автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Методы и алгоритмы проектирования электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий

На правах рукописи

БАТИЩЕВ Денис Владимирович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРИВОДОВ С УЧЕТОМ ВНЕШНИХ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-6 ОКТ 2011

Новочеркасск 2011

4855544

Работа выполнена на кафедре «Электрические и электронные аппараты» Федерального государственного бюджетного образовательного учревдения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Павленко Александр Валентинович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Пахомин Сергей Александрович

кандидат технических наук Демченко Игорь Петрович

Ведущая организация ФГБОУ ВПО "Ростовский государственный

университет путей сообщения"

Защита диссертации состоится 14 октября 2011г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.304.08 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в ауд. 107 главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».^ С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ФГБОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « 12 » сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д212.304.08

кандидат технических наук, доцент

Скубиенко С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные автомобильные транспортные средства содержат большое количество различных электромеханических приводов (порядка 150), включая электродвигатели и электромагнитные приводы (ЭМП), управляющих механизмами автомобиля, обеспечивающих функциональное качество, комфорт, безопасность, уменьшающих потребление топлива и т.д. В дополнение к минимальному потреблению энергии они должны обладать минимальной массой, высокой надежностью, требуемым быстродействием и иметь хорошую управляемость.

Динамические характеристики ЭМП при воздействии вибраций обычно определяются экспериментальным путем. Несмотря на то, что этот метод проверки виброустойчивости ЭМП наиболее достоверен, он все же представляется недостаточным, так как определяемые экспериментально динамические характеристики часто оказываются весьма далекими от истинных характеристик. Поэтому специалистов интересуют методы проектирования ЭМП, которые раскрывают функциональную зависимость конструктивных параметров ЭМП при внешних вибрационных воздействиях (ВВВ) и дают возможность оценить виброустойчивость электромагнитного привода. Разработка методов проектирования электромагнитных приводов, математических моделей, описывающих динамику ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий, позволит на стадии проектирования выбрать оптимальные конструктивные параметры отдельных деталей и узлов ЭМП, что сократит сроки проектирования, объем экспериментальных работ и повысит технико-экономические показатели ЭМП.

Работа соответствует научному направлению ЮРГТУ (НПИ) на 2011 -2015 гг. «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы», утвержденном}' протоколом №6 от 26 января 2011 г.

Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий, обобщенных математических моделей ЭМП, комплекса алгоритмов и программ.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи.

1. Разработка методики проектирования ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП.

2. Разработка математических моделей для выполнения проектных расчетов и исследования переходных электромагнитных процессов в электромагнитных приводах с учетом внешних вибрационных воздействий на основе теории цепей.

3. Разработка математических моделей для выполнения поверочных электромагнитных и тепловых расчетов электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий на основе теории поля.

4. Разработка обобщенных математических моделей для исследования динамики электромагнитных приводов и определения динамических характеристик электромагнитов с учетом внешних вибрационных воздействий.

5. Исследование на основе численных экспериментов влияния различных параметров ВВВ на динамические характеристики электромагнитных приводов. Формирование практических рекомендаций по усовершенствованию конструкций ЭМП.

6. Подтверждение теоретических результатов экспериментальными данными.

Методы исследований. В диссертационной работе использованы методы теории электрических и магнитных цепей, методы теории поля, численные и аналитические методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений. Экспериментальное исследование опытных образцов проводилось с использованием программно-аппаратного комплекса на базе ПК.

Научная новизна.

1. Разработана методика проектирования ЭМП, отличающаяся от известных тем, что учитывает влияние внешних вибрационных воздействий на ЭМП, позволяющая получить оптимальные соотношения между параметрами ЭМП блокировки выбора линии заднего хода автомобиля исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП при воздействии вибрационных нагрузок.

2. Разработана математическая модель и алгоритмы для выполнения проектных оптимизационных расчетов, основанная на методах теории электрических и магнитных цепей и отличающаяся от известных тем, что учитывает влияние внешних вибрационных нагрузок на электромагнитный привод.

