Представленные методика и расчет катушек электромагнитов будут использованы при проектировании макета виброизолятора с электромагнитным компенсатором жесткости, применение которого позволит максимально снизить уровни вибрационных колебаний на транспортных средствах и производствах.

Рецензенты:

Алиферов А.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой автоматизированных электротехнологических установок (АЭТУ), НГТУ, г. Новосибирск;

Щуров Н.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой электротехнических комплексов (ЭТК), НГТУ, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 05.08.2014.


Библиографическая ссылка

Гурова Е.Г., Петушкова А.Д., Мельникова У.В., Стрельникова Д.М. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАТУШЕК ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-7. – С. 1422-1424;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35077 (дата обращения: 23.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074