автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Элементы систем с постоянными магнитами для управления вибрационными приборами

'• О'Л

•і

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Чернишов Микола Миколайович

УДК 681.587.354

ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ З ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ ДЛЯ КЕРУВАННЯ ВІБРАЦІЙНИМИ ПРИСТРОЯМИ

Спеціальність 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

У

Київ 2000

Дисертацією є рукопис.

Робша виконана у Відділенні комплексних енергетичних систем з відновлюваними джерелами енергії Інституту електродинамкн НАН України, м. Київ.

Науковий керівник - член-коресповдент НАН України, доктор технічних наук, с.н.с Резцов Віктор Федорович, завідувач Відділення комнлекснііх енергетичнік систем з відновлюваними джерелами енергії Інституту електродинаміки ПАЛ України, м, Київ.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, с.н.с. Лодольцев Олександр Дмитрович, провідний науковий співробітник інституту' електродинаміки НАН України, м. Київ;

- кандидат технічних наук Сенько Євген Віталійович, асистент кафедри Національного технічного університету Україна ”КГО” Міносвіти і науки України, м. Київ.

Провідна установа - Інститут проблем моделювання в енергетиці НАН України, відділ моделювання електродинамічних систем, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 3 жовтня 2000 р. об 11-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, м. Київ - 57, проспект Перемоги, 56, тел. 446-91-15.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інсппугу електродинаміки НАН України.

Автореферат розіслано ”«31 " серпня 2000 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

с

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення підвищення ефективності використання вібраційних пристроїв для автоматичних систем керування технологічними процесами залежить від їх експлуатаційних характеристик та надійності конструктивних частин. Важливою конструктивною частиною вібраційних пристроїв с пружні елементи, які можуть змінювати свої розміри при зміні проектного навантаження, що с їх основною робочою властивістю. Одним із перспективних напрямків технічного удосконалення та підвищення економічної ефективності вібраційних пристроїв є створення вксоконадійних елементів систем (ЕС) з постійними магнітами (ТІМ), які дозволяють здійснювати оперативне, безперервне та адаптивне регулюванні! вібраційного пристрою на оптимальний режим роботи.

Зараз у ннзькочастотних електромагнітних вібраторах (ЕМВ), віброплатфор-мах та інших вібраційних пристроях застосовують компактні і прості у виготовленні механічні циліндричні гвинтові пружини й пластинчаті ресорії, для яких характерні явища втомленості, повзучості та практично постійна жорсткість. Такі пружини мають малий термін служби, а перехід вібраційного пристрою на новий режим роботи при їх використанні здійснюється через заміну одних пружин іншими. Тому актуальним є завдання розробки ЕС, які б не мали зазначених недоліків Одним із шляхів рішення цього завдання с застосування елементів, принцип дії яких полягає у використанні пондеромоторних сил магнітного поля і у пружному підвішуванні рухомої частини елемента відносно нерухомої. Такі елементи не містять деформовані тіла, довговічні, мають мінімальну дисипацію енергії, відсутність спрацювання, шуму. Застосування електромагнітної керуючої частини дозволяє здійснити безперервне регулювання жорсткістю і робить можливим автоматичне регулювання. Зважаючи на відсутність механічного догляду між частинам» ЕС, реальною с можливість передачі віброколнвань у закритий об’єм. Однак, до теперішнього часу такі ЕС не знайшли широкого використання. Це обумовлено тим, шо багато теоретичних та практичних питань, які пов’язані з керуванням їх пружних властивостей, а також будуванням математичних моделей розрахунків статистичних та динамічних характеристик, недостатньо розроблені. ■ .

Оцінюючи ступінь дослідження теми дисертації, потрібно звернути увагу на практичну необхідність побудови математичних моделей ЕС на підставі використання фундаментальних рівнянь теорії магнітного поля, які дозволяють розрахувати їх силові характеристики та оптимізувати масо габаритні показники ЛМ, обгрунтувати можливості застосування математичних моделей для випадку живлення обмотки керування (ОК) змінною напругою, визначити залежність між параметрами руху рухомої частини та діючими на неї зовнішніми силами, дослідити функціонування вібраційних пристроїв. Все це визначає актуальність наукової задачі розробки та створення перспективних ЕС, яка вирішується в дисертаційній роботі.

