Научная статья на тему 'Математическое моделирование в основе создания электромагнитного железоотделителя Усс - 5м2'

Математическое моделирование в основе создания электромагнитного железоотделителя Усс - 5м2 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
65
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОДЕЛИРОВАНИЕ / MODELING / ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ / ELECTROMAGNETIC FIELD / ОЧИСТКА / CLEANING / МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИМЕСИ / METALLIC IMPURITY

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Чарыков Виктор Иванович, Зуев Александр Андреевич, Копытин Игорь Иванович

В статье приведен пример математического моделирования процесса очистки сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей в неоднородном электромагнитном поле рабочей зоны железоотделителя УСС -5М2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Чарыков Виктор Иванович, Зуев Александр Андреевич, Копытин Игорь Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MATHEMATICAL MODELLING AS THE BASIS FOR CREATING OF ELECTROMAGNETIC IRON SEPARATOR USS - 5M2

The article considers an example of mathematical modeling of a cleaning process for bulky agricultural products from metallic impurity in a non-homogeneous electromagnetic field of the iron separator USS 5M2 operating filed.

Текст научной работы на тему «Математическое моделирование в основе создания электромагнитного железоотделителя Усс - 5м2»

менклатуры и диапазона типоразмеров прессового оборудования за счет сложившихся в технике потребностей в увеличении размеров, с одной стороны, и в миниатюризации используемых в изделиях деталей, с другой. Указанные тенденции определяют создание для целей привода прессового оборудования как микроэлектродвигателей, так и линейных электродвигателей большой мощности и соответствующих устройств питания и управления.

Мощные силовозбудительные установки. Совершенствование и создание новых технологий в технике в значительной степени связано с генерированием импульсов механической энергии со сверхвысокими параметрами в несколько миллионов килоньютонов и килоджоулей: погружение металлических трубчатых свай при морском строительстве, нефтяных и газовых платформ, активации продуктивного пласта, уплотнении грунта при выштам-повке котлованов, возбуждении акустических (сейсмических) волн при разведке полезных ископаемых, при физическом моделировании экстремальных техногенных и природных воздействий на объекты жизнедеятельности и т.д.

Низкочастотные возбудители. Необходимо продолжить исследования по совершенствованию и созданию новых низкочастотных (до 100 Гц) вибрационных и виброударных возбудителей для интенсификации процессов, обработки поверхностей, дезинтеграции, транспортировки и сепарации материалов и т.д.

Список литературы

1 Ряшенцев, Н. П. Основные направления и программа работ по

исследованию и созданию электромагнитных машин возвратно-поступательного действия ¡Текст]/Н. П. Ряшенцев, Е. М. Тимошенко // Труды межвузовской конференции по электрическим машинам ударного действия.- Новосибирск: 1967. - С.12-18.

2 Ряшенцев, Н. П. Электропривод с линейными электромагнитными

двигателями [Текст]/ Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров,

В. Н. Федонин, А. Т. Малов.- Новосибирск: Наука, 1981.- 150 с.

3 Тимошенко, Е. М. Ручные электромагнитные перфораторы.

Целесообразность разработки и производства [Текст]/ Е. М. Тимошенко, В. И. Попов, С. И. Кучанов // Инструментальный мир. - 2006.- №2(15), - С.5-10.

УДК 631.362

В.И. Чарыков, В.С. Зуев, И.И. Копытин ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева»

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛЯ УСС - 5М2

Аннотация. В статье приведен пример математического моделирования процесса очистки сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей в неоднородном электромагнитном поле рабочей зоны же-лезоотделителя УСС -5М2.

Ключевые слова: моделирование, электромагнитное поле, очистка, металлические примеси).

V.I. Charykov, V.S. Zuev, I.I. Kopytin

T.S. Maltsev Kurgan State Agricultural Academy

MATHEMATICAL MODELLING AS THE BASIS FOR CREATING OF ELECTROMAGNETIC IRON SEPARATOR USS - 5M2

Abstract: The article considers an example of mathematical modeling of a cleaning process for bulky agricultural products from metallic impurity in a non-homogeneous electromagnetic field of the iron separator USS - 5M2 operating filed.

Index Terms: modeling, electromagnetic field, cleaning, metallic impurity.

В настоящее время в большинстве случаев для решения научно-технических задач по созданию технических средств используются варианты математического моделирования.

Главнейшей составляющей такого метода разработки технических средств является математическая модель, создаваемая на основе классических законов естествознания и многократно апробированных закономерностей. В конечном итоге модель должна содержать уравнения динамики рабочих органов, массообмена веществ и аэродинамики потоков.

Если исходить из того, что при построении математической модели использовалась схема непрерывно-детерминированного подхода, то, как правило, математические модели должны формулироваться в виде дифференциальных уравнений, что позволяет исследовать различные режимы объекта.

