Творчество и современность

Создание электромагнитных гидравлических виброизолирующих опор, использующих электромагниты втяжного типа, работающих на потоках рассеяния, выдвигает задачу их рационального проектирования. Рекомендуемые при расчете этих электромагнитов соотношения между основными размерами [1] не позволяют судить о степени рационального использования активных материалов, что очень важно для электромагнитов с большой интегральной работой. В указанной статье [2] обоснованы оптимальные соотношения между основными размерами силовых электромагнитов, работающих на потоках рассеяния, исходя из максимума критерия «отношение интегральной механической работы электромагнита к объему его активных материалов», и разработана методика предварительного расчета электромагнита по заданной интегральной работе.

     Так как для начального и конечного положений якоря электромагнит симметричен относительно нейтрали, расчет проведен для одной половины магнитопровода (рис. 1) при следующих допущениях: сечение стали вдоль длины магнитопровода постоянно; ток в обмотке во время движения якоря остается неизменным; полем выпучивания пренебрегаем; в расчете учитываем магнитное сопротивление только одного паразитного воздушного зазора «якорь – полюс».

     Значение зазора задается отношением , где  – нерабочий зазор.       Интегральную работу, пропорциональную площади, ограниченной кривыми , построенными для двух крайних положений якоря, и прямой установившегося значения тока i, выразим через электрические и магнитные параметры электромагнита.

Рис. 1. Расчетная схема электромагнита, используемого в ЭГВО.

Для этого кривую намагничивания  аппроксимируем двумя отрезками прямых линий (рис 2.). На участке  значение индукции

,                                                   (1)

при

,                                         (2)

где  – значение индукции, соответствующее .

Рис. 2. Расчетная характеристика (аппроксимированная кривая намагничивания) электромагнита,
используемого в ЭГВО.

Точка пересечения второго аппроксимирующего отрезка с осью ординат определит значение индукции . Рассмотрим построение зависимости  для втянутого положения якоря. При изменении тока от нуля до  ( – соответствует напряженности основания якоря ) значение индукции в магнитопроводе возрастает линейно для любой точки. После того, как ток i станет равным , максимальное значение индукции будет равно . Во всех остальных точках . При дальнейшем увеличении тока   индукция возрастает. В тех точках, где  индукция изменяется согласно (1), а для точек, где  – согласно (2), магнитопровод при этом постепенно насыщается и при i=i₂  в паразитном зазоре индукция  [3].

Расчет  тока i₁  по данному значению индукции  проводим с использованием формул [3]:

,                                   (3)

,                                         (4)

где: ; ; – толщина полюса, полагаем .

,                      (5)

,                                         (6)

     При втянутом положении якоря в катушку ЭГВО зависимость  изобразится ломаной линией (рис. 3), состоящей из двух отрезков.

Рис. 3. Зависимость потокосцепления от тока, принятая для расчета параметров электромагнитов в ЭГВО.

При

,                                                     (7)

где  – потокосцепление электромагнита при максимальной индукции магнитопровода B_max = B₁ . Для

,                                           (8)

где  – фиктивная индуктивность.

     Интегральную механическую работу электромагнита в электромагнитной гидравлической виброизолирующей опоре, согласно рис. 2, можно представить

разностью , где  – магнитные энергии, соответствующие начальному и конечному положениям якоря.

     Выразив магнитные энергии, получим, что отношение  имеет вид:

   (10)

где  – объем меди и стали электромагнита,.

Из анализа (6) следует, что отношение интегральной механической работы А_И к объему активных материалов V электромагнита в электромагнитной гидравлической виброизолирующей опоре максимально при  (y=const, А_И=const). Отношение  максимально при  (x=const, А_И=const). Отношение  увеличивается с возрастанием радиуса центрального штока с поршнем. Это означает, что более мощные электромагниты обладают большей энергией на единицу объема.

     Кривые зависимости сечения провода Sпр и количества витков  в функции у (рис. 4) рассчитаны для электромагнита в электромагнитной гидравлической виброизолирующей опоре с теми же исходными данными

     С увеличением у возрастает сечение провода и количество витков системы с данной интегральной работой. Поэтому с целью получения минимального общего объема активных материалов значения у следует выбирать по рис. 3, а для снижения объема меди – в пределах .

Рис. 4. Зависимость сечения провода и количества витков электромагнита в электромагнитной гидравлической виброизолирующей опоре от l/r₁.

Библиографический список

1.   Давыдов В.В. Динамические расчеты прочности судовых конструкций / В.В. Давыдов, Н.В. Маттес. – С-П.: Судостроение, 2014. - 336 с.

2.   Фомичев, П.А. Гидравлические виброизолирующие опоры нового поколения. / С.П. Глушков, П.А. Фомичев, Е.В. Фомичева // Научное издание – Новосибирск, Новосибирская академия водного транспорта, 2005 г. – 190 с.

3.   Засядко А.А. Принципы построения активных виброзащитных систем с электрогидравлическими связями / А.А. Засядко, С.В. Елисеев // Труды Иркутского политех. института / Выпуск 79. - 2012. - С. 18-29.

CALCULATION OF OVERALL DIMENSIONS OF ELECTROMAGNETS IN A VIBRATION INSULATING SUPPORT OF A NEW TYPE

Fomicheva E.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Kryachkov Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

Novosibirsk State Technical University

Fomichev P.A., candidate of technical sciences, associate professor

Novosibirsk State Technical University

      Abstract. This article substantiates the optimal relationship between the main dimensions of power electromagnets operating on scattering fluxes, based on the maximum criterion "the ratio of the integral mechanical work of an electromagnet to the volume of its active materials", and a method of preliminary calculation of an electromagnet for a given integral work has been developed. The calculation of the ratios of the main geometric parameters is also presented, which plays a decisive role in the rational design of an electromagnetic hydraulic vibration-insulating support.

     Key words: vibration protection, forced vibrations, vibration protection systems