CC BY
26
© И.Н. Миков., Н. Стефанова, 2003
YAK 679.8
И.Н. Миков., Н. Стефанова
НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ФАКСИМИЛЬНО-ГРАВИРОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Растровое изображение в факсимильно-
гравировальных станках создается электромеханическими преобразователями, которые конструктивно представляет собой одно или двухкатушечный электромагниты с подвеской якоря выполненной на базе гофрированной мембраны (плоского сильфона). Пропорциональная зависимость электромагнитного усилия от управляющего тока обеспечивается конструкцией магнитопровода и нелинейной передаточной характеристикой усилительного тракта.
При этом:
• чем выше частота пропускания электромеханическими преобразователями силовых импульсов, тем выше производительность станка,
• чем уже силовой импульс, формируемый электромеханическими преобразователями, тем выше качество получаемого на станке изображения.
Проведем сравнительную оценку динамических параметров с целью их повышения этих 2-х исполнений. Статические характеристики оценивают работу электромеханического преобразователя в установившихся режимах, показывая выходной сигнал полученный в результате изменения входного. Одной из его статических характеристик является зависимость электромагнитного усилия, развиваемой якорем, от его перемещения при различных постоянных величинах управляющего сигнала - тяговая характеристика.
На рисунке приведена диаграмма рабочего цикла электромагнита:
Точки пересечения семейства тяговых характеристик ^эм = f ( 80 ) с характеристикой пружины Гпр = f (с, 80) дают статическую (механическую) характеристику электромагнита. Последняя в общем случае характеризует электромагнит статически: 1) устойчив, 2) неустойчив, 3) нейтрален ( рис. г ).
Подробно рассмотрим рабочий цикл электромагнита. Применяемый однокатушечный преобразователь всегда статически устойчив [1]. Он совершает вынужденные рабочие (под действием катушки, іу > 0) колебания и свободные возвратные под действием пружины, у = 0). Его якорь перемещается на величину Аг,. По мере роста іу, растет Гэм и амплитуда движения якоря также растет, при этом Гэм уравновешивается ^пр, т.е. для статической устойчивости соблюдается условие Гэм f (іу ) = Гпр f (с, Ад). В этом случае для получения удара необходимо искусственно создать статически неустойчивый режим путем приложения к якорю значительного по величине усилия Fэм >> ^Лр .
Кроме того, в этом случае коэффициент жесткости пружины с должен быть высоким, т.к. она должна обеспечить быстрый отвод якоря в режиме свободных колебаний (4озр, рис. 1б). Но, как следует из рисунка, увеличение Гпр приводит к дополнительному увеличению времени трогания £ф. и дополнительному усилию Гэм, затрачиваемому на преодоление Гпр .
Ранее, в [2], было показано, что для передачи полутонового изображения необходимо находиться в области упруго-пластичных деформаций минерала. Механизм реализации этого - импульс удара, короткий по времени и небольшой по амплитуде. Получение такого технологического режима при однокатушечном электромеханическом преобразователе затруднительно.
Применяемый двухкатушечный электромеханический преобразователь всегда статически неустойчивый, т.к. коэффициент осевой жесткости с пружины-мембраны минимален. Якорь занимает при любом значении тока управления у или тока возврата ¡в одно из крайних положений. Практически отсутствие Гпр обеспечивает ток трогания ¿тр и 0 и время трогания тт. Далее, начало возвратного дви-
жения определяется нарастающим передним фронтом усилия возврата Гэм воз, действие возвратного движения наступает при у = /Отп.(ток отпускания ). Крутизна фронта у и его амплитуда - регулируемые параметры и время отпускания 4,тп^ тт. То есть, при наличии 2-х катушечного преобразователя имеет место возможность создания короткого по длительности и малого по амплитуде ударного импульса.
Электромеханический преобразователь выполняет функцию преобразования амплитудно-частотно промодулированной видеосигналом последовательности импульсов напряжения^ т им) [3] в импульсную энергию разрушения минерала (О р им). При этом последовательно следуют следующие преобразования
и т им ( Ъ) 1 т им ( Ъ) Г т им ( Ъ) О р им ( ^).
Уравнения тока в катушке преобразователя можно записать следующим образом
Ь (сИ/сИ) + У( с11-/с1г)(с!г1сИ) + ¡/? = и(£)
При этом первое слагаемое - противо э.д.с. самоиндукции, второе слагаемое - противо э.д.с. движения, возникающая вследствие изменения Ь при движении якоря.
Уравнение движения ( вынужденных колебаний ) якоря описывается следующим уравнением
тя (о^/с2) + д (с/с) + Г (¿) = Гэм (,), где тя - масса якоря с долбяком, д - обобщенный коэффициент трения, Гп = cz- сила противодействующая в статике (в нашем случае - только пружина, имеющая коэффициент упругости - с ), Гэм - электромагнитная сила в зазоре электромагнита ( см. тяговые характеристики).
Рабочего цикл во времени состоит из 3-х частей: 4раб - времени срабатывания, 4кл сост - времени включенного состояния, 4озвр - времени возврата.
Рассмотрим отдельно эти три процесса совместно с тяговой и внешней характеристиками.
Из рис. б следует, что ¿сраб заканчивается после того, как якорь принимает свое крайнее положение (в нашем случае Ан + АЛд (или Н)). Этот процесс состоит из 2-х частей: времени трогания t тр и времени хода якоря t хода. Время трогания определяется временем нарастанием тока, величиной нагрузки Гпр (в случае 1-о катушечного электромагнита) и силами трения на поверхностях сопряжения якоря и магни-топровода. Кроме того, на величину времени трога-ния влияют вихревые токи. Создаваемый ими магнитный поток ослабляет основной.
