Фундаментальные исследованияrae.ru
Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339«Перечень» ВАКИФ РИНЦ = 1,798

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАТУШЕК ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Петушкова А.Д. 1, Мельникова У.В. 1, Стрельникова Д.М. 1, Гурова Е.Г. 1
1Новосибирский государственный технический университет

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

Петушкова А.Д., Мельникова У.В., Стрельникова Д.М., Гурова Е.Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАТУШЕК ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ // Фундаментальные исследования. 2014. № 9. С. 1422-1424;
URL: https://fundamental-research.ru/article/view?id=35077 (дата обращения: 22.08.2026).