Антиплагиат (1220518), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Ферромагнитное тело, при одновременном наведениив двух соседних катушках магнитного поля тело перемещ ается на середину результирующ его, при увеличении расстояниямеж ду катушками, ферромагнитное тело перемещ ается быстрее, чем, если бы катушки были располож ены вплотную другк другу.Как выяснилось, на перемещ ение ферромагнитного тела большое влияние оказывает действие краевого э ффекта: пройдясередину последней катушки, ферромагнитное тело начинает притягиваться на середину э той катушки, что уменьшаетскорость метаемого тела.Так ж е установлено, что на скорость перемещ ения ферромагнитного тела, влияет его длина, если длинаhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12976309&repNumb=19/2026.05.2015Антиплагиатферромагнитного тела меньше продольной длины ширины катушки и больше половины длины соленоида, то значениепондеромоторной силы прилож енной к ферромагнитному телу будет большим и ферромагнитное тело перемещ аетсябыстрее.
Необходимоучитывать, что если ферромагнитное тело слишком длинное (длиннее катушки) тело не успеетдостигнуть требуемой точки (конц а катушки) и по катушке пойдет ток, и на тело будет действовать сила притягивающ аяего обратно.Среди выводов по результатам анализа мож но так ж е указать то, что при использовании единого магнитопровода,магнитный поток от катушки, по которой в настоящ ий момент времени протекает ток, так ж е распространяется и наостальные катушки.
Иначе говоря, невозмож но получить локальный импульс магнитного поля. Решением данной проблемымож ет быть использование индивидуального магнитопровода для каж дой катушки.3 РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИРазработка э кспериментальной установки проводится поэ тапно. Элементы установки проектируются согласнотребованиям, установленным в результате анализа э кспериментов проделанных на кафедре «ЭТЭЭМ» ДВГУПС впредыдущ ие годы. Установка долж на обеспечить возмож ность независимого перемещ ения каж дой катушки относительноствола и других катушек. Катушки долж ны быть снабж ены индивидуальными магнитопроводами для исключениямагнитной связи меж ду ними.3.1 Разработка конструкц ии установки3.1.1 Определение формыи размеров метаемого телаПервым э тапом проектирования является определение формы и размеров метаемого тела, так как э тот параметр являетсяосновополагающ им для расчётов остальных частей установки.
От выбора диаметра метаемого тела зависит внутреннийдиаметр ствола, а от него, в свою очередь, зависит внутренний диаметр катушки, влияющ ий на её конструкц ию иэ ффективность работы установки в ц елом. Согласно ГОСТ 11964-81 «Дробь стальная и чугунная техническая» впромышленности применяются следующ ие виды дроби:литая;колотая;рубленная.Так ж е стандарт устанавливает следующ ий размерный ряд диаметров дроби: 1,0; 1,4; 1,8, 2,2; 2,8; 3,2; 3,6 мм. Исходя изтруднодоступности технической дроби и удобства обращ ения с метаемым телом в ходе э кспериментов, в проектеприменяются стальные шарики диаметром 5 мм от шарикоподшипников.
Шарики изготовлены из углеродистой стали маркиШХ15, ферромагнитные свойства которой достаточны для применения в работе установки. Шарообразная формаметаемого тела соответствует форме литой дроби, а размер немногим больше указанного в стандарте.3.1.2 Подбор материала стволаВ соответствии с диаметром шарика, подобран материалствола установки. Основными требованиями, предъявляемыми кэ тому э лементу установки, являются его немагнитные свойства, а так ж е механическая прочность. Магнитные свойстваматериала ствола напрямую влияют на э ффективность установки, так как ствол располож ен внутри магнитной системы,являющ ейся основным э лементом установки.
