авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Электродинамические демпфирующие элементы с двойным полым ротором системы управления амортизаторами

0

На правах рукописи

ГУМЕРОВА Марина Булатовна ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДЕМПФИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ДВОЙНЫМ ПОЛЫМ РОТОРОМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АМОРТИЗАТОРАМИ Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа – 2011 1

Работа выполнена на кафедре электромеханики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Исмагилов Флюр Рашитович кафедра электромеханики Уфимского государственного авиационного технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ураксеев Марат Абдуллович кафедра информационно-измерительной техники Уфимского государственного авиационного технического университета доктор технических наук, профессор Каяшев Александр Игнатьевич кафедра автоматизированных технологий и информационных систем Уфимского государ ственного нефтяного технического университета, ф-л в г. Стерлитамак

Ведущая организация: ФГУП «Уфимское агрегатное производственное объединение»

Защита состоится «24» июня 2011 г. в 1000 часов на заседании диссерта ционного совета Д212.288.02 Уфимского государственного авиационного тех нического университета по адресу: 450000, г. Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12, ак товый зал 1-го корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государст венного авиационного технического университета

Автореферат разослан «23» мая 2011.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, доцент Фетисов В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время особое значение приобретает иссле дование вопросов, связанных с управлением колебательными процессами и их демпфированием. Это обусловлено, с одной стороны, созданием новых видов транспорта, станков и механизмов, отличающихся большими мощностями и скоростью движения, а с другой стороны – ужесточающимися требованиями к элементам, выполняющим роль исполнительных механизмов в системах управ ления и автоматики.

Наиболее полно этим требованиям отвечают электродинамические демп фирующие элементы (ЭДЭ) систем управления и автоматики. Они характери зуются большими величинами демпфирующих сил, малым моментом инерции ротора, долговечностью и бесшумностью работы, обусловленной отсутствием трущихся частей, надежностью, технологичностью и простотой конструкции.

Поэтому в настоящее время ЭДЭ нашли применение практически во всех от раслях промышленности: в наземном транспорте в качестве электродинамиче ских тормозов;

в испытательных стендах, в качестве нагрузочных машин или датчиков момента, угловой скорости или ускорения;

в регулируемых электро приводах;

в системах управления амортизаторами стыковочных механизмов.

ЭДЭ предназначены для поглощения и рассеяния энергии движущихся объектов, работа демпфирующего элемента сопровождается нагревом. Поэтому вопрос увеличения удельной энергомкости ЭДЭ, а также улучшение условий охлаждения является актуальным.

В диссертации проведен обзор работ посвященных исследованию элек тродинамических демпфирующих преобразователей энергии. В результате бы ла предложена конструкция ЭДЭ, особенность которой заключается в наличии двойного полого ротора, что позволяет увеличить суммарную площадь рабочей поверхности и объем активной зоны, а, следовательно, улучшить условия ох лаждения, повысить удельную энергомкость устройства, при соблюдении тре бования минимальной массы и габаритов. Однако, вопросы теории и расчета таких демпфирующих элементов до настоящего времени не рассмотрены, что не позволяет в полной мере оценить преимущества такого исполнения вторич ной среды.

Электромеханическое демпфирование в амортизационной системе имеет динамический характер и в силу этого особенно актуально исследование пере ходных процессов в ЭДЭ. Ранее при изучении ЭДЭ принималось допущение об известном характере изменения скорости движения ротора. Однако, ЭДЭ ока зывает влияние на скорость движения ротора, уменьшая ее, поэтому при иссле довании динамических режимов работы необходимо совместное решение урав нений магнитного поля и движения проводящей среды.

Основание для выполнения работы. Работа выполнена в рамках проек та «Исследование процессов энергопреобразования в электромеханических ко лебательных системах с распределенной вторичной средой» аналитической ве домственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей шко лы (2009-2011 годы)» Министерства образования и науки РФ.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование электродинамического демпфирующего элемента с двойным полым ротором (ЭДЭ ДПР) системы управления амортиза торами, обладающего повышенной удельной энергоемкостью.

Для реализации указанной цели решены следующие основные задачи:

Разработка математической модели, позволяющей исследовать ус 1.

тановившийся режим работы ЭДЭ ДПР.