Предложенная модель относится к первому уровню проектирования, не ограничена по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяет дать количественную оценку различным типам электромагнитов при необходимости сравнения их друг с другом.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы для расчета статических и динамических характеристик ЭМП с учетом влияния вибрационных нагрузок, основанные на методах теории электромагнитного и теплового поля.

Предложенные модели относятся ко второму уровню проектирования, не ограничены по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяют дать количественную оценку различным типам электромагнитов при необходимости сравнения их друг с другом.

4. Качественно и количественно установлено влияние вибрационных нагрузок на время срабатывания и скорость в конце хода якоря ЭМП различных конструкций.

Обоснованность и достоверность научных положений, вьюодов и рекомендаций подтверждаются корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением традиционных методологических принципов современной науки для их исследования, использованием метрологически аттестованного оборудования для проведения экспериментов, приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1. Разработаны методики, алгоритмы и соответствующее программное

обеспечение для анализа электромагнитных и механических процессов, протекающих в ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий.

2. На основании результатов исследований спроектированы и практически реализованы опытные образцы ЭМП электроблокировки выбора линии заднего хода автомобиля, проведены предварительные испытания в лаборатории НТЦ ОАО «АВТОВАЗ», г.Тольятги, окончательные - в лаборатории НИИ Электромеханики ЮРГТУ(НПИ), г.Новочеркасск, с использованием разработанного автором программно-аппаратного комплекса.

3.На предложенные способы, программы и разработанные устройства получено 2 патента РФ, 1 свидетельство на полезные модели РФ и 2 свидетельства о регистрации программ.

4. Разработан и изготовлен автоматизированный стенд для экспериментальных исследований ЭМП с учетом вибрационных воздействий.

Внедрение работы. Теоретические и практические результаты работы использовались при разработке электромагнитного привода клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ОАО "НПО "ТРАНСКОМ", г. Москва), электромеханического привода для управления элеронами (ОАО «Азовский оптико-механический завод», г. Азов), автоматического захвата отцепляемого подвижного состава подвесной канатной дороги (ИКЦ "Мысль" Hl ТУ, г. Новочеркасск), электромагнитного привода с магнитным шунтом (ООО Hl 111 «МагаетикДон», г. Новочеркасск).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика проектного расчета ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП.

2. Математические модели и комплекс программ для проектирования ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий.

3. Результаты математического моделирования ЭМП блокировки выбора линии заднего хода с учетом внешних вибрационных воздействий в заданном диапазоне частот.

4. Конструкции электромагнитных приводов блокировки выбора линии заднего хода.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, 17-19 июня 2003 г (ОАО «ВЭлНИИ»); на Международном науч.-практ. коллоквиуме «Проблемы мехатроники» , г.Новочеркасск, 15-20 сентября 2003 г. (ЮРГТУ (НПИ)); на 50 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г.Ильменау (Германия), сентябрь 2005 г.; на 51 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г.Ильменау (Германия), сентябрь 2006 г; во время стажировки в г.Ильменау (Германия), на кафедре «Мехатроника» TU Ilmenau; на Международной научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление — 2007», с. Дивноморское, 24-29 сентября 2007 г.; на ежегодных научно-технических конференциях ЮРГТУ(НПИ); на научных семинарах кафедр «Электрические, электронные аппараты» и «Измерительная и медицинская техника» ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе: 10 работ в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК и 15 тезисов докладов на международных и всероссийских научно-технических конференциях, получены 2 патента РФ, 1 свидетельство на полезную модель и 2 свидетельства о регистрации программ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 130 наименований и приложений. Общий объем работы 233 страницы, включая 50 страниц приложений и 111 иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность, представлена общая характеристика работы.

В первой главе изложено состояние работ по расчету электромагнитных и механических процессов в электромагнитных приводах с учетом вибрационных нагрузок. Проведен краткий обзор ЭМП, работающих в условиях внешних вибрационных воздействий, и, в частности, исполнительных механизмов систем бортовой автоматики автомобилей. Выполнен анализ механических внешних воздействующих факторов, влияющих на электромагнитные приводы транспортных средств.

