2.9. Расчет обмотки электромагнитного сектора семяочистительной

машины

Задачей расчета является определение параметров обмотки электромагнитного сектора семяочистительной машины.

Исходные данные:

• геометрические размеры сектора (сердечника);

• напряжение питания обмотки;

• частота вращения барабана;

• характеристика очищаемых семян и семян сорняков;

• применяемый ферромагнитный порошок.

Последовательность расчета:

Необходимая напряженность магнитного поля в рабочей зоне электромагнитного сектора:

, (2.108)

где v=πRn – линейная скорость вращения барабана, м/с; К – радиус барабана, м; n – частота вращения барабана, c^-1; g – ускорение свободного падения, м/с².

Угол между вертикалью и центральной линией кромки сектора β

(рис. 2.18):

β=(180-α)/2, (2.109)

где α – угол рабочей зоны сектора (рис. 2.18).

Расстояние от центра до поверхности сектора, м:

l=δ+c/2, (2.110)

где δ – расстояние от поверхности барабана до поверхности сектора (рис. 2.18); с – толщина семян, м; μ₀=1,26·10^-6 Гн/м – магнитная постоянная; χ – магнитная восприимчивость, отнесенная к 1 кг порошка, кг^-1 (табл. 2.10).

Объем семени, м³:

,

где а – длина, b – ширина, c – толщина семени, м (табл. 2.9).

Коэффициент k=m_n/m, (2.111)

где m_n – масса порошка на семени, кг; m – масса семени с порошком, кг (табл. 2.9).

Т а б л и ц а 2.8. 1. Технические данные магнитных семяочистительных машин

Технические данные	Типы установок
	ЭМС-1А	СМЩ=0,4	К-295
Производительность, кг/ч-1, по клеву	180…200	400	10
по льну	-	500	15
Расход магнитного порошка (в % к массе семян)	1…2,5	1…2,5	0,3…1,3
Чистота очистки, %	95…96	98	96…98
Магнитная система	Внешний выпрямитель	Постоянные магнитные	Встроенный выпрямитель
напряжение, В	до 64	-	220
Ток. А	до 12
Потребляемая мощность, к Вт	2,5	2,6	0,27
Масса, кг		615	165

Необходимая МДС в рабочей зоне:

F_B=Hl. (2.112)

Основное сопротивление магнитному току сектора оказывает воздушный зазор. В приближенных расчетах суммарную МДС сектора F_эмс определяют через МДС воздушного зазора, учитывая сопротивление магнитопровода и рассеяние потока коэффициента α_p:

F_эмс=F_B+α_pF_эмс=F_B/(1-α_p). (2.113)

Значение α_p принимают в пределах 0,15…0,35.

Диаметр жилы обмоточного провода катушки:

, (2.114)

где D_ср=(D_B+h) – средний диаметр катушки, м; D_B – диаметр вала, м; h – высота обмотки пространства, м (рис. 2.18,а); U – напряжение на зажимах катушки, В; р₁ – удельное электрическое сопротивление материала жилы провода, Ом м.

При установившейся температуре:

р₁=р₂₀[1+α(t_доп=20)], (2.115)

где р₂₀ – удельное сопротивление материала жилы при 20⁰С, α –температурный коэффициент сопротивления, ⁰С^-1, t_доп – допустимая температура катушки для данного класса изоляции обмоточного провода, ⁰С.

Т а б л и ц а 2.9. Размеры и массы семян

Семена	Дина, α		Ширина, b		Толщина, c		Масса, m
	средняя, 10-3м	дисперсия, 10-3м	средняя, 10-3м	дисперсия, 10-3м	средняя, 10-3м	дисперсия, 10-3м	средняя, 10-3м	дисперсия, 10-3м
Пшеница	5,6	0,6	3,15	0,25	0,65	0,2	32	7,6
Овес	11,5	1,5	2,7	0,35	2,2	0,2	37,3	3,3
Овсюг	12,5	1,3	2,45	0,25	1,9	0,2	24,5	3,0
Дикая редька	5,0	1,0	4,0	1,0	3,2	0,7	23,4	3,8
Репей	7,9	0,6	3,8	0,3	3,0	0,25	25,1	3,7
Свинорой	2,5	0,5	0,8	0,3	0,6	0,2	0,22	0,08
Плевел	4,2	0,3	2,0	0,2	1,3	0,25	4,7	1,0
Клевер	2,0	0,5	1,0	0,1	1,1	0,1	4,75	1,0
Лен	4,1	0,3	2,3	0,2	1,1	0,15	4,3	0,6
Вика	2,0	0,8	1,1	0,3	1,0	0,2	1,5	0,6
Люцерна	2,9	0,5	2,5	0,8	2	0,5	10	2
Повилика	1,3	0,1	1,2	0,2	0,85	0,2	1,2	0,2
Амброзия	5	1,0	4	0,5	4	0,5	2,5	0,5
Горох полевой	17	2,5	10	2	10	2	30	3
Костер полевой	7	1	1,1	1	1	0,5	2,5	0,5

