Исследование структуры магнитного поля в электромеханических диспергаторах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

5. Патент на изобретение №2638904. Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи / Ф.Д. Косоухов, А.О. Филиппов, Н.В. Васильев, Н.Ю. Криштопа, З.Р. Галиева, А.С. Паутов. Зарегистрировано 18 декабря 2017 г.

Literatura

1. Vasil'ev N.V. Snizhenie poter' elektricheskoj energii v seti 0,38 kV, obuslovlennyh nelinejnost'yu teplichnyh obluchatel'nyh ustanovok putyom modernizacii puskoreguliruyushchej apparatury: dis. ... kand. tekhn. nauk. - SPb., 2008. - S. 136.

2. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskih sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoj energii v sistemah elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya. - M.: Standartinform, 2014.

3. Drekhsler R. Izmerenie i ocenka kachestva elektroenergii pri nesimmetrichnoj i nelinejnoj nagruzke / Per. s cheshsk. - M.: Energoatomizdat, 1985. - 112 s.

4. Kosouhov F.D., Vasil'ev N.V, Kuznecova E.S. Novye nauchnye napravleniya v energosberezhenii v tryohfaznyh transformatorah i chetyryohprovodnyh liniyah pri nesimmetrichnoj, nelinejnoj i reaktivnoj nagruzkah // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - №2(47) - S. 300 - 309.

5. Patent na izobretenie №2638904. Sposob izmereniya poter' moshchnosti ot nesinusoidal'nyh tokov v tryohfaznyh transformatorah i chetyryohprovodnyh liniyah elektroperedachi / F.D. Kosouhov, A.O. Filippov, N.V. Vasil'ev, N.YU.Krishtopa, Z.R. Galieva, A.S. Pautov. Zaregistrirovano 18 dekabrya 2017 g.

УДК 663.91522 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12135

Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук В.С. ВОЛКОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДИСПЕРГАТОРАХ

На современном этапе научного развития тема разработки энергоэффективных диспергаторов, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность и селективность процесса измельчения сельскохозяйственного сырья, является актуальной. Как показала практика, известные в настоящее время диспергаторы с механическим способом формирования диспергирующих нагрузок не отвечают современным требованиям производства как по высокому значению энергоемкости готового продукта, так и по низким качественным показателям [1]. Одним из основных требований, предъявляемых к качеству продукции во многих производствах, является монодисперсность фракционного состава [2, 3, 4]. Механические диспергаторы не обеспечивают условий селективного (избирательного) измельчения материала, что требует введения в аппаратурно-технологические системы переработки сырья дополнительного оборудования — классификаторов. Это усложняет схему процесса измельчения при одновременном снижении показателей энергоэффективности предприятий и повышении стоимости готовых изделий. В последние годы интенсивно развивается направление по созданию диспергаторов, использующих энергию электромагнитных полей для формирования диспергирующих нагрузок [5]. Эти аппараты отличаются высокой локальной интенсивностью воздействия на частицы материала при минимальных затратах энергии. Дальнейшее развитие этого направления на

базе теоретических и фундаментальных исследований физико-механических процессов диспергирования в магнитоожиженном слое ферротел позволит создать энергоэффективные аппараты для предриятий АПК.

Цель исследований - теоретические основы формирования условий измельчения материалов в электромеханических диспергаторах, обеспечивающих повышение селективности и энергоэффективности процессов переработки сырья растительного и животного происхождения.

Материалы, методы и объекты исследования. Объектом исследования являются электромеханические диспергаторы. К предмету исследования относятся закономерности формирования равномерного силового поля в рабочих объемах электромеханических диспергаторов.

