Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехника

Диссертационная работа:

Деревянко Константин Андреевич. Грузозахватные электрические аппараты с постоянными магнитами : ил РГБ ОД 61:85-5/3049

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
Введение
б

1. Анализ существующих грузозахватных электрических
аппаратов с постоянными магнитами ^

  1. Классификация ГЭАПМ 14

  2. ГЭАПМ с отпусканием груза за счет отрыва .. -^

  3. ГЭАПМ с отпусканием груза за счет временной нейтрализации магнитного потока постоянных магнитов ^

  4. ГЭАПМ с отпусканием груза за счет гашения магнитного потока постоянных магнитов в рабочем воздушном зазоре ^

  5. Оценка различных ГЭАПМ ^

  6. Выбор способа управления ГЭАПМ 24

  7. Выводы 35

2. Анализ устройств управления магнитным полем посто
янных магнитов ГЭАПМ
^7

  1. Классификация способов и устройств управления магнитным полем ферромагнитных материалов 37

  2. Устройства для намагничивания ^9

  3. Устройства для размагничивания 48

  4. Совмещенное устройство для намагничивания и размагничивания ^3

  5. Анализ устройств управления ^

  6. Вывод формулы для расчета емкости конденсаторной батареи 59

  7. Выводы ^

3. Рациональные соотношения в грузозахватных электри
ческих аппаратах с постоянными магнитами ^5

  1. Постановка задачи 65

  2. Вывод расчетных соотношений 6?

  3. Анализ конструктивных решений ГЭАПМ 84

  1. Вариант I 84

  2. Вариант П 97

  3. Вариант Ш Ю5

3.4. Оптимизация параметров ГЭАПМ ПI

  1. Оптимизация по минимальным массо-габаритным показателям 112

  2. Оптимизация по минимальным затратам на производство и эксплуатацию ИЗ

  3. Оптимизация по минимуму энергетического фактора И5

3.5. Разработка методики расчета Г2АДМ 120

  1. Расчет при оптимизации по минимуму энергетического фактора 120

  2. Расчет при оптимизации по минимуму затрат

на производство и эксплуатацию 125

  1. Расчет по допустимому перегреву 128

  2. Расчет ГЭАПМ с применением ЭВМ 129

3.6. Выводы 129

4. Переходные процессы в обмотке управления ГЭАПМ при

подключении ее к источнику напряжения 133

  1. Постановка задачи 133

  2. Выбор метода исследования 137

  3. Анализ параметров намагничивающей цепи .... 138

  4. Питание намагничивающей цепи от источника постоянного напряжения 145

  5. Питание намагничивающей цепи от источника синусоидального напряжения 146

Стр.

4.6. Питание намагничивающей цепи от конденсатор
ной батареи 148

4.7. Выводы .. 150

5. Разработка многостержневых грузозахватных электри
ческих аппаратов с постоянными магнитами и устрой
ств управления ими *53

5.1. Многостержневые ГЭАПМ 153

5.1.1. Многостержневой ГЭАПМ прямоугольной формы

на базе восьми круглых постоянных магнитов *53

  1. ГЭАПМ для стояночного тормоза перспективного вагона метро типа "И" 155

  2. Многостержневой ГЭАПМ прямоугольной формы на базе четырех квадратных постоянных магнитов 157

5.2. Устройства управления ГЭАПМ

  1. Устройства управления ГЭАПМ типа МПГ с питанием обмоток управления от конденсаторных батарей *60

  2. Устройства управления ГЭАПМ с питанием обмоток управления от сети постоянного напряжения *66

  3. Устройства управления ГЭАПМ типа МПГ с питанием от сети переменного трехфазного напряжения,с помощью которых на обмотку управления подается импульс постоянного напряжения ^&

  4. Устройства упарвления ГЭАПМ типа МПГ с питанием обмоток управления серией одно-полупериодных импульсов 181

Стр.

5.3. Вывода 186

Заключение 8?

Список литературы i89

Приложение I 204

Приложение П 214

Введение к работе:

Актуальность темы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г.г. и на период до 1990 г. поставлены задачи развития науки и техники, которые подчинены ускорению перехода экономики на путь интенсивного развития.

