Русская версия English version

Математическая модель динамики двухкатушечной синхронной электромагнитной машины ударного действия со свободным выбегом бойка

Л.А. Нейман, В.Ю. Нейман

Вестник ИГЭУ, 2016 г. выпуск 5, сс. 32—40

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Механизмы и устройства, использующие электромагнитный привод возвратно-поступательного движения, широко используются в промышленности для обеспечения многих технологических процессов и производств. Учитывая современные требования, особый интерес представляют низкочастотные синхронные электромагнитные машины ударного действия, для которых частота ударных импульсов сил равна или кратна частоте питающего однофазного источника. Актуальность исследований обусловлена необходимостью создания математической модели динамики двухкатушечной синхронной электромагнитной машины ударного действия со свободным выбегом бойка и реализованного на ее основе нового рабочего цикла и способа управления.

Материалы и методы: В качестве объекта исследований рассматривается динамическая модель электромагнитного ударного узла, включающая в себя многомассовую колебательную систему с упругими связями, возбуждаемую периодическим магнитным полем системы из двух катушек. Основу модели составляют дифференциальные уравнения электрического равновесия системы и механического взаимодействия поступательно движущихся инерционных масс, полученные методом Лагранжа.

Результаты: Разработана математическая модель динамики двухкатушечной синхронной электромагнитной машины ударного действия со свободным выбегом бойка. Особенностью модели является возможность учета взаимосвязанных электромеханических процессов, учитывающих нелинейность магнитных характеристик материалов, степень подвижности инерционных масс и свойства упругих связей, сопровождаемых различного рода потерями энергии. Предложен алгоритм расчета и рассмотрен пример численной реализации модели в программной среде Matlab Simulink.

Выводы: Использование созданной модели обеспечивает широкие возможности в проведении всестороннего анализа рабочих процессов электромагнитных ударных узлов в переходных и квазиустановившихся режимах в целях улучшения их характеристик. Методами математического моделирования подтверждена эффективность в использовании нового рабочего цикла, позволяющего улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и электромагнитного ударного узла при их совместной работе.

Ключевые слова: математическая модель, электромагнитная машина ударного действия, механическая колебательная система, упругие связи, метод Лагранжа, потери энергии, энергия удара.

Список литературы на русском языке: 

1. Ряшенцев Н.П., Угаров Г.Г., Львицин А.В. Электромагнитные прессы. – Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. – 216 с.

2. Ивашин В.В., Кудинов А.К., Певчев В.П. Электромагнитные привода для импульсных и виброимпульсных технологий // Известия вузов. Электромеханика. – 2012. – № 1. – С. 72–75.

3. Усанов К.М., Угаров Г.Г., Мошкин В.И. Линейный импульсный электромагнитный привод машин с автономным питанием. – Курган: Изд-во Курганского госуниверситета, 2006. – 284 с.

4. Усанов К.М., Каргин В.А. Силовая электромагнитная импульсная система для погружения стержневых элементов в грунт // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова.– 2005. – № 3. – С. 59–61.

5. Певчев В.П., Ивашин В.В. Проектирование мощных короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей. – Тольяти: Изд-во ТГУ, 2012. – 142 c.

6. Угаров Г.Г., Мошкин В.И. Перспективы развития силовых электромагнитных импульсных систем // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. – 2013. – № 29. – С. 88–90.

7. Мошкин В.И. Сравнение магнитных циклов импульсного линейного электромагнитного двигателя с учетом мощности потерь в его обмотке // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – № 4, т. 321. – С. 93–96.

8. Мошкин В.И., Угаров Г.Г. Энергетическая и динамическая эффективность однообмоточных линейных электромагнитных двигателей с возвратной пружиной // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2012. – № 2 (66). – С. 130–135.

9. Ряшенцев Н.П., Ряшенцев В.Н. Электромагнитный привод линейных машин. – Новосибирск: Наука, 1985. – 153 с.

10. Усанов K.M., Каргин В.А., Волгин А.В. Оценка эффективности энергопреобразований в электромагнитной ударной машине с упругим возвратным элементом // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2008. – № 1. – С. 86–87.

