Приложение 5 Методика расчета электродинамического вибровозбудителя

Динамическая схема вибровозбудителя при учете упругости подвижной системы представлена на рис. 99.

Рис. 99. Динамическая схема вибровозбудителя

В зависимости от назначения вибровозбудителя будем каждый раз рассматривать динамические схемы, определяющие движение системы возбудитель – объект. При этом учитываются упругие свойства объекта обработки, изделия или крепежных устройств между возбудителем и рабочим органом или рабочим органом и неподвижным основанием.

Рабочий диапазон частот вибровозбудителя выбирается в зависимости от воспроизводимой вибрации, программы и основных параметров вибрации(перемещения, скорость, ускорение).

На основе исследования системы уравнений строятся частотные характеристики вибровозбудителя при различных режимах, реализация которых зависит от характеристик применяемых усилителей мощности.

Предельные возможности вибровозбудителя определяются энергетическими процессами, протекающими в нем. Уровень воспроизводимой вибрации зависит от мощности вибровозбудителя. Полная мощность, потребляемая вибровозбудителем, может быть рассчитана по формуле:

, Вт

где R – коэффициент; F₁ – амплитуда гармонической вынуждающей силы, кгс; В – индукция в рабочем зазоре, Тл; D – диаметр подвижной катушки, м; h – высота подвижной катушки, м.

Амплитуда гармонической вынуждающей силы:

, кгс

где m – масса подвижной системы, кг; – собственная частота свободных электрических колебаний, рад/с.

Масса подвижной системы складывается из массы подвижной катушки и массы рабочего органа:

, кг.

Собственная частота свободных электрических колебаний равна

, рад/с

где L – полная длина проводника, м; I – амплитуда тока, А.

Зная особенности конструкции и назначение вибровозбудителя, а значит, зная размеры катушки, можно рассчитать полную длину проводника, приняв известным количество витков подвижной обмотки

, м

где n – количество витков подвижной катушки.

В представленной схеме вибровозбудителя рассеяние магнитного потока практически отсутствует. Существенным недостатком схемы является сложность конструкции (необходимы пазы в магнитопроводе для прохождения подвижной системы) и недостаточная жесткость подвижной системы в осевом направлении. Применяют схемы, в которых подвижная катушка представляет собой короткозамкнутый виток, трансформаторно связанный с неподвижной обмоткой переменного тока. Общие потери в схемах с короткозамкнутым витком значительно выше. Резкое появление поверхностного эффекта и связанный с ним перегрев ограничивают применение этих схем при высоких потоках.

Для уменьшения индуктивности подвижной обмотки и потерь в стали магнитопровода применяют медные экраны, представляющие собой короткозамкнутые витки, расположенные в рабочем зазоре магнитопровода. На рис. 99 показаны экраны (f), которые наносят на магнитопровод электромагнитным способом, наплавляют или выполняют из листовой меди.

Рис. 99Подвижная обмотка в рабочем зазоре магнитопровода

Определив глубину проникновения магнитных волн в материалах обмотки и экранов в зависимости от частоты изменения потока и свойств материала можно приближенно вычислить индуктивные сопротивления трансформаторов, а также активные сопротивления экранов.

Коэффициент R определяется по формуле:

где – коэффициенты

где ,  - постоянные коэффициенты; f – частота изменения тока в подвижной обмотке, Гц; ₁, ₂ – удельное сопротивление материала, см/кг;  - рабочий зазор, м; ₁, ₂ – глубина проникновения электромагнитных волн в материал обмотки и экранов, м.

Величина коэффициента R лежит в пределах 0,005–0,1.

Для сравнительной оценки различных типов вибровозбудителей по мощности найдем удельную мощность, потребляемую электродинамическим вибровозбудителем:

, Вт·час/кг.

где П – производительность машины, кг/час.