MAGNABEND - ФУНДАМЕНТТИК ДОЛБООРУ
Негизги магниттик дизайн
Magnabend машина чектелген милдети цикли менен күчтүү DC магнит катары иштелип чыккан.
Машина 3 негизги бөлүктөн турат: -
Машинанын негизин түзгөн жана электромагниттик катушканы камтыган магниттик корпус.
Магниттик базанын уюлдарынын ортосундагы магнит агымынын жолун камсыз кылган кысуучу тилке жана ошону менен металл табличкасын кысып турат.
Магниттик корпустун алдыңкы четине бурулган ийилүүчү нур жана даярдалган материалга ийүү күчүн колдонуу үчүн каражатты камсыз кылат.
Магниттик дененин конфигурациялары
Магниттик корпус үчүн ар кандай конфигурациялар болушу мүмкүн.
Бул жерде экөө тең Magnabend машиналары үчүн колдонулган:
Жогорудагы чиймелердеги кызыл сызыктар магнит агымынын жолдорун билдирет.Белгилей кетсек, "U-Type" дизайнында бир агым жолу бар (1 жуп уюл), ал эми "E-Type" дизайнында 2 агым жолу бар (2 жуп уюл).
Магниттин конфигурациясын салыштыруу:
E-түрү конфигурация U-түрү конфигурацияга караганда натыйжалуураак.
Мунун эмне үчүн мынчалык болгонун түшүнүү үчүн төмөндөгү эки сүрөттү карап көрүңүз.
Сол жакта U түрүндөгү магниттин кесилиши жана оң жакта бир эле U түрүндөгү 2ди бириктирүү менен жасалган E түрүндөгү магнит.Эгерде ар бир магнит конфигурациясы бирдей ампердик айлануулары бар катушкалар менен кыймылдаса, анда эки эселенген магнит (E-түрү) эки эсе көп кысуучу күчкө ээ болот.Ал ошондой эле эки эсе көп болот колдонот, бирок катуш үчүн зым дээрлик жок!(Узун катушканын дизайнын болжолдоп).
(Аз өлчөмдө кошумча зым керек болот, анткени катушканын эки эки буту "E" дизайнында бир-биринен алыс жайгашкан, бирок Magnabend үчүн колдонулган узун катушка дизайнында бул кошумча мааниге ээ эмес).
Super Magnabend:
Андан да күчтүү магнитти куруу үчүн "E" концепциясын бул кош-E конфигурациясы сыяктуу кеңейтүүгө болот:
3-D модели:
Төмөндө U-түрү магнитте бөлүктөрдүн негизги жайгашуусун көрсөткөн 3-D чийме:
Бул дизайнда Алдыңкы жана Арткы мамылар өзүнчө бөлүктөр болуп саналат жана негизги бөлүгүнө болттор менен бекитилет.
Принцибинде бир болоттон U тибиндеги магниттин корпусун иштетүү мүмкүн болсо да, анда катушканы орнотуу мүмкүн болбой калат, ошондуктан катушканы ордунда (иштелген магнит корпусунда) ороп салуу керек болот. ).
Өндүрүштүк кырдаалда катушкаларды өзүнчө (өзгөчө бир калыпта) ороп алуу абдан жакшы.Ошентип, U тибиндеги дизайн жасалма курулушту эффективдүү түрдө аныктайт.
Экинчи жагынан, E-түрү дизайн бир болоттон жасалган магниттик корпуска жакшы шарт түзөт, анткени магниттин корпусу иштетилгенден кийин алдын ала жасалган катушканы оңой эле орнотууга болот.Бир бөлүктөн турган магнит корпусу магниттик жактан жакшыраак иштейт, анткени анда магнит агымын (демек, кысуу күчүн) бир аз азайта турган курулуш боштуктары жок.
(1990-жылдан кийин жасалган көпчүлүк Magnabends E-түрү дизайнын колдонгон).
Магниттик курулуш үчүн материалды тандоо
Магниттик корпус жана кысгыч ферромагниттик (магниттелүүчү) материалдан жасалышы керек.Болот эң арзан ферромагниттик материал жана анык тандоо.Бирок каралышы мүмкүн болгон ар кандай атайын болоттор бар.
