CC BY
15
УДК 621.928
В. И. Чарыков, А. А. Евдокимов, В. Н. Сажин
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЕЛИЧИНУ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В МЕЖПОЛЮСНОМ ПРОСТРАНСТВЕ СЕПАРАТОРА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
V. I. Charykov, A. A. Evdokimov, V. N. Sazhin A STUDY OF THE FACTORS DETERMINING THE MAGNITUDE OF THE MAGNETIC INDUCTION IN THE INTERPOLAR SPACE OF THE SEPARATOR
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация. Изложены результаты эксперимента, определяющего основные факторы, влияющие на степень очистки смазочно-охлаждающей жидкости в межполюсном пространстве сепаратора. Описана конструкция электромагнитной установки, которая позволяет очищать загрязненную смазочно-охлаждающую жидкость от металломагнитных частиц. Определено влияние основных независимых факторов, влияющих на магнитную индукцию в межполюсном пространстве сепаратора. Представлены результаты лабораторных исследований. Построены трехмерные поверхности отклика с различными вариантами значений факторов. Из их анализа определены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров электромагнитного сепаратора.
Ключевые слова: электромагнитный сепаратор; металло-магнитная частица; магнитная индукция; полиномиальная модель; смазочно-охлаждающая жидкость.
Виктор Иванович Чарыков
Victor Ivanovich Charykov доктор технических наук, профессор
Владимир Николаевич Сажин
Vladimir Nikolaevich Sazhin кандидат технических наук, доцент [email protected]
Введение. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) применяются для снижения температуры при обработке металлических поверхностей. Это позволяет улучшить качество обрабатываемых поверхностей, повысить стойкость используемого режущего инструмента и предотвратить их коррозию. Но в процессе эксплуатации в СОЖ могут попадать различные металлические примеси и микрофлора. А имея ту или иную степень загрязнения, они уже не могут справляться со своим функциями из-за снижения первоначальной эффективности. Это приводит к износу инструмента и снижению его точности, а, как следствие, снижению качества продукции.
Abstract. The results of the experiment determining the main factor affecting the degree of purification of the coolant in the interpolar space separator is presented. The design of electro-magnetic setting that allows you to clean contaminated metalworking fluid from metallomagnetic particles is described. The influence of the major independent factors affecting the magnetic induction in the pole area of the separator is described. The laboratory results of the research are presented. Three-dimensional response surfaces with different variants of factor values are plotted. From their analysis the optimal values of constructively-performanced parametres of electromagnetic separator are determined.
Key words: electromagnetic separator; metallomagnetic particle; magnetic induction; the coolant.
Александр Андреевич Евдокимов
Alexandr Andreevich Evdokimov
Поэтому очистка смазочно-охлаждающей жидкости в процессе работы обеспечивает высокое качество при минимуме временных и финансовых расходов. Эффективным способом очистки СОЖ считается использование электромагнитных сепараторов локального или мобильного типа.
В Курганской ГСХА разработан электромагнитный сепаратор для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей под условным названием УМС - 4М. Принцип его работы основан на создании в рабочей зоне магнитного поля с высоким градиентом магнитной индукции.
Целью работы является исследование факторов, определяющих величину магнитной индукции в рабочей зоне электромагнитного сепаратора.
Задачи исследования:
1 Установить основные факторы, влияющие на величину магнитной индукции в межполюсном пространстве сепаратора.
Вестник Курганской ГСХА № 2, 2016 Технические науки 79
2 Исследовать влияние основных факторов на величину магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора.
Материалы и методы. С целью изучения процесса очистки смазочно-охлаждающих жидкостей электромагнитным полем в лаборатории кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Курганской ГСХА была разработана и изготовлена установка электромагнитного сепаратора под условным названием УМС-4М (рисунок 1), которая защищена патентом РФ на изобретение № 2516608 и патентом РФ на полезную модель № 132740 [1; 2].
Рисунок 1 - Электромагнитный сепаратор УМС-4М
Электромагнитный сепаратор состоит из основания и опорных стоек, на которых установлен магнитный блок с желобом 2 и концентраторами магнитого поля 1 (рисунок 2). На нижней части рабочего канала (желоба) 2, выполненного из немагнитного материала (нержавеющая сталь, композитный материал и др.), закреплены полюсные наконечники 3, разделенные немагнитными вставками 4. Полюсные наконечники 3 позволяют создать неоднородное высокоградиентное магнитное поле с направленной магнитной силой. На полюсных наконечниках 3 закреплены сердечники 5, на которых расположены намагничивающие катушки 6. Магнитный поток замыкается концентратором магнитного поля 1. В верхней части электромагнитного сепаратора располагается загрузочное устройство 7, а в нижней части приемник 8. В ра-
После обработки результатов экспериментов было получено уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, описывающее их влияние на магнитную индукцию В (мТл) в межполюсном пространстве сепара-
бочем канале располагается концентратор магнитного поля 1, геометрическая форма которого соответствует прямоугольной форме рабочего канала (желоба) 2.
а
Рисунок 2 - Электромагнитный сепаратор: а - продольный разрез; б - сечение по А-А на рис 2а увеличено
В качестве метода исследования использовали метод активного планирования эксперимента.