Если ствол будет восприимчив к магнитным полям, то э ффективностьмагнитной системы падает, так как линии магнитной индукц ии распределяются не перпендикулярно оси симметрииствола, проходя его насквозь, а распределяются по поверхности, вследствие чего напряж енность магнитного поля внутринего падает, что негативно сказывается на скорости дроби.Механическая прочность материала так ж е важ на, так как при полёте внутри ствола, дробь на большой скоростисталкивается с его стенками, что мож ет повлечь за собой повреж дение или разрушение ствола. Кроме того, ствол долж енобладать достаточно низкой шероховатостью для сниж ения трения меж ду его стенками и дробью.Рассматриваются варианты использования латуни, стекла, бумаги и пластика. Использование латуни являетсянеж елательным, так как для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них частовводятлегирующ ие э лементы, в том числе и никель повышающ ий восприимчивость материала к магнитным полям.
Использованиестекла так ж е не ж елательно вследствие его хрупкости. Сущ ествует возмож ность изготовления ствола из бумаги, однако,недолговечность и малая прочность э того материала не позволяют применить его в разрабатываемой установке. Нарядусо всеми приведёнными выше вариантами, использование пластика является наиболее ц елесообразным из-за егонемагнитных и механических свойств, а так ж е дешевизне и легкодоступности.Для обеспечения лучших показателей разгона дроби, расстояние меж ду ним и внутренней частью катушки долж но бытьминимальным.
С учетом э того требования подобрана пластиковая трубка с внутренним диаметром 8 мм и толщ иной стенки1,5 мм.3.1.3 Конструкц ия установкиНезависимое перемещ ение каж дой катушки относительно ствола и других катушек обеспечивается разработаннойконструкц ией станины установки (рисунок 3.1). Станина (1) собрана из стальных труб квадратного сечения размерами20х20 мм скреплённых винтовым соединением. Она состоит из прямоугольной рамы, являющ ейся основанием установки, сзакреплёнными в её углах с внутренней стороны стойками.
К каж дой стойкепо длинной стороне крепятся по двенаправляющ их (2). Катушки (3) закрепляются меж ду шпильками (4) имеющ ими метрическую резьбу. Расстояние повертикали меж ду направляющ ими составляет 10 мм, тогда как диаметр шпильки 8 мм. Это позволяет шпилькам, опираясьна направляющ ие, свободно перемещ аться по ним, а так ж е закрепляться неподвиж но на них барашками. Барашкиприкручиваются к каж дой шпильке с внешних сторон таким образом, что они сдавливали направляющ ие, не позволяяшпильке перемещ аться в горизонтальной плоскости.
В конструкц ии используются две направляющ ие для фиксац иишпилек по вертикали. При закручивании барашков, шайба, располож енная на шпильке меж ду направляющ ей и барашкомсоздаёт давление, как на ниж нюю, так и на верхнюю направляющ ую. Разработанная конструкц ия обеспечиваетвозмож ность перемещ ения катушек вдоль оси ствола (5), ограничивая их перемещ ение горизонтальной плоскостью иисключая вращ ение катушек по вертикальным и горизонтальным осям, что сущ ественно расширяет возмож ности дляпроведения э кспериментов на установке.Рисунок 3.1 – Общ ий вид установкиКатушки стягиваются хомутами (рисунок 3.2), состоящ ими из резиновой прокладки (1), двух стальных дуг (2) свмонтированнымив них гайками (3), а так ж е стягивающ их винтов (4).
Резиновая прокладка обеспечиваетэ лектрическую изоляц ию катушки от станины, стальные дуги делают конструкц ию хомута ж есткой, а вмонтированныестальные гайки позволяют соединять шпильки с хомутом, обеспечивая ж есткость закрепления катушки на станине.Конструкц ия хомута позволяет при необходимости менять катушки, что облегчает проведение э кспериментов наустановке.http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12976309&repNumb=110/2026.05.2015АнтиплагиатРисунок 3.2 – Хомут3.2 Разработка конструкц ии катушкиВ ходе создания установки на э тапе проектирования катушки выдвинута гипотеза, согласно которой магнитное поле,обладающ ее большим градиентом, э ффективней ускоряет ферромагнитные тела попадающ ие в него.
