Записка / Курс.Р_1.(ЭМК))

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Физические методы контроля»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Приборы и методы электромагнитного контроля»

Тема работы: Определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий

Выполнил студент гр. МПК-071

Руководитель:

НОВИКОВ В.А.

Могилев 2013

Содержание

Введение………………………………………………………………………		3
Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства…………………………………………………………………….		4
Выводы………………………………………………………………………..		12
Список литературы………………………………………………………….		13

Введение

Современное состояние производства в передовых странах мира предполагает наличие эффективных методов неразрушающего контроля. В настоящее время для обнаружения поверхностных и подповерхностных трещин в ферромагнитных изделиях (гибы труб, опоры и оси вагонов, лопатки турбин, кольца подшипников, несущие конструкции летательных аппаратов и т.д.) в основном применяют магнитопорошковый метод. Он хотя и позволяет получить наглядную картину распределения дефектов, однако требует тщательной и трудоемкой зачистки поверхности изделий. Это приводит к большим затратам при обнаружении нарушений сплошности металла.

Весьма перспективным методом неразрушающего контроля является магнитографический, имеющий высокую чувствительность по отношению к наиболее опасным дефектам – трещинам и стянутым непроварам. Однако он имеет не всегда высокую мобильность и недостаточно широкую область применения из–за массивности намагничивающих устройств, их громоздкости, необходимости зачастую изготовления дополнительных полюсных наконечников к электромагнитам, требования мощных источников питания. Значительным шагом вперед явился разработанный ранее на кафедре «Физические методы контроля» Белорусско-Российского университета способ магнитографического контроля изделий на наличие дефектов, в котором для намагничивания применяют постоянные магниты.

Постановка задачи

В курсовой работе необходимо определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий.

Объект контроля выполнен из стали Ст3 с толщиной стенки 20 мм. Оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях составляет 1,7 Тл.

Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства

Для начала строится кривая намагничивания материала контролируемого изделия. Кривая намагничивания стали Ст3 приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Кривая намагничивания материала изделия

Целью расчета является определение намагничивающей силы (IW) устройства для создания в изделии необходимой индукции.

Из рекомендаций [2], толщина полюсов намагничивающего устройства должна быть в 2-3 раза больше толщины намагничиваемого изделия. Если же толщина изделия 1…2 мм, то толщина полюсов – 10…20 мм.

Для изделия с толщиной стенки b=20 мм выберем толщину полюсов d=50 мм.

Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно, исходя из существующих разработок. Например, расстояние L между полюсами электромагнита – не менее 70 мм, высота h – не менее 100 мм.

Исходные данные, выбранные для расчета устройства по рекомендациям, приведенным выше:

с=200 мм; d=50 мм; h=110 мм; L=80 мм; =1 мм.

Схема намагничивающего устройства и его эквивалентная электрическая схема представлена ниже:

а - схема намагничивающего устройства; б - эквивалентная электрическая схема электромагнита

Рисунок 1.2 – Схема намагничивающего устройства

Из закона Кирхгофа следует:

, (1.1)

где- падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи .

Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии в зазорах , в магнитопроводе :

(1.2)

Таким образом, после того, как подставлены данные, система принимает вид:

(1.3)

Строим кривую намагничивания материала изделия (она была представлена на рисунке 1.1).

С помощью выражения (1.2) и значений и , взятых с кривой намагничивания, строим зависимость , а затем зависимость в той же системе координат.

, (1.4)

где - напряженность поля в зазоре;

- толщина суммарного зазора;

(1.5)

С учётом выбранных параметров и выражений (1.4), (1.5) получаем зависимость :

Рисунок 1.3 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре и в изделии от магнитного потока в изделии

Затем на отдельном графике строится кривая падения магнитного напряжения в магнитопроводе в зависимости от протекающего в нем потока . После рассматривается сумма магнитных напряжений в магнитопроводе Uп:

(1.6)

Значения Вп и Нп определяют по кривой намагничивания материала магнитопровода. С учетом требований технического, технологического и экономического плана для магнитных приспособлений могут быть рекомендованы стали Ст.3, 10, 20 и сталь Армко [1]. В качестве материала магнитопровода выберем сталь 20.

Рисунок 1.4 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от потока в нем

Чтобы пересчитать в зависимости от , запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы

, (1.7)

где F- магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.

Так как отношение потоков и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям и , то:

; , (1.8)

где - магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.

( ), (1.9)

где - проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).

, (1.10)

где = 0,06 (м); (1.11)

ln(1+)=3,536; (1.12)

=0,141 (м). (1.13)

Подставим значения из формул (1.11), (1.12), (1.13) в (1.10) получим:

(Гн)

Из (1.7) и (1.8):

(1.14)

где получаем из (1.10) и (1.11):

RF – постоянная величина, Rу – тоже постоянно.

, (1.15)

где

, (1.16)

здесь - длина средней линии в изделии ( м);

и - соответствуют оптимальному режиму намагничивания.

.

Путем пересчета с использованием формулы (1.16) получают зависимость :

Рисунок 1.5 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии

Затем суммируя получают зависимость . Зная сечение изделия, строят вторую ось, т.е. аналогичную зависимость , где :

Рисунок 1.6 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от индукции в изделии

По известному значению оптимальной индукции Вопт =1,7 Тл в контролируемом сечении по рисунку 1.6 определяют .

U1 =5,5·103 А. Затем с учетом коэффициента заполнения Кз =0,4 и площади S окна, занимаемого витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d =1, 2, 3 мм):

, (1.17)

где - коэффициент заполнения окна,

d - диаметр провода,

S - площадь окна, занимаемого всеми витками катушки, равна приблизительно 80% от площади сердечника и определяется как:

, (1.18)

Таким образом:

витков, W2=489 витков, W3=217 витков.

Определяем величину тока в катушке по известной намагничивающей силе и числу витков:

I=, (1.19)

где U1 – оптимальное значение намагничивающей силы,

W – число витков.

Значения токов в катушке для разных диаметров провода получились:

I1 = 2,812 A; I2 = 11,249 A; I3 =25,311 A.

Определяем электрическое сопротивление обмотки:

, (1.20)

где 0,651 (м).

Получим значения:

R1=27,549 Ом; R2=1,722 Ом; R3=0,34 Ом.

Теперь определим потребляемую мощность:

(1.21)

Мощность получилась для всех трех случаев одинаковой и составила 217,885 Вт.

Таким образом, можно сделать вывод, что потребляемые мощности не зависят от диаметра провода. Диаметр провода выбирают исходя из приемлемого числа витков катушки.

Выберем число витков катушки – 217 для провода диаметром 3 мм.

Выводы

В данной курсовой работе расчетным путем были определены параметры электромагнита намагничивающего устройства для объектов из стали Ст3 с толщиной стенки 20 мм.

Полученные параметры:

- толщина полюсов d=50 мм.

- расстояние L между полюсами электромагнита – L=80 мм;

- высота h=110 мм;

- ширина с=200 мм;

- толщина зазора - =1 мм;

- диаметр обмоточного провода 3 мм;

- число витков обмотки - 217.

Список литературы

1 Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 –”Приборы и методы контроля качества и диагностики”. / В.А. Новиков – Могилев: БРУ, 2008, - 28 с.

2 Фалькевич, А. С. Магнитографический контроль сварных соединений. / А.С. Фалькевич, М.Х. Хусанов – М.: Машиностроение, 1966, – 176 с.: ил.