CC BY
13УДК 621.3
Халиков А.А. доктор технических наук, профессор, Ташкентский государственный транспортный университет,
Ташкент, Республика Узбекистан Ортиков М.С. PhD, доцент,
Ташкентский государственный транспортный университет,
Ташкент, Республика Узбекистан Khalikov A.A. Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent State Transport University, Tashkent, Republic of Uzbekistan Ortikov M.S. PhD, Associate Professor, Tashkent State Transport University, Tashkent, Republic of Uzbekistan E-mail: xalikov_abdulxak@mail.ru
Экспериментальные исследования и моделирования поля электромагнита
размагничивающего устройства Experimental research and simulation of the field of an electromagnet of a demagnetizing
device
Аннотация: В статье рассматриваются вопросы определения изменения индукции в зазоре между электромагнитом и рельсовой плетью, а также действие электромагнита на размагничивание рельсовой плети железнодорожного транспорта.
Abstract: The article discusses the issues of determining the change in induction in the gap between the electromagnet and the rail lash, as well as the effect of the electromagnet on the demagnetization of the rail lash of railway transport.
Ключевые слова: индукция; воздушный зазор; электромагнит; рельсовые плети; моделирование.
Keywords: induction; air gap; electromagnet; rail bars; modeling.
В работе была использована программа «ELCUT» для определения индукции в материале электромагнита, применённого в качестве элемента размагничивающего устройства для рельсовых плетей.
Целью работы является определение изменения индукции в зазоре между электромагнитом и рельсовой плетью, а также действие электромагнита на размагничивание рельсовой плети.
Распределение силовых линий магнитного поля в программе «ELCUT» для электромагнита и зазора показаны на рисунке 1а, а графики модуля нормальной и касательный компонент в зазоре представлены на рисунке 1б.
а)
V 1
/
и
V 1
1 ■г V
\
// / 1
1 / 1 V 1 < 1 \ V
V ч \ / V с'
и 1
1 1 /
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
б)
Рисунок 1 — Картина поля электромагнита размагничивающего устройства
На рисунке 2 представлены действия размагничивающего устройства на рельсовую плеть: где на 8а представлена намагниченная, а на 2б — размагниченная плеть разработанным устройством.
Распределение потоков на различных участках размагничивающего устройства, рассчитанное по программе «ELCUT», показывает неравномерное распределение индукции в зазоре, минимум которого приходится на середину окна электромагнита, то есть происходит центрированное размагничивание рельсовой плети [1-3].
Для экспериментального исследования динамических характеристик электромагнитов разработана математическая модель измерения. Для получения наглядных характеристик моделей использовался цифровой осциллограф RIGOL MSÜ1104Z и 16 (бит) таймер микроконтроллера PIC16F628, запрограммированный на работу с частотой от 5Гц до 25Гц.
в[Т]
г.0:П2е-003 1.ВТЭЗе-ООЗ 1.7225е-00Э 1.5652е-003 1.4078е-003 1.25G5=-DD3 1.0932е-003 9.3583с-004 7.7349е-004 6,2116e-004 4. 6382е-004
а) б)
Рисунок 2 — Действия разработанного устройства на размагничивание
рельсовой плети
С этой целью был разработан программный комплекс для исследования динамических характеристик электромагнитов. В комплексе программе ELCUT была рассчитана картина электромагнитного поля при разных величинах зазора между электромагнитом и рельсовой плетью. В пакете Matlab Simulink исследовались уравнения динамики электромагнитов. Математически это можно представить в виде линейной системы дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами: ток в катушке i, скорость движения и, изменение зазора между электромагнитом и рельсовой плетью. Для исследования динамических процессов использовалась система управления для подключения переменной нагрузки. Управление осуществлялась диодно-тиристорным и диодными модулями. Питание катушки управления производилась с помощью диодно-тиристорного преобразователя. Электромагниты имеют сечение S=55х55мм , коэффициент заполнения сечения сталью 0,9, зазор менялся в диапазоне от 10мм < S < 40мм, число витков
катушки ^=125, сопротивление катушки 0,0170м, начальная сила тяги электромагнита Г0=1,04Н, масса т=0,104кг.
В состав лабораторного стенда входит автоматический выключатель модульного типа. Этот выключатель используется для защиты от перегрузок в цепи управления.
На рисунке 3 показан лабораторный стенд (а) с внешним оборудованием и время включения и отключения на экране дисплея (б).
Рисунок 3 — Лабораторный стенд с внешним оборудованием(а) и время включения и
отключения на экране дисплея(б)
Время измерения определялось на 16 битном таймере, представленном на рисунке 4б.
Размер таймера от 0,52428 с шагом 8мкс, размер регистра 65536. Данные осциллограммы с программным приложением показаны на рисунке 4.
180 160 < 140 2 120 « 100 е2 80 60 40 20
==5у
> +
Ч-
5 Г
0
20
40
1сРаб.= 72 МС
60
80 100 Время, мс
Рисунок 4 — Временная характеристика тока
При измерениях считалось, что поле электромагнитов плоскопараллельное. Была также снята зависимость инверсной индуктивности катушки от зазора (рис. 5. а). Инверсная индуктивность катушки определяется как Г(6) = ¿_1(6). Согласно программе БЬСиТ и МайаЬ БтиНпк были получены значения энергии электромагнитного поля W=0,129Дж и Ь=1,033Гн при зазоре 6 = 10мм.
Рисунок 5 — Зависимость инверсной индуктивности катушки от зазора (а) и осциллограммы динамических характеристик (б)
Таким образом, с помощью цифрового осциллографа RIGOL MSO1104Z определены временные зависимости i(t), скорости v(t), изменения зазора S(t), а также изменения электромагнитных силы FM(t) и потокосцепления ^(t). Все эти динамические характеристики представлены на рисунке 6б в виде осциллограммы. Экспериментальные данные, полученные пакетом Matlab Simulink, совпадают с расчетом. Это говорит о правильности выбора допущений в процедуре расчета.
Список литературы
1. Халиков А.А., Ортиков М.С. Дефектоскоп для системы безопасности поезда на основе электромагнитных методов. // № mon.2021.09.02 от 18.09.2021 г. Тамбов: Консалтинговая компания Юком, — 2021. — 108 с.
2. Халиков А.А., Дефектоскопия многоцелевых конструкций с использованием метода ультразвукового резонанса. // UNIVERSUM: Технические науки: электрон. научн. журн. Раздел 04. Транспортное, горное и строительное машиностроение. — Москва — 2021. — № 10(91). — С. 47-51.
3. Халиков А.А., Ортиков М.С. Анализ коррозионного воздействия на рельсовые плети на железнодорожном транспорте. // International scientific research conference BELARUS. MINSK — 2022. 18 June. — 327-333 c.