Зв’яни; роботи і науковими програмам», планами, темлмм. Робота виконана відповідно до планів наукових досліджень Відділення комплексних енергетичних систем з відновлюваними джерелами енергії Інституту електродинаміки НАН України і постанов: Ради Міністрів УРСР №250 від 11.07.1986р. (програма ’’Енергкомплекс”), Президії АН УРСР №2182 від 17.10.1986р., Кабінету'Міністрів Україні» про систему науково-технічних програм №412 від 3.06.1993 р. та реалізації пріоріггегних напрямків науки і техніки №429 від 22.06.1994р., а також з проектами /£>04.07/05529-97, №04.07/05530-97 Програми 04.07 Міннауки і освіти України

’’Нетрадиційні і відновлювані джерела енергії та ефективні сисгеми їх використан-

ї? ' -, ІіЯ .

Мета і задачі дослідження. Метою роботи е побудова математичних моделей та методик аналітичного і чисельного розрахунку магнітних полів, силових характеристик і динаміки руху ЕС для обгрунтованого вибору основних технічних параметрів вібраційних пристроїв та їх олгимізації.

Для реалізації означеної мети завданнями дисертаційної роботи є:

. - створення математичних моделей ЕС для розрахунку магнітних полів, сило-лік характеристик та оптимізаціі розмірів і форми магнітів магнітної системи;

- обгрунтування застосування розроблених математичних моделей при живленні ОК змінною напругою та використання їх для безпосереднього створення віб-роколпяань.

- визначення впливу механічних коливань рухомої частими на силові характеристики,

- встановлення залежностей між параметрами руху рухомої частини і силами, які впливають на неї;

- розробка методик розрахунку регулювальних характеристик та автоматизованого проектування вібраційних пристроїв з використанням в їх системі керування ЕС, здійснення експериментальної перевірки.

Наукова новизна одержаних автором результатів полягає в тому, що:

- вперше для магнітних систем вібраційних пристроїв розроблено методику розрахунку регульованих пондеромоторннх сил взаємодії між частинами ЕС, відповідно до якої побудована програма на ЕОМ;

- отримано раніше невідомі аналітичні вирази для параметричної функції нестаціонарної системи, які визначають зміну параметрів коливань рухомої частини ЕС при зміні зовнішньої гармонічної сили;

- вперше розроблено методику аналізу динамічних характеристик ЕС при дії на їх рухому частину довільної збурюючої сили з програмною реалізацією на ЕОМ;

- отримано нові аналітичні вирази для розрахунку амплітудно-частотних та регулюючих характеристик, а також аналізу резонансних властивостей ЕС на стадії проектування систем;

- на підставі створених програм розрахунку на ЕОМ та отриманих аналітичних співвідношеннях дістали подальший розвиток чисельно-аналітичні методики визначення основних технічних характеристик вібраційних пристроїв з постійними магнітами.

Практичне значення одержанії* результатів. Розроблені математичні моделі, методики і програми передані у ВАТ ”ВІТ” (м.Запоріжжя) та в Запорізький державний технічний університет і використовуються при створенні серії вібраційних пристроїв для випробувань елементів електротехнічних пристроїв на віброколиван-ня, що підтверджено відповідними актами.

В даний час результати теоретичних досліджень використовуються також в 5ЕД НАН України для обгрунтування нових схем теплоугилізаторів - диспергаторів

тпькопотенціііних теплових ресурсів з підвищеними теплообмінними та динамічними параметрами за рахунок створення вібрацій в рамках проектів №04 07/05529-97, №04.07/05530-97 Мінкауки і освіти України.

Особистий внесок здобувмчя. Наукові результати, що увійшли до дисертації, отримані здобувачем особисто.

У друкованих роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить: в [4]- аналіз ЕС при живленні ОК змінною напругою і використанні для безпосереднього створення віброколивань; в [5] - розробка алгоритму для розрахунку аксіальної складової напруженості магнітного поля циліндричного ПМ; в [7] - побудова математичних моделей ЕС, які дозволяють розрахувати силові характеристики і опти-мізувати масогабаритні показники; в [8] - отримання виразу для параметричної передаточної функції, яка дозволяє визначити зміни параметрів коливань ЕС при змінах зовнішнього гармонічного впливу і розроблення методики аналізу динамічних характеристик; в [9] - отримання рівняння сумарної пондеромоториої сили взаємодії між призматичними частинами ЕС,

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати доповідались на науково-технічній конференції з трансформаторобудування (м.Запоріжжя, вересень 1995 р.), на 2-й Міжнародній науково-технічній конференції ’’Нетрадиционные источники, передающие системы и преобразователи энергии” (м.Харків, червень 1999 р.), на 3-й Міжнародній науково-технічній конференції ' "Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці” (м Львів, жовтень 1999р.).

