CC BY
20
УДК 622.232
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА И ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАБОЧЕГО ОРГАНА ВИБРОТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
А. И. Афанасьев, А. А. Чиркова
В pawrrc приводился рслттьтаты исследований мапштно-нндукционных нмпутсных двигателей. прсд-намиги>пш.гл дли inrfiporpdncnopniMX млншн.
Эксперимент!j показали, что с увеличением движущего импульса уменьшается относительный «лек-тромехлдичсскнП импульс т. с. снижаете« КПД и эффективность работы двигателя. Эксперимен-
тально установлено, что некоторые лннжушне нмпульсы наг, яку гея «алннными» и »момент начала возврата рабочего орпшв к положению равновесия превращаю гея в тормошые (усилие направлено навстречу еюиростп), существенно снижая КПД машины. Поэтому длительность двнжушеги импульса, зависящую от величины ии.чу кг ипмтли катушки и емкости конденсаторов, следует согласовывать с периодом собственных колебании ВТМ, т. с. параметрами динамической системы.
Ключевые сит', яибротранспортнме машины, электромеханический импульс, длительность движущего импульса, период собственных колебании.
Kesultx arc given of investigations of magnetic-induction Impulse engines, designed for vibrntranspon machines (VTM'i. Experiments showed llixt whh increasing of moving impulse relative electric-mechanical impulse is decreasing i.e. efficiency factor is decreased and efficiency operation of engine Experimentally it was established that some moving impulses are «long» and at the moment of returning of a working unit to equilibrium position they are turned into braking impulses (they are directed toward velocity) decreasing coefficient of useful operation of the machiuc greatly. So, the length of moving impulse depending он the magnitude of toil mductivit) and capacity of condensers, must be coordinated with the period of own oscillntions VTM. i.e. with parameters of dynamic system,
Key wonts vlbmiransport machines, electric-mechanical impulse, length of moving impulse, period of own oscillations.
Основы теории дипеГжмх электромагнитных двигателей, используемых в кпчествс привода в отбойных молотках, о вибротранспортных машинах и т. и„ были освоены в работах 11, 2, 3, 4], Новые электромагнитные линейные двигатели проект прокались ни основе теории подобия. Обоснованность выбора их рациональных параметров н режимов работы была подтверждена результатами экспериментальных исследований. Однако использовать в полном объеме предложенные методики для определения параметров млгнитно-иидукционных двигателей, имеющих накопитель энергии, затруднительно, гак как закон изменения тока в катушке существенно отличается от синусоидального и Зависит 01
параметров электрической части (емкости конденсаторов, геометрических параметров катушки и ма г н кто про вода), а также параметров динамической системы (массы рабочего органа, коэффициента жесткости) машины и хода «коря В процессе движения якоря происходи изменение потокосцепдения, рабочего зазора и индуктивности катушки, причем индуктивность нелинейно увеличивается при уменьшении рабочего затора. Аналитически рассчитать величину движущего импульса, необходимого для обеспечения заданной амплитуды колебаний якоря и связанного с ним рабочего органа вибротранспортных машин (ВТМ). не прслставляется возможным.
Результаты исоьлишк митаитподндукпноипоги двигателя вабратршаюртной miiumii-j
Импульс лвижушей силы F£j. il.c Эквива-леигния намагничивающая сила в. А.с.виток Врем» нарастаиш тока а<> максимума Л» мс Время импульса силы Л/, мс Относительный электромеханический импульс FM/Q^ Н.с/Л.свиток Расчетное арсмя достижения рабочим органом грайнсго положения /• мс
8.8 280 8 34 0,0314 46
13.9 465 12 50 0,0298 42
16,6 585 16 60 0,0284 44
21.4 790 26 68 0,0271 48
В данной работе рассматриваются машины с присоединенной массой, существенно большей, чем масса якоря, что характерно для ВТМ. Ход якоря в этих машинах (гриниуастся не больше половины длины кагушки. Исследования проводились на стенде, позволяющем изменять массу рабочего оргаии и якоре, гозффишкнг жесткости опор, величину движущего импульса. В ходе эксперимента фиксировались величина тока а катушке, время его протекания, отклонение рабочего органа от по-ложеиия равновесия, частота собственных колебаний, наложение якоря н момент подачи тока о катушку. Для замера этих параметров использовались соответствующие средства измерения, прошедшие поверку и тарирооку. В таблице приведены средние по пяти оны-гам рез>льтаты эксперимента импульсного двигателя.
Анализ результатов эксперимента показал, что с увеличением движущего импульса уменьшается относительный электромеханический импульс (FA//GJ, т. е. снижается КПД и эффективность работы двигателя. Объяснить это явление возможно, рассмотрев процесс движения рабочего органа при воздействии на него движущего импульса. Максимальное отклонение рабочего органа при воздействии на него импульса силы длительностью (0,1...0,2 5)7* (7" период собственных колебаний системы) зависит от формы импульса. Осциллограмма тока в катушке могнит-но-нндукпиониого двигателя имеет в первом приближении треугольную форму, следовательно, форма движущею импульса гакже близки к треугольной. Из осциллограммы вид-
но, что время нарастании тока до максимума вЗ.. 4 раза меньше времени уменьшения его до нуля, т. е. форма импульса является несимметричной. Движение системы следует рассматривать на двух этапах: на первом этапе движущее усилие (/*\) возрастает ло максимума за время /я, на втором - движу нее усилие уменьшатся до нуля
Учитывая, что рама экспериментальной установки жестко закреплена на фундаменте и ее масса в 15 раз больше массы рабочего органа, эквивалентную расчетную схему ВТМ можно представить в виде одномассо-boíI одиосвязиой системы. Потерями знергии в опорах (материале и соединениях деталей -парах трения) ввиду их относительно небольшой величины можно пренебречь. что не внесет существенной погрешности в расчеты
Дифференциальное уравнение дгнжеиия рабочего органа с якорем на цервам этапе имеет вид
тх = —-с*. (1)
где F0 - максимальное движущее усилие, Н; 1и - время нарастания движущего усилия до максимума, с; т - приведенная масса рабочего органа с якорем, кг; с - приведенная же-стхость динамической системы. Н/м. Используя начальные условия: 0, определяем постоянные коэффициенты решения уравнения (I), а затем при подстановке времени окончания первою этапа (f = 1щ) находим конечные условия первого этана. т е. начальные условия дв1гаснич системы на втором этапе:
Дифференциальное уравнение движения рабочего органа с якорем на втором этапе имеет ннд (отсчет времени ведется от tj
"М'тчЬ' 12)
где - длительность движущего импульса с.
Общее решение дифференциального уравнения (2) имеет вид
x.aAsuipi + Bcmpi-Di + N, £3) где р - чаептги собственных колебание дива-мнческон системы, рад/с.
Подставляя начальные условия второго этапа в уравнение (3), получим:
ÍA)
р'. ]
Максимальное отклонение рабочего органа от положения равновесия будет при х= 0. Из этого условия находится время движения рабочего органа до крайнего положения:
--!--0. (5)
К '.-К
Решая это трансцендентное уравнение, находим время (/.) движения рабочего органа до крайнего положения («мертвой» точки)
В таблице приведены результаты расчетов времени максимального отклонения рабочего органа по данным- частота собственных колебаний динамической системы ВТМ -6,6 Гц. приведенная жесткость - 48000 Н'м. Эти результаты показывают, что лвнжушие импульсы во 2-м. 3-м и 4-м опытах яаляклея «{длинными» (1J Движущие импульсы в момент начала возврата рабочего органа к положению равновесия превращаются в тормозные (усилие направлено навстречу скоро-
сти), существенно снижая КПД машины. Поэтому длительность движущего импульса, зависящую от величины индуктивности катушки и емкости конденсаторов, следует согласовывать с периодом собственных колебаний ВТМ. т. е. параметрами динамической системы. Это целесообразно производить путем подбора числа витков катушки, а затем корректировать величиной емкости конденсаторов.
Следует отметить, что при прочих равных условиях уменьшение времени движущего импульса приводит к снижению энергетической эффективности работы магиигио-ии> Аукционного двиппеля. При коротком импульсе и катушке протекает относительно большой ток. что приводит к значительному росту потерь в магнитопроводс и катушке.
Таким образом, из уравнения (5) можно по заданной частоте колебании рабочего органа ВТМ (периоде собственных колебаний) определить время движения рабочего органа до крайнего положения и. используя известные зависимости [1, 2, 3, 4, 5), выбрать два основных параметра магнитно-индукционного двигателя с источником питания - индуктивность катушки и емкость конденсаторов
Вывод. Длительность электромеханического импульса магшгтно-индутиониого двигателя должна составлять (0,75,. 1,0) четверти периода собственных колебаний динамической системы.
БИШЮГтФИЧВСКИЙ список
I. Вибрации в техник*: Справочник. Т. 6. Защита от вибрации н ударов / Под ред. К. В. Фролова. М.:Машиностроение, 198! 456с.
2- Импульсный Х»ектрома^нитныи привод"» / Подред ILH Ряшеииева. Новосибирск: Илу га, 1988. 163с
3. РяшаарЯН. П.. ТимошенкоЕ. М. Фрсукх А. В. Теория, расчет и конструирование эясктромипшт-кых мАлшн улпрного лсйсгяия. Новосибирск: Наука. 1970.231 с.
4. РхшенцелН. П., Мирошниченко Л. //. Введение в теорию зиергопреобраэояання энектроижг-шпных систем Новосибирск: Наука,! 987.157 с.
5. Электромагнитные импульсные еиюгчы / Паз ред. Н. П. ftancioicaa. Новосибирск: Наука. 1989. 176с.