Установлено, что механические воздействия на электротехническое оборудование систем бортовой автоматики автомобилей во многом обусловлены динамическими явлениями, возникающими при вращении и возвратно-поступательном движении неуравновешенных элементов и деталей. Анализ результатов испытаний электромеханического оборудования на воздействие внешних механических факторов, проведенных за последние 10 - 20 лет в различных НИИ РФ, позволил установить, что наиболее характерными отказами для ЭМП автоматики автомобилей являются отклонение тока срабатывания ЭМП от тока уставки, приводящее к ложным срабатываниям, отклонение времени срабатывания, скорости подвижных элементов конструкции ЭМП. Вибрационные перегрузки, возникающие в транспортных средствах, вызывают периодические колебания деталей и узлов ЭМП, уменьшение рабочего воздушного зазора в магнитной цепи и коэффициента трения в сочленениях деталей якоря ЭМП, периодические виброударные колебания якоря ЭМП в пределах зазора между его осью и подшипниками. Под действием вибрационных перегрузок уменьшается МДС срабатывания и увеличивается МДС отпускания ЭМП. Увеличение вибрационных перегрузок приводит к росту амплитуды колебаний деталей, что может вызвать самопроизвольный периодический отход якоря от полюса или смыкание якоря с полюсом, а в отдельных случаях - повреждение элементов конструкций ЭМП.

Анализ научно-технической литературы показал, что во многих публикациях в той или иной мере учитываются демпфирующее влияние вихревых токов и нелинейности характеристик намагничивания сталей, все эти работы раз-

личаются постановкой задачи и принятыми при ее решении допущениями. Однако в этих работах при расчете и проектировании электромагнитных приводов для автомобильных систем управления не учитывается влияние внешних вибрационных воздействий.

Работы, в которых учитывается влияние вибрационных нагрузок, не охватывают всех режимов ЭМП. Практически отсутствуют методики для оценки влияния внешних механических воздействующих факторов на динамические характеристики ЭМП, а также методики для уточненного определения рабочих характеристик.

Полученные выводы свидетельствуют о необходимости разработки новых методов, алгоритмов проектирования ЭМП и моделей с учетом внешних вибрационных воздействий исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП.

Объектом исследования выступает электромагнитный привод блокировки линии выбора заднего хода. В соответствии с рекомендациями специалистов НТЦ ОАО «АВТОВАЗ» в качестве электроблокировки были рассмотрены конструкции электромагнитного привода с втяжным и поворотным якорем.

Во второй главе дается описание математических моделей на основе методов теории цепей и теории поля для электромагнитных и тепловых расчетов переходных процессов в электромагнитных приводах с учетом вибрационных нагрузок.

На первых этапах проектирования ЭМП, имеющих разные конфигурации магнитных систем, решаются задачи многовариантного анализа динамических характеристик. В этом случае целесообразно использование математических моделей на основе методов теории электрических и магнитных цепей.

Применение для этих целей программных комплексов типа МкгоСАР, ОгСАВ или ЬТБр'ке позволяет достаточно просто создавать эффективные модели электронных устройств с использованием полноценных моделей силовых полупроводниковых приборов, учитывать все необходимые особенности работы устройств преобразования электроэнергии, обеспечивает ряд других преимуществ, связанных с простотой подготовки данных и широкими возможностями обработки получаемых результатов. Вместе с тем, возможности моделирования с их помощью электромагнитных устройств стандартными средствами отсутствуют, что ограничивает возможности их применения. При ориентировании вышеперечисленных пакетов на расчет магнитных цепей в динамических режимах в соответствие магнитным величинам ставятся электрические, исходя из аналогии и подобия законов, их связывающих.

В качестве программы для расчета динамических характеристик выбрана программа моделирования электронных схем ЬТБрке IV. Выбор объясняется свободным и бесплатным распространением программы, скоростью моделирования за счет использования альтернативных решателей, автоматического контроля шага по времени и многопоточности.

