CC BY
13
УДК 45.29.29
В. И. Чарыков, А. А. Митюнин
ОЧИСТКА СЫПУЧИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ ОТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ГРАВИТАЦИОННЫМ
СЕПАРАТОРОМ УСС - 6М
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
V. I. Charykov, A. A. Mityunin CLEANING OF THE AGRICULTURAL PARTICULATE PRODUCTS FROM THE METAL INCLUSION BY THE GRAVITATION SEPARATOR USS - 6M FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация: Изложены результаты компьютерного моделирования магнитного поля электромагнитного сепаратора просыпного (гравитационного) действия. Приведена конструкция электромагнитного сепаратора, разработанного на кафедре электрификации и автоматизации сельского хозяйства Курганской ГСХА. Описана методика компьютерного моделирования магнитного поля в программе Finite Element Method Magnetics для 2-х мерной модели электромагнитного сепаратора. Приведены результаты нахождения значения магнитной индукции для аксиальной и планарной моделей электромагнитного сепаратора. Показано сравнение картины магнитного поля, замеренного миллитесламетром ТП-2У, с данными, полученными в результате компьютерного моделирования.
Ключевые слова: электромагнитный сепаратор; магнитная индукция; магнитное поле; компьютерное моделирование; сердечник; катушки намагничивания.
Виктор Иванович Чарыков
Viktor Ivanovich Charykov доктор технических наук, профессор
Введение. Одним из важных и определяющим параметром в конструировании электромагнитных сепараторов является величина магнитной индукции в рабочем зазоре сепаратора. Для нахождения значения магнитной индукции в рабочем зазоре сепаратора требуется производить расчет магнитного поля, которое создается катушками намагничивания при протекании через них постоянного тока. Магнитное поле сепаратора может зависеть от многих параметров: геометрических размеров сердечника и катушек намагничивания, технических параметров материала, из которых изготовлены основные части сепаратора, значения напряжения подаваемого на катушки намагничивания и т. п. С целью более точного расчёта магнитного поля сепара-
Abstract: The computer simulation results of the magnetic field of electromagnetic separator of gravitational working are presented. A construction of electromagnetic separator designed at the Department of electrification and automation of agriculture in Kurgan State Agricultural Academy is shown. The technique of computer simulation of the magnetic field in the program Finite Element Method Magnetics for 2- dimensional model of the electro-magnetic separator is described. The results of finding the value of magnetic induction for the axial and planar patterns of electromagnetic separator is presented. The comparison of the magnetic field measured by the milliteslameter TP- 2U with the data obtained as a result of computer modeling is shown.
Key words: an electromagnetic separator; magnetic induction; a magnetic field; computer modelling; core; magnetizing coil.
Александр Александрович Митюнин
Aleksandr Aleksandrovich Mityunin [email protected]
тора целесообразно применять программы компьютерного моделирования с учётом поправочных коэффициентов. Расчёт магнитной системы сепаратора будем выполнять в программе Finite Element Method Magnetics, данная программа предназначена для расчета статических магнитных полей, расчёты магнитных полей производятся методом конечных элементов [1].
Методика. Для улучшения качества сепарируемой продукции (гарантии получения чистого продукта без металлических тел и частиц) на кафедре электрификации и автоматизации сельского хозяйства Курганской ГСХА была разработана и изготовлена экспериментальная установка электромагнитного сепаратора просыпного (гравитационного) действия (рисунок 1) [2; 3].
1, 2, 7 - задвижки; 3 - съёмная пластина с неодимовыми магнитами из сплава неодим-железо-бор (NdFeB); 4 - катушки намагничивания; 5 - сердечник; 6 - регулировочные муфты; 8 - продуктопровод; 9 - открывающаяся нижняя часть продуктопровода
Рисунок 1 - Электромагнитный сепаратор просыпного (гравитационного) действия
Расчет магнитного поля данного электромагнитного сепаратора предполагается произвести в программе Finite Element Method Magnetics для 2-х мерной модели электромагнитного сепаратора (толщина стального пакета сердечника условно предполагается бесконечной, так как реальная толщина пакета сердечника, 60 мм, невелика по сравнению с его шириной в 120 мм, расчет может дать заниженные значения магнитной индукции из-за того, что не учитыва-
ется вклад в генерацию поля передней и задней частей обмотки). Конструктивный эскиз для расчёта изображён на рисунке 2, на этом рисунке видны только боковые части обмотки катушки, обозначенные крестом. Поэтому необходимо вначале найти поправочные коэффициенты либо для магнитной индукции, либо для расчетной плотности тока на основе измерения магнитной индукции вблизи полюса электромагнита (рисунок 3) [4].
