CC BY
32
Госэнергоиздат, 1961. - 681с.
7. Справочник по физико-техническим основам криогеники [Текст] / М. П. Малков, И. Б. Данилов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 392 с.
8. Матяш, Ю. И. Моделирование процессов протекания жидкости в ультрафиолетовом стерилизаторе модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова, В. В. Томилов // Известия Транссиба. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 2. - С. 16 - 21.
9. Харламов, В. В. Применение теории подобия при моделировании износа коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя [Текст] /В. В. Харламов, П. К. Шкодун, А. В. Долгова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. -№ 4. - С. 57 - 63.
10. Матяш, Ю. И. Устройство для обеззараживания воды в пассажирских поездах дальнего следования [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 4. - С. 23 - 27.
11. Ибрагимова, О. А. Направления совершенствования работы существующих источников тепла [Текст] / О. А. Ибрагимова, В. М. Лебедев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 4. - С. 44 - 49.
УДК 656.6.08
Е. Г. Гурова
К ПРИМЕНЕНИЮ СУПЕРМАГНИТОВ В УСТРОЙСТВАХ ВИБРОЗАЩИТЫ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье предложено применение неодимовых супермагнитов в устройствах виброзащиты подвижного состава. Компенсатор жесткости может быть выполнен как два встречно включенных супермагнита. Приведены расчетные характеристики супермагнитов.
В настоящее время необходимость снижения уровней вибрационных колебаний в промышленности, на любом виде транспорта, а также на производстве является одной из самых актуальных задач, на решение которой направлены усилия многих научных коллективов. Вибрация вредно влияет на работоспособность различных устройств и машин, снижая их надежность. Нередко механические колебания становятся причиной аварий подвижного состава, но особенно негативно вибрация влияет на человека.
Сегодня существует достаточно много средств снижения уровня вибрации: пассивные и активные виброзащитные устройства, динамические гасители колебаний и др. Однако наиболее перспективным методом снижения уровня вибрации является применение виброизо-лирующих устройств с плавающим участком нулевой жесткости. Принцип действия таких устройств заключается в следующем: при ограниченном ходе виброизолирующего хода подвески Н и при заданном диапазоне изменения усилий от Рт1П до Ртах, передаваемых от защищаемого вибрирующего объекта, силовые характеристики таких устройств представляют собой бесконечное множество отрезков прямых, равных по длине размаху колебаний, параллельных оси абсцисс, и расположенных своими серединами на отрезке АВ, угол наклона которого равен жесткости подвески (рисунок 1) [4].
Получить участок силовой характеристики с нулевой жесткостью можно путем включения параллельно упругому элементу специального устройства, называемого компенсатором или корректором жесткости с падающей силовой характеристикой. Суммарная характеристика виброизолятора с компенсатором жесткости показана на рисунке 2.
В качестве компенсатора жесткости предлагались различные варианты конструкции: ме-
ханические, гидравлические и др. В работах [1, 2] предлагался электромагнитный компенсатор жесткости, схема которого приведена на рисунке 3.
Р
24
Н
Рисунок 1 - Силовая характеристика перестраивающегося виброизолирующего механизма
Устройство виброизолирующей подвески содержит упругий элемент и включенный параллельно ему электромагнитный компенсатор жесткости, выполненный в виде двух встречно включенных электромагнитов постоянного тока 3, 4, жестко закрепленных на вибрирующем объекте 1, общий якорь 5, который жестко связан с защищаемым объектом 2. Отличительной особенностью устройства является то, что электромагнитный компенсатор жесткости снабжен устройством управления 15, которое выполнено в виде датчика относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов 16 и включенного последовательно с ним нелинейного регулятора напряжений 17. Нелинейная характеристика устройства управления 15 выполняется так, чтобы, перераспределяя питающее напряжения электромагнитов 3, 4 при изменении относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов, обеспечивать постоянный наклон силовой характеристики электромагнитного компенсатора жесткости. Катушки 7, 9 электромагнитов подключены к источнику питания 19 через устройство управления 15. Катушки 6, 8 получают питание последовательно с катушками 7, 9 электромагнитов по связям а, б, в, г [2].