«...Имеется лишь один точный способ представления законов - способ дифференциальных уравнений. Уравнения обладают тем преимуществом, что, во-первых, они фундаментальны, а во-вторых (насколько нам известно), точны...» [1].

Эффективность извлечения механических примесей из сыпучих сред зависит от свойств частиц (плотности, размера, формы, магнитной восприимчивости), а также от основных параметров сыпучей среды и характеристик силового поля.

Анализ основ теории, методов расчета и различных по принципу действия конструкций сепараторов показал

перспективность применения в их рабочих зонах силовых полей электромагнитной природы.

Нами разработан просыпной электромагнитный сепаратор под условным названием УСС-5М2. Электромагнитный сепаратор действуют по принципу отделения металлических примесей от основной составляющей сыпучего сельскохозяйственного продукта, в данном случае мясокостной муки, в процессе свободного падения в рабочей зоне устройства.

Математическое моделирование динамики частиц в электромагнитном сепараторе осуществляется в следующем порядке: составление математической модели и ее исследование на ПЭВМ, обработка и анализ результатов исследования.

Составление математической модели осуществляется с использованием известных законов и закономерностей механики твердого тела и электротехники.

В основу математической модели процесса отделения металлических частиц от сыпучих сельскохозяйственных продуктов положен непрерывно-детерминированный подход с использованием дифференциальных уравнений, отражающих движение металлической частицы в межполюсном пространстве (рабочей зоне) сепаратора.

В нее вложены зависимости: Fc - сила сопротивления движению частицы в рабочем слое; Fш - магнитная сила сепаратора и В - магнитная индукция в рабочей зоне установки. Эти три факторы оказывают существенное влияние на работу сепаратора.

Магнитная индукция в межполюсном пространстве электромагнитного сепаратора предлагаемой конструкции будет изменяться по экспоненциальному закону [2]:

(

B = Bmax - AB

d Л

1 - e

V У

где Вгтх - максимальное значение магнитной индукции, Тл; ВпП - минимальное значение магнитной индукции, Тл; - расстояние от точки измерения до полюса, м; бп -конструктивная постоянная.

На частицу при движении ее вдоль оси «ох» действуют две силы: Fмx - магнитная сила сепаратора и Fcх -сила сопротивления движению частицы.

^ = KKvрSv , (2)

где V- скорость частицы, м/с; р - плотность среды, кг/м3; Б - площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения, м2; Ку - коэффициент сопротивления, м/с; К - безразмерный коэффициент сопротивления [2].

FM = grad

B 2Vr

где Vr - объем частицы, м3

Vr 2

r • gradB ,

(3)

.. V„AB mx =

VoHdn

x 2 x

Вшпе dn +ABedn

- KKvpSv ^

^ mxc + KKvpSv = VrBmA • e" * + VríABi!. • e^

А С 8

VoHdn

/ \ j | fcxj

fcy

i т _1

._:

А' Г В'

Рисунок 1 - Принципиальная схема силового взаимодействия в электромагнитном сепараторе

После несложных преобразований, разделив на массу (т) и заменив V на х, получим:

х + = ¥ГЛБ(Бтт + ЛБ) _ Уг \_АББтт + 2(ЛБ)2 \^

т т^0(6)

Дифференциальное уравнение движения частицы по

(1) оси «оу» имеет вид:

my = mg -1 CySpvy ,

(7)

где

Дифференциальное уравнение движения частицы в магнитном поле вдоль оси х составим, исходя из принципиальной схемы работы магнитного сепаратора (рисунок 1).

Под действием этих сил частица будет двигаться в направлении по оси «ох». Если сила Fux > Fcx , то частица будет ускоренно двигаться по оси «ох» в направлении магнитного полюса.

Дифференциальное уравнение движения металлической частицы по оси «ох» будет иметь вид:

= fmx - Fcx. (4)

Подставляя в это уравнение значение сил Fux, Fcx и В, получим:

1 2 ¥у = 2Су^Ру , Су - безразмерный коэффициент сопротивления, определяемый обычно экспериментально и зависящий от формы тела и от того, как оно ориентировано при движении; vy - скорость движения тела, м/с;

р - плотность, воздушной среды, кг/м3; Б - площадь проекции тела на плоскость перпендикулярную направлению движения, м2.

Изменяя параметры рабочей зоны и магнитного поля, можно определить наиболее оптимальное условие очистки сухих сыпучих продуктов от металлических примесей.

Список литературы

1 Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике [Текст]/ Р. Фейнман,

Р. Лейтон, М. Сэндс.- М.: Мир, 1977. - 304 с.

2 Сумцов, В.Ф. Электромагнитные железоотделители [Текст]/

В. Ф. Сумцов. - М. : Машиностроение, 1981. - 212 с.

