Линейные электродинамические двигатели для приводов вибростендов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 658.14+621.975

ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ПРИВОДОВ ВИБРОСТЕНДОВ

И. Я. Шестаков, Е. Н. Фисенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: fisenkoen@sibsau.ru

Применение линейных электродинамических двигателей для приводов вибростендов позволило улучшить массогабаритные показатели и увеличить КПД по сравнению с линейными электромагнитными приводами.

Ключевые слова: линейные двигатели, вибростенды, привод.

LINEAR ELECTRODYNAMIC MOTORS FOR VIBRATION TABLE ACTUATORS

I. Y. Shestakov, E. N. Fisenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: fisenkoen@sibsau.ru

Applying linear electrodynamics motors for vibration table drives have improved mass performance and increased efficiency compared to linear electromagnetic actuators.

Keywords: linear motors, vibration table, gear.

Процесс производства деталей авиационной и космической техники немыслим без штамповки. Это обусловлено повышением производительности труда при одновременном повышении точности, снижение себестоимости изделия. Порядка 60-70 % всех деталей авиационной техники изготавливают именно методом штамповки.

Для штамповки в основном используются кривошипные прессы. Применение линейных двигателей в прессах и молотах позволяет непосредственно преобразовывать электроэнергию в кинетическую энергию прямолинейного движения инструмента, что существенно упрощает привод кузнечно-прессовых машин, повышает надежность оборудования, производительность листовой штамповки. Широко известно использование линейных электромагнитных двигателей в кузнечно-прессовых машинах.

Способы возбуждения вибраций

Способ возбуждения вибрации Возможность воспроизведения Характеристика вибрации

диапазона частот, Гц амплитуды гармоническ. вынуждающей силы, кН

до 10 от 10 до 100 от 100 до 1000 свыше 1000 до 0,1 от 0,1 до 1,0 от 1,0 до 10 свыше 10 гармоническая случайная

Электродинамический + ++ ++ ++ ++ ++ ++ + ++ ++

Электромагнитный + ++ - - ++ ++ + - + -

Механический ++ ++ - - ++ ++ + - + -

Гидроэлектрический + ++ - - ++ ++ ++ + + -

Гидромеханический ++ + - - ++ ++ ++ + + -

Пьезоэлектрический - - - ++ ++ - - - ++ -

Примечание: ++ достижимо для распространенных конструкций вибростендов и систем управления; + достижимо для отдельных конструкций; - недостижимо.

Высокое быстродействие обусловило применение линейных электродинамических двигателей в испытательных вибростендах, в радиоэлектронике и акустике в качестве возбудителей колебания звукового и инфразвукового диапазона (5.. .20 000 Гц).

Электродинамические испытательные вибростенды имеют наиболее универсальные характеристики (см. таблицу) [1].

Эти стенды характеризуются широким диапазоном частот и амплитудой силы. Используя специальное оборудование, в том числе замкнутую систему управления, на них можно осуществить все основные режимы виброиспытаний. На стендах большой мощности может быть создана гармоническая сила с амплитудой до 500 кН.

Решетнеескцие чтения. 2015

В настоящее время наибольшее распространение получили механические центробежные вибростенды с приводом от традиционных электродвигателей вращения. Обычно центробежные стенды имеют узкий диапазон частот (не выше 100 Гц), длинные кинематические цепи и сложные устройства регулирования ускорения.

Например, современная отечественная установка вибрационная механическая с 12 МВ 100/196 -1, предназначенная для виброиспытаний изделий массой до 100 кг, ускорением до 196 м/с2 в диапазоне частот 10...100 Гц, имеет в своей конструкции более 20 шестерен. Несмотря на свою сложность, механические стенды не могут воспроизводить вибрацию со случайными характеристиками и используются для испытаний устройств и аппаратуры, к надежности которых не предъявляется особо жестких требований.

Большое разнообразие задач, решаемых с помощью вибрационных стендов электродинамического типа, противоречивость отдельных требований не позволяют создать универсальную конструкцию и приводят к появлению особо сложных уникальных и дорогих стендов, вплоть до использования обмоток электродинамической машины, работающих в режиме сверхпроводимости, что позволяет значительно увеличить индукцию в рабочем зазоре и плотность тока в обмотке якоря.

Однако для массовых изделий чаще всего требуются виброиспытания средней степени сложности, производимые в настоящее время на механических вибрационных стендах. Вибрационный стенд на базе линейного электродинамического двигателя позволяет воспроизвести широкий диапазон частот колебаний, амплитуды вынужденной силы, гармонические и случайные вибрации, что невозможно получить на механических стендах.