Результаты исследования. В электромеханических диспергаторах цилиндрического исполнения [5] интенсивность и селективность процесса измельчения материалов [6] определяется равномерностью распределения ударно-истирающих нагрузок в контактных системах магнитоожиженного слоя ферротел через прослойку перерабатываемого продукта. На основании анализа исследований [6] установлено, что основными факторами, определяющими равномерность распределения нагрузки в рабочих объемах электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения, являются:

- фактор воздействия центробежной силы на ферротела магнитоожиженного слоя (на размольные элементы);

- распределение магнитных силовых линий в рабочей зоне переработки продукта;

- величина магнитной индукции в зоне контактных взаимодействий «размольный элемент - частица продукта - размольный элемент»;

- отсутствие участков аппаратов с насыщенным состоянием стали магнитопровода.

Схема исследуемых рабочих зон электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения представлена на рис. 1.

цилиндрического исполнения:

ёк - элемент рабочего зазора; Я1, Я2 - радиусы цилиндрических образующих рабочего зазора; 2Ь0 - высота рабочего зазора; Ф - магнитный поток, проходящий через элементы диспергатора; 1 и 2 - контуры циркуляции вектора напряженности Н

На рис. 2 приведена схема расчетного элемента рабочего зазора.

Рис. 2. Схема расчетного элемента рабочего зазора

Диаграмма вектора напряженности в исследуемом зазоре электромеханического диспергатора цилиндрического исполнения приведена на рис. 3.

н 1

н 1

Рис. 3. Диаграмма вектора напряженности в исследуемом объеме электромеханического

диспергатора

Магнитный поток Ф, проходящий через элементы устройства, определен формулой:

Ф = и § Н 0 с®к, (1)

Sk р=Я1

где и0 — магнитная проницаемость рабочего зазора.

На основании закона полного тока

§ НсЧс = Жу 1У , (2)

получены следующие выражения для контуров циркуляции вектора напряженности Н:

Н1рК + Н1рК =о > (3)

Н1сРК + Н2срК = ° • (4)

В выражениях (3) и (4) электрический ток, протекающий по обмотке управления, размещенной в корпусе электромеханического диспергатора, идеализирован одним витком ю с нулевым диаметром провода и током г [7]. Также принято допущение, что /ЛК = да (т.е. конструктивные элементы аппарата выполнены из материалов с высоким значением магнитной проницаемости ¡и). При этом магнитный поток входит в поверхность конструктивных элементов диспергатора под прямым углом.

Анализ представленных выражений позволяет сделать вывод, что при принятых допущениях величина напряженности по высоте диспергатора имеет одинаковое значение, то есть магнитное поле в рабочем зазоре исследуемых аппаратов имеет равномерно-радиальную структуру:

Н1СР = Н 2СР = НСР (5)

Выражение для определения среднего значения напряженности в электромеханических диспергаторах цилиндрических конструкций имеет вид:

НСР (6)

2( Я,- Д2)

- СР

21 Я - Я2

На основании закона непрерывности магнитного потока можно записать:

Ф, = 2пЩ0В,. Ф 2 = 2ЛЯ}, В2

(7)

(8) или

Ф, = 2лЩоМоН,; (9)

Ф 2 = 2лЯ21ои0 Н2, (10)

где В1, Н1 — величина индукции и напряженности магнитного поля на наружной поверхности, ограничивающей исследуемый элемент рабочего зазора.

В2, Н2 — величина индукции и напряженности магнитного поля на внутренней поверхности, ограничивающей исследуемый элемент рабочего зазора.

Из анализа выражений (9) и (10) следует, что параметры магнитного поля возрастают по линейному закону в радиальном направлении от внешней к внутренним поверхностям рабочего зазора устройства:

и

В_А_ В ^2

Н 2 _ А, Н1 А2

(11)

Тогда расчетные формулы для определения напряженности Но и индукции Во магнитного поля в любой точке рабочего объема на уровне радиуса р (Я2 < р < Я1) примут вид:

Во =

_ т(А + А - р)

2 2 9

А - А

МоО>1(А + А2 -р)

А - Я

(12) (13)

На участке «I - а», представленном на схеме аппарата (рис. 4), магнитная энергия определена выражениями:

ТТ^-а 1 Г^Г^Г21 Я2 "(А + А -р)2

Жз _ 2^0Ц (- ^ ёрёфёк

^П [ + А2)2 - 2(А + А,) А; - А/2 3

Ж 3 _

1

(А -А) + 4А:-А2) ]

1 + 4 ^ +

/ \2

-а ^оП® I (I - а) А

Ж 3 _-

П

2 1 У

6

1-

2

V А У

(14)

Рис. 4. Схема аппарата с расчетными участками магнитной энергии

С учетом равенства

1 + 4 ^ +

Г \2

( Я2 ^

и0по I (I-а) Я1

Я

V ^ Ч У

1-

2

Г Я2л

Я

=1 и2 2 Э

V м У

индуктивность обмотки управления на исследуемом участке определена формулой:

1

1 л Я 1++

Ь7 = 3 ¡0ПО (/ -а>

Я

/ л2

' Я Л Я

1

1 -

2

' Я'

V Я1 У

(15)

Магнитная энергия на «а» участке равна:

* ^ у12 (Я + Я2 р2

, 1 (Я Г2, |*2а ^2 Жу (Я1 + Я2 -р)2 Л , ,

Жэ = 2¡0 1я2§0 10 -а2(Я2- Я2)2-

2 2 1 + 4 я2 „а ПЖ у1 а Я

Ж Э = ¡0 -

' Я ^

1 V Я1 У

18

1 -

2

' Я

V Я1 У

(16)

Суммарная магнитная энергия на участках «1-а» и «а» определена по формуле:

пЖ II2 (I-^а)1 + 4 Я

2

1 л Я 1 + 4^ +

Ж э = и0

/ Л2

1 V Я1 У

6

1-

2

' Я Л

V Я1 У

(17)

Индуктивность Iэ обмотки управления находится из равенства:

ПЖ111

¡0

I - —а . 3 у

1 + 4 Я + Я

/ \ 2

1 V Я1 У

-Э т2

6

1-

г

ПЖ

-Г Э

Ьэ =¡0

2

л

I —а

V 3 у

2

' Я ' Я1

1 + 4 Я +

Я

2 Ьэ Iу ■

/ \ 2 ' Я '

Я

1

3

2

' Я Л

V Я1 У

2

Магнитный поток Ф, проходящий по корпусу устройства, можно представить в виде:

Ф = 2п//0 R

a WyIyR2

x W I R2

-dx + У y \ (l-a)

Ri R2a Ri R

(19)

Тогда искомое уравнение для вычисления величины магнитного потока примет вид:

Ф = 2жц0

WI RR

У У 1 2

Ri - R

2

L2 V

j a

l--

2

(20)

/

Корпус электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения насыщенный в магнитном отношении участок магнитопровода. С учетом представленных уравнений можно записать:

2жц0

WJR R2

R1 - R

j а

l--

2

= B

Kä

2nR1d

самый

(21)

Тогда искомое уравнение для определения допустимой величины индукции в корпусе диспергатора примет вид:

= WyIyR2 V

К nr>TT

l

а 2

R1 - R

(22)

Вывод. Представленные результаты теоретических исследований строения магнитного поля в рабочих объемах электромеханических диспергаторов позволяют давать практические рекомендации по проектированию энергоэффективных аппаратов, обеспечивающих повышение показателя селективности перерабатываемого сырья сельскохозяйственного назначения.

2

2

в

Литература

1. Ясинский Ф.Н., Гуюмджян П.П., Дмитриева Л.А. Некоторые обобщения экспериментальных исследований ударного разрушения хрупких материалов// XII Бенардосовские чтения: материалы международной научно-технической конференции. -Иваново, 2005. - 147с.

2. Левданский А.Э., Левданский Э.И., Вилькоцкий А.И. Энергосберегающая технология производства крупы // Белорусское сельское хозяйство. - 2002. - №3. -С.41 - 42.

3. Matijevic E. Nanosize Precursors as Building Blocks for Monodispersed Colloids // Коллоидный журнал. - 2001. - Т. 69.- №1. - С. 33 - 42.

4. Аметистов Е.В., Дмитриев А.С. Новая отрасль науки и практики — монодисперсные технологии // Вестник РАН.- 2001.- Т. 71.- №9.- 818 с.

5. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. Анализ, инновации, изобретения // Успехи современного естествознания. - 2014. - №5 (часть 1). - С. 182 - 183.

6. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование селективности процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах: монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 248 с.

7. Максвелл Д.К. О Фарадеевых силовых линиях. - М., 1907. - 185 с.

Literatura

1. YAsinskij F.N., Guyumdzhyan P.P., Dmitrieva L.A. Nekotorye obobshcheniya eksperimental'nyh issledovanij udarnogo razrusheniya hrupkih materialov. // XII Benardosovskie chteniya. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii. - Ivanovo, 2005.147pp.

2. Levdanskij A.E., Levdanskij E.I., Vil'kockij A.I. Energosberegayushchaya tekhnologiya proizvodstva krupy // Belorusskoe sel'skoe hozyajstvo. - 2002. - №3.-P.41-42.

3. Matijevic E. Nanosize Precursors as Building Blocks for Monodispersed Colloids // Kolloidnyj zhurnal. - 2001. - T. 69.- №1. - P. 33-42.

4. Ametistov E.V., Dmitriev A.S. Novaya otrasl' nauki i praktiki - monodispersnye tekhnologii // Vestnik RAN.- 2001.- T.- 71.- №9.- 818 p.

5. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Mekhanoaktivatory agropromyshlennogo kompleksa. Analiz, innovacii, izobreteniya // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. - 2014. - №5 (chast' 1). - P. 182 - 183.

6. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Issledovanie selektivnosti processa izmel'cheniya v elektromagnitnyh mekhanoaktivatorah: monografiya. - SPb.: SPbGAU, 2016. 248 s.

7. Maksvell D.K. O Faradeevyh silovyh liniyah. - M., 1907. - 185 pp.

УДК 624.313 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12142

Доктор техн. наук А.П. ЕПИФАНОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Ассистент Д.Б. КРИЛЬ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НИЗКОСКОРОСТНЫХ ЛИНЕЙНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МОНОРЕЛЬСОВЫХ

ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

В сельском хозяйстве имеется ряд технологических процессов, в которых рабочий орган агрегата совершает линейные перемещения или возвратно-поступательные движения (ленточные транспортёры, сортировальные машины, зернотранспортёры, кормораздатчики). Как было показано в [1,2,3], для привода рабочих органов в этих механизмах рационально применение линейных асинхронных двигателей (ЛАД). Однако в некоторых процессах (транспортировка, кормораздача, сбор урожая в теплицах) требуется низкая скорость перемещения рабочего органа (транспортного средства).

В настоящее время это достигается путём совмещения вращающегося асинхронного двигателя и различного рода передач (зубчатых, фрикционных, ременных), понижающих скорость (редукторы). Данный способ имеет ряд недостатков: 1) передача тягового усилия трением; 2) пробуксовка отдельных узлов (ведущие ролики, ремни, шкивы); 3) усложнённая кинематическая схема; 4) зависимость коэффициента сцепления от состояния путевой структуры.

Предлагались варианты сельскохозяйственных агрегатов, в которых низкие скорости достигались применением ЛАД (рис. 1). Благодаря конструктивным особенностям, ЛАД, помимо возможности успешного совмещения вторичного элемента (или индуктора) с рабочим органом, лишён недостатков, присущих классическому приводу. Однако низкие скорости приводят к снижению энергетических показателей (r|, COS <р) электродвигателя и механизма в целом.