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).
Рис. 1. Силовая характеристика перестраивающегося виброизолирующего механизма
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.
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
(2)
Длина одного витка рассчитывается по формуле
(3)
Радиус витка определяется из выражения
(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:
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: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35077 (дата обращения: 16.08.2024).