Исследование механических характеристик ЭДЭ ДПР с помощью 2.

разработанной математической модели.

Разработка математической модели динамических режимов ЭДЭ 3.

ДПР, позволяющей проводить совместное исследование электромагнитных и электромеханических переходных процессов во вторичной среде.



Исследование выходных характеристик ЭДЭ ДПР при свободных 4.

колебаниях вторичного элемента, а также при колебаниях, вызванных внешней силой, постоянной во времени и изменяющейся по периодическому закону.

Проведение экспериментальных исследований опытного образца 5.

ЭДЭ ДПР, позволяющих подтвердить адекватность разработанной математиче ской модели.

Методы исследований. Теоретические исследования проведены с помо щью положений теории электромагнитного поля с использованием принципа суперпозиции. Для получения выходных характеристик ЭДЭ ДПР в динамиче ском режиме использованы методы численного моделирования в программном комплексе Maple, для выполнения и документирования инженерных и научных расчетов – MathCad.

На защиту выносятся:

Разработанная математическая модель ЭДЭ ДПР в установившемся 1.

режиме работы.

Разработанная математическая модель динамических режимов ра 2.

баты ЭДЭ ДПР.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований ЭДЭ 3.

ДПР в установившемся режиме.

Результаты моделирования переходных процессов в ЭДЭ ДПР.

4.

Научная новизна:

1. Предложена и обоснована новая математическая модель установив шихся режимов ЭДЭ ДПР, входящего в состав системы управления амортиза тором с учетом поперечного краевого эффекта. Новизна программной реализа ции основных положений подтверждена свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2010612800, 2010615111.

2. Предложена и обоснована новая математическая модель динамических режимов работы ЭДЭ ДПР, основанная на совместном решении уравнений магнитного поля и движения вторичной проводящей среды, что позволяет ана лизировать влияние параметров ЭДЭ на величину момента и скорости, нахо дить значение скорости в переходном и установившемся режимах, величину ударных моментов, определять длительность переходного процесса, таким об разом повысить эффективность работы, увеличить срок службы ЭДЭ.

Практическая значимость. Результаты работы позволяют создавать но вый класс демпфирующих элементов с повышенной удельной энергоемкостью для управляемых амортизаторов в устройствах для аварийной посадки самоле тов при отказе шасси (патент на изобретение № 2272756), а так же в устройст вах для стыковки самолетов в воздухе (патент на изобретение № 2312043). По лученные математические модели существенно упрощают процесс разработки ЭДЭ с требуемыми выходными характеристиками.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы, кор ректность принятых допущений подтверждена экспериментальными исследо ваниями опытного образца ЭДЭ ДПР, а также совпадением предложенных ма тематических моделей в частных случаях с результатами исследований, извест ных ранее.

Реализация результатов работы. Результаты исследований, представ ленные в диссертационной работе, использованы при разработке новых эле ментов систем управления в ОАО УЗ «Электроаппарат», а также внедрены в учебный процесс, используются при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы док ладывались и обсуждались на международных, всероссийских, республикан ских научно-технических конференциях, в том числе:





-Пятнадцатая международная научно-техническая конференция студен тов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» г. Москва, МЭИ, 2009 г.

- Конференция молодых ученых и инноваторов «Инно-Каспий». г. Астра хань 2009 г.

- Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чте ния». Уфа, 2009 г.

- Четвертая всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники». Уфа, 2009 г.

- II Всероссийская научно-техническая конференция «Электротехнологии, электро привод и электрооборудование предприятий». Уфа, УГНТУ, 2009 г.

- Шестнадцатая международная научно-техническая конференция сту дентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Моск ва, МЭИ, 2010 г.

- Пятая Всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники». Уфа, УГАТУ. 2010 г.

- Международная молодежная научная конференция «XXXVI Гагарин ские чтения». Москва, 6-10 апреля 2010.

- Международная научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010»». Астрахань, 11-14 мая 2010 г.

- VI-я Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения». Казань, 27 – 29 апреля 2011 г.

Публикации. Список публикаций автора по теме диссертации включает 21 научный труд, в том числе 2 публикации в изданиях перечня ВАК, 3 патента РФ на изобретение, 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Четыре публикации выполнены без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Работа содержит 143 стра ницы машинописного текста и 152 наименований библиографических источни ков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечена их новизна и практическая зна чимость. Приведены сведения о внедрении результатов, апробации работы и публикациях.