Т а б л и ц а 2.10. Магнитная восприимчивость ферромагнитных порошков

используемых в магнитных семяочистительных машинах

Марка порошка	Наполнитель	Магнитная восприимчивость, кг-1	Плотность, 103 кг/м3
ВХК-80	Фосфоргипс	193,5	-
ВХК-60	Фосфоргипс	163,2	3,427
ВХК-40	Фосфоргипс	96,3	3,185
ВХК-80	Мел	188,7	-
ВХК-60	Мел	123,4	-
ВХК-40	Мел	88,4	-
ДХЗ-80	Гипс полуводный	109,1	-
ДХЗ-80	Гипс безводный	113,1	-
ДХЗ-40	Гипс	58,9	2,963
ДХЗ-40	Мел	82,8	-
Гомпера	Отсутствует (100% железо)	2996,0	-

Число витков одной катушки электромагнита:

ω=k₃bh/S=4k₃bh/πd², (2.116)

где b и h – ширина и высота окна (обмоточного пространства) магнитопровода, м; k₃ – коэффициент заполнения окна обмотки.

Для медного провода с эмалевой изоляцией k₃=0,45…0,55 для проводов с изоляцией из пряжи – 0,28…0,35.

Сила тока в катушке:

I=F_эмс/ω. (2.117)

Температура катушки, ⁰С:

, (2.118)

где k_Т – коэффициент теплоотдачи от катушки. Для условий электромагнитного барабана семяочистительных машин k_Т=11…13 Вт/(м^{2 0}С).

Необходимая длина обмоточного провода на катушку, м:

L=πD_cω. (2.119)

Активное сопротивление катушки, Ом:

R=p₁L/S. (2.120)

Сила тока в катушке, А:

I=U/R. (2.121)

Значение I, вычисленные по формулам (2.117) и (2.121), не должны существенно различаться.

Плотность тока в обмоточном проводе, А/м²:

J=I/S. (2.122)

Рис. 2.17. Схема устройства электромагнитного барабана ЭМС-1А: 1 – крышка; 2,4 – магнитопроводы; 3 – неподвижные катушки; 5 – воздушные промежутки; 6 – упоры; 7 – стальной вал; 8 – резиновые кольца.

Допустимая плотность тока для обмоточных медных проводов (2…5)· 10^-6 А/м². Большие значения для проводов с эмалевой изоляцией, меньше – с бумажной (хлопчатобумажной) изоляцией.

Активная мощность катушки, Вт:

P=UI. (2.123)

Рис. 2.18. К расчету обмотки электромагнитного сектора семяочистительной машины; а – упрощенная расчетная схема электромагнитной системы; б – характер электромагнитного поля в рабочей зоне (воздушном зазоре); в – силы, действующие на семя с порошком; 1 – магнитопровод; 2 – обмотка (катушка); 3 – немагнитный вращающийся барабан; 4 – неподвижный вал; b, h – ширина и высота окна магнитопровода; Ф – магнитный поток; D­­­_В – диаметр вала.

Пример. Рассчитать обмотку электромагнитного сектора семяочистительной машины, расчетная схема которого приведена на рис. 2а 2.18 а. Геометрические размеры магнитной системы: b=250 мм, h=140 мм. D_В=150 мм, R=235 мм, δ=10 мм, α=160⁰C. Напряжение питания электромагнита постоянного тока U=60 В, частота вращения барабана n=42 мин^-1. рсчет произвести применительно к очистке льна от семян плевела льняного. Для обработки семян используют ферромагнитный порошок марки ВХК-60 с фосфоргипсом.

Определяем величины, входящие в (ф. 2.108).

Линейная скорость барабана:

v = πRn/30 = 3,14·235·10^-3·42/30 = 1,03 м/с.

Угол (ф.2.109) :

Β = (180-160)/2 = 10⁰, cos 10⁰ = 0,98.

Расстояние l (ф.2.110):

L = (10+1,3/2)·10^-3 = 10,65·10^-3 м.

Магнитная восприимчивость порошка ВХК-60 с наполнителем из фосфоргипса (табл. 2.10):

Χ =163,2 кг^-1.

Размеры семени плевела (табл. 2.9): а = 4,2·10^-3 м, b = 2,0·10^-3 м, c =1,3·10^-3 м, m_c = 4,7·10^-6 кг.

Объем семени плевела:

м.

Внедряемость порошка: k = m_n/m_c = 0,116.

Масса порошка на семени:

m =(m_n/m_c)m_c = 0,116·4,7·10^-6 кг.

Масса семени с порошком:

m = m_n+m_c = 0,55·10^-6+4,7·10^-6 = 5,25·10^-6 кг.

Отношение k = m_n/m = 0,55·10^-6/5,25·10^-6 = 0,1.

Необходимая напряженность магнитного поля в рабочей зоне (ф. 2.108):

А/м.

Необходимое МДС в рабочей зоне (воздушном зазоре) (ф.2.112):

F_B=1,13·10⁶·10,65·10^-3=1,2·10⁴ A.

Суммарную МДС определяем по (ф.2.113), приняв α_р=0,25:

F_эмс=1,2·10⁴/(1-0,25)=1,6·10⁴ А.

Средний диаметр витка катушки:

D_ср=(150+140) ·10^-3=290·10^-3 м.

Так как МДС сектора и размеры обмоточного пространства значительны, обмотку выполняем алюминиевым проводом марки АПБ кругового сечения с двойной хлопчатобумажной изоляцией. Допустимая температура нагрева провода 105⁰С.