. Публікація результатів наукових досліджень. Основний зміст дисертації відображений у дев’яти роботах, опублікованих у наукових видавництвах (п’ять статей у фахових виданнях, три препринта Інституту електродинаміки НАН України та одна теза доповідей).

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 147 сторінок, у тому числі на 38 сторінках розміщені 36 рисунків, дві таблиці, список використаних джерел з 72 найменувань і 9 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОКОТИ

У вступі обгрунтовані актуальність та доцільність роботи, сформульовані мета і задачі наукового дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення та реалізацію результатів дисертації, наведено відомості про апробацію і публікації.

У першому розділі наведений огляд вітчизняної Гі закордонної літератури, що стосується питання розробки ЕС для керування вібраційними пріїсгроями в сучасному автоматизованому впробницгві.

На підставі аналізу методів розрахунку ЕС виявлено, що для таких елементів справедливим е принцип суперпозиції компонент сил взаємодії, що визначається наявністю намагніченого об’єму й зовнішнього регульованого струму.

На рнс.1 та рнс.2 покатана конструкція ЕС, де: І - нерухома частина, 2 - рухома частина (ПМ або магнітом’яке (ММ)тіло), 3 - немагнітна спрямовуюча, 4 - ОК.

чтгггл/у/гт',

Рис. 1. Конструкція ЕС з ПМ

Рис. 2. Конструкція ЕС з ММ тілом

Одержано аналітичні вирази для складових векторів магнітного поля, які визначають силову взаємодію між частинами ЕС, і зроблені їх розрахунки, підтверджені експериментальними дослідженнями. Визначені і розраховані на ЕОМ регульовані пондеромоторні сили взаємодії між частинами ЕС різних конструкцій:

ПМ у формі циліндра з ОК-ПМ у формі циліндра

р* = р2,[нгі(мІ),м>]±р,І[нп(іЛмЛ=

РдФо<Ц •

9 -Нгі(р(!,г„)±“Н!,г(р(з,гд)

дхг.

(1)

(2)

ПМ у формі прямокутної призми і ОК-ПМ у формі прямокутної призми

де: Н/і - аксіальна складова напруженості магнітного поля ПМ, Н/^ - аксіальна складова напруженості магнітного поля ОК; - намагніченість ПМ нерухомої або

рухомої частини; Цо - магнітна постійна, І*. - керувальна дія ампер-витків ОК; а2 -розмір рухомої частини ПМ у формі призми; 02 - діаметр рухомої частини ПМ у формі циліндра; 1)л - внутрішній діаметр рухомої частини ПМ у формі кільця; Од -зовнішній діаметр рухомої частини ПМ у формі кільця, Ом - діамсгр ММ тіла; -положення статичної рівноваги віброплатформи; Ь2 - висота Г1М рухомої частини циліндра, кільця, призми, !ім - висота ММ тіла; р,, Р2> у,, уг - коефіцієнти апроксимації магнітних властивостей ММтіла.

Побудовано математичні моделі ЕС для керування вібраційними пристроями, згідно з якими складено пр> , раму розрахунку на ЕОМ силових характеристик ЕС.

рг = -2а2!і„Мг | | — Нг,(х,Л) ±-----------------Н22(хд,гй) ііхд(Ц,

-■ ' дг0 _

дг,

(3)

при використанні в якості рухомої частини ММ тіла

рг=-2* / ][р15Ь{т1рІЛ[72(Н7.1(рд,г<г)±Ни(Рч,2д))3}х

X

Т;Р: — Ні1(ри,гв)± —Н^^рц.г,)

.

(4)

На підставі розроблених математичних моделей ЕС здійснена огітимізаціи мнсогаба-рнтних показників різних фори ПМ за критерієм забезпечення максимуму пондеро-моторної сили і мінімальним об’ємом як нерухомого, так і рухомого ПМ. Результат розрахунку сил взаємодії між частинами різних конструкцій ЕС підтверджуються експериментальними даними з використанням динамометра ДПУ. Максимальна різниця між розрахунковими н експериментальними даними склала 12%, шо можна вважати задовільним з точки зору практичних вимог.