В первой главе проведен анализ работ, посвященных теоретическому ис следованию рассматриваемых элементов, существующих конструктивных схем и новых направлений развития электродинамических демпфирующих элемен тов (ЭДЭ), рассмотрены области применения ЭДЭ и основные требования, предъявляемые к ним как элементам амортизационных систем.

Из анализа научно-технической литературы сделан вывод о том, что ЭДЭ находят широкое применение во многих отраслях промышленности, т.к. обла дают рядом преимуществ по сравнению с применяемыми в настоящее время гидравлическими и фрикционными демпфирующими устройствами.

Из анализа существующих конструктивных схем демпфирующих элемен тов и на основании требований, поставленных для решения конкретной задачи, была выбрана оптимальная конструкция ЭДЭ с двойным полым ротором. Дан ная конструкция позволяет получить максимальный тормозной момент, улуч шить условия охлаждения и повысить удельную энергоемкость устройства за счет увеличения площади поверхности и объема активной зоны ротора.

Электромагнитные процессы в ЭДЭ в общем случае схожи с процессами в таких электромеханических преобразователях, как двухроторные машины, многослойные электромагнитные модели, асинхронные машины с полым рото ром, индукционные магнитогидродинамические машины, а также в тонких оболочках и пластинах, перемещающихся относительно магнитного поля. По этому в работе представлен обзор наиболее интересных теоретических работ и в этих областях. Однако, предложенные в них математические модели не могут непосредственно быть применены к анализу демпфирующих элементов с двой ным полым ротором в силу конструктивных особенностей последних.

Установлено, что исследование электромагнитных и электромеханиче ских переходных процессов в ЭДЭ ДПР на основе совместного решения урав нения магнитного поля и уравнения движения вторичной среды до настоящего времени не проводилось.

На основании проведенного обзора были определенны цели и задачи работы.

Во второй главе получена математическая модель электромагнитных процессов в воздушном зазоре ЭДЭ ДПР. На основе полученной математиче ской модели исследованы распределение магнитного поля, вихревые токи в роторе, а также механические характеристики ЭДЭ ДПР в установившемся режиме.

Двойной полый ротор представляет собой два полых коаксиально распо ложенных цилиндра из немагнитного проводящего материала, имеющих общее дно. Таким образом, возникает две зоны: I зона связана с внешним цилиндром, II – с внутренним (рис.1).

Электромагнитные явления в роторе ЭДЭ и в зазорах описываются сис темой уравнений Максвелла для медленно движущихся сред. Для упрощения расчетных выражений используются следующие допущения:

1. Обе зоны пронизаны единым магнитным потоком, который задан ос новной гармоникой первичного магнитного поля в воздушных зазорах.

2. Первичное магнитное поле вне индуктора отсутствует.

3. Магнитная проницаемость материала ротора равна магнитной прони цаемости вакуума 0, а стали магнитопровода C.

Рисунок 1 – Электродинамический демпфирующий элемент с двойным полым ротором: 1 – магнитопровод;

2 – индуктор в виде полого цилиндра;

3 – постоянные магниты;

4 – электропроводящий двойной полый ротор В системе координат, связанной с индуктором, в установившемся режиме В 0, где В - вектор индукции результирующего магнитного поля. Скорость t имеет одну составляющую по оси x (рис. 1).

С учетом этих допущений в работе были получены следующие уравнения для напряженностей магнитного поля вихревых токов в неподвижной системе координат:

2 H 1m H 1 (1 j1 ) H 1m j11 H 2 m j1 1 0 m 2 2 ;

(1) y K d Kd K H H 2 (1 j 2 ) H 2 m j 2 2 K d K H 1m j 2 2 K 0 m, 2m 2 2 y Kd где H m1, H m 2 – амплитуды напряженностей вторичных магнитных полей внеш него и внутреннего цилиндров соответственно;

H 0m – амплитуда напряженно D1 D сти первичного магнитного поля для I зоны;

– 1 2 1 ;

;

, 1 2 2р 2р полюсные деления для первой и второй зон соответственно;

D1, D2 – средние диаметры внешнего (первого) и внутреннего (второго) цилиндров соответст венно;

р – число пар полюсов;

1 D K ;

(2) 2 D 1 0 2 1 K d1 ;

Kd2 ;

(3) 1 - магнитные числа Рейнольдса или безразмерные частоты, характеризующие интенсивность электромагнитных процессов во вторичной электропроводящей среде;

1V1 2V2 – угловая скорость вращения ротора. V1 линейная ско рость вращения первого цилиндра;

V2 линейная скорость вращения второго цилиндра;

1, 2 электрическая проводимость цилиндров I, II;

2 K – коэффициенты, учитывающие реальные K d1 Kd, l K l 1 M 1 M M M конструктивные особенности зазоров;

1, 2 – толщины внешнего и внутренне го цилиндров ротора соответственно;

1 2 K ;

1, 2 – величины воздуш ных зазоров в первой и второй зоне соответственно;

lМ - толщина индуктора;

K d – магнитная проницаемость постоянных магнитов;

М Kd.

Kd Из равенства угловой скорости вращения ротора для обеих зон найдена связь между 1 и 2 :

2 1, (4) K d K где.

Со стороны дна вылет имеет цилиндрическую и дисковую часть (на рис. не показаны). Толщина дисковой части больше, чем толщина цилиндров, по этому можно считать, что тангенциальная (х) составляющая целиком замыкает ся в дисковой части дна цилиндра. Тогда тангенциальные составляющие на пряженности электрического поля в зоне вылета будут равны нулю:

0;

0.

E1x E2 x y 0 y На границе у=2а, (2а – ширина активной части ротора) нормальные со ставляющие токов дна равны нулю:

1 y 0 ;

2y 0.

y 2a y 2a Решение системы уравнений (1) представится в виде:

H 1m С1 sh 1 у С 2 ch 1 у С 3 sh 3 у С 4 ch 3 у (5) 1 1 2 H 0m j H 0m, K d 1 1 1 2 K d 1 1 1 2 K K 2 1 1 j H 2m j d 1 С1 sh 1 у С 2 ch 1 у 1 K d K 3 1 1 j1 С 3 sh 3 у С 4 ch 3 у j 1 K 2 1 2 K H 0m j H 0m.

K d 2 1 1 2 K d 2 1 1 2 j1 ) 2 (1 j 2 ) 41 2 (1 j 1 2 ) 1 (1 j1 ) 2 (1 j 2 ) 1 ( 2 2 где 2 2 ;

(1 j ) (1 j ) (1 j ) (1 j ) 41 2 (1 j 1 2 ) 2 2 2 2 3 1 1 2 2 1 1 2 2.

Аксиальные составляющие плотностей токов во внешнем и внутреннем цилиндрах:

dH dH у1 1 j1H1 ;

у 2 j 2 H 2. (6) dx dx Тангенциальные составляющие плотностей токов:

dH 1 dH 1 x 2x ;

. (7) dy dy С учетом (6) и (7) из граничных условий получены постоянные интегри рования:

C1 0 ;

1 j 1 2 2 1 1 j 1 C2 j K d 1 2 2 ch(21 a) 1 H 0m ;

(8) 1 С3 0 ;

1 j 1 2 2 1 1 j 1 C4 j K d 1 2 2 ch(2 3 a) 1 H 0m.

1 Результирующее магнитное поле в воздушном зазоре находится в виде суммы первичного и вторичных полей, тогда для I и II зон:

K H I K d1 H 1 d 2 H2 H0 ;

(9) K K H.

H K K H K d2H II d1 Анализ (9) показал, что с ростом безразмерной частоты 1 результирую щее поле в зазоре ослабевает, что связано с размагничивающим действием ре a акции якоря. При амплитуда результирующей напряженности магнитного a поля практически неизменна вдоль зазора. При малых (отношение полуши рины зазора к полюсному делению) краевые явления существенно влияют на распределение результирующего поля.

Электромагнитные моменты, создаваемые внешним и внутренним ци линдрами ЭДЭ ДПР соответственно:

M 1 M Б m1 ;

M 2 M Б m2, (10) B0 mI где - базисное значение момента, в качестве которого MБ p D1 1 2a 4 0 K d принят максимальный момент внешнего цилиндра ЭДЭ ДПР;

m1, m2 - относи тельные моменты, создаваемые в I и II зонах.

Моменты в относительных единицах:

21 1 j 1 2 23 1 1 j 1 2 th(21 a) 2 1 1 j 1 2 th(2 3 a) 2 1 ;

(11) m1 Re 1 2 21 23 21 21 a 2 3 a 1 th2 a j 2 1 1 j1 2 1 1 j 1 1 21a 1 2 2 K d K 2 2 1 j 1 1 m, Re 1 K 2 1 1 j1 2 1 1 j 1 th 2 3 a 1 2 2 j 3 2 3 a 1 2 2 1 где K.

Относительный суммарный момент ЭДЭ ДПР равен сумме моментов, создаваемых каждым цилиндром в отдельности:

m m1 m2. (12) На рисунке 2 представлены зависимости m1 f 1, m2 f 1, m f 1 по (11) и (12) с учетом (4), отражающие влияние поперечного краевого эффекта на тормозной момент ЭДЭ ДПР.

mj, о.е.

1. a m 0. m 0. m 0. 0.2 a 1, о.е.

0 0.5 1 1.5 Рисунок 2 – Семейство механических характеристик ЭДЭ ДПР a Как видно из кривых для относительных моментов, чем больше тем, менее выражен краевой эффект и больше значение электромагнитных момен тов, а критическое значение 1K смешается в сторону меньших частот.

В третьей главе разработана математическая модель, основанная на со вместном решении уравнения магнитного поля и уравнения движения ротора.

Расчеты проводятся без учета краевых явлений. Дополнительно принимается, что радиусы цилиндров существенно больше толщины ротора и зазора, тогда можно считать, что их диаметры D1 D2 D и K 1, оба цилиндра движутся с одинаковой линейной скоростью V1 V2 V, при этом, K d1 K d 2 K d, 1 2.

Математическая модель для исследования переходных процессов в ЭДЭ в относительных единицах:

* dH m 1 * jV * H m jV * ;

dt d 2 X * (t ) k * X * (t ) F *m 2 Im H *m FB *;

(13) dt dX * (t ) V*, dt 0 где - амплитуда напряженности вторичного магнитного поля;

Kd – Hm V магнитное число Рейнольдса;

– угловая скорость движения;

– 0 V0 V* ;

V V базовое значение скорости;

X * t X (t ) ;

Х(t) – закон движения проводящей среды, отражающий зависимость изменения положения ротора от времени;

k ;

k – жесткость пружины;

m – суммарная масса подвижных t t 0 ;

k * m B0 m частей;

– удельная плотность материала ротора;

F *В FВ F *m ;

;

m 20 K d 02 FВ –- вынуждающая сила, внешняя по отношению к демпферу, определяющая характер движения ротора.

Начальные условия:

Х * (0) 0 ;

* H m (0) 0 ;

V * (0) 1. (14) Полученная математическая модель представляет собой систему нели нейных дифференциальных уравнений второго порядка, поиск аналитического решения которой весьма затруднен. Поэтому были применены численные ме тоды решения уравнений и получены частные случаи наиболее характерных режимов работы ЭДЭ.

Установление режима вынужденных колебаний, имеющих место, 1) например, при использовании ЭДЭ в качестве элемента подвески транспортных средств. При этом FB * F *Bm cos t, где F *Bm – амплитудное значение вынуж дающей силы в относительных единицах;

– частота колебаний вынуждаю щей силы.

mj, o.e.

1, 0, 0, 0, =0, t, o.e.

15 20 5 -0, Рисунок 3 – Относительный электромагнитный момент при гармоническом изменении вынуждающей силы Видно, что ударный момент наблюдается в первом периоде, примерно при t, величина которого тем больше, чем больше. При увеличении в 7,5 раз (от 0,2 до 1,5), ударный момент возрастает в 2,70 раза (с 0,37 до 1) и превышает максимальный момент ЭДЭ в 2-2,5 раза. Переходный процесс за канчивается через два периода колебаний, после чего устанавливается перио дический колебательный процесс.

Режим свободных колебаний (F*В=0, при k*=1). Данный режим 2) имеет место в ЭДЭ, используемых для поглощения кинетической энергии сты кующихся объектов (рис. 4).

mj, o.e.

1, 0, 0, =0, 0, t, o.e.

0 20 10 -0, Рисунок 4 – Относительный электромагнитный момент для режима свободных колебаний ротора Переходный процесс в рассматриваемом случае носит характер зату хающих колебаний. Чем меньше величина, тем больше амплитуда колебаний и больше времени требуется для остановки. Величина ударного момента растет с ростом в 2,8 раза (с 0,32 до 0,9).

Установление режима работы ЭДЭ, при действии постоянной 3) внешней силы (F*B=const, k*=0). Этот режим имеет место, например, в демп ферах – замедлителях (рис. 5).

mj, o.e.

1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, =0, t, o.e.

0 5 10 15 Рисунок 5 – Относительный электромагнитный момент при F*B=const Анализируя полученные графики сделан вывод о том, что с увеличением уменьшается значение скорости в установившемся режиме. Увеличение без размерной частоты приводит также к увеличению ударного момента (силы) в 2,82 раза (с 0,44 до 1,24). Ударный момент превышает установившееся значе ние в 1,1-2,7 раза.

В установившемся режиме при любом значении относительный элек тромагнитный момент имеет одно и то же значение, это связано с тем, что он должен в точности уравновешивать приложенную внешнюю постоянную силу.

В четвертой главе проведена экспериментальная проверка достоверно сти математической модели ЭДЭ ДПР, которая подтвердила ее адекватность.

Общий вид экспериментальной установки приведен на рисунке 6.

2 1 3 Рисунок 6 – Общий вид экспериментальной установки:

1- приводной двигатель;

2- исследуемый демпфирующий элемент;

3- цифровой фототахометр;

4- вольтметр;

5- амперметр;

6- трансформатор;

7- автотрансформатор 8- выпрямители В работе использован способ косвенного измерения электромагнитного момента ЭДЭ, заключающийся в измерении тока и напряжения якоря двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения при изменении скорости вращения и при фиксированном токе в обмотке возбуждения.

Еа I a M ДПТ, (15) где М ДПТ – электромагнитный момент ДПТ;

Ea U а I a r – ЭДС якоря ДПТ;

I a – ток якоря;

U а – напряжение, приложенное к обмотке якоря ДПТ;

I a r – падение напряжения в обмотке якоря;

r – сопротивление обмотки якоря.

Искомый момент ЭДЭ ДПР будет отличаться от электромагнитного мо мента ДПТ на величину потерь:

М ЭДЭ М ДПТ М П, (16) где М П – потери в ДПТ, ЭДЭ ДПР, а также муфте, опорах, вентиляционные по тери от трения ротора о воздух.

Для экспериментального определения М П из исследуемого ЭДЭ ДПР убирают индуктор с постоянными магнитами и производят замеры тока, на пряжения на якоре ДПТ, частоты вращения. Далее вычисляют момент по (15), который и будет равен суммарным потерям эксперимента. Наибольший интерес представляет начальный, линейный участок кривой механической характери стики ЭДЭ ДПР, построенной в относительных единицах, представленный на рисунке 7.

mj, о.е.

0. * * mДПТ 0.6 * * * mЭксп 0.4 * * mрасч * * * ** * 0. ** * * * * mп 1,о.е.

0 0.05 0.1 0.15 0. Рисунок 7 – Экспериментальные механические характеристики Расхождение расчтных и опытных данных для ЭДЭ ДПР находится в пределах точности эксперимента 7 - 10 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Решением системы уравнений электромагнитного поля при приня 1.

тых допущениях разработана математическая модель ЭДЭ ДПР, позволяющая проанализировать зависимости распределения магнитного поля, плотностей вихревых токов от геометрических соотношений ротора при различных безраз мерных частотах 1, а так же выражения для электромагнитных моментов каж дого цилиндра и суммарного момента ЭДЭ ДПР в установившемся режиме.

Получены механические характеристики ЭДЭ ДПР и исследовано 2.

влияние на электромагнитный момент геометрических соотношений ротора, а также выбор материала цилиндров ротора.

В результате сделаны следующие выводы:

а) кривые распределения напряженности вторичного магнитного поля, результирующей напряженности и плотностей вихревых токов в каждой из зон по ширине зазора аналогичны соответствующим кривым для цилиндрического ЭДЭ с одним полым ротором;

a б) чем больше тем менее выражен краевой эффект, при этом макси, мальный момент возрастает (до 11%), а критическое значение 1K смешается в сторону меньших частот;

в) увеличение удельной электрической проводимости внешнего цилиндра по сравнению с удельной электрической проводимостью внутреннего, приво дит к увеличению максимального момента (до 10%) при одновременном уменьшении 1K в 1,6 раза;

г) введение в конструкцию второго (внутреннего) цилиндра ведет к уве личению суммарной площади активной части ротора ЭДЭ ДПР благодаря чему достигается увеличение энергоемкости в 1,50-1,82 раза, а также улучшение ох лаждения в 1,55-1,85 раза по сравнению с ЭДЭ с одинарным ротором.

3. Разработана математическая модель динамических режимов ЭДЭ ДПР позволяющей проводить совместное исследование электромагнитных и элек тромеханических переходных процессов во вторичной среде.

4. Проведено теоретическое исследование наиболее характерных частных случаев работы ЭДЭ, для которых получены графики зависимости напряжен ности вторичного магнитного поля, электромагнитного момента, скорости и перемещения ротора от времени.

В результате сделаны следующие выводы:

а) характер изменения относительной электромагнитной силы (момента) и скорости во времени определяется законом изменения вынуждающей силы FB;

б) длительность переходного процесса и величина ударного момента об ратно пропорциональны ;

в) магнитное поле вихревых токов (вещественная часть) всегда имеет от рицательный знак, т.е. оно оказывает размагничивающее действие на первич ное поле.

д) подтверждено, что работа ЭДЭ наиболее эффективна при 1.

5. Проведены экспериментальные исследования опытного образца ЭДЭ ДПР, которые подтвердили достоверность разработанной математической мо дели в установившемся режиме. Расхождение расчтных и опытных данных для ЭДЭ ДПР находится в пределах точности эксперимента 7 - 10 %.

Рекомендации:

Полученная математическая модель ЭДЭ ДПР может быть использована при исследовании и разработке демпфирующих элементов.

Разработанная экспериментальная установка может быть рекомендована для использования в лабораторных исследованиях ДПТ, в том числе в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

В рецензируемых журналах из списка ВАК:

Механические характеристики электромагнитных демпфирующих 1.

элементов с двойным ротором/ Р. Р. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, М.Б. Гумерова // Вестник ЮУрГУ: науч. журн. Южно-Уральск. гос. ун-та. 2010. №32(208). Се рия «Энергетика» вып.14. С. 59-63.

Математическое моделирование динамических режимов электро 2.

магнитных демпфирующих элементов/ Ф.Р. Исмагилов, Р.Р. Саттаров, М.Б. Гу мерова // Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. 2010.

Т.14, №5(40). С.86-90.

В других изданиях:

Вопросы оптимизации конструкции амортизатора/ В.А. Папернюк, 3.

Л.Р. Намазгулова, М.Б. Гумерова, Е.А. Полихач // Электромеханика, электро технические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. Уфа:

УГАТУ, 2002г. С. 167-172.

Патент на изобретение РФ № 2272756. МПК В64F1/02. Устройство 4.

для аварийной посадки самолета при отказе шасси / Исмагилов Ф.Р., Хайрул лин И.Х., Сыромятников В.С., Папернюк В.А., Намазгулова Л.Р., Гумерова М.Б. Опубл. 27.03.06., БИ № 06/2008.

Патент на изобретение РФ № 2312043. МПК B64D5/00, B64D25/00.

5.

Устройство для стыковки самолетов в воздухе/ Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Сыромятников В.С., Папернюк В.А., Намазгулова Л.Р., Гумерова М. Б.

Опубл. 10.12.07., БИ № 14/2010.

Электромеханические переходные процессы в линейных демпфе 6.

рах/ Р.Р. Саттаров, М.Б. Гумерова // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. Уфа: УГАТУ, 2008г.

С. 70-76.

К вопросу об эффективности линейных электродинамических 7.

демпферов (ЛЭДЭ)/ М.Б. Гумерова // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Материалы 15 Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспиран тов. В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. С. 16-18.

Линейные электродинамические демпфирующие преобразователи/ 8.

Р.Р. Саттаров, М.Б. Гумерова // Электротехнологии, электропривод и электро оборудование предприятий: Cб. науч. тр. II Всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. С. 114-117.

Электромагнитные силы в электромеханических преобразователях колеба 9.

тельного движения/ Р.Р. Саттаров, М.Б. Гумерова // Актуальные проблемы в науке и технике: Сборник трудов четвертой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых, Т.2. Уфа: Изд-во «Диалог», 2009. С. 324-327.

10. Патент на изобретение РФ № 2365022. МПК H02K49/04, H02K49/10. Управляемый магнитоэлектрический тормоз/ Саттаров Р.Р., Огу речникова И. А., Гумерова М. Б. Опубл. 20.08.09.

11. Оценка торможения проводящей полосы в магнитном поле/ М.Б.

Гумерова // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конфе ренция: сб.тр. в 5 т. Т.2. Уфимск.гос.авиац.техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 20 22.

12. К вопросу расчета линейного демпфера при колебательном движении/ М.Б.

Гумерова // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция:

сб.тр. в 5 т. Т.2. Уфимск.гос.авиац.техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 22-23.

13. Моделирование переходных процессов при гашении колебаний электромагнитным демпфером/ Р.Р. Саттаров, Т.Р. Терегулов, М.Б. Гумерова // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник.

Уфа: УГАТУ, 2009. С. 117-122.

14. Магнитоэлектрический тормоз/ М.Б. Гумерова // Радиоэлектроника, элек тротехника и энергетика: Материалы 16 Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспи рантов: Тез. докл. В 3-х т. Т.2. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. С. 15-17.

15. Приближенная оценка динамических процесссов в демпферах/ Р.Р.

Саттаров, М.Б. Гумерова // Электронные устройства и системы: Межвузовский научный сборник. Уфа: УГАТУ, 2010. С. 253-259.

16. О современных подходах к исследованию электромагнитных демп феров при ударной нагрузке/ Р.Р. Саттаров, М.Б. Гумерова // Актуальные про блемы в науке и технике: Сб. трудов пятой всеросс. зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Т.4. Уфа: УГАТУ, 2010. С.82-84.

17. Программный анализ надежности и формирования диагностических критериев электродинамических демпферов стыковочных механизмов косми ческих аппаратов/ В.Е. Вавилов, М.Б. Гумерова, М.В. Охотников // XXXVI Га гаринские чтения: Научные труды Междунар. молодежн. науч. конф. в 8 томах.

М.: МАТИ, 2010. Т.2. С. 38-40.

18. Современные конструкции электромагнитных демпфирующих эле ментов с улучшенными механическими характеристиками/ Ф. Р. Исмагилов, Р.Р. Саттаров, В.Е. Вавилов, М.Б. Гумерова // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010»: в 3 т.: Мате риалы Международной научной конференции. Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2010. Т.2. С. 29-30.

19. Свидетельство № 2010612800. Расчет внешнего магнитного поля электродинамического демпфера/ Вавилов В.Е., Пашали Д.Ю., Хайруллин И.Х., Гумерова М.Б., Бойкова О.А. Зарегист. 23.04.2010 г.

20. Свидетельство № 2010615111. Программа формирования диагно стических критериев электромеханического демпфирующего преобразователя с распределенной вторичной средой с учетом технологических и эксплуатацион ных параметров/ Вавилов В.Е., Пашали Д.Ю., Хайруллин И.Х., Гумерова М.Б., Бойкова О.А., Охотников М.В., Исмагилов Ф.Р., Афанасьев Ю.В. Зарегист.

9.08.2010 г.

21. Управляемый магнитоэлектрический тормоз/ Р.Р. Саттаров, М.Б.

Гумерова // Изобретатели-машиностроению: «Машиздат». Выпуск 3(78). 2011.

С.25.

Диссертант М.Б. Гумерова ГУМЕРОВА Марина Булатовна ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДЕМПФИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ДВОЙНЫМ ПОЛЫМ РОТОРОМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АМОРТИЗАТОРАМИ Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 20.05.2011. Формат 6080 1/ Бумага офисная. Печать плоская. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1, Уч. – изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ № 168.

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.