Математическая модель электромагнитного привода с учетом внешних вибрационных нагрузок представляет собой систему алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, в которой единственной независимой

непрерывно изменяющейся переменной служит время. Система уравнений, описывающая переходные режимы в рассматриваемом электромагнитном приводе, может быть записана в виде с№ Л

ОУ 1(п п п . еЬ п\

(1)

Л

Л ' Р

2 <Ьс

РЩ=Ь+Р<„

где и, / — напряжение, приложенное к обмотке намагничивания, и ток в ней; К — омическое сопротивление обмотки; Ч* — потокосцепление обмотки намагничивания, которое зависит от тока в обмотке и от перемещения якоря; Р3м— тяговое усилие, развиваемое ЭМП; Рпр - противодействующее усилие; Рт — усредненное реактивное усилие в опоре скольжения (кулоновское трение); х — перемещение подвижной системы относительно корпуса ЭМП; т — масса подвижной системы, приведенная к якорю, с1!\1с1х (х) — зависимость производной магнитной проводимости воздушного зазора от перемещения якоря; Ро — сила начального сжатия пружины; к - коэффициент жесткости пружины; <2 - обобщенная возмущающая сила.

Для электромагнитного привода блокировки линии выбора заднего хода характерна схема возбуждения, обусловленная «действием» на систему сил инерции переносного движения. Якорь электромагнита с тягой и пружиной находится в подвижном корпусе, перемещение которого, независящее от параметров системы, задается извне, причем исследуются относительные (по отношению к подвижному корпусу) колебания. Система координат, связанная с подвижным корпусом, движется вместе с ним поступательно, прямолинейно, но неравномерно. Для простоты полагаем, что колебания при вибрации являются гармоническими синусоидальными колебаниями, причем смещение происходит в одной или двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому при составлении дифференциального уравнения вынужденных относительных колебаний необходимо учитывать переносную силу инерции, направление которой противоположно направлению переносного ускорения. Переносное ускорение ае{0 при этом считается (»направленным с .?(/)• Обобщенная сила ()({) будет определяться переносной силой инерции и прикладывается в центре тяжести:

£)(1У= - тае{1) = тэо (2тг/в )2 $т{2п/г /-Нр),

где 5 — перемещение корпуса ЭМП; ./в — частота гармонических колебаний; ср -начальная фаза гармонических колебаний.

В настоящей работе проведено исследование влияния внешних

вибрационных воздействий на блокировку с электромагнитными приводами броневого типа с втяжным якорем с плоской поверхностью (рис.1, я) и с магнитным шунтом (МШ) (рис.1, б), а также поворотного типа с уравновешенным якорем с плоской поверхностью (рис.1, в) и с магнитным

Предложен комбинированный метод расчета динамических характеристик на основе схем замещения, позволяющий осуществлять расчет магнитной цепи совместно с решением полевой задачи для ЭМП со сложной конфигурацией рабочего воздушного зазора. Учет вихревых токов осуществляется путем введения эквивалентных короткозамкнутых контуров, параметры которых определяются по известным методикам.

Разработана модель электромагнитного привода на базе броневого электромагнита с учетом потоков рассеяния, вихревых токов и внешних вибрационных воздействий (рис.2). Модель реализована в пакете ЬТБр'юе IV, где предусмотрено моделирование как на уровне компонентов схемы, так и на уровне функционально законченного блока, оформленного в виде макромодели. Моделирование на уровне компонентов схемы позволяет производить корректировку схемы замещения, подбор параметров компонентов схемы в интерактивном режиме. Модели на макроуровне (в виде субмодулей) позволяют использовать их в более сложных системах, например, электромеханическая блокировка с гильзой управления блокировкой, исследовать влияние параметров схемы управления на поведение электромагнитного привода.

т

1Г2

Яа

Е1(

I® ЯРШ

СЛРаИ

ьарзи*-

вг

^ ш

I

СУ

лк

I

сгы

СОе!

ЕРет

0

ЯРет

№1

ЕРрг

<э

кРрЛ

1'Л'ГС'Л

11Ргез\

0

EPvib

0 Ш—

ваг!