Рост производительности одновременно с облегчением труда является одним из важнейших условий осуществляемого нашей экономикой перехода на преимущественно интенсивный путь развития. Ведущую роль при решении этой задачи играют комплексная механизация и автоматизация производства, в основе которых все более весомой становится доля автоматических манипуляторов, которые способны быстро переналаживаться, обслуживать производство с изменяющимся характером технологических процессов.

Применение автоматических манипуляторов (промышленных роботов) с программным управлением позволяет исключить ручной труд на малоквалифицированных и монотонных работах, в тяжелых и вредных для человека условиях. Однако применение промышленных роботов возможно не на всех участках производства. Во многих производственных процессах останутся, например, традиционные краны, требующие - большой армии такелажных рабочих. Автоматизация этих процессов возможна при применении принципиально новых грузозахватных устройств.

Механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ, суточный объем которых в нашей стране превышает четверть миллиарда тонн [i] , является одной из важнейших проблем повышения эффетивности производства.

Задача в настоящее время поставлена таким образом, что необ-

ходимо более активно использовать достижение научно-технического прогресса, причем прежде всего на тех участках, где трудовые затраты особенно велики, К таким участкам в первую очередь относится сфера погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских (ПРТС) работ. И, хотя в этой области основная часть работ возложена на машины, даже остающаяся относительно малая доля немеханизированных работ требует огромных трудовых затрат.

Ускорение развития механизации и автоматизации ПРТС работ стало сегодня одним из непременных требований нормального функционирования всего народно-хозяйственного механизма. От этого в значительной мере зависит рост производительности труда и улучшение его условий, экономия ресурсов, эффективность использования производственных фондов. Решению этих задач подчинена реализуемая в одиннадцатой пятилетке одна из важнейших научно-технических программ.

Особое место в народном хозяйстве занимают изделия и детали из ферромагнитных материалов. Машиностроение, станкостроение, металлообрабатывающая и металлургическая промышленности, судостроение, автомобилестроение, тракторостроение, авиационная промышленность - вот далеко не полный перечень отраслей, где они являются основными.

Электрическими аппаратами, которые в настоящее время получили широкое применение для захвата и удержании при транспортирова-ни деталей и изделий из ферромагнитных материалов, являются грузоподъемные электромагниты. Они с успехом эксплуатируются в черной металлургии (для захвата и удержания при транспортировании скрапа, блюмов, слябов, листового и профильного проката) и в ряде других отраслей народного хозяйства.

Применение электромагнитов в качестве грузозахватных устройств предопределено рядом достоинств, которыми они обладают:

простота и быстродействие захвата и отпускания груза;

удобство работы с грузами различной формы;

дистанционность управления;

возможность регулирования усилия в определенных пределах;

способность электромагнитов работать в агрессивной среде и при относительно высокой температуре.

Известно, что электромагнит обладает способностью притягивать или удерживать ферромагнитные материалы только в том случае, если в его катушке протекает ток, В эксплуатации возможен обрыв питающего катушку электромагнита кабеля или случайное отключение питания, В этом случае происходит падение удерживаемого груза, что нередко приводит к поломке дорогостоящего оборудования. Из-за этого народное хозяйство несет большие убытки, так по данным ГИПРОМЕЗ Министерства черной металлургии [2] , эти убытки только на Череповецком металлургическом заводе составляют около миллиона рублей в год.

Рядом инструкций по технике безопасности категорически запрещается использование грузоподъемных электромагнитов, если вблизи находятся люди, что значительно сужает область их применения.

Устранение основного недостатка электромагнитов (пропадание удерживающего усилия при исчезновении питания) является актуальной задачей, так как позволит исключить поломки оборудования при их эксплуатации, а также значительно расширить область их применения. Появится возможность манипулировать практически со всеми изделиями, деталями из ферромагнитных материалов и, тем самым, создать захватные устройства, с помощью которых возможно решение поставленных выше задач.

