Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

DETERMINATION OF THE OPTIMAL PARAMETERS OF THE COILS OF THE ВС ELECTROMAGNETS OF THE VIBROISOLATING DEVICES

Gurova E.G. 1 Petushkova A.D. 1 Melnikova U.V. 1 Strelnikova D.M. 1
1 Novosibirsk state technical university
The article found that the influence of vibration adversely affects the quality indicators as electrical machinery, structures and devices, and their automatic control system as a whole. Currently, the most widespread vibration isolation performed as rubber shock absorbers. But found that by reducing the stiffness in order to reduce transmission of dynamic forces, increase the relative displacement of the internal combustion engine and the motor-connector to the equipment. It was found that the vibration isolators with a «floating» portion zero stiffness absent this shortcoming, and the use of anti-vibration devices, such as electromagnetic compensator stiffness is the most promising way to reduce vibration levels under various types of load character. The paper discusses the methodology calculation DC electromagnets suitable for compensator design rigidity.
vibration
vibration isolation
rigidity
rigidity compensator
direct current electromagnet
1. Zuev A.K. Basics of the theory of vibration isolation arbitrary spatial oscillations // Reduced vibration on ships: Sat scientific. tr. / Novosibirsk Institute of water transport engineers. Novosibirsk, 1991. pp. 4–17.
2. Gurova E.G. Antivibration suspension ship power plant with nonlinear electromagnetic compensator stiffness: abstract dis. Candidate. tehn. Science. Novosibirsk, 2008. 22 p.
3. Gurova, E.G. Resilient suspension transport power plants with nonlinear stiffness electromagnetic compensators 2012. NSTU Publisher: Novosibirsk, 2012. 156 p.
4. Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets: Textbook. Manual; executive editor M.G. Borodina. M.: Energy, 1972. 248 p.
5. Gurova E.G. To use Supermagnets in vibration protection devices of rolling stock // Proceedings of the Trans-Siberian. Omsk, 2013. 5 p.

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.