ваЕ2

вс!РЗ

М>е1 г

саг5

Ы¥6

Ш

УЬ ЕЬ Итт/

1МЕ1

Р^Г

ш--

■ир3 С^ЕсЗ

"СЦ-

СТ)Ус4 К£)Е/4

-о

С Г} Ея1

О*»

л ЕЛ2 0£/«

-с=>

-сгь

ЕкЗ

УкЗ

ог 0

ш

им

I6

Ш 0

Екб

Укб ^ ^И

£*7

_т П7.-МШ

Рис.2. Модель электромагнитного привода на базе броневого электромагнита с учетом потоков рассеяния и вихревых токов

В пакете ЬТБрке IV предусмотрена вариация параметров, что позволяет выполнять многовариантный расчет (рис.3). Варьируемый параметр задается в определенном диапазоне с линейным или логарифмическим шагом приращения, или в виде списка значений. Возможно изменение сразу нескольких параметров, в этом случае формируются вложенные циклы.

56 64 72 Г,мс -«— +120°С

Рис.3. Многовариантный расчет: а- с учетом и без учета вихревых токов (ВТ); 6 - при изменении сопротивления обмотки в функции от температуры

В случае, когда необходимо учитывать влияние вихревых токов, вполне оправданной является замена контуров вихревых токов одновитковой вторичной обмоткой, сцепленной с тем же магнитным потоком, что и намагничивающая обмотка. Приведенные в литературных источниках выражения для эквивалентного сопротивления сердечника круглого сечения практически совпадают, не зависят от диаметра сердечника и различаются коэффициентом перед выражением рл//с:

в*

-2

а5.

5,78471

= (5,03-*-5,26)-~,Л,3

Чт(1 + сг) /су(1 + <т)"

За основу расчета параметров контуров вихревых токов принимаем формулу Яз2, при выводе которой наиболее полно учитываются параметры и геометрия магнитной системы.

Для броневого электромагнита с плоским торцом (рис.1, а) проводимость рабочего зазора Л(6) и производная проводимости по зазору ¿Л(8)Ш с учетом поля выпучивания с торцов и боковой поверхности цилиндрических полюсов определяют по известным аналитическим формулам. Для воздушного зазора с шунтом переменного сечения (рис.1, б) аналитического выражения магнитной проводимости нет, так как даже при малых индукциях в стали сердечника некоторые зоны шунта значительно насыщены и поэтому поверхности, образующие зазор, нельзя рассматривать как эквипотенциальные. Приведенные в литературе рекомендации по определению проводимости зазора с магнитным шунтом переменного сечения с учетом корректирующих функций сложно реализовать, указанные результаты относятся к проводимости зазора без внешнего корпуса.

Для такого случая разработана модель воздушного зазора на основе решения полевой задачи. Для определения проводимости зазора с МШ использовался программный комплекс РЕММ 4.2.

Решение полевой задачи позволяет определить поток одного из полюсов Фт и разность магнитных потенциалов на полюсах UmS=Fo5- UmCT. По формуле Л = Ф J Um ь получаем проводимость воздушного зазора для текущего значения тока в обмотке и воздушного зазора. Варьируя величину воздушного зазора и ток в обмотке, получаем семейство характеристик As=J[5,i). Реализация процесса осуществлена на языке Lúa.

Предложенный метод моделирования позволяет учитывать сложную форму рабочего воздушного зазора, когда проводимость рабочего зазора не поддается аналитическому описанию.

С целью выполнения поверочных расчетов используются математические модели на основе теории поля. В этом случае динамика ЭМП, обмотка намагничивания которого питается от источника напряжения, описывается системой дифференциальных уравнений (1), зависимости потокосцепления 4* и тягового усилия Рзм от тока и перемещения определяются из расчета магнитного поля.

Определение дифференциальных и интегральных характеристик поля выполняется при решении эллиптического уравнения относительно векторного магнитного потенциала А, в программном пакете FEMM численным методом с применением МКЭ. Взаимосвязи, описываемые уравнениями (1) для ЭМП с катушкой, питаемой от источника напряжения, показаны в виде структурной

Рис.4. Структурная схема электромагнитного привода

При разработке модели использовался программный комплекс БЕММ совместно с пакетом ЬТБрхсв. На основе решения полевой задачи формировались семейства характеристик х) и РМ=Д/, х) для дальнейшего использования в программе ЬТБрке.

Силы, действующие на боковые поверхности якоря электромагнита, в большинстве реальных конструкций вследствