автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Динамика электромагнитного устройства капельного дозирования жидкого азота

На правах рукописи

Мильшин Алексей Юрьевич

ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА КАПЕЛЬНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОГО АЗОТА

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

В АПР 2015

Москва-2015

005566829

005566829

Работа выполнена на кафедре электромеханики ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Геча Владимир Яковлевич

Официальные оппоненты: Пенкин Владимир Тимофеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «МАИ (НИУ)», старший научный сотрудник

Кобелев Андрей Степанович, кандидат технических наук, ОАО «НИПТИЭМ», начальник расчетного сектора

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

«Научно-исследовательский институт электромеханики» (ОАО «НИИЭМ»)

Защита состоится «20» мая 2015 г. в 13 час. 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д 512.002.01 при ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» по адресу:

115201, г. Москва, Каширское шоссе, д. 22, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ОАО «НТЦ

ФСК ЕЭС» по адресу ntc-power.ru.

Автореферат разослан <а»оъ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Д.т.н., ст.н.с.

Новиков Николай Леонтьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В современном мире в условиях все нарастающего доминирования техники и технологий набирает оборот тенденция, связанная с увеличением объёма производства устройств точного дозирования, в которых применяются самые разнообразные технические решения. Количество устройств точного дозирования жидкости или газа растет стремительными темпами, так, по подсчетам патентных служб ежегодно появляются сотни патентов, посвященных оптимальным принципам и способам управления, конструирования, проектирования и усовершенствования привода устройств. Объём публикаций в этом направлении свидетельствует о высоких требованиях, предъявляемых к продукции и, зачастую, о несоответствии существующих конструкций требованиям потребителей. Вместе с тем, в последние десятилетия особенно важными становятся вопросы энергоэффективности и энергосбережения, учитывая которые производители дозирующих устройств сталкиваются с более жесткими требованиями по надежности, долговечности, производительности, точности, возможности интеграции в современные системы автоматизированного управления, быстродействию и снижению стоимости изготовления и эксплуатации. По данным с сайтов производителей гарантированный срок службы устройств дозации с различного рода приводными устройствами составляет от 0,5 до 10 млн. циклов.

Стоит отметить, что в системах, где необходимо обеспечивать высокую частоту работы привода дозирующего устройства, всё чаще стали применять приводы электромагнитного типа. Такие приводы позволяют обеспечивать частоты срабатывания от 1 до 500 Гц., а диапазон рабочих температур составляет от -200 до +600 °С, в то время как рабочие давления находятся в интервале от 0 до 250 МПа. Рабочими средами для таких приводов могут быть: вода, масло, кислоты, щелочи, инертные газы или воздух.

Вместе с тем, большое количество публикаций посвящено решению проблем повышения эффективности, точности и быстродействия работы различных дозаторов. Авторами таких работ являются М.В. Соколов, A.JI. Гуревич, Ю.Д. Видинеев, В.Г. Цейтлин, А.Г. Абилов, К.А. Лютфалиев и др. Результаты исследований динамических систем и нелинейных эффектов, возникающих в различных колебательных и импульсных системах, подробно описаны в работах C.JI. Цыфанского, В.И. Бересневича, Я.А. Виба,

И.И. Блехмана, Р.Ф. Ганиева, Д.М. Диментберга, К.В. Фролова, Я.Г. Пановко, Г. Я. Пановко, С.Ф. Яцуна и др. Вопросы проектирования и моделирования линейных электрических машин освещены в трудах И.П. Копылова, Г.С. Тамояна, А. И. Вольдека, Е.М. Соколовой, Ю. А. Мощинского и др.

Однако в рассмотренной литературе недостаточно подробно описаны современные методы проектирования электромагнитных механизмов линейного возвратно-поступательного движения.

Поэтому актуальное значение приобретают исследования, связанные с разработкой технических решений для механизмов привода дозирующего устройства, работающего в импульсном режиме, с созданием электромагнитного привода дозирующего устройства для низкотемпературных жидкостей и газов. Для создания такого устройства требуется детальная проработка и анализ структуры линейного привода возвратно-поступательного движения, материалов, пригодных для использования в криогенике, принципов скоростной дозации жидкостей и газов.

Необходимо исследование возможностей применения скоростного устройства дозации в криогенике для работы в импульсном режиме с заданными динамическими параметрами. Поиск и выбор активных материалов, разработка методики расчета являются актуальной научной задачей.

В связи с вышеизложенным цели и задачи диссертации представляются актуальными, а их решение - необходимым.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке и совершенствовании методов проектирования электромагнитных устройств линейного возвратно-поступательного движения, которые работают в импульсном режиме с заданными динамическими параметрами и могут быть использованы для создания новых и совершенствования существующих электромагнитных устройств. Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Анализ существующих методов проектирования электромагнитных устройств с заданными динамическими параметрами.

2. Разработка математической модели электромагнитных устройств на заданные динамические параметры.

3. Определение и формулировка критериев выбора исходных данных проектирования устройств с заданными динамическими параметрами.

4. Разработка и реализация комбинированного расчетно-экспериментального метода определения динамических характеристик исследуемых устройств.

5. Расчет конструкций электромагнитных устройств, обладающих заданными динамическими параметрами и характеристиками.

6. Учет влияния криогенной температуры на изменение электрических и динамических параметров устройства.

Методы исследовании. Исследования выполнялись на основе базовой теории линейных электрических машин, с применением методов расчета магнитных систем с использованием теории поля, методов расчета цепей и методов проектирования электромагнитных устройств. Применялись численные методы решения линейных и нелинейных уравнений. Для моделирования электромагнитного привода дозирующего устройства применялась программа на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования разработанного макетного образца электромагнитного привода дозирующего устройства выполнялись с использованием современных измерительных средств. Научная новизна полученных результатов

1. Впервые разработана и исследована активная часть привода устройства капельного дозирования криогенной жидкости, работающая непосредственно в среде жидкого азота, что позволило упростить конструкцию и улучшить энергетические характеристики устройства.

2. Определены динамические параметры электромагнитных устройств, предназначенных для высокоскоростной дозации криогенной жидкости с учетом физических свойств жидкого азота.

3. Предложена структура электромагнитного устройства привода дозатора криогенной жидкости, выбраны факторы, определяющие геометрические размеры элементов устройства, исследованы активные и конструктивные материалы, необходимые для обеспечения заданных режимов работы устройства в криогенной среде.

4. Разработан алгоритм и методика расчета электромагнитного устройства для дозации криогенной жидкости на основе конечно-элементной модели с учетом фактической кривой намагничивания материала элементов устройства и криогенных температур на выходные параметры устройства.

5. Теоретически и экспериментально исследованы динамические параметры электромагнитных устройств привода дозаторов в зависимости от геометрии и материалов якоря. Научные положения, выносимые на защиту

1. Структура, компоновка и факторы, определяющие геометрические размеры элементов электромагнитного устройства, осуществляющего привод дозатора криогенной жидкости.

2. Конечно-элементные модели, созданные для исследования динамических параметров электромагнитного устройства осуществляющего привод дозатора криогенной жидкости.

3. Алгоритм расчета, учитывающий результаты конечно-элементной модели электромагнитного устройства осуществляющего привод капельного дозатора криогенной жидкости.

4. Схема экспериментальной установки и результаты исследований, в виде экспериментальных зависимостей.

Достоверность научных положений и результатов. Все основные результаты получены с использованием классических положений теоретической электротехники и математики. Достоверность результатов основана на корректности выполнения всех теоретических построений, на сопоставлении результатов, полученных расчётным путём, с экспериментальными данными. Применялись численные методы решения линейных и нелинейных уравнений. Для моделирования электромагнитного привода дозирующего устройства применялась программа на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования разработанного макетного образца электромагнитного привода дозирующего устройства выполнялись с использованием современных измерительных средств. Получена удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы

1. Создана конечно-элементная модель магнитопровода электромагнитного устройства для исследования электромагнитных и динамических процессов в зависимости от геометрии и материалов якоря и корпуса.

2. Разработан макетный образец электромагнитного устройства, позволяющий экспериментально исследовать процессы, протекающие в

подобных системах, варьировать схемотехнические и конструктивные параметры.

3. На основе исследования нескольких макетных образцов электромагнитного устройства установлено соответствие расчетных и экспериментальных данных, чем подтверждается адекватность методики расчета.

4. Результаты диссертации используются ОАО «Монтаж ВМ» для модернизации устройства "АзотИнжект" компании "Криотек".

Устройство "АзотИнжект" используется в линиях розлива воды, напитков, масла и других жидкостей для создания избыточного давления и инертной среды в PET, алюминиевых банках и прочих видах упаковки. Инжекция жидкого азота позволяет осуществлять "горячий розлив" без затрат на термообработку, создать инертную среду в упаковке и увеличить срок хранения продукта, избавиться от потерь из-за "нетоварного" вида упаковки.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на XVII-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2011 г.); на международной научно-практической конференции "Технические науки: современные проблемы и перспективы развития" (г. Йошкар-Ола, 2012 г.); на XVI международной заочной научно-практической конференции "Технические науки - от теории к практике" (г. Новосибирск, 2012 г.); на IV международной заочной научно-практической конференции "Научная дискуссия: вопросы технических наук" (г. Москва, 2012 г.); на II международной научно-практической конференции "Научный поиск в современном мире" (г. Москва, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 2 в рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников, приложений. Полный объем диссертации составляет 141 стр., из них список использованных источников, количеством 111, занимает 10 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.

В первой главе проведен аналитический обзор литературы по теме, анализ тенденций развития и классификация систем дозирования жидкостей, выбрано основное направление исследований.

Анализ технической литературы, посвященный методам расчета электромагнитных приводов дозирующих устройств, показал, что:

1. Приведенная классификация дозирующих устройств позволяет определить номенклатурное место устройства, предназначенного для дозирования жидкого азота в автоматизированных линиях пищевой промышленности. Такое дозирующее устройство может быть отнесено к классу насос-дозатор с электромагнитным приводом возвратно-поступательного движения рабочего органа для вытеснения малых объёмов (формирования доз) жидкого азота.

2. Существующие методы расчета динамических характеристик электромагнитных устройств, опирающиеся на аналитические зависимости или теорию цепей, позволяют определить параметры движения электромагнитных механизмов, но требуют большого количества вычислительных операций и временных затрат.

3. В большинстве рассмотренных случаев ставится задача нахождения динамических характеристик уже спроектированного устройства. Задача расчета электромагнитного устройства с ранее заданными параметрами движения, как правило, не ставиться.

4. Расчет динамических показателей электромагнитного устройства ведется для уже рассчитанных магнитных систем на этапе поверочных расчетов.

5. Современная вычислительная техника позволяет использовать сложные математические модели, обладающие высокой точностью расчета.

6. Использование комбинированных методов расчета и синтез тех или иных методик при использовании компьютерной техники позволяют создавать более совершенные методики расчета электромагнитных механизмов.

7. Для корректной работы электромагнитного устройства в сверхнизких температурах необходимо проводить специальный тепловой расчет.

Во второй главе рассматривается математическая модель электромагнитного привода дозирующего устройства, аналитический и программный способ расчета, а так же предлагается комбинированный метод расчета такого устройства.

Полная математическая модель электромагнитного устройства в дифференциальной форме, имеет следующий вид: ¿Ч1

у=Аа.ху,

а2х_„_р ( ±с\ ^ ■>

т аг2 ~ 3 "р Vх' <а)

где Рпр(х) - сила противодействия движению, Рэ - тяговое усилие, ¥ - потокосцепление, / — ток в обмотке, Я - активное сопротивление обмотки, и - напряжение на обмотке, т - масса якоря устройства.

Усилие Р3 и потокосцепление V являются функциями одних и тех же аргументов.

Для нахождения электромагнитной силы используется формула Максвелла:

^ = (2)

При условии нормального расположения вектора индукции к поверхности интегрирования, уравнение Максвелла приобретает вид:

Рэ = ^-|в2пс^> (3)

Помимо выражения для электромагнитной силы и дифференциальных уравнений электромагнитного устройства необходимо добавить в систему уравнений векторную форму уравнения Максвелла, второе уравнение Максвелла для движущейся системы, нормальную составляющую вектора магнитной индукции на поверхности раздела, тангенциальную составляющую напряженности магнитного поля, условие соленоидальности магнитного поля.

Вместе с тем, использование системы дифференциальных уравнений для анализа влияния различных факторов на динамические характеристики электромагнитного привода дозирующего устройства крайне затруднительно, т.к. необходимо знать распределение магнитного поля в исследуемом устройстве. Однако, получить статические характеристики

возможно, решив такую систему аналитически, для этого необходимо применить следующие допущения:

1 ) Магнитная система должна быть линейна и ненасыщена.

2) Пренебречь потоками рассеяния.

3) Система распределенных параметров, описывающих состояние исследуемого электромагнитного устройства, заменена системой сосредоточенных параметров.

После нахождения статических характеристик появляется возможность определить динамические характеристики устройства. В отличие от статических, динамические характеристики электромагнита зависят не только от параметров конструкции последнего, но и от сил взаимодействия подвижной части электромагнита с исполнительным механизмом, приводимым электромагнитным устройством в действие и задающим траекторию движения якоря, от наличия демпфирующих элементов и пр. Статические характеристики определяются при неизменном значении всех характеристик системы за исключением одного, который в процессе расчета или опыта принимает ряд дискретных значений. Динамические характеристики представляют собой зависимости тягового усилия, тока,

рабочего зазора и других величин от времени ( i(t), V(t), I\(t), х(1), (t),

§ СО).

Тем не менее, как это описано у Н. П. Ряшенцева, А. Г. Никитенко, выбор оптимальной конструкции устройства не может быть обеспечен, методом проектирования по статическим характеристикам, в динамическом режиме работы устройства. При такой постановке задачи следует перейти к расчету динамических характеристик, которые могут быть сформулированы в виде краевой задачи теории поля. Такую задачу можно решить методом конечных элементов, однако он достаточно трудоемок и требует больших временных затрат, поэтому наиболее целесообразно использовать современные системы расчета, позволяющие решать систему дифференциальных уравнений методом конечных элементов. Среди наиболее популярных и общедоступных современных систем расчета стоит выделить Maxwell, Ansys, Profi ,Elcut, FEMM. В работе будем использовать программу Elcut, которая рассчитывает магнитное поле методом конечных элементов, производя численное решение уравнений Максвелла.

В конце главы проведен и обоснован выбор средств исследования и программного обеспечения (ПО) для моделирования и расчета электромагнитного привода дозирующего устройства. Так, для моделирования и расчета магнитного поля основного элемента привода дозирующего устройства (электромагнита) был выбран мощный современный комплекс программ для инженерного моделирования электромагнитных, тепловых и механических задача методом конечных элементов - Е1си1. Расчеты по аналитическим формулам были выполнены в системе компьютерной алгебры, позволяющей выполнить символьные вычисления.

В третьей главе исследованы электромагнитные привода дозирующего устройства с различной формой магнитной системы. В работе рассмотрены три группы устройств с различной геометрией якоря. Для удобства определения им присвоен порядковый номер варианта. На рисунке 1 изображены чертежи устройств. В таблице 1 приведены их размеры.

а)

б)

и.

1 У/

,1 г! ш •о! с!о|<=> а

ч -—- Ц. и— 1

//V/////////О ¡ж 1

3! -о) "я! «1«

73 I 1. ? 1

в)

Рисунок 1 - Чертежи приводов электромагнитных дозирующих устройств с различной формой якоря: а) вариант №1, б) вариант №2, в)

вариант №3.

Где Э - внешний диаметр магнитопровода, с! — диаметр якоря устройства, с1„ - внутренний диаметр втулки, Ов - внешний диаметр втулки, Ь- длина магнитопровода, 1 - длина якоря, 1к — длина окна намотки катушки, О, - внешний диаметр окна намотки катушки, с1к — внутренний диаметр окна

намотки катушки, с!] и Ь - размеры определяющие форму якоря, х -расстояние от точки устойчивого равновесия до якоря (воздушный зазор).

Таблица 1 - Размеры электромагнитных приводов различного исполнения.

Геометрический параметр, размерность Исполнение электромагнита привода дозирующего устройства

Вариант №1 Вариант №2 Вариант №3

О, мм 28 28 28

Ь, мм 28 28 28

с1, мм 9,8 9,8 9,8

1, мм 28 19,5 23,8

И,, мм И И 11

с),, мм 10 10 10

1«, мм 20 20 20

Г)„, мм 25 25 25

(1к, мм И И И

1ь мм - 14,5 16,4

с! 1, мм - 5 6

Геометрия сердечников, является исходными данными для моделирования и расчета магнитного поля методом конечных элементов по средствам программы Е1сШ. На рисунках 2,3,4 представлены картины распределения магнитного потока в магнитной системе для одного из положений якоря. Сам же расчет проводился для 50 различных положений каждого якоря (шаг 0,1 мм). Это позволило получить зависимость статического тягового усилия в зависимости от положения якоря. Намагничивающая сила принята 1025 А, что эквивалентно катушке состоящей из 4100 витков и токе 0,25 А. Материалам магнитопровода и якоря были заданы свойства электротехнической стали 10880 (Э10).

Рисунок 4 - Картина поля для варианта №3. Значения тягового усилия, полученные в результате моделирования, были занесены в таблицу и представлены в графической форме (рисунок 5). На основании таблиц данных в программе МаШсас! были найдены полиноминальные зависимости (полином 5-ой степени), необходимые для представления этих зависимостей в виде аналитических функций. Полученные полиномиальные функции представлены в таблице 2.

Рисунок 3 - Картина поля для варианта №2.

Рисунок 2 - Картина поля для варианта №1.

Таблица 2 - Полиномиальные зависимости для тягового усилия.

№ р=а+ь*х+с*х2+с1*х3+е*х4+р,х5 Метод расчета, исполнение магнитной системы

а Ь с О е Г

1 8,6778 -0,5976*104 0,1341*10" -6,5*10И1 — 1 *Ю10 7,47*1014 МКЭ "вариант №1"

2 3,5395 0,867*103 5,92*103 -2*1О7 1*10" -8,5*1012 МКЭ "вариант №2"

3 13,699 1,7239*104 -0,2479*10* 1,07*10'" —2*1012 1,46* 1014 МКЭ "вариант №3"

2<г 20 К 2<>0 ." 1 .' 1 # , ■ ■ ^ «¡¡к <й5*

о ьао 3 г^!о"5 Зх1<г3 5 зхю"3

X

Рисунок 5 - Полиноминальные зависимости тягового усилия от координаты по перемещению.

Полученные полиноминальные зависимости для тягового усилия (Рисунок 5) были использованы для построения динамической характеристики, а именно: зависимости времени движения якоря привода электромагнитного дозирующего устройства от координаты по перемещению (х).

Динамическую характеристику можно получить путем решения системы уравнений:

Г ^ а -1 (<,-

с1х _ т Т

сИ = V

йУ Рэ — р 1 пр

а т

о ¿2 £к

1рэ - 2 с1х

Механическая характеристика может быть представлена в виде: Рэ(х) = та(х) + Рпр(х), ^ (5)

где а(х)- ускорение якоря, м/с2; Рэ(х)- электромагнитная сила, приложенная к якорю, Н; т - масса якоря, кг.

Противодействующую силу можно представить в виде:

Рпр00 = кх + Ъ (6)

где к - коэффициент противодействия движению;

Ь - начальное усилие. Из приведенных выше уравнений видна зависимость значений аргументов от положения якоря на этапе движения. £\х X

= — + — {€). (7)

где *(/) - зависимость перемещения от времени движения, м; х0-начальное положение якоря, м; - скорость якоря в начале

перемещения, м/с; (£) - ускорение якоря, м/с2; г - время перемещения якоря, с.

Исходя из того, что начальное перемещение и скорость якоря в начале перемещения равны 0, можно упростить выражение (7) найти время которое необходимо для перемещения якоря на определенное расстояние, а затем получить циклограмму возвратно-поступательного движения якоря в симметричной системе.

Циклограммы возвратно-поступательного движения для разных форм якоря представлены на рисунке 6.

Графические зависимости, представленные на рисунке 6, позволяют провести анализ динамических параметров привода электромагнитного дозатора. Исполнение «вариант №1» показывает более высокую частоту срабатываний (порядка 60 Гц) при начальном воздушном зазоре 5 мм.

устройства.

Четвертая глава посвящена исследованию работы электромагнитного устройства в длительном режиме, экспериментальным исследованиям, проведенным на макете привода электромагнитного дозирующего устройства, а также подтверждению адекватности выполненного в Е1сШ расчета в сравнении с аналитическим расчетом.

С помощью предлагаемого в работе подхода к численному моделированию электромагнитного поля во всем диапазоне времен работы устройства вычисляются, зависящие от времени, характеристики электромагнитного устройства: траектория перемещения якоря, изменение тока в обмотке, действующие на якорь силы, потребляемая от источника мощность, полезная механическая мощность, мощность тепловых и магнитных потерь, а также время рабочего процесса (время, движения на заданное расстояние) и скорость в момент удара о стопорный элемент.

Предлагаемый подход позволяет без значительных допущений, упрощающих решение задачи, получить достаточно точные характеристики электромагнитного поля, учитывающие геометрию электромагнитного устройства, движение его конструктивных элементов, влияние вихревых токов и насыщение магнитной системы. По полученным характеристикам электромагнитного поля могут быть рассчитаны силы, действующие на

якорь, что дает возможность определять смещение якоря в каждый момент времени. Кроме траектории перемещения якоря, по полученным характеристикам электромагнитного поля в каждый момент времени можно вычислять величину тока в обмотке, потребляемую и полезную мощности, тепловые и магнитные потери.

Для описания электромеханического процесса, происходящего в устройстве во время единичного цикла, автор воспользовался классическим описанием переходного процесса в катушке электромагнита постоянного тока.

Важным аспектом расчета является учет тепловыделения от электромагнитного устройства. Устройство находится непосредственно в «холодной» зоне. Высокое тепловыделение может нарушить технологический процесс дозирования криогенной жидкости.

Для проведения исследований была создана экспериментальная установка (рисунок 7).

Рисунок 7 - Фотография экспериментального стенда.

Принцип действия экспериментальной установки состоит в следующем. К сети переменного напряжения 220 В подключаются блок питания, блок управления и осциллограф. Блок управления подает необходимые сигналы на блок питания, который, в свою очередь, приводит в действие исследуемое электромагнитное устройство путем подачи постоянного напряжения на одну из катушек устройства. Блок управления позволяет в широком диапазоне изменять уровень подаваемого напряжения и частоту подачи импульсов. По осциллограммам, получаемым с осциллографа, можно косвенно судить о перемещении якоря электромагнитного устройства.

Важными элементами установки являются ёмкость с жидким азотом и мерная ёмкость. Мерная ёмкость позволяет определить объем вытесняемого жидкого азота за один цикл срабатывания устройства. А ёмкость с жидким азотом позволяет не только обеспечить подачу жидкости, но при необходимости изменять давление подаваемого жидкого азота. Это важный параметр, который в значительной степени влияет на работоспособность электромагнитного устройства при скоростной дозации жидкости.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. Сравнение предложенного способа расчета привода электромагнитного дозирующего устройства с существующими аналитическими способами показало конкурентные преимущества.

Результаты сравнения электромагнитного устройства с пневматическими аналогами показали, что полученное по результатам расчета устройство привода системы высокоскоростной дозации жидкого хладагента в общем случае обладает следующими особенностями:

1. Значительная экономия хладагента при формировании малых доз.

2. Значительное снижение потребления электроэнергии в узле дозации.

3. Увеличение частоты работы дозирующего устройства с 10 операций в секунду до 30 операций в секунду.

4. Увеличение ресурса работы дозирующего устройства, вследствие перехода от пневматического привода к электромагнитному.

5. Уменьшение габаритов дозатора и количества узлов нуждающихся в периодическом обслуживании.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Аналитическая методика расчета с использованием метода разбивки поля на простые геометрические фигуры при учете некоторых допущений позволяет производить расчет статических характеристик электромагнита.

2. Эффективность предложенной аналитической методики расчета подтверждается сравнением с результатами моделирования методом конечных элементов в программе Е1си1.

3. Использование комбинированных методов расчета и синтез тех или иных методик при использовании компьютерной техники позволяют создавать более совершенные методики расчета электромагнитных механизмов.

4. Для корректной работы электромагнитного устройства в сверхнизких температурах необходимо проводить специальный тепловой расчет.

5. Комплексное решение обратной и прямой задач расчета динамических характеристик позволяет решить проблему проектирования электромагнитных устройств на заданные динамические параметры.

6. В качестве компьютерной программы, позволяющей рассчитывать модели электромагнитных устройств, можно применять программу ЕкШ, так как программа позволяет делать расчет осесимметричных объемных моделей путем решения двумерных моделей с последующим преобразованием их в трехмерные. Преимуществами такого подхода являются простота проектирования и малое временя расчета.

7. При решение задачи нахождения тягового усилия необходимо учитывать насыщение магнитопровода устройства. В противном случае могут быть получены некорректные данные, отличающиеся от фактических более чем на 50%.

8. В результате проведенных экспериментов были получены результаты, подтверждающие адекватность предложенных в работе математических моделей и методов проектирования электромагнитных устройств с заданными динамическими параметрами. Различие расчетных и экспериментальных характеристик находилось в пределах от 5 - 20%.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мильшин А.Ю., Геча В.Я., Великорецкий A.A. Определение индуктивности и тягового усилия цилиндрического электромагнита со свободным ходом якоря // Вестник МЭИ. - 2013. - №2. - с.73-77.

2. Мильшин А.Ю., Геча В.Я. Определение тягового усилия и динамических характеристик цилиндрического электромагнита с различной формой штока // Научно-технический журнал «Электротехнические комплексы и системы управления». - 2013. - с.2-7.

3. Мильшин А.Ю., Чиркин В.Г., Ежов Е.В., Гончаров В.И. Расчет характеристик электромагнитного клапана на основе решения магнитостатической задачи // Тезисы докладов семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». - 2011. - с.29-30.

4. Мильшин А.Ю., Геча В.Я. Учет насыщения магнитной системы при проектировании электромагнитного дозирующего устройства // Международная научно-практическая конференция «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития». - 2012. - с.80-82.

5. Мильшин А.Ю., Геча В.Я. Применение конечно-элементных моделей для проектирования приводов электромагнитных дозирующих устройств с различной формой штока // XVI Международная заочная научно-практическая конференция «Технические науки - от теории к практике». - 2012 г. - с. 119-124.

6. Мильшин А.Ю., Геча В.Я. Электромагнитные дозирующие устройства: Классификация, признаки классификации // IV Международная заочная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы технических наук». - 2012. -с.103-106.

7. Мильшин А.Ю., Геча В.Я. Методы, методики, алгоритмы и способы расчета электромагнитных дозирующих устройств // П Международная научно-практическая конференция «Научный поиск в современном мире».-2012,-с.117-120.

8. V. Gecha, A. Milshin. Features of calculation of electromagnetic dispensing device drive // «Scientific enquiry in the contemporary world: theoretical basics and innovative approach». FL, USA, L&L Publishing. - 2012. - c.154-155.

Подписано в печать: 23.03.2015

Объем: 1,2 усл.пл. Тираж: 100 экз. Заказ № 1025 Отпечатано в типографии «Реглет» 107031, г. Москва, ул. Рождественка, д. 5/7, стр. 1 (495) 623 93 06; www.reglet.ru