Рисунок 2 - Конструктивный эскиз для оценки поправочных коэффициентов
Рисунок 3 - Область замеров значений магнитной индукции вблизи торца П-образного сердечника электромагнитного сепаратора (сепаратор в разрезе)
Таблица 1 - Значение магнитной индукции под торцом сердечника сепаратора, замеренное экспериментальным путём, мТл
Расстояние от поверхности, мм Расстояние от левого края, мм
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
10 129 109 104 105 106 110 106 106 105 113 137
20 119 110 102 106 112 117 114 111 109 119 129
30 87 88 87 91 94 99 97 92 92 96 94
40 68 70 71 75 79 82 80 76 75 73 68
50 53 55 57 62 65 67 66 62 59 58 54
60 43 46 48 52 54 56 55 50 48 45 44
70 36 37 39 44 45 46 45 35 39 38 35
80 30 32 33 36 38 39 38 30 33 31 30
90 26 27 28 31 32 33 32 25 28 27 24
100 22 23 24 26 27 28 27 22 23 22 20
110 19 20 21 23 24 24 24 22 20 20 18
120 17 17 18 20 20 21 20 18 17 16 15
130 15 15 16 17 18 18 18 16 15 15 14
140 13 13 14 15 16 16 16 14 13 13 11
Для того, чтобы найти поправочные коэффициенты, предполагается выполнить расчет для одиночного сердечника с обмоткой (половина электромагнитного сепаратора без перемычки) в представлении моделей с аксиальной и планарной симметрией для сердечников равной площади сечения (принцип эквивалентности магнитных моментов) с обмоткой одной и той же толщины (55 мм) и током одинаковой плотности (0,68 А/мм2 - последователь-
ное соединение катушек). В планарной модели обмотка находится только с боковых сторон сердечника, а в аксиальной модели - охватывает сердечник полностью. Ширину сердечника для планарной модели выбираем 85 мм (сечение сердечника площадью 7225 мм2 = 85мм х 85мм). Для сердечника модели с осевой симметрией диаметр сечения сердечника выбираем 96 мм (круг площадью 7235 мм2).
Результаты. При проведении расчетов, как было мая в расчетах зависимость индукции от напряжен-сказано выше, учитывались технические параметры ности поля для стали марки 20895/АРМКО, из кото-материалов. На рисунке 4 представлена используе- рой изготовлен сердечник электромагнита.
О 50000 100000 150000 200000 Напряженность магнитного поля, А/м
Рисунок 4 - Зависимость индукции от напряженности магнитного поля для материала сердечника
(сталь 20895/АРМКО) [5]
Результаты расчета нормальной составляющей нижнего торца сердечника (по центру сердечника по-магнитной индукции в зависимости от расстояния от люса электромагнита) представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Поправочные коэффициенты для планарной модели электромагнитного сепаратора
при плотности тока в обмотках 0,68 А/мм2
Расстояние от торца, мм Магнитная индукция (аксиальная модель), мТл Магнитная индукция (планарная модель), мТл Коэффициент
0 45,27 20,71 2,19
10 43,49 20,16 2,16
20 39,27 18,74 2,10
30 33,72 16,96 1,99
40 28,32 15,08 1,88
50 23,48 13,29 1,77
60 19,52 11,70 1,67
70 16,26 10,38 1,57
80 13,61 9,16 1,49
90 11,39 8,15 1,40
100 9,72 7,25 1,34
110 8,26 6,49 1,27
120 7,09 5,82 1,22
130 6,11 5,22 1,17
140 5,30 4,71 1,13
150 4,61 4,24 1,09
В таблице 3 приведены значения нормальной составляющей магнитной индукции под поверхностью торца левого сердечника (рисунок 3) с учетом поправочных коэффициентов из предыдущей таблицы (рассчитанное значение магнитной индукции умно-
Выводы. Применяя программы компьютерного моделирования для расчёта магнитного поля в рабочем зазоре сепаратора можно на первоначальных этапах конструирования сепаратора заложить все необходимые технические характеристики будущего сепаратора с нужными параметрами магнитного поля. Данные исследования показали точность расчетов, что видно при сопоставлении реальной картины магнитного поля вблизи торца
Список литературы
1 Сегерлину Л. Применение метода конечных элементов. - М. : Мир, 1979. - 388 с.
