Проектирование электромагнитной вибрационной установки с изменяемой частотой колебаний

• Автор: Прядилов, Алексей Вадимович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Глава 1. Обзор вибрационных устройств с изменяемой частотой
1.1. Вибраторы, работающие с изменяемой частотой
1.2. Электромагнитный вибратор с изменяемой частотой колебаний
Выводы
Глава 2. Проектирование конструкции вибратора
2.1. Механическая система вибратора
2.2. Методика расчета основных механических параметров вибратора
2.3. Анализ и выбор конструктивной схемы электромагнитного преобразователя
2.4. Методика расчета основных параметров электромеханического преобразователя
Выводы
Глава 3. Проектирование системы питания вибратора
3.1. Выбор структурной схемы системы питания
3.2. Разработка формирователя токов
3.3. Разработка зарядного устройства
3.4. Описание системы управления
Выводы
Глава 4. Математическое моделирование и экспериментальные исследования
4.1. Экспериментальное исследование электрической и магнитной систем макета вибратора
4.2. Экспериментальное исследование динамики работы вибратора
4.3. Математическое моделирование
Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А. Определение удельных силовых характеристик цилиндрической обращенной конструкции с двумя зонами энергопреобразования
Приложение Б. Результаты расчета магнитной системы в программном комплексе Elcut
Приложение В. Расчет масс частей электромагнитного преобразователя и определение мощностей потерь в нем
Приложение Г. Особенности элементов конструкции электромагнитного сейсмовибратора
Приложение Д. Акт внедрения НИР(ОКР) №0624
Приложение Е. Акт внедрения
Актуальность темы.
В настоящее время в различных областях техники широкое применение находят вибрационные технологии. Существуют различные типы вибраторов, создающих вибрации с различными значениями амплитуд, частот и усилий, каждые из них обладают своими достоинствами и недостатками. Большинство выпускаемых вибраторов работают на постоянных частотах, однако в некоторых областях (например, при проведении вибрационной сейсморазведки, виброуплотнении строительных смесей) необходимы вибрации с изменяющейся по определенном закону частотой и амплитудой колебаний. Поддержание заданной амплитудочастотной характеристики (АЧХ) силовых воздействий сопряжено с определенными трудностями, которые обусловливаются особенностями технических конструкций известных вибраторов и принципами их работы.
Из проведенного анализа следует, что существуют простые по
конструктивному исполнению и эксплуатации, а потому недорогие и надежные вибраторы электромагнитного типа. Однако все они
проектируются для работы только на одной (резонансной) частоте, уход от которой приводит к падению амплитуды создаваемых колебаний.
Предпринималась попытка поддержания эффективности работы методом изменения резонансной частоты при помощи гидропневматических пружин с изменяемой жесткостью [30, 72]. Однако такое устройство получилось сложным в синхронном управлении электродвигателем и гидросистемой, изменяющей жесткость пружин. Это ограничило его применение на практике, а работы были завершены изготовлением опытной модели.
Также известен способ поддержания эффективности работы
изменением резонансной частоты при помощи специального электромагнитного устройства - магнитной пружины (МП), эквивалентную жесткость которой можно плавно регулировать величиной тока [25, 31, 44]. В результате анализа конструкции и работы МП была выявлена принципиальная возможность совмещения МП и линейного двигателя электромагнитного типа в единый электромагнитный преобразователь (ЭМП) [24, 27, 28]. Такой ЭМП способен преобразовывать в потенциальную энергию магнитного поля кинетическую энергию движения масс (выполняя функцию механической пружины) и создавать переменную силу, выполняя функцию двигателя [28, 65]. Управляет этими процессами специальная система питания (СП) вибратора. Она позволяет задавать определенный закон изменения тока в обмотках электромагнитного двигателя и тем самым производить управляемое изменение как частоты колебаний, так и создаваемого вибратором усилия. Ввиду отсутствия методики проектирования такого электромагнитного вибратора (ЭМВ), при его разработке возникает ряд новых научно-технических задач, касающихся выбора его механических параметров, конструктивной схемы ЭМП, изучения особенностей динамики работы, а так же создания специальной СП.

Составление модели магнитной системы в пакете Е1сЩ 5.1 включает в себя три этапа:
- задание геометрии магнитной системы, включающей построение радиального сечения магнита;
- задания свойств областей магнитной системы, например, свойств магнитных материалов в виде кривых намагничивания В(Н);
- задания граничных условий для корректного расчета поля.
Ф626
Рис. 2.17 - Эскиз конструкции вибратора.

Задание геометрии производилось в соответствии с просчитанной по оценочной методике конструкции рис.2.16. Типичными областями с разными в магнитном и электрическом отношении свойствами, присутствующими в данной конструкции, явились: