Work features of electrodynamic hammer

Full Text

В радиопромышленности, приборостроении широко применяется холодная штамповка. Это объясняется тем, что детали, изготавливаемые из листового материала, можно получить сложной конфигурации, высокой точности, стабильных размеров при высокой производительности. Для холодной штамповки в основном используются кузнечно-прессовые машины (КПМ), в которых вращательное движение преобразуется в возвратнопоступательное перемещение. Применение линейных электродинамических двигателей в КПМ позволит непосредственно преобразовать электроэнергию в кинетическую прямолинейного движения инструмента, что существенно упрощает привод машин, повышает надежность, производительность листовой штамповки. Однако широкого применения линейные электродинамические двигатели в КПМ не получили из-за недостаточности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области. В данной статье рассматривается способ работы молота, приводом которого является линейный электродинамический двигатель. Это позволило повысить энергию удара и КПД преобразования электрической энергии в механическую с 70 до 81 %. Энергия удара инструмента пропорциональна квадрату скорости движущихся масс в момент удара. Эта скорость может быть определена следующим образом: V = a • т, (1) где V - скорость в момент удара; а - ускорение движущихся масс (масса бабы + масса ротора + масса инструмента); т - время рабочего хода, т. е. время движения инструмента от верхнего положения до мо мента удара о заготовку. Ускорение приближенно можно определить как а = F/m, (2) где F - электромагнитная сила, действующая в рабочем зазоре катушки-статора на обмотку возбуждения ротора; m - величина движущихся масс. Электромагнитная сила определяется по известному закону F = B■ I l, (3) где В - магнитная индукция в рабочем зазоре; I - ток в обмотке возбуждения ротора; l - длина проводника, находящегося в рабочем зазоре. Магнитная индукция в рабочем зазоре определяется как В = f (F^ ± F) (4) где f - функция зависимости магнитной индукции от магнитодвижущей силы; FCT - магнитодвижущая сила от обмотки катушки-статора; Fj, - магнитодвижущая сила от обмотки возбуждения ротора. Магнитодвижущая сила - величина векторная, поэтому при совпадении направлений векторов магнитная индукция максимальная. Направление магнитодвижущей силы определяется направлением тока в обмотке, поэтому при одинаковом направлении токов в обмотках ротора и статора магнитодвижущие силы складываются (знак «+» в формуле (4)). Это происходит в статическом режиме работы молота, значит магнитная индукция в рабочем зазоре максимальная. В режиме рабочего хода направление тока в обмотке возбуждения меняется на противоположное. В этот же момент должно начинаться перемагничивание магнитопрово-да статора. Из-за инерционности магнитных диполей материала статора перемагничивание начинается через определенный промежуток времени. Установлено экспериментально, что этот промежуток времени для литого массивного магнитопровода составляет 100-150 мс. Поэтому длительность импульса тока должна быть меньше, чем время перемагничивания, так как в течение этого времени магнитная индукция в рабочем зазоре максимальна, значит, и развиваемая электромагнитная сила максимальная, стало быть, энергия удара повышенная. Из выражений (1) и (2) видно, что конечная скорость V определяется временем действия ускорения а и электромагнитной силы F. Для получения максимальной скорости движущихся масс необходимо, чтобы время действия силы F (а значит, длительность импульса тока I) было больше, чем длительность рабочего хода ротора. При этом энергия удара повышенная по сравнению с тем, когда длительность импульса тока в обмотке возбуждения меньше, чем время рабочего хода ротора. На рис. 1 изображен электродинамический привод молота, состоящий из обмотки-катушки статора 1, обмотки возбуждения ротора 2, ротора 3, блока управления БУ, магнитопровода 4; 0-0 - положение обрабатываемой поверхности. На рис. 2-4 изображено изменение магнитной индукции В, тока в обмотке возбуждения I, перемещение ротора х в зависимости от времени при различной длительности импульса тока тит, рабочего хода трх и перемагничивания тп. Управление работой электродинамического молота осуществляют следующим образом: в статическом 86 Математика, механика, информатика режиме от блока управления БУ подают ток 1к в обмотку катушки-статора 1 и ток 1о в обмотку возбуждения 2 ротора 3. Величину токов подбирают достаточной для втягивания ротора 3 в статор и удерживания ротора в верхнем положении - статический режим. При этом направление токов 1о, 1к в обмотках 1 и 2 должно быть одинаковое. Это приводит к сложению магнитодвижущих сил от двух обмоток в рабочем зазоре. Рис. 1 В режиме рабочего хода в обмотку возбуждения 2 ротора подают импульс тока I, направление которого противоположно (рис. 2-4). току в статическом режиме 1о При длительности импульса тока тит большей, чем время перемагничивания тп, происходит уменьшение магнитной индукции В в рабочем зазоре (рис. 2). Это приводит к снижению энергии удара. Рис. 2 При длительности импульса тока тит меньшей, чем длительность рабочего хода трх, происходит снижение энергии удара, так как электромагнитная сила F не действует в течение всего рабочего хода (рис. 3). При длительности импульса тока тит большей, чем время рабочего хода трх, и меньшей, чем время пере-магничивания тп (рис. 4), энергия удара будет максимальная. Рис. 3 Рис. 4 87 Вестник СибГАУ. № 2(54). 2014 Результаты испытаний электродинамических молотов Способ работы Длительность импульса токов Тит, мс Время рабочего хода ТрХ, мс Время перемагничивания тп, мс Энергия удара, Дж КПД, % Патент 2062168 40 30 120 210 81 А. С.544495 150 30 120 185 75 А. С.544495 20 34 120 176 74 Был изготовлен электродинамический молот с литым магнитопроводом. В таблице приведены результаты испытаний изготовленного электродинамического молота по вышерассмотренному способу работы [1; 2]. Для сравнения приведены данные испытаний электродинамического молота авторов [3]. Электрическая мощность катушки-статора в обоих случаях одинакова - 190 Вт. Результаты испытаний показали, что КПД предложенной конструкции выше прототипов на 6-7 %. Опытная эксплуатация в промышленных условиях доказала надежность работы подобной конструкции.

About the authors

Ivan Yakovlevich Shestakov

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev

Email: shestakov@sibsau.ru
Candidate of Engineering sciences, associate professor, associate professor of the Department of Computer Science and Telecommunications

Elena Nikolaevna Fisenko

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev

Email: fisenkoen@sibsau.ru
senior teacher of the Department of engineering mechanics

Igor Anatoljeich Remizov

Krasnoyarsk State Medical University named after prof.V.F. Voino-Yasenetsky

Email: medfizika@yandex.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, associate professor, associate professor of the Department of medical physics

References

Supplementary files