11. Pevchev V.P. The superexitation and efficiency relation in a short-stroke pulsed electromagnetic motor of a seismic source // Journal of Mining Sсience. – 2010.–
Vol. 46, no 6. – P. 656–665.

12. Татевосян А.А., Татевосян А.С. Расчет оптимальных параметров электромагнитного привода колебательного движения // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 325, № 4. – С. 121132.

13. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Математическая модель электромеханической системы колебательного движения с упругими связями // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 6. – С. 35–40.

14. Исмагилов Ф.Р., Саттаров Р.Р., Гумерова М.Б. Математическое моделирование динамических режимов электромагнитных демпфирующих элементов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2010. – Т. 14, № 5(40). – С. 86–90.

15. Zhuravlyov Y.N., Matcevich S.G., Kochevin F.G. Low-frequency electrodynamic vibrator with magnetically  suspended movable part // Proc. of the 4th Intern. Conf. on Motion and Vibration Control. – 1998. – Vol. 3. – P. 1063–1067.

16. Саттаров Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Периодические режимы в электромагнитных вибрационных преобразователях // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2010. – Т.14, № 1(36). – С. 50–55.

17. Саттаров Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Исследование виброударного режима в электромеханических реактивных преобразователях // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2010. – № 2. – С. 23–27.

18. Ряшенцев Н.П., Тимошенко Е.М., Фролов А.В. Теория, расчет и конструирование электромагнитных машин ударного действия. – Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1970. – 260 с.

19. Электропривод с линейными электромагнитными двигателями / Н.П. Ряшенцев, Г.Г. Угаров, В.Н. Федонин, А.Т. Малов. – Новосибирск: Наука, 1981. – 150 с.

20. Смелягин А.И. Синтез и исследование машин и механизмов с электромагнитным приводом. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1991. – 248 с.

21. Пат. 2496214 Российская Федерация, МКИ H02K 33/12. Синхронный электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения / Л.А. Нейман, В.Ю. Нейман, А.А. Скотников. Опубл. 20.10.2013, Бюл. № 29.

22. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Рабочий цикл двухкатушечной синхронной электромагнитной машины со свободным выбегом бойка // Известия вузов. Электромеханика. – 2013. – № 6. – С. 48–52.

23. Добронравов В.В., Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. – M.: Высш. шк., 1983. – 576 с.

24. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с.

25. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Динамическая модель электромагнитного привода колебательного движения для систем генерирования низкочастотных вибраций // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2015. – № 3(28). – С. 75–87.

26. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программа FEMM: учеб. пособие. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 336 с.

27. Андреева Е.Г., Семина И.А., Татевосян А.В. Исследование поля магнитной системы открытого типа с помощью программного пакета ANSYS // Динамика систем, механизмов и машин. – 2014. – № 1. – С. 173–175.

28. Татевосян А.А., Татевосян А.С. Расчет электрических и магнитных полей методом конечных элементов с применением комплекса программ ELCUT: учеб. пособие // Минобрнауки России, ОмГТУ. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. – 96 с.

29. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Моделирование процессов в электромагнитном вибрационном преобразователе с потерями энергии в магнитопроводе // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2016. – Т. 19, № 1. – С. 73–78.

30. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Моделирование динамических процессов в электромагнитных преобразователях энергии для систем генерирования силовых воздействий и низкочастотных вибраций // Известия Томского политехнического университета. – 2015. – Т. 326, № 4. – С. 154–162.

31. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Новые конструктивные решения проблемы точной синхронизации возвратно-поступательного движения бойка неуправляемой электромагнитной машины ударного действия // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2015. – № 2. – С. 280–285.

Ключевые слова на русском языке: 
математическая модель, электромагнитная машина ударного действия, механическая колебательная система, упругие связи, метод Лагранжа, потери энергии, энергия удара
Ключевые слова на английском языке: 
mathematical model, electromagnetic impact machine, mechanical oscillatory system, spring linkages, Lagrange method, power loss, impact energy
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2016.5.032-040
Количество скачиваний: 
27