Експериментальні дослідження для складових напруженості магнітного поля, що обумовлюють Силову взаємодію, здійснювалися з використанням тесламетра Ф4354/1 з датчиком Ходда. Різниця між розрахунковими й експериментальними даними склала в середньому 8% і обумовлена похибками експерименту.

У другому розділі показано, шо механічні коливання рухомої частини £С, обумовлені дією на неї 'оаніиіньої збурюючої сили, яка змінюється за гармонічним закон&м, не впливають на силову взаємодію в підсистемі ПМ-ПМ. Одержано вираз для визначення амплітуди наведеного в ОК допоміжного струму, обумовленого явищем електромагнітної індукції (5) й доведено, що величина амплітуди цього струму набагато менша струму керування.

де: абсолютна магнітна проникність матеріалу провідника ОК; гт- амплітуда

коливань рухомої частини ЕС; V- циклічна частота коливань рухомої частини ЕС; К<»‘ середній радіус витка ОК; число витків ОК; у- питома провідність

матеріалу провідників ОК; - площа перетину провідника ОК; Б- площа перетину витка ОК; Ьок- висота ОК.

Проаналізовано нелінійне диферен' ' рівняння руху частини ЕС при гармонічній збурюючій силі на підставі асимглх іного методу теорії нелінійних коливань і визначено залежність амплітуди стаціонарних коливань рухомої частини від амплі-

(5)

туди і частоти зовнішньої гармонічної сили, що на неї впливає. Також розраховано амплітудно-частотну характеристику руху частини й показано, що досліджувані коливання будуть стійкими практично до 70 Гц (рис.З), де; І- асимптотичний метод, 2-метод статистичної лінеаризації, 3- базисна крива.

Рис.З. Амплітудно-частотна характеристика (1,2) та базисна крива (3)

Розроблено методику аналізу динамічних характеристик ЕС при дії на їх рухому частину довільної збурюючої сили на підставі методу статистичної лінеаризації. Побудовано структурну схему статистично лінеаризованої системи ЕС і визначені її передаточні функції відносно координати руху частини ЕС за математичним очікуванням і за центрованим випадковим складником.

У третьому розділі здійснений аналіз ЕМВ і подана його конструкція з системою керування на ЕС (рис.4), де: 1 - нижня основа, 2 - ярмо електромагніта, 3 - регульовані ЕС, 4 - аіброплатформа, 5 - якір електромагніта, 6 - нерегульоаані ЕС, 7 -верхня основа. '

Динаміка ЕМВ описується системою диференційних рівнянь другого порядку, ідо зв’язує електричну і механічну підсистеми й отриману на підставі рівнянь Кирхгофа і принципу Даламбера з урахуванням апроксимації силових характеристик ЕС у вигляді гіперболічної залежності від відстані між ними

А ’ (6)

де: Цг) - змінна індуктивність котушки електромагніта; і(() - струм в ланцюзі жнвлення котушки електромагніта; і<4 - активний опір котушки електромагніта; г(і) - координата руху частини ЕС; і - регульована фіксована відстань між частинами ЕС; ш - наведена маса віброплатформи; а - наведений коефіцієнт в’язких опорів середовища; п- кількість нерегульованих або регульованих ЕС; М * намагніченість ПМ нерухомої або рухомої частини; В, С, О - коефіцієнти апроксимації сумарної пондеромоторної сили; С, - ємкість конденсатора; Е м - сила, що діє

на якір електромагніта; пМ4 сумарна силова характеристика

О + і + г

регульованих ЕС; пМ—------------сумарна силова характеристика нерегульованих ЕС.

О + і-г

ан сіі | „ сіЬ сЬ

—+— Ид +2---------------1+1

&’ & V 6г Д

і’гіЬ (сіг | сІ'Ь + _}_ Аг I & ) сіг1 С„

вм „

<і'2 <к. ' ВМ+СІ* ..

т— + а------пМ----------=-+лМ ■

<Ц2 Л О + і + г й + г-г

Положення статичної рівноваги віброплатформи визначається із умови

(гпй + пРи (х,) = пР\? (2, ), І„ = 0,

_ ВМ * ВМ1 + МСІ „

Г. ■=----------------, г , -------------------------.

І л' 0 + ?. - 2 ї> + І + 2.

пВМ 1

пВМ

(7)

При лінеаризації диференціального рівияшш механічної підсистем» поблизу положення статичної рівноваги г;)одержано характеристичне рівняння

Визначено, то усі коефіцієнті! характеристичного рівняння А,, А2, А, позитивні, а механічні підсистема, яка в даному випадку має другий порядок, буде стійкою.

Показано, що застосування ЕС в системі керування ЕМВ з їх можливістю адаптивного безперервного керування пружннмч властивостями обумовлює вихід на енергетично оптимальний резонансний режим функціонування з метою побудови замкнутих систем зі зворотним зв'язком, то забезпечує створення автоматичних систем керування технологічним!! процесами.

Досліджено ЕС, які безпосередньо функціонують у режимі віброколивань. Розроблена конструкція передачі віЄроколивань від ЕС з ОК, що живиться регульованою синусоїдальною напругою, на вібро платформу (рис.5), де. 1 - вібрсплатфор-ма, 2 - регульоваяі ЕС, 3 - нижня основа, 4 - перегульовані ЕС, 5 - верхня основа.

Одержано розрахункові аналітичні вираз» для аналізу ЕС, функціонуючих у режимі віброколнеань, що дозволяє визначити їх резонансні властивості, амплітудно-частотні характеристики для: 1 - і=5мм, 2 - я-Змм, 3 - і.~2мм (рис.6) і регулювальні хараіггернстпки для. г=2мм (рис 7) при 0|=0;=20мм1 п~5, п)~3кт,

де: - розрахунок, а експеримент Вони підтверджені експериментально і зро-

А|8‘ + А.в + А,, (8)

5 4 14 2

Рис. 5. Конструкція передачі віброколивань

блено висновок про стійкість колисань віброплатформи. Покачано, що в даному випадку характеристичне рівняння досліджуваної системи має вигляд

ВМ:

ЙМ1

(Г) + 7. + г„)' (О +• і. - гу)’’

-Д.в1 + А,

(9)

з якого видно, що обидва Гюго коефіцієнти А, і А.; позитивні. Отже, аналізована система стійка у всьому діапазоні частот. Показано, що безпосереднє функціонування ЕС у ре;кнмі віброколивань дозволяє використати їх одночасно і як пружні елементи, і як регульований вібропрнвід, а також одержати коливання практично одного ступеня волі, що дає можливість створювати системи автоматичного керування різними вібростендами.

Досліджена можливість на підставі використання ЕС передачі віброколивань в закритий герметизований об’єм, яка дозволяє здійснити інтенсифікацію процесів, вібровплнв на мкі звичайними засобами неможливий. Показано, що при проектуванні таких конструкцій необхідно використовувати розроблені математичні моделі ЕС і методики розрахунку регулпвальких хгірактернсіик вібраційних пристроїв. Експериментальні дослідження виконувались з використанням вібровимірювача 5М-

Рис 6. Амплітудно-частотна Рис.7. Регулювальна характеристика

характеристика

231 і шлейфового осцилографа Н-115. Різниця між розрахунковими й експериментальними даними склала 15%, що корегус з даними по співставленню розрахунків та експериментів магнітних полів та силових взаємодій. ,

Четвертий розділ присвячений питанням розробки науково-обгрунтованої методики проектування ЕС. Подані рекомендації щодо вибору магнітотвердого матеріалу. Встановлено, що ефективно використовувати ПМ на підставі сплавів 8ш-Со та Рг-Йт-Со марок КС37, КС37А, КС37, КСП37А. Вирізнювальною особливістю ЯСо є висока коерцитивна сила по намагніченості, що досягає 4103кА/м при порівняно високій індукції 1,2Т і дозволяє використовувати такі ПМ без побоювання незворотності розмагнічування. Рідкоземельні ПМ можна розглядати як ідеальні з жорстко фіксованим розташуванням вектора намагніченості. Вони наділені високою питомою енергією - 65кДж/м3 , що в декілька разів перевищує енергію литих, керамічних і ферит-барієвих ПМ, і забезпечують створення магнітних полів високої напруги. ■

Як правило, один ЕС не забезпечує потрібну жорсткість. Необхідно використовувати п елементів з сумарним об’ємом нерухомих або рухомих частин V,. = пУ,

що забезпечують сумарну жорсткість К£ = пК . Тоді, на підставі подання ПМ у вигляді еквівалентних магнітних диполів за погрібною сумарною жорсткістю можна визначити сумарний об’єм нерухомих або рухомих частий

де: !і- висота ПМ нерухомої або рухомої частини.

Розроблено комплекси)’ чисельно-аналітичну методику визначення основних технічних характеристик вібраційних пристроїв, яка полягає в раціональному об'єднанні отриманих аналітичних залежностей між деякими параметрами систем та комплексу прикладних програм розрахунку магнітних полів, силових взаємодій і дн-намікн процесів. Це дозволяє азтоматіиувати процес проектування і скоротити обсяг випробувань.

У додатках наведені початкові тексти складених програм, результати машинних розрахунків, допоміжна інформація і акти впровадження результатів роботи.

В роботі розроблено методики чисельно-аналітичного аналізу і розрахунку па-

верджено даними експериментальних випробувань. Одержані науково обгрунтовані результати в сукупності є суттєвими для розвитку теорії електромеханічних вібраторів, їх проектування і створення з покращеними масогабаритними показниками

вного регулювання встановлено, що елемент магнітних систем з аксіальною взаємодією, а також взаємодією кільцевих аксіально намагнічених тіл найбільш повно задовольняють усім практичним вимогам. .

2. На підставі фундаментальних рівнянь теорії електромагнітного поля досліджено магнітну систему з електромагнітною керівною дією за рахунок перерозподілу робочого магнітного потоку довільним регульованим струмом обмотки керування. Доведено, що для цих систем справедливим £ використання принципу суперпозиції компонент ьзаємодії, що визначаються наявністю намагніченого об’єму і зовніш-

6ц„Мг

(10)

ВИСНОВКИ

раметрів основних елементів систем вібраційних пристроїв та їх динаміки, що підт-

І. При дослідженні можливостей застосування і питань забезпечення безперер-

нього регульованого струму. Показано, що за рахунок компоненти сумарної сили взаємодії можна здійснити гнучке регулювання пружних властивостей вібраційних пристроїв

3. Одержано аналітичні вирази для складових напруги магнітного поля, які ви-

значають силову взаємодію між частинами магнітних систем. На підставі використання цих виразів побудовано математичні моделі, згідно з якими складена програма для розрахунку на ЕОМ їх силових характеристик. На підставі математичних моделей проведено оіптшізацію масогабзритннх показників магнітів різних форм. Визначено, що найбільш раціональною формою постійного магніта с форма у вигляді прямокутної призми. •

4. Проведено дослідження магнітних систем прн живленні обмотки керування змінною напругою. Встановлено, що наведена напруженість вихрового електрично. го поля не впливає на силові характеристики. Для їх розрахунку можливе застосування розроблених математичних моделей, враховуючи компоненту сили, яка визначається взаємодією обмотки керування і постійного магніту рухомої частини. Вона змінюється за тим же законом, що і напруга, яка й живить. При цьому, рухома частина здійснює гармонічні коливання з частотою, що дорівнює частоті струму живлення і амплітудою пропорційною його величині.

5. На основі аналізу нелінійного диференційиого рівняння руху частини ЕС асимптотичним методом теорії нелінійних коливань розраховано амплітудно-частотна характеристика і оцінена стійкість коливань. Розглянуто нестаціонарний режим руху частини і одержано вираз для параметричної передаточної функції, що дозволяє визначити зміни параметрів коливань при зміні гармонічної сили. '

6. Проведено теоретичні і експериментальні дослідження електромагнітних вібраторів з системою керування. Встановлено, що застосування ві системі елементів керування з їх можливістю адаптивного безперервного регулювання пружними властивостями дозволяє забезпечити оптимальний навколорезонансний режим для різних умов функціонування.

7. Досліджено функціонування електромагнітних вібраторів в режимі віброко-ливань при живленні їх регульованою по амплітуді синусоїдальною напругою. Проведено розрахунки їх характеристик, що підтверджуються експериментально.

8. Створено комплекс прикладних програм, що дозволяє автоматизувати процес проектування вібраційнії* пристроїв. На основі методики автоматизованого проектування вібраційних пристроїв розроблено відповіднії» дослідний зразок.

9. Вірогідність та обгрунтованість наукових висновків і практичних рекомендацій підтверджено узгодженням розрахунків з одержаними експериментальними даними і обумовлено використанням коректних методів досліджень.