1) Silicon Steel : Адатта ичке ламинацияларда бар жана AC трансформаторлордо, AC магниттеринде, релелерде жана башкаларда колдонулган жогорку каршылыктуу болот. Анын касиеттери DC магнити болгон Magnabend үчүн талап кылынбайт.
2) Жумшак темир : Бул материал Magnabend машинасы үчүн жакшы болмок, бирок физикалык жактан жумшак, бул анын оңой тиштери жана бузулушу мүмкүн дегенди билдире турган төмөнкү калдык магнетизмди көрсөтөт;калдык магнетизм маселесин башка жол менен чечкен жакшы.
3) Чоюн: Прокат сыяктуу оңой магниттелбейт, бирок каралышы мүмкүн.
4) Дат баспас болоттон жасалган 416 түрү : Болот сыяктуу күчтүү магниттелиши мүмкүн эмес жана алда канча кымбатыраак (бирок магниттин денесиндеги жука коргоочу жабуу үчүн пайдалуу болушу мүмкүн).
5) Дат баспас болоттон жасалган 316 түрү: Бул болоттун магниттик эмес эритмеси, ошондуктан такыр ылайыктуу эмес (жогоруда 4-беттегиден башка).
6) Орто көмүртектүү болот, түрү K1045 : Бул материал магнит куруу үчүн абдан ылайыктуу болуп саналат, (жана машинанын башка бөлүктөрү).Бул берилген шартта абдан оор жана ал ошондой эле жакшы машиналарды иштетет.
7) Орто көмүртектүү болоттун түрү CS1020 : Бул болот K1045 сыяктуу катуу эмес, бирок ал оңой жеткиликтүү, ошондуктан Magnabend машинасын куруу үчүн эң практикалык тандоо болушу мүмкүн.
зарыл болгон маанилүү касиеттери экенин белгилей кетүү керек:
Жогорку каныккан магниттештирүү.(Көпчүлүк болот эритмелери болжол менен 2 Теслада каныккан),
Пайдалуу бөлүм өлчөмдөрүнүн болушу,
Кокус зыянга туруштук берүү,
Иштетүү, жана
Акылга сыярлык чыгым.
Орто көмүртектүү болот бардык ушул талаптарга туура келет.Төмөн көмүртектүү болот да колдонулушу мүмкүн, бирок ал кокустан бузулууга азыраак туруштук берет.Ошондой эле супермендур сыяктуу башка атайын эритмелер бар, алар жогорку каныккан магниттелишине ээ, бирок болотко салыштырмалуу алардын баасы өтө жогору болгондуктан, аларды кароого болбойт.
Орто көмүртектүү болот, бирок кээ бир калдык магнитизмди көрсөтөт, бул кыйынчылык үчүн жетиштүү.(Калдык магнетизм бөлүмүн караңыз).
The Coil
Катушка электромагнит аркылуу магниттөө агымын кыймылдатат.Анын магниттештирүү күчү айлануулардын санына (N) жана катушкалардын токуна (I) көбөйтүндүсү гана кирет.Ошентип:
N = бурулуштардын саны
I = орамдардагы ток.
Жогорудагы формулада "N" пайда болушу жалпы туура эмес түшүнүккө алып келет.
Бурулуштардын санын көбөйтүү магниттелүүчү күчтү жогорулатат деп кеңири болжолдонууда, бирок жалпысынан мындай болбойт, анткени кошумча бурулуштар токту да азайтат, I.
Туруктуу туруктуу чыңалуу менен камсыздалган катушканы карап көрөлү.Эгерде бурулуштардын саны эки эсеге көбөйсө, анда орамдардын каршылыгы да эки эсе көбөйөт (узун катушкада) жана ошентип ток эки эсеге азаят.Таза эффект NI эч кандай жогорулабайт.
NI чындап эле аныктайт - бурулушка каршылык.Ошентип, NI жогорулатуу үчүн зымдын калыңдыгын көбөйтүү керек.Кошумча бурулуштардын мааниси, алар токту азайтат, демек, катушкадагы кубаттуулуктун чыгымын азайтат.
Дизайнер зым өлчөгүч катушканын магниттөөчү күчүн чындап аныктаарын эстен чыгарбашы керек.Бул катушканын дизайнынын эң маанилүү параметри.