Экспериментальные исследования виброизолятора с электромагнитным компенсатором жесткости показали эффективность данного устройства, так как оно снижает уровни вибрации почти до нуля в диапазоне частот от 4 до 32 Гц, но практическое применение этого устройства затруднено достаточно большими его габаритами [1]. Исходя из того, что масса защищаемых объектов достаточно большая (например, дизель-генератор имеет массу 65 - 500 кг), необходимо создавать значительное усилие для компенсации жесткости основного несущего упругого элемента, воспринимающего статическую нагрузку [3]. Рассмотрен пример для определенной массы защищаемого объекта, здесь максимальный зазор составляет 1 см.
Предлагается заменить два электромагнита постоянного тока на неодимовые супермагниты, усилие которых значительно выше при том же расстоянии зазора. На рисунке 4 пред-
Рисунок 2 - Характеристика виброизолятора с компенсатором жесткости: 1 - упругого элемента; 2 - компенсатора жесткости; 3 - виброизолятора
м;п3!11) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 31
6
3
ставлены сравнительные тяговые характеристики электромагнита постоянного тока, постоянного магнита, неодимового супермагнита.
10 ,7 12
15
,16
19
Г
13 11 8
чЧЧКх^ЧЧЧЧЧУчЧЧ \Х\\\\\\\\\ 9 14
Р
Рисунок 3 - Схема виброизолирующей подвески с электромагнитным компенсатором жесткости
1 0,2 0,3 0.4 0.5 0.6 0,7 0.
Зазор
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 О
Зазор
Рисунок 4 - Тяговые характеристики электромагнита постоянного тока (1); постоянного магнита (2); неодимового супермагнита (3)
= 1
Из рисунка 4 видно, что супермагниты по сравнению с усилиями, создаваемыми ими с электромагнитами постоянного тока и постоянными магнитами, очень эффективны. При этом супермагниты создают достаточное усилие, а габариты их несущественны (рисунок 5). Поэтому для установки в компенсатор жесткости виброизолирующего устройства предлагается применить именно неодимовые супермагниты для исключения вибрации на транспорте, где ограничено габаритное пространство для установки виброизоляторов.
Одним из доминирующих факторов при этом является сила магнита, или сила сцепления магнита - величина, характеризующая силу взаимодействия магнита с другим магнитом или предметом с магнитной восприимчивостью. Сила магнита показывает, какое внешнее усилие нужно приложить, чтобы отсоединить магнит от магнита или магнитовосприимчиво-го материала, т. е. эта сила магнита равна силе, которая позволит воспринять силу тяжести объекта, которая приближена к цифровому значению силы магнита.
I
Рисунок 5 - Вид неодимовых супермагнитов
Расчетная сила магнита должна измеряться при сцеплении двух абсолютно одинаковых магнитов при их равномерном действии друг на друга (при одинаковых усилиях), четко определенном расстоянии между магнитами и при оптимальных условиях окружающей среды. Чтобы рассчитать, какое усилие может создать магнит или какова сила сцепления между магнитами или другим материалом, нужно знать магнитные характеристики магнита или материал, с которым взаимодействует магнит, магнитную восприимчивость этого материала, объем и форму «сцепляемого» предмета, чистоту обработки поверхности, угол приложения усилий. Таким образом, сила магнита зависит от многих факторов и определяется она математическим расчетом. При этом, как правило, нужно учитывать максимальную расчетную величину взаимодействия двух магнитов. Основным критерием силы или мощности магнита остается магнитная индукция материала, из которого изготовлен магнит, скоррелированная с объемом магнитного материала (размер магнита).
В результате можно сказать, что применение в виброизолирующих устройствах неодимовых супермагнитов является целесообразным, так как усилие супермагнитов значительно выше применяемых ранее в конструкции компенсатора жесткости электромагнитов постоянного тока, причем габариты супермагнитов значительно меньше. Это позволит уменьшить размеры виброизолирующих устройств и упростит их установку на любом виде транспорта, в промышленности, на производстве. Полная разработка конструкции виброизолирующего устройства с неодимовыми супермагнитами требует дальнейших исследований, которые будут проводиться в рамках государственного заказа («У.М.Н.И.К.»).
Список литературы
1. Гурова, Е. Г. Результаты испытаний виброизолятора с автоматически перестраивающимся электромагнитным компенсатором жесткости [Текст] / Е. Г. Гурова, В. Ю. Гросс // Дизельные энергетические установки речных судов: Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2009. - С. 67 - 69
2. Гурова, Е. Г. Виброизолирующая подвеска судовой энергетической установки с нелинейным электромагнитным компенсатором жесткости / Дис... канд. техн. наук [Текст] / Е. Г. Гурова / Новосиб. гос. акад. вод. трансп.: - Новосибирск, 2008. - 198 с.
м;3121) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 33
3. Сливинская, А. Г. Электромагниты и постоянные магниты [Текст]: Учебное пособие / А. Г. Сливинская. - М.: Энергия, 1972. - 248 с.
4. Зуев, А. К. Основные положения теории виброизоляции произвольных пространственных колебаний [Текст] / А. К. Зуев // Снижение вибрации на судах: Сб. науч. тр. / Ново-сиб. ин-т инж. вод. трансп. - Новосибирск, 1991. - С. 4 - 17.
УДК 621.336
Г. П. Маслов, А. Е. Чепурко
РАЦИОНАЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОКОПРИЕМНИКА ПО УСЛОВИЯМ ТОКОСЪЕМА
В статье рассмотрено влияние аэродинамической составляющей на величину контактного нажатия при различных скоростях движения. Определен допустимый диапазон изменения аэродинамической подъемной силы, выбрана рациональная аэродинамическая характеристика токоприемника при определенной величине его приведенной массы.
В процессе взаимодействия токоприемника и контактной подвески контактное нажатие не остается постоянным вследствие изменения инерционной и аэродинамической составляющих, что приводит к снижению надежности, экономичности и экологичности токосъема.
Статическое нажатие токоприемника Рр нормировано и при отсутствии системы его автоматического регулирования должно оставаться постоянным в процессе токосъема. При наличии же такой системы оно регулируется в строго определенном диапазоне. Контактное нажатие можно поддерживать в заданных пределах также путем регулирования его переменных составляющих. Рассмотрим влияние на контактное нажатие одной из них - аэродинамической.
Согласно утверждению источника [1] аэродинамическая подъемная сила не должна вызывать увеличения контактного нажатия более 80 % по сравнению со статическим:
1 кг max 1, ° 1 р (1)
или уменьшения на 40 %
1 кг min i p. (2)
В качестве примера рассмотрим взаимодействие токоприемников с различными приведенными массами и контактной подвески KC-200-06K с составом проводов М-120+2МФ-120. Длина пролета - 65 м. Статическое нажатие системы подвижных рам принято 110 Н, скорость - от 120 до 240 км/ч, приведенные массы токоприемников - 30, 35, 40 кг.
Расчет производится методом, приведенным в работе [2]. Для определения контактного нажатия во всех точках пролета при конкретной скорости движения использовалось выражение:
Ркг = Рр ± Ртр ± Ра ± Рвт = - mn у\ - гк(уи - ур) - жк (уп - Ур - hK0) - wT slgn(yn - yp) + Рвт, (3)
где PKT - контактное нажатие, Н;
Рр - сила статического нажатия системы подвижных рам, приведенная к верхнему шарниру, Н;
Ртр - составляющая сил трения, Н;
Ра - инерционная составляющая контактного нажатия, Н;
Рвт - аэродинамическая подъемная сила, Н;
mn - условная приведенная масса верхнего узла токоприемника, кг;