ПУБЛІКАЦІЇ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чернышов Н.Н Вопросы разработки элементов систем управлення вибрационными устройствами на магнитных подвесах // Електричний журнал. - 1997 -№2. - С.52-55.

2. Чернышов Н.Н. Особенности функционирования виброколебательных систем с силовыми элементами на основе постоянных магнитов // Техническая электродинамика. - 1998. -№1. - С.48-51.

3. Чернышов Н Н. Приближенный расчет объема постоянных магнитов по требуемой жесткости элементов систем для управленій вибрационными устройствами И Техническая электродинамика. - 1998. - №4. - С.78-79.

4. Чернышов Н.Н., Веринский И М. Анализ элементов систем с постоянными магнитами при питании их обмотки управления переменным напряжением // Электротехника и электроэнергетика. - 1999.-.№2. - С.29-31.

5. Чернишов М.М., Зарубіна Т.В. Розроблення алгоритму для розрахунку аксіальної складової напруженості магнітного поля циліндрічного постійного магніту // Праці Інституту електродинаміки НАН України. Електроенергетика.-1999. - С.3-7.

6. Чернышов Н.Н. Использование элементов систем с постоянными магнитами

для управления вибрационными устройствами. - К., \998.-18c. (Препр. I НАН Украины. Ин-т электродинамики; №818). ,

7. Чернышов Н.Н., Богданов Л.Д. Математические модели элементов систем с постоянными магнитами для расчета их силовых характеристик и оптимизации магнитной системы.-К.:1998.-34с. (Препр /НАН Украины. Ин-т электродинамики; №819).

8. Чернышов И. П., Веринский И.М. Исследование элементов систем с постоянными магнитами при механическом воздействии на их подвижную часть. - К.; 1998.-27с. (Препр. /НАН Украины. Ин-т электродинамики; №817).

9. Чернииюв М М, Боярінцева О.В., Заруб)на Т В. Математичні моделі вібраційних систем з постійними магнітами для розрахунку їх силових характеристик // Тези доповідей. 3-я Міжнародна науково-технічна конференція ’’Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці” Львів, жовтень, 1999. -С299-300.

Чернишов М.М. Елемент систем з постійними магнітами для керування вібраційними пристроями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Інститут електродинаміки Н\Н України, м. Київ, 2000. ,

Дисертація присвячена питанням побудови математичних моделей ЕС з ПМ для керування вібраційними пристроями. Досліджена магнітна система елементів, визначені силові характеристики н оптимізовані масогабарнгні показники. Показано, що ЕС з ПМ найбільш повно задовольняють усі вимоги, що подаються до ЕС вібраційних пристроїв. Ці елементи забезпечують можливість створення автоматичних систем керування вібраційними пристроями. Безлосередне функціонування ЕС з ПМ в режимі віброколнвань дозволяє використовувати їх одночасно і як пружні елементи, і як регульований віброп-ривід, а також одержувати коливання практично одного ступеня волі, що дає можливість створювати системи автоматичного регулювання різноманітними вібростендами. Для інженерного проектування ЕС керування вібраційними пристроями з ПМ одержано аналітичний вираз, що дозволяє визначити сумарний об’єм ПМ за необхідною пружністю елементів.

Ключові слова: вібраційні пристрої, віброплатформи, вібростенди, елементи систем, механічні коливання, системи автоматичного керування.

Чернышов Н.И. Элементы систем с постоянными мягннтямн для управления вибрационными устройствами. - Рукопись.

Диссертация ня соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.0j • электротехнические комплексы и системы. • Институт электродинамики НАН Украины, г. Киев, 2000.

