Динамическая эффективность однообмоточных электромагнитных ударных машин с различными рабочими циклами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

По регрессивным зависимостям, описывающим количество подаваемого воздуха в животноводческое помещение при работе трактора на дизельном топливе, природном газе и с установкой каталитического нейтрализатора получили следующие выражения в функциях времени, м3/ч:

Удт - -0,04т+ -I- 0,05т3 - 5,5т2 -I- 0,9Т + и,4 ; (14) - -0 ОЗг - 0 - : Зг: - 7:- 13 6; (15) 0™ = -0,011т" + 0,24т' - 1,57т2 + 2,541+4,9- (16)

Таким образом, одновременное применение в качестве топлива природного газа и каталитического нейтрализатора отработавших газов приводит к снижению уровней загрязнения атмосферы животноводческого помещения в 15,95 раза, что приводит к выполнению норм предельно допустимых концентраций.

УДК

Ключевые слова: линейный электромагнитный двигатель, ударная машина, динамические характеристики, механические аккумуляторы энергии.

Библиографический список

1. Лиханов В.А. Разработка и исследование инженерно-технических средств охраны труда и окружающей среды путем снижения токсичности и дымности отработавших газов трактора класса 6кН при эксплуатации в животноводческих помещениях: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.А. Лиханов. - Л.; Пушкин, 1982. -19 с.

2. Маликова Н.С. К вопросу совершенствования организации воздухообмена в животноводческом помещении / Н.С. Маликова // Механизация технологических процессов в животноводстве: сб. науч. тр. / Алтайский СХИ. — Барнаул, 1989. — С. 62-65.

3. Новоселов А.Л. Последствия эксплуатации дизелей в животноводческих помещениях в зимних условиях / А.Л. Новоселов // Соверш. технологии и средств ме-ханиз. сельскохоз. пр-ва: сб. науч. тр. — Новосибирск, 1986. — С. 128-131.

Анализ существующих ударных машин с импульсными линейными электромагнитными двигателями (ЛЭМД) подтверждает эффективность однообмоточных

621.313.3

К.М. Усанов, В.А. Каргин, И.В. Трубенкова

ДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОДНООБМОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УДАРНЫХ МАШИН С РАЗЛИЧНЫМИ РАБОЧИМИ ЦИКЛАМИ

конструкции с упругим возвратным элементом, например, пружиноИ (рис. 1а) [1]. Конструктивно схожеИ с рассматриваемыми является машина с пружинным и гравитационным накопителями, в котороИ рабочий ход обеспечивается деИствием сил тяжести якоря и деформированной электромагнитом пружины (рис. 1б) [2].

В настоящей работе приводятся полученные экспериментально результаты сравнительного анализа динамики рабочих циклов ударных машин, выполненных по конструктивным схемам (рис. 1). В качестве исследуемоИ физическоИ модели в эксперименте использован однообмоточ-ный импульсный ЛЭМД переносной удар-ноИ машины для погружения стержневых элементов в грунт [3].

В конструктивной схеме (рис. 1а) конечная скорость рабочего и возвратного движений якоря, определяющая энергетические показатели машины, существенно зависит от параметров питающего импульса напряжения и возвратной пружины, и они выбраны так, чтобы обеспечивалось равенство конечных скоростей якоря при рабочем и холостом ходах.

При проведении экспериментов и обработке результатов обеспечивалось вертикальное положение и неподвижность корпуса машины; неизменность характеристик питающего импульса напряжения и пружины; соответствие окончания и появления тока в обмотке моментам остановки якоря, совершающего рабочий или холостой ход.

На рисунке 1а мгновенные значения действующих на якорь результирующих

сил на рабочем fрх и холостом ходе f соответствуют выражениям

d Ч

/Р

РХ =

= /эм - fnp + т§ ;

fxx = т

^Че dt2

= fnp - mg '

(1) (2)

где /эм, /пр — сила электромагнитная и

пружины;

т — масса якоря;

д — ускорение свободного падения. В соответствии с рисунком 1б значение сил на этапе рабочего /рх и холостого

/х движений определяются с учетом (1)

и (2)

¡1 = /пР + т = /хх + т; (3)

/X = /эм - ¡пр - ^ = ¡рх - . (4)

V

а

■J

, Л-

8„

Sa

4

F

1 Э-li

k ,У

1

Г пр

V

V

mg

б

Рис. 1. Конструктивные схемы электромагнитных машин:

1 — устройство передачи энергии;

2 — комбинированный якорь-боек;

3 — металлический стержень; 4 — обмотка;

6 — пружина

d Ч

Значения ускорении ai = ^ 2 , скоростей vt и временных интервалов ti рабочего и возвратного движений определены следующим образом

а,

d2ô f

dt2

m

V+i =

t+i =

^2atAâ + (+i - V )

a

(5)

где i, I + 1 — номер участка на кривой силы, скорости.

Для наглядности сравнения и удобства дальнейшего анализа эффективности рассматриваемых машин результаты представлены в относительных единицах:

2

Г = 5/ 5б,

* V = V/Vб^'

* t = t/tб;

Р = Р / Рб

(6)

В качестве базисных величин приняты: рабочий ход якоря 5б, вес /б = mg, время tб и конечная скорость vб его свободного падения с высоты 56, мощность движения якоря рб = /б ■ ^б ■

Зависимости /*(t*) , V*(/*) , Р*(t*)

для интервалов холостого и рабочего ходов сравниваемых конструктивных схем ударных машин (рис. 1) представлены на

рисунках 2, 3.

б

Рис. 2. Динамические характеристики рабочего цикла машины: а — рабочий ход электромагнитом; б — холостой ход электромагнитом

Оценим динамическую эффективность интервалов цикла, реализуемых электромагнитом и пружиной. Сопоставим относительные значения действующих на якорь сил, значений механической мощности, диаграммы изменения скорости и относительные продолжительности рабочего и холостого ходов якоря (рис. 2, 3).

р*

*

0,1 0,2 0,3 0 Г 1рх А 0,

к ^ л

б

Рис. 3. Динамические характеристики рабочего цикла машины: а — рабочий ход пружиной; б — холостой ход пружиной

Динамические характеристики / (t ),

V (t ), Р (t ) рабочего и холостого ходов, реализуемых электромагнитом (рис. 2) или пружиной (рис. 3), схожи. Различия характеристик определяются сочетанием знаков слагаемых динамического усилия

!рх или согласно (1)-(4).

Диаграммы / *(t*), V*(t *) , Р* (t *) электромагнита (рис. 2) представлены двумя характерными участками. Начальные участки характеризуются неинтенсивным нарастанием параметров и занимают

почти половину интервала движения t

рх

или t . Конечные участки представлены интенсивным возрастанием величин и

а

имеют характерную форму остроконечных, с крутыми фронтами, импульсов.

J,* у * ,

При этом максимальные значения f (t )

п* / * \

или P (t ) не совпадают во времени и с моментом окончания хода якоря.

Вид рассматриваемых зависимостей объясняется инерционностью преобразования в электромагните электрической энергии в магнитную и накопления ее некоторого запаса в рабочих зазорах до начала движения якоря, а также возрастающим противодействием сил fM, fnp и mg результирующего динамического усилия /" и особенно f в соответствии с

иХ J XX

(4).

Для движения, реализуемого пружиной и определяемого соотношениями (2), (3),

зависимости f (t ), v (t ), P (t ) слабо нелинейны и монотонны (рис. 3).

Рабочий и холостой ход якоря с участием пружины всегда начинается действием максимального и постепенно убывающего усилия (рис. 3). При этом интенсивность

* / * \

изменения скорости v (t ) и мощности

г»* / * \

движения P (t ) не меньше, чем у электромагнита, и остается почти неизменной на всем ходе якоря, а максимальное зна-

v * Т~) *

чение показателей V и P соответствует моменту его остановки (удара). Это особенно заметно при рабочем ходе машины с пружинным и гравитационным накопителями, где движущее динамическое усилие обеспечивается согласным действием сил fnp и mg в соответствии с (3).

Сравнение характеристик рабочих ходов якоря (рис. 2), реализуемых по рисунку 1, показывает, что в машине с накопителями (рис.1б) максимальное усилие, конечная скорость якоря и мощность движения в 1,4; 1,2; 1,9 раза превосходит те же показатели для традиционной

схемы (рис. 1а), а продолжительность рабочего хода сокращается в два раза.

Таким образом, в машине (рис. 1б), где движение создается пружинным аккумулятором максимальным начальным и убывающим по ходу усилием при согласном действии составляющих fnp и mg,

рабочий ход представляется эффективным и предпочтительным в динамическом отношении. Изменение пространственного положения машины и согласное действие пружинного и гравитационного аккумуляторов позволяют без увеличения подводимой мощности повысить динамическое усилие и мощность рабочего движения якоря, сократить его продолжительность по сравнению с традиционной схемой (рис. 1а). Эта конструктивная схема может успешно применяться при создании ударных машин, питаемых от источников ограниченной мощности при повышенных требованиях к мощности и быстродействию при рабочем ходе якоря. При наличии фиксатора конструкция позволяет «хранить» энергию после зарядки механического аккумулятора и использовать ее, например, на объектах без электроснабжения.

Библиографический список

1. Ряшенцев Н.П. Электромагнитные прессы / Н.П. Ряшенцев, Г.Г. Уваров, А.В. Львицын. — Новосибирск: Наука; Сиб. отд-ние, 1989. — 216 с.

2. Усанов К.М. Линейный импульсный электромагнитный привод машин с автономным питанием: монография / К.М. Усанов, Г.Г. Угаров, В.И. Мошкин. — Курган: Изд-во Курганского гос. университета, 2006. — 284 с.

3. Усанов К.М. Силовая электромагнитная импульсная система для погружения стержневых элементов в грунт / К.М. Усанов, В.А. Каргин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. — 2005. — № 3. — С. 59-61.

+ + +