Величина общих потерь в сердечнике запишется Р = Р +Р
г сер г г в»
где Рг - потери на гистерезис, Рв - потери на вихревые токи.
В преобразователе, при больших воздушных зазорах, сталь сердечника далека от насыщения и Рг и 0, поэтому Рсер = Рв.
Как показали испытания аналогичных магнито-проводов в диапазоне частот < 600 Гц Рсер и 0, поэтому влияние вихревых токов далее не рассматривается.
Рассмотрим подробно время нарастания тока. Из рис. б видно следующее:
• времени трогания 4р соответствует ток трогания ітр на переходной характеристике,
• переходный процесс в катушке заканчивается установившемся значением тока 1уст за время t и 3Т
*-уст 7 катушки *
Крутизна переходной характеристики увеличивается с увеличением 1уст , а это приводит к уменьшению t тр ^тр 1, t тр 2). Кроме того, ^р также уменьша-
ется при Гтр
0 (при с и 0). В
этом случае на t тр оказывает влияние только масса якоря (Г1тр т, Г 2 Тр т - рис. в).
Импульсная последовательность, питающая электромагнит, может быть аппроксимирована гармоническим воздействием (рис. д ), которое вызывает в магнито-проводе вихревые токи, магнитный поток которых, в свою очередь, задерживает рост основного магнитного потока, а это приводит к дополнительному росту t тр ,
При импульсном характере и = Д^, возникающая Гэм тоже носит импульсный характер с крутым передним фронтом; ей противодействует возникающая сила инерции массы якоря Гр т. Из рис. б видно, что чем медленнее нарастает уу, (хотя и Г1тр > Г2тр), тем более увеличивается время трогания (tтр1 < tтр2).
Рассмотрим отдельно влияние на t тр преобразование вида У ^ Фь-
¿Утах М + Я =и, где Ц/тах = Фтах ™ - потокосцепление.
Полная величина энергии затрачиваемой на образование потока Фтах составит
О =У су.
0
Временем на переходные процессы в магнито-проводе связанные с формированием Ф пренебрегаем в виду его малости при Д и 100 Гц.
При импульсном токе управления в общем случае может возникнуть вопрос о гистерезисном характере В = Д (И), где В - магнитная индукция, И - магнитное напряжение. Но в нашем случае, применяемые электротехнические стали и воздушные зазоры делают явление гистерезиса незначительным.
Оценим влияние величины От на t тр. Длительность переднего фронта тока катушки составляет и 3Т Далее, если перемещение якоря составляет 1% от величины зазора (г = 0,0150), то будем считать, что А50 = 0 и, соответственно, АЬ = Д50 ) = 0. Если при этом, ^р = Т, то необходимо следующее.
Усилие, которое необходимо приложить к якорю
Гяк = 2т „• 0,0150 /Т2 + с»0,0150.
В тоже время величина Гэм за это время составит
) = 0,63*эм
1-е
i■t / Т
Гэм = кэм У (/) = кэм (и2т/Я2)(
(Ц'т/Я2)
Окончательно для t тр = Т
2т „• 0,0150 /Т2 + с»0,0150 = 0,63кэм (62т/Лг),
отсюда определяется необходимое минимальное значение От.
Рассмотрим величину 4озвр. Из рис. б и а следует, что для 1-о катушечного эта величина складывается
Величина
объясняется
экспоненциально
спадающим в катушке током іу, когда прекращает-
из ^отп и \цв
ся удерживание им якоря (рис. б). Величина ¿дв целиком определяется параметрами колебательного звена.
Необходимая величина с для этого звена определяется из следующих соображений. Обратный ход якоря осуществляется пружиной (свободные колебания, время хода ¿цв ). Из амплитудно-частотная характеристики колебательного звена с одной степенью свободы следует, что для пропорциональной передачи этим звеном амплитуд вынужденных колебаний частота этих колебаний должна находится в пределах 60% *Д свбодное. Для реализации частоты свободных колебаний Д свбоное. = необходимо выполнить следующее условие:
Д0 свбодное = (1/2п) ^с/т я,
В случае 2-х катушечного, как уже отмечалось обратный ход якоря осуществляется возвратной катушкой, при этом 4озвр резко уменьшается и равняется ¿сраб (рис. б).
Таким образом, применение 2-х катушечного преобразователя, благодаря тому, что коэффициент осевой жесткости с пружины-мембраны минимален, т.е. практически отсутствие Гпр и обеспечивается ток трогания ¿тр « 0, а время трогания 1тр-+ min. Наличие катушки возврата обеспечивает резкое сокращение времени возврата ^¡озвр. В целом, это обеспечивает повышение полосы пропускания электромеханического преобразователя и, как следствие, повышение производительности станка.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. - М., Л.: Энергия, 1965.
2. Mikov I, Morozov V Computer technology for facsimile engraving
minerals. Sofia, Bulgaria.: Proceedings of the international scientific session, Management of natural and technogenic risks, University of Mining and Geology ''St. Ivan Rilsky'', 2001, - C. 341343.
3. Миков И.Н, Морозов В.И, Павлов Ю.А. Технологические принципы факсимильного механического копирования. М.: Автоматизация и современные технологии, N5 , 2000. -С. 18-23.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
/‘Ликов И.Н. - Московский государственный горный университет. Стефанова Н. - Минно-Геоложки Университет, София, Болгария.
«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКЛ-2003» СЕМИНАР № 18
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
МИКОВ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 F:\Фото\Текст\Мои документы\Миков и Стеф.dot И
1
21.04.2003 15:43:00 13
29.04.2003 10:35:00 Гитис Л.Х.
54 мин.
08.11.2008 1:14:00 4
1 580 (прибл.)
9 011 (прибл.)