Обеспечение повышения эффективности применения вибрационных устройств для автоматизированных систем управления технологическими процессами во многом зависит от их эксплуатационных характеристик н надежности конструктивных частей. Важнейшей конструктивной частью вибрационных устройств являются упругие элементы или пружины, способные изменять свои расчетные размеры при изменении проектного задания на нагрузке, что является их основным рабочим свойством. Одним из перспективных направлений технического совершенствования и повышения экономической эффективности вибрационных устройств является создание высоконадежных элементов систем (ЭС), позволяющих осуществлять оперативную, непрерывную н адаптивную настройку вибрационного устройства на оптимальный режим работы. В настоящее время в вибрационных устройствах применяют компактные н простые в изготовлении металлические цилиндрические винтовые пружины и пластинчатые рессоры, для которых характерны явления усталости, ползучести и практически постоянной жесткости. Такие пружины обладают малым сроком службы, а переход вибрационного устройства на новый режим работы при их использовании, осуществляется либо посредством замены одних пружин другими, либо введением дополнительных механических действий. Одним из путей реализации данного направления является применение ЭС, принцип действия которых основан на использовании пондерсмоторных сил магнитного поля для упругого подвешивания подвижной части элемента относительно неподвижной. Такие элементы не содержат деформируемых тел, долговечны, обладают минимальной диссипацией энергии, отсутствием износа н шума, отличаются повышенной грузоподъемностью введение электромагнитной управляющей части позволяет осуществить автоматическое регулирование силовых характеристик. Использование регулируемых ЭС существенно повысит их надежность и долговечность, позволит осуществлять опера-Iпаную многократную и адаптивную настройку на энергетически оптимальный око-

дорезонансный режим работы вибрационного устройства, функционирующего в режиме вынужденных колебаний. Ввиду отсутствия механического касания между частями магнитного элемента реальной является возможность передачи виброколебаний в закрытый объем, что необходимо при интенсификации ряда технологических процессов. Вместе с тем, до настоящего времени ЭС не нашли широкого применения. Это обусловлено тем, что многие теоретические и практические вопросы, связанные с регулированием их упругих свойств, построением математических моделей, расчетов статистических и динамических характеристик, недостаточно разработаны.

Диссертация посвящена вопросам построения математических моделей ЭС с постоянными магнитами (ПМ) для управления вибрационными устройствами. Исследована магнитная система элементов, определены силовые характеристики и оптимизированы массогабаритные показатели. Показано, что ЭС с ПМ наиболее полно удовлетворяют всем требованиям, которые предъявляются к ЭС вибрационных устройств. Эти элементы обеспечивают возможность создания автоматических систем управления вибрационными устройствами. Непосредственное функционирование ЭС с ПМ в режиме виброколебаннй позволяет использовать их одновременно и как упругие элементы, и как регулируемый вибропрнвод, а также получать колебания практически одной степени свободы, что дает возможность создавать системы автоматического регулирования разнообразными вибростендами. Для инженерного проектирования ЭС управления вибрационными устройствами с ПМ получено аналитическое выражение, которое позволяет определить суммарный объем ПМ по требуемой упругости элементов. Оценивая степень исследования по теме диссертации, нужно уделить существенное вннмание построению математических моделей ЭС на основе использования фундаментальных уравнений теории магнитного поля, позволяющих рассчитать силовые характеристики таких элементов и оптимизировать массогабаритные показатели ПМ, обосновать возможности применения математических моделей для случая питания обмотки управления переменным напряжением, определить зависимость между параметрами движения подвижной части и действующими на нее внешними силами, исследовать функционирование вибрационных устройств. С этой точки зрения постановка задач исследования магнитной

системы ЭС является новой її диссертационная работа ориентирована на их выполнение.

Ключевые слове: вибрационные устройства, внброплатформы, вибростенды, элементы систем, механические колебания, системы автоматического управления.

Chernyshov N.N. Elements of constant magnet systems for vibration devices control.-Manuscript.

The thesis of candidate of technology on the speciality 05.09.03 - electrotechnical complexes and systems. - The Institute of Electrodynamics of National Academy of sciences of Ukraine, Kyiv, 2000.

Thesis is denoting questions of building of mathematical models of system elements with constant magnets for vibration devices governing. Magnetic element system is explored, power features are determined and overall dimensions are optimised. The system

elements with constant magnets most ftilly meet all requirements to the elements of vibra-. . ’ . ■ ' tion devices systems. These elements provide the possibility for development of automatic

systems for vibration devices control. Actual functioning of permanent magnet system elements in the vibration mode allows to use* them both as resilient elements and as controlled vibration-drive simulta-neously, and also to obtain vibrations of practically equal degvee of freedom that makes it possible to develop automatic control systems for vibration tables of different kinds' For engineering design of systems elements with constant magnets for vibration devices control there was obtained an approximate formula that allows to determine total volume of constant magnets for the required elasticity stiffness of elements.

' Key words: vibration devices, vibration tables, vibration stand, system elements, mechanical vibrations degree of freedom, automatic control rnttmj.