Группой ученых Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева разработана серия линейных электродинамических машин, которая включает более 40 тысяч моделей [2-5]. Одна базовая модель из каждого типоразмера позволяет получить разные технические характеристики вибрационного стенда на базе линейного электродинамического за счет системы управления и применения схемы компоновки установки. С целью создания максимально простых и доступных вибростендов разработана конструктивная схема с простейшей механической подвеской стола [6]. Использование такой схемы позволяет при минимальных затратах проводить несложные испытания бытовой радиоаппаратуры и других изделий.

Характеристики механической установки 12 МВ 100/196 -1 могут быть достигнуты на базе ЛЭДД 2Л250Ь, причем масса такого стенда не превысит 500 кг, в отличие установки 12 МВ 100/196-1 массой 700 кг.

Таким образом, важнейшие достоинства вибростендов на базе линейных электродинамических двигателей следующие:

1) большие амплитуды вынуждающей силы;

2) широкий частотный диапазон испытаний;

3) малый коэффициент нелинейных искажений;

4) строгая направленность создаваемой вибрации;

5) воспроизведение вибрации различного типа (гармонической, случайной, по заданной программе).

Эти достоинства особенно важны для испытаний авиационной и космической техники.

Использование таких двигателей в кузнечно-прес-совых машинах позволяет, по сравнению с линейными электромагнитными двигателями, улучшить мас-согабаритные показатели, повысить КПД до 58-69 % против 9-37 %.

Для изготовления линейных электродинамических двигателей используются недорогие материалы: конструкционная сталь, алюминиевый сплав типа Д16 и медный провод.

Основные детали двигателя - это тела вращения, поэтому для изготовления двигателей не требуется специальное оборудование. Это свидетельствует о перспективе использования линейных электродинамических двигателей в авиационной и космической технике.

Библиографические ссылки

1. Линейные электродинамические двигатели. Конструирование. Практическое использование : монография / И. Я. Шестаков, А. И. Стрюк, А. А. Фадеев ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 148 с.

2. Патент № 2062168 Рос. Федерации, МКИ6 В2Ш/30. Способ управления работой электродинамического молота / А. И. Стрюк, С. А. Безъязыков, И. Я. Шестаков, О. Л. Шелковский. Опубл. 20.06.1996. Бюл. № 17.

3. Стрюк А. И., Шестаков И. Я. Установка электрообработки с линейным электродинамическим двигателем // Вестник СибГАУ. 2006. № 3 (10). С. 65-67.

4. А. с. № 544495. Электромагнитный молот / Пучков Е. И., Вяткин В. П., Васильев Н. Н. Заявл. 17.04.1974 (21) 201МКИ6 В 21 J 7/30, 1977.

5. Шестаков И. Я., Фисенко Е. Н., Ремизов И. А. Особенности работы электродинамического молота // Вестник СибГАУ. 2014. № 2 (54). С. 85-88.

6. Патент 2274525 РФ МПК В23Н 7/30. Электродинамический привод подачи инструмента / А. И. Стрюк, И. Я. Шестаков, А. А. Фадеев. № 2004128716/02 ; заявл. 27.09.2004 ; опубл. 20.04.2006. Бюл. № 11. 5 с.

References

1. Linear electrodynamic motors. Design. Practical use: monograph Shestakov I. Y., Struk А. I., Fadeev A.A., Siberian State Aerospace University, Krasnoyarsk, 2011, 148 р.

2. Struk А. I., Bezyazykov S. А., Shestakov I. Y., Shelkovskiy O. L. Sposob upravleniy rabotoy elektrodi-namicheskogo molota. [Method of operating electrodynamics hammer] Patent RF no. 2062168, МЮ6 B21J7/30 1996.

3. Struk А. I., Shestakov I. Y. Vectnik SibGAU. 2006, no 3 (10), p. 65-67.

4. А. s. №544495, МЮ6B 21 J 7/30, 1977 / Puchkov E. P., Vyatkin V. P. , Vasilev N. N.

5. Shestakov I. Y., Fisenko E.H., Remizov I. A. Vectnik SibGAU. 2014, no 2 (54), p. 85-88.

6. Struk А. I., Shestakov I. Y., Fadeev A. A. Elektrodynamicheckiy privod podachy instrumenta [Electrodynamic actuator tool]. Patent RF no. 2274525 RF МPК В23Н 7/30.

© Шестаков И. Я., Фисенко Е. Н., 2015