2 Патент на изобретение № 2513946 Российская Федерация. Электромагнитный сепаратор гравитационного действия / В. С. Зуев, В. И. Чарыков, А. А. Митюнин, А. А. Евдокимов, И. И. Копытин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Курганская ГСХА № 2012147154/03; заявл. 06.11.2012; опубл. 20.04.2014, Бюл. № 11.
3 Патент на полезную модель № 132741 Российская Федерация. Электромагнитный сепаратор просыпного действия / В. С. Зуев, В. И. Чарыков,
жается на коэффициент для данного расстояния от торца сердечника).
Аксиальная модель принята за верную, так как данные полученные экспериментальным путём более точно совпадают, чем при использовании планарной модели.
П-образного сердечника электромагнитного сепаратора (рисунок 3, таблица 1), замеренного экспериментальным путём, с значением магнитной индукции под торцом сердечника (таблица 3), полученной в результате компьютерного моделирования. Также следует уделить особое внимание поправочным коэффициентам, которые использовались в компьютерном моделировании, с целью повышения точности расчета.
А. А. Митюнин, А. А. Евдокимов, И. И. Копытин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кур -ганская ГСХА №2012147149/03; заявл. 06.11.2012; опубл. 27.09.2013, Бюл. № 27.
4 Чарыков В. И., Митюнин А. А., Яковлев А. И. Исследование распределения магнитной индукции в рабочем зазоре электромагнитного сепаратора // Международный научный журнал. - 2014. - № 6. - С. 66-70.
5 Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы. Л. : Энергия, 1977. - 560 с.
Таблица 3 - Нормальная составляющая магнитной индукции под торцом сердечника сепаратора
(при плотности тока в обмотках 0,68 А/мм2), мТл
Расстояние от поверхности, мм Расстояние от левого края, мм
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0 109,1 89,9 83,2 80,9 81,2 83,7 88,4 95,7 107,3 126,8 169,4
10 91,7 84,3 80,0 78,6 79,0 81,5 85,8 92,3 102,6 117,1 137,6
20 73,9 73,9 73,2 73,0 74,1 76,3 79,9 85,0 91,6 98,9 104,5
30 60,6 63,1 64,2 65,2 66,6 68,6 71,3 74,6 78,1 81,1 81,5
40 51,2 53,9 55,7 57,3 58,8 60,4 62,2 64,3 65,7 66,8 65,6
50 43,7 46,3 48,2 49,7 51,1 52,5 53,8 54,8 55,4 55,3 53,6
60 37,8 40,0 41,8 43,3 44,6 45,5 46,2 46,8 47,0 46,2 44,7
70 32,8 34,6 36,1 37,4 38,4 39,2 39,6 39,8 39,6 38,7 37,3
80 28,8 30,2 31,5 32,6 33,4 33,9 34,3 34,2 33,9 33,0 31,6
90 25,1 26,3 27,3 28,2 28,7 29,1 29,2 29,2 28,6 27,9 26,8
100 22,3 23,3 24,1 24,8 25,3 25,6 25,7 25,4 25,0 24,2 23,2
110 19,7 20,5 21,2 21,6 22,0 22,2 22,2 22,0 21,5 20,8 19,8
120 17,5 18,2 18,7 19,1 19,3 19,5 19,4 19,1 18,7 18,1 17,2
130 15,6 16,2 16,6 16,9 17,1 17,1 17,1 16,8 16,4 15,8 15,0
140 14,0 14,4 14,8 14,9 15,1 15,1 15,0 14,7 14,3 13,8 13,1