NI продукты көбүнчө катушканын "ампердик бурулуштары" деп аталат.
Канча ампер бурулуш керек?
Болот болжол менен 2 Тесланын каныккан магниттелүүсүн көрсөтөт жана бул канчалык кысуу күчүн алууга боло турган негизги чекти коёт.
Жогорудагы графиктен биз 2 Тесла агымынын тыгыздыгын алуу үчүн талап кылынган талаа күчү метрге болжол менен 20 000 ампер айлануу экенин көрөбүз.
Азыр, типтүү Magnabend дизайны үчүн, болоттун агымынын жолунун узундугу метрдин 1/5 бөлүгүн түзөт жана ошондуктан каныккандыкты өндүрүү үчүн (20,000/5) AT талап кылынат, башкача айтканда, 4,000 AT.
Магниттик чынжырга магниттик эмес боштуктар (б.а. түстүү материалдар) киргизилген учурда да каныккан магниттештирүү сакталышы үчүн мындан да көп ампердик бурулуштар болсо жакшы болмок.Бирок кошумча ампердик бурулуштарды кубаттуулукту сарптоодо же жез зымдын наркында, же экөөнүн тең чыгымында гана алууга болот.Ошентип, компромисс керек.
Кадимки Magnabend конструкцияларында 3,800 ампер айлануусун чыгарган катушкалар бар.
Бул көрсөткүч машинанын узундугуна көз каранды эмес экенин белгилей кетүү керек.Эгерде бир эле магниттик дизайн машинанын узундугунун диапазонуна колдонулса, анда ал узунураак машиналарда жоон зымдардын аз бурулуштары болорун айтат.Алар жалпы токту көбүрөөк тартышат, бирок ампер х бурулуштарынын бирдей продуктусуна ээ болот жана узундук бирдигине бирдей кысуучу күчкө (жана ошол эле кубаттуулуктун сарпталышына) ээ болот.
Милдеттик цикл
Милдет циклинин түшүнүгү электромагниттин дизайнынын абдан маанилүү аспектиси болуп саналат.Эгерде долбоор талап кылынгандан көбүрөөк иштөө циклин камсыз кылса, анда ал оптималдуу эмес.Көбүрөөк милдет цикли табиятынан көбүрөөк жез зым талап кылынарын (ошондуктан кымбатыраак) жана/же кысуучу күчтүн азыраак болушун билдирет.
Эскертүү: Иштөө циклинин жогору болгон магнитинин кубаттуулугу азыраак сарпталат, демек, ал энергияны аз сарптайт жана ошону менен иштөө арзаныраак болот.Бирок, магнит кыска убакытка гана КҮЙҮП тургандыктан, иштөөгө кеткен энергиянын баасы, адатта, өтө аз мааниге ээ деп эсептелет.Ошентип, дизайн ыкмасы катушканын орамдарын ашыкча ысып албаш үчүн, мүмкүн болушунча көп энергияны сарптоо болуп саналат.(Бул ыкма көпчүлүк электромагниттик конструкциялар үчүн кеңири таралган).
Magnabend болжол менен 25% номиналдык милдети цикл үчүн иштелип чыккан.
Эреже катары, бир ийилген жасоо үчүн болгону 2 же 3 секунд талап кылынат.Магнит андан кийин дагы 8-10 секунда өчүп калат, ал эми бөлүкчө кайра жайгаштырылган жана кийинки ийүүгө даяр болгон.Эгерде 25% иштөө цикли ашып кетсе, анда магнит өтө ысып, термикалык ашыкча жүк өчүрүлөт.Магнит бузулбайт, бирок кайра колдонуудан мурун аны 30 мүнөттөй муздатуу керек.
Талаадагы машиналар менен иштөө тажрыйбасы 25% кызмат цикли типтүү колдонуучулар үчүн жетиштүү экенин көрсөттү.Чынында, кээ бир колдонуучулар азыраак иштөө циклинин эсебинен көбүрөөк кысуучу күчкө ээ болгон машинанын кошумча кубаттуу версияларын сурашкан.