Результаты исследований. На основании теоретических исследований и данных предыдущих опытов, проведенных с электромагнитными сепараторами, был сделан вывод, что на магнитную индукцию между полюсами в качестве варьируемых при определении оптимальных параметров сепаратора следует выбирать три основных фактора, приведенных в таблице.
тора. Для электромагнитного сепаратора, оснащенного концентратором магнитного поля, уравнение имеет следующий вид
Таблица - Уровни варьирования факторов
Факторы Напряжение питания электромагнита и, В Сечение ячейки концентратора /,, мм Диаметр проволоки концентратора б, мм
Верхний уровень (х = + 1) 135 3 1,25
Нижний уровень (х = - 1) 65 1 0,75
Основной уровень (х| = 0) 100 2 1
Звездная точка + а (х| = + 1,68) 159 3,7 1,42
Звездная точка - а (х| = - 1,68) 41 0,32 0,58
Интервал варьирования (Дх^ 35 1 0,25
В = -5,921 + 0,002^ +12,671/, +14,636^ + ' /ич
1 (1)
+ 0,00085^2 - 2,478/12 - 10,904^2.
Достоверность полученной полиномиальной модели оценивали с помощью Р-критерия Фишера. Рассчитанный критерий Фишера равен Грасч = 0,32, что меньше табличного = 4,68), и свидетельствует об адекватности полученной полиномиальной модели [3; 4].
После обработки данных и получения полиномиальной математической модели строим трехмерные поверхности отклика с различными вариантами значений факторов. Из их анализа определяли оптимальные значения конструктивно-режимных параметров электромагнитного сепаратора.
В виду того, что наиболее значительное уменьшение среднеквадратической ошибки происходит при увеличении числа повторностей до трех, то при проведении основного эксперимента ограничиваемся тремя повтор-ностями в каждом опыте [5].
На рисунках 3а, 36, 3е представлены поверхности отклика для В (х1, х2), В (х1, х3), В (х2, х3).
Анализ зависимости изменения магнитной индукции от напряжения и сечения ячейки при (х3 = 0) показывают (рисунок 3а), что при повышении напряжения повышается и магнитная индукция: при и = 60 В, В = 26 мТл, при и = 100 В, В = 45 мТл и сечение ячейки концентратора /1 = 2,0-3,0 мм2.
Анализ зависимости изменения магнитной индукции от напряжения и диаметра проволоки концентратора при (х2 = 0) показывают (рисунок 36), что при повышении напряжения повышается и магнитная индукция: при и = 60 В, В = 28 мТл, при и = 100 В, В = 48 мТл и диаметра проволоки концентратора д = 1,0-1,2 мм.
Анализ поверхности отклика (рисунок 3е) показывает, что наиболее подходящими вариантами сочетания факторов является: диаметр проволоки концентратора Ь = 1,0-1,2 мм и сечение ячейки концентратора /1 = 2,03,0 мм2 при (х1 = 0).
Рисунок 3 - Поверхности отклика:
а - характеризующая значение магнитной индукции в зависимости от напряжения, подаваемого на катушки намагничивания, и сечения ячейки концентратора;
б - характеризующая значение магнитной индукции в зависимости от напряжения, подаваемого на катушки намагничивания, и диаметра проволоки концентратора;
в - характеризующая значение магнитной индукции в зависимости от сечения ячейки и диаметра проволоки концентратора.
6
а
в
Вывод. Качество очистки смазочно-охлаждающей жидкости зависит от величины магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, а величина магнитной индукции зависит от конструкции концентратора магнитного поля. Концентратор следует изготавливать из провода диаметром 1,0-1,2 мм и сечением ячейки 2,0-3,0 мм2. Величина подводимого напряжения должна составлять 100 В.
Эффективность очистки, кроме величины магнитной индукции, зависит от длины установки, скорости движения СОЖ и расстояния, которое она должна преодолеть (расстояние от первоночального нахождения частицы до поверхности, на которой она оседает).
Список литературы
1 Пат. 2516608 Российская Федерация, МПК С1 В 03 С1 / 04. Электромагнитный сепаратор [Текст] / Зуев В. С., Чарыков В. И., Евдокимов А. А., Митюнин А. А., Копытин И. И. ;
заявитель и патентообладатель Курганская ГСХА. -№ 2012147153/03 ; заявл. 06.11.2012 ; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14. - 5 с. : ил.
2 Пат. 132740 Российская Федерация, МПК 111 В 03 С1 / 00. Установка электромагнитной сепарации [Текст] / Зуев В. С., Чарыков В. И., Евдокимов А. А., Митюнин А. А., Копытин И. И. ; заявитель и патентообладатель Курганская ГСХА. - № 2012147148/03 ; заявл. 06.11.2012 ; опубл. 27.09.2013, Бюл. № 27. - 5 с. : ил.
3 Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. - М. : Машиностроение; София : Техника, 1980. - 304 с.
4 Спиридонов А. А. Планирование экспериментов при исследовании технологических процессов. - М. : Машиностроение, 1981. - 184 с.
5 Статистические методы в инженерных исследованиях (лабораторный практикум) : учебное пособие / В. П. Бро-дюк [и др.]. - М. : Высшая школа, 1983. - 216 с.