п

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8

91

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.9246:66.045.002.61

В.В. Иванов, И.А. Иванова

Курганский государственный университет

УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОРЦЕВОМ ШЛИФОВАНИИ

Аннотация. В статье рассматривается вопрос повышения точности обработки поршневых колец на торце-шлифовальных станках, путем выравнивания температурных полей станины охлаждающей жидкостью.

Ключевые слова: торцевое шлифование, точность, температурные поля.

V.V. Ivanov, I.A. Ivanova Kurgan State University

ACCURACY CONTROL OF COMPONENT PROCESSING IN END-FACE GRINDING

Abstract . The article considers the problem of improving accuracy of piston ring processing using end-face grinding machines by equalization of temperature fields of the bed by a cooling agent.

Index Terms: end-face grinding, accuracy, temperature patterns.

Введение

Процесс двустороннего шлифования торцем круга деталей типа поршневых колец наряду с высокой производительностью обладает повышенным выделением тепла, что приводит к тепловым деформациям станка. Вследствие этого взаимное расположение кругов в процессе шлифования изменяется, что приводит к потере качества обработки деталей. Исследованиями было доказано, что в процессе шлифования за счет разнонаправленного вращения шлифовальных кругов деталь не совершает вращательного движения. Вследствие этого изменение взаимного расположения кругов приводит к разнотолщиннос-ти деталей. Особенно негативно на точностные характеристики деталей влияет изменение положения кругов в вертикальной плоскости.

Изменение положения кругов в процессе работы станка вызывается неравномерным нагревом базовых узлов станка, в частности станины. Выравнивание температурных полей станины позволит свести к минимуму изменение взаимного расположения кругов в процессе шлифования и, следовательно, повысить точность обработки.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анализ температурных полей станка показал, что основным источником неравномерного нагрева станины является охлаждающая жидкость, которая циркулирует в системе «индивидуальный бак охлаждения - станок». Особенности подачи охлаждающей жидкости в зону шлифования через отверстия в шпиндельных бабках и дальнейшее удаление самотеком из зоны шлифования приводят к тому, что наиболее нагретой в процессе работы станка является верхняя часть станины.

Были проведены исследования изменения взаимного расположения кругов в процессе шлифования промышленных партий поршневых колец. Испытания проводились

на различных режимах шлифования. В процессе испытаний регистрировалась мощность процесса шлифования, температура охлаждающей жидкости, взаимное расположение кругов в вертикальной плоскости. Изменение кругов в вертикальной плоскости оценивалось как по разнотол-щинности колец, так и по взаимному расположению кругов, измеряемому при коротких остановках работы станка.

Управление точностью обработки поршневых колец В процессе исследований были получены следующие математические модели: изменения температуры жидкости индивидуального бака охлаждения, изменения взаимного расположения кругов от избыточной температуры жидкости в баке охлаждения.

Анализ изменения температуры в индивидуальном баке показал, что бак можно считать интегрирующим звеном с замедлением, если входным воздействием считать мощность процесса шлифования, а выходной характеристикой - изменение температуры жидкости.

W6 (p) :=

Кб

Р ■ (t6 ■ P + 1) ,

(1)

где Кб и ^ определяются конструктивными особенностями и объемом жидкости в баке. Для бака объемом 4м3 Кб = 1,21 квт/град , ^ = 1,25 час.

Анализ изменения взаимного расположения кругов в вертикальной плоскости показал, что шлифовальный станок является апериодическим звеном I порядка, если входным воздействием считать температуру охлаждающей жидкости, а выходной характеристикой - изменение взаимного расположения кругов в вертикальной плоскости.

WCT ( р) :=

К

CT

tcT ■ р + 1

(2)

Экспериментально полученными значениями являются Кст = 0,006 мм/град , = 2,5 часа.

Наименее нагретыми оставались боковые стенки станины. Выравнивание температурных полей станины было принято обеспечить дополнительным нагревом боковых стенок станины.

Были проведены исследования изменения взаимного расположения кругов в вертикальной плоскости под действием дополнительного подогрева боковых стенок станины.

Дополнительный нагрев боковых стенок станины показал, что изменение взаимного расположения кругов происходит в обратном направлении со следующими характеристиками:

WCT4 ( Р) :=

К

стд

tcT ■ р + 1

(3)

Анализ кривых изменения взаимного расположения кругов позволил получить следующие характеристики Кстд = -0,0007 мм/град , t = 2 часа .

На рисунке 1 представлена структурная схема шлифовального станка как объекта управления взаимным расположением кругов.

Входным воздействием является мощность процесса шлифования. В зависимости от мощности возрастает температура в индивидуальном баке охлаждения. Экспериментами при шлифовании промышленных партий колец было доказано, что при изменении температуры в

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.