Катушканын кесилишинин аянты
Катуш үчүн жеткиликтүү кесилиш аянты орнотула турган жез зымдын максималдуу көлөмүн аныктайт. Жеткиликтүү аянт талап кылынган ампердик бурулуштарга жана кубаттуулуктун сарпталышына шайкеш келген өлчөмдөн ашык болбошу керек.Катушка үчүн көбүрөөк орун берүү сөзсүз түрдө магниттин өлчөмүн көбөйтөт жана болоттун узундугу агымынын узундугуна алып келет (бул жалпы агымды азайтат).
Ошол эле аргумент дизайнда кандай катушка мейкиндиги каралбасын, ал ар дайым жез зым менен толук болушу керек дегенди билдирет.Эгерде ал толбосо, анда магнит геометриясы жакшыраак болмок дегенди билдирет.
Magnabend кысуу күчү:
Төмөндөгү график эксперименталдык өлчөөлөр менен алынган, бирок ал теориялык эсептөөлөр менен бир топ дал келет.
Кысуу күчүн математикалык түрдө бул формула боюнча эсептөөгө болот:
F = Ньютондогу күч
B = Тесластагы магнит агымынын тыгыздыгы
A = уюлдардын аянты м2
µ0 = магниттик өткөрүмдүүлүк константасы, (4π x 10-7)
Мисал үчүн биз 2 Тесла агымынын тыгыздыгы үчүн кысуу күчүн эсептейбиз:
Ошентип, F = ½ (2)2 A/µ0
Бирдик аянтына күч (басым) үчүн формуладагы "А" белгисин түшүрүп алабыз.
Ошентип, басым = 2/μ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Бул 1,590,000 Н/м2 чыгат.
Муну килограммдык күчкө айландыруу үчүн аны g (9,81) ге бөлүүгө болот.
Ошентип: Басым = 162,080 кг/м2 = 16,2 кг/см2.
Бул жогорудагы графикте көрсөтүлгөн нөлдүк боштук үчүн өлчөнгөн күч менен абдан туура келет.
Бул көрсөткүчтү машинанын полюс аянтына көбөйтүү жолу менен берилген машина үчүн жалпы кысуучу күчкө оңой айландырса болот.1250E модели үчүн уюлдун аянты 125(1,4+3,0+1,5) =735 см2.
Ошентип, жалпы, нөлдүк боштук, күч болмок (735 x 16,2) = 11,900 кг же 11,9 тонна;магниттин узундугунун метрине болжол менен 9,5 тонна.
Фунун тыгыздыгы жана кысуу басымы түздөн-түз байланыштуу жана төмөндөгү графикте көрсөтүлгөн:
Практикалык кысуу күчү:
Практикада бул жогорку кысуучу күч керексиз болгондо гана (!), башкача айтканда, жука болоттон жасалган даяр тетиктерди ийүүдө ишке ашат.Түстүү буюмдарды ийүүдө жогорудагы графикте көрсөтүлгөндөй күч азыраак болот, жана (бир аз кызыктай), калың болоттон жасалган буюмдарды ийүүдө да азыраак болот.Бул курч ийилген үчүн зарыл болгон кысуу күчү радиустагы ийилгенге караганда абдан жогору болгондуктан.Ошентип, ийилгенде, кычкычтын алдыңкы чети бир аз көтөрүлүп, даярдалган бөлүктүн радиусун түзүүгө мүмкүндүк берет.
Түзүлгөн кичинекей аба боштугу кысуу күчүн бир аз жоготууга алып келет, бирок радиустун ийилишин түзүү үчүн зарыл болгон күч магниттин кысуу күчүнө караганда кескин төмөндөп кеткен.Ошентип, туруктуу кырдаал пайда болот жана кычкылтек коё бербейт.
Жогоруда сүрөттөлгөн нерсе, машина калыңдык чегине жакын болгондо ийүү режими.Эгер андан да жоонирээк кесим аракет кылынса, анда, албетте, кысгыч көтөрүлөт.
Бул диаграмма, эгерде кычкачтын мурундун чети курч эмес, бир аз радиусталанса, анда коюу ийилүүчү аба боштугу азаят деп болжолдойт.
Чынында эле ушундай жана туура жасалган Magnabend радиусталган чети бар кыскычка ээ болот.(Радиусталган жээк курч жээкке салыштырмалуу кокустан бузулууга азыраак дуушар болот).