Некоторые зарубежные фирмы (" V/CLCfcet uUX п и др.) применяющие электромагниты гарантируют безопасность при исчезновении питания [3] . Однако масса этих электромагнитов значительно увеличена из-за наличия аккумуляторных батарей, а также они имеют ограниченную продолжительность раооты, так как за 6-Ю ч батареи полностью разряжаются, а на зарядку их требуется 10-12 ч, т.е. создается ряд неудобств в эксплуатации.

Поиски путей радикального решения данного вопроса привели к применению в грузозахватных устройствах магнитотвердых материалов, способных запасать энергию магнитного поля. За счет этой энергии и происходит удержание груза рабочей поверхностью электромагнита в режиме, когда исчезает по той или иной причине ток в его катушке.

Краткий обзор грузозахватных электрических аппаратов с постоянными магнитами (ГЭАПМ). С 1951 года в нашей стране проводятся исследования, направленные на создание захватных устройств, использующих энергию постоянных магнитов [4] . Среди них следует выделить исследования, проводимые на заводе "Большевик" (Ленинград), в НИИТМАШе (Харьков, Ростов-на-Дону, Рязань), на заводе постоянных магнитов (Новочеркасск), в ЭНИИМСе, ОРГСТАНКОИНПРОМе (Москва), в Ленинградском инженерно-экономическом институте имени П. Тольятти, в ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина) (Ленинград), в ЦНЙИТСе (Ленинград, Хабаровск), на кафедре электрических аппаратов МЭИ (Москва), во ШЙИПТИ (Москва). Особо стоит отметить работы И.Г. 1"уляева в ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), в которых предложено оптимизировать постоянные магниты по максимуму полезной энергии [4] , а также работы А.Г. Сливинской, позволившие получить методику расчета оптимальных размеров постоянных магнитов [б] .

Современное состояние развития полупроводниковой техники,

- IU -

микроэлектроники и улучшение свойств магнитотвердых материалов позволяют создать грузозахватные устройства, удовлетворяющие предъявленным требованиям.

Известно грузозахватное устройство с управляемыми постоянными магнитами, предназначенное для захвата и удержания ферромагнитных грузов при их транспортировке [б] . Оно может быть также использовано для фиксации ферромагнитных деталей в заданном положении на операциях сборки судов, машин и т.д.

Ддановским металлургическим институтом совместно с Управлением ремонтных служб НИИ постоянных магнитов Производственного объединения "Магнит" Минвуза УССР разработан грузоподъемный безопасный магнитный захват, предназначенный для транспортирования ферромагнитных изделий (управление дистанционное) [7] .

В П.О. Точприбор г. Иваново внедрено грузозахватное приспособление с постоянными магнитами [ 8] , предназначенное для подъема и транспортирования прямоугольных плит размером не более 700x700 мм и толщиной от 2 до 30 мм, массой не более 85 кг, имеющих гладкую ровную поверхность, свободную от стружки и масла. Аналогичное устройство изготовлено и внедрено на Воронежском заводе горнообогатительного оборудования [9] .

Крымским ЇЇКТИ разработан и изготовлен магнитный захват для стальных листов и труб, который отделяется от захваченного груза с помощью рукоятки [io] .

В литературе рассмотрены грузозахватные устройства с постоянными магнитами [її, I2J , имеющие механизм автоматического управления магнитным потоком постоянных магнитов, несвязанный с электропитанием и работающий автономно за счет сил собственного веса деталей. Такие устройства внедрены на одном из предприятий г. Хабаровска, на Ленинградском Металлическом заводе им. ХХП Съезда КПСС и

- II -

Кировском заводе в г. Ленинграде.

Ряд ведущих фирм мира, таких как " Su/TlLtOfDO" (Япония),

" WCskonsin - (сша) , " James neifi Company Uc^

(Англия), " WUL^etDUK' (США) и другие [з] , проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию грузозахватных устройств с использованием энергии магнитотвердых материалов. На ряде фирм начато серийное производство таких грузозахватных устройств. Эти устройства не заменяют грузоподъемных электромагнитов и, вместе с тем, значительно расширяют область применения магнитных захватов. Благодаря их высокой надежности они найдут применение в автоматических линиях, промышленных манипуляторах, на участках, где работают люди.

Постановка задачи. Как показал проведенный обзор литературных и патентных источников [13 * 54], до настоящего времени не проводились комплексные исследования, направленные на оптимизацию технико-экономических показателей грузозахватных аппаратов с постоянными магнитами (ГЭАПМ), что в значительной степени затрудняет их проектирование.

В настоящее время отсутствует сколь-нибудь полный материал по систематизации ГЭАПМ и их классификации, отсутствует также инженерная методика расчета технико-экономических параметров ГЭАПМ.

Основным показателем, по которому оценивается степень совершенства ГЭАПМ, является его добротность (отношение максимального отрывного усилия к собственной массе ГЭАПМ), однако, при этом не учитываются затраты на его производство и эксплуатацию. У ГЭАПМ с электроимпульсным управлением, как правило, мощность потребляемой энергии на два-три порядка меньше установленной мощности источника питания, что создает определенные трудности при эксплуатации. Поскольку ГЭАПМ могут быть использованы практически во всех отраслях народного хозяйства, то условия их эксплуатации

разнообразны и требования, предъявляемые к ним, различны. В связи с этим выявилась необходимость в исследованиях, направленных на оптимизацию технико-экономических параметров с учетом особенностей эксплуатации и предъявляемых к современным ГЭАПМ требованиям. При этом следует рассмотреть во взаимосвязи с одной стороны технические параметры ГЭАПМ, материал постоянных магнитов, затраты на эксплуатацию и изготовление, с другой стороны - конкретные требования, предъявляемые к ГЭАПМ (минимальные затраты и габариты, минимальный энергетический фактор), т.е. необходимо разработать методику расчета ГЭАПМ, которая на стадии проектирования позволит иметь ясную картину, отображающую основные технико-экономические показатели.

Для управления магнитным полем ферромагнитных материалов, для различных цепей, в том числе и ГЭАПМ, используют энергию, накопленную в конденсаторных батареях, но до сих пор нет инженерной методики расчета оптимальной величины емкости конденсаторной батареи.

При разработке устройств управления ГЭАПМ практический и теоретический интерес представляет вопрос о выборе параметров намагничивающего импульса. При описании переднего фронта намагничивающего импульса исходят из того, что известна форма импульса магнитного потока намагничивающего поля, причем, она может быть описана элементарными функциями. Ввиду того,что процесс намагничивания происходит в нелинейных цепях, принятая методика не в полной мере отражает истинные процессы, происходящие при намагничивании ферромагнитных материалов. В связи с этим возникает необходимость провести теоретические исследования, направленные на получение уравнений, описывающих изменение намагничивающего тока во времени при намагничивании ферромагнитного материала в магнитном поле электромагнита при подаче на его обмотку импульса напряжения известной (прямоугольной, экспоненциальной, синусоидальной) формы.

-13-ІЙ основании изложенного можно сформулировать основные задачи настоящей работы:

1. Провести анализ и систематизацию существующих ГЭАПМ и
устройств управления ими.

  1. Провести исследования ГЭАПМ с целью получения расчетных соотношений для определения технико-экономических параметров.

  2. Провести анализ различных конструктивных вариантов ГЭАПМ.

  3. Экспериментально исследовать различные способы управления ГЭАПМ.

  4. Разработать инженерную методику расчета параметров ГЭАПМ с применением ЭВМ.

  5. Провести исследования переходных процессов в намагничивающей цепи ГЭАПМ при подаче на ее вход импульсов напряжения различной формы (прямоугольной, синусоидальной, экспоненциальной).

  6. Разработать перспективные ГЭАПМ и устройства управления ими.

Методы исследования. В настоящей работе применены теоретические и экспериментальные методы исследования.

Теоретические исследования проведены с использованием методов дифференциального и интегрального исчисления. Расчеты, связанные с оптимизацией параметров ГЭАПМ, проведены на ЭШ. При расчете токов в обмотках управления ГЭАПМ применены приближенные методы решения дифференциальных уравнений.

Экспериментальные исследования проводились на специальных установках с использованием современных измерительных средств.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net