Достигнутьповышения градиента магнитного поля предлож ено использованием особой формы магнитопровода катушки, а именноприданием ему формы трапец ии. Предполагается, что линии магнитной индукц ии выходящ ие из торц ов магнитопроводарасполож енного ближ е к ц ентру катушки создают внутри него поле большей напряж енности. Использование двух шайбразного диаметра в торц евой части магнитопровода позволяют создать особую форму катушки, представляющ ую всечении трапец ию. Магнитное поле такой катушки по большейчасти сосредоточенное в ц ентре, а не распределённоепо его ширине (рисунок 3.3 а). Таким образом, теоретически создаётся больший градиент магнитного поля по сравнениюс катушками обычной формы (рисунок 3.3 б), что долж но полож ительно сказаться на ускорении дроби.Рисунок 3.3 – Предполагаемое распределение линий магнитной индукц ии в катушках3.2.1 Моделирование катушкиВ настоящ ее время для исследования распространения магнитных полей в э лектрических машинах, на стадиипроектирования, применяются математические модели, отличающиеся разным уровнем допущений и сложности вычислений.
Можно выделить два типа численныхмоделей- двух- и трехмерные модели с расчетом магнитного поля методами конечных разностей или конечных элементов([28]численные методы расчета);- модели, основанные на детализированных магнитных схемах замещ ения.В первом случае, при известных граничных и начальных условиях чащ е всего решается дифференц иальное уравнение вчастных производных для векторного магнитного потенц иала в заданной области.[10]методомПри расчетеконечных элементов строится сеть конечных элементов: пространство, занимаемоеполем, разбивается с помощью прямых и кривых линий при двумерной задаче, а также с помощью плоских иликривых поверхностей при трехмерной задаче, на отдельные части, имеющие достаточно малые, но конечныеразмеры.
Эти части называются конечными элементами. При решении двумерной задачи конечные элементы чащевсего имеют форму треугольников или прямоугольников, а при трехмерной — форму параллелепипедов,тетраэдров, все боковые поверхности которых представляют собой треугольники. Стороны плоских конечныхэлементов могут также ограничиваться кривыми линиями, а наружные поверхности объемных могут бытьизогнутыми. Конечные элементы не перекрывают друг друга.
Особые точки конечных элементов (в этих точкахрассчитываются значения искомых параметров) называются[8]узлами, [11]илиузловыми точками. Узлы совпадаютс вершинами конечных элементов первого порядка. Далее для пояснения основной идеи метода конечныхэлементов будем иметь в виду расчет двумерного безвихревого магнитного поля с помощью треугольных конечныхэлементов первого порядка. Каждый такой элемент имеет три вершины-узла. Скалярный магнитный потенциалкаждого конечного элемента представляется в виде полинома с постоянными в пределах этого элементакоэффициентами.Длятреугольного(1)- [8]го[10]элементапотенциалвдекартовойсистемекоординатпредставляется полиномом первого порядка (линейным)φM(i)=ai+bix+ciy,где ai,bi,ci - пока неизвестные постоянные коэффициенты.Основная задача расчета методом конечных элементов — определить эти коэффициенты для всех конечныхэлементов, так как это означает возможность расчета скалярного магнитного потенциала в любой точке поля.[8]Задачимагнитостатики могут быть решены в линейной и нелинейной постановках.
В [18]нашем случае источником поля служ ат распределенные токи.При решении этих задач используется уравнение Пуассона для векторного магнитного потенциала A (B = rot A, B вектор магнитной индукции). В рассматриваемых задачах вектор индукции B всегда лежит в плоскости модели (хуили zr), а вектор плотности тока j и векторный потенциал A перпендикулярны к ней. Отличны от нуля толькокомпоненты jz и Az в плоско-параллельном случае или jθ и Aθ в осесимметричных задачах. Мы будем обозначать ихпросто как j и A. Для осесимметричного задач уравнение имеет вид:,[18]где компоненты тензора магнитной прониц аемости μx и μy (μz и μr),составляющие коэрцитивной силы Нсх и Нсу ( Hcz и Hcr), а также плотность тока j - постоянные величины впределах каждого из блоков модели.[18]Средикомпьютерных программ расчета магнитных полей в настоящее время наибольшеераспространениеполучили программы, в которых используется метод конечных элементов: ANSYS, FEMM, Ansoft, Vector Fields,Cosmosm, FEMLAB, ELCUT и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