Ийилбөөнүн маржиналдык режими:
Эгерде өтө жоон даярдалган тетикте ийилүүгө аракет кылынса, анда машина аны ийбей калат, анткени кысгыч жөн эле көтөрүлүп кетет.(Бактыга жараша, бул драмалык жол менен болбойт; кыскычты жөн гана тынч коё берет).
Бирок, эгерде ийилүүчү жүк магниттин ийилген сыйымдуулугунан бир аз гана чоңураак болсо, анда көбүнчө ийилген 60 градуска чейин созулат, андан кийин кысгыч артка жыла баштайт.Бул бузулуу режиминде магнит ийилүүчү жүккө кыйыр түрдө гана туруштук бере алат, бул иштеме менен магниттин төшөгүнүн ортосунда сүрүлүүнү жаратат.
Көтөрүүдөн улам пайда болгон бузулуу менен жылып кетүүнүн ортосундагы калыңдыктын айырмасы көбүнчө анча чоң эмес.
Көтөрүүнүн иштебей калышы даярдалган бөлүктүн кысгычтын алдыңкы четин өйдө карай кармап турганына байланыштуу.Кысгычтын алдыңкы четиндеги кысуучу күч негизинен буга каршы турат.Арткы четинен кысуу анча деле таасир этпейт, анткени ал кысгыч бурулуп жаткан жерге жакын.Чынында, бул көтөрүлүүгө каршы турган жалпы кысуучу күчтүн жарымы гана.
Башка жагынан алып караганда, сыдырууга жалпы кысуучу күч каршы турат, бирок сүрүлүү аркылуу гана каршылык көрсөтөт, ошондуктан иш жүзүндөгү каршылык даярдалган материал менен магниттин бетинин ортосундагы сүрүлүү коэффициентине көз каранды.
Таза жана кургак болот үчүн сүрүлүү коэффициенти 0,8ге чейин жогору болушу мүмкүн, бирок майлоо бар болсо, анда ал 0,2ге чейин төмөн болушу мүмкүн.Эреже катары, бул ийилүүнүн маргиналдык режими, адатта, тайгаланууга байланыштуу болот, бирок магниттин бетиндеги сүрүлүүнү жогорулатуу аракети эч кандай майнапсыз деп табылган.
Калыңдыгы сыйымдуулугу:
98 мм туурасы жана 48 мм тереңдиктеги жана 3,800 ампер айлануучу катушкасы бар E типтеги магнит корпусу үчүн толук узундуктагы ийүү сыйымдуулугу 1,6 мм.Бул калыңдык болот баракка да, алюминий баракка да тиешелүү.Алюминий баракта кысуу азыраак болот, бирок аны ийүү үчүн азыраак момент талап кылынат, андыктан бул металлдын эки түрү үчүн тең өлчөө жөндөмдүүлүгүн бере тургандай компенсацияланат.
Белгиленген ийилүүчү сыйымдуулук боюнча кээ бир эскертүүлөр болушу керек: Эң негизгиси, металл барактын кирешелүүлүгү ар кандай болушу мүмкүн.1,6 мм сыйымдуулугу 250 МПага чейинки чийимдүүлүк стресси менен болотко жана 140 МПага чейинки чийимдүүлүк стресси бар алюминийге тиешелүү.
Дат баспас болоттон жасалган калыңдыгы болжол менен 1,0 мм.Бул кубаттуулук көпчүлүк башка металлдарга караганда бир топ азыраак, анткени дат баспас болоттон жасалган, адатта, магниттик эмес, бирок жетишерлик жогорку түшүмдүүлүк стресске ээ.
Дагы бир фактор - бул магниттин температурасы.Магниттин ысып кетишине жол берилсе, анда катушканын каршылыгы жогору болот жана бул өз кезегинде анын азыраак агымын тартуусуна алып келет, натыйжада төмөнкү ампер-бурулуштар жана төмөнкү кысуу күчү.(Бул эффект, адатта, бир топ орточо жана машина анын техникалык талаптарга жооп бербей калышына алып келиши күмөн).
Акыр-аягы, магнит кесилиши чоңураак кылынса, калың кубаттуулуктагы Magnabends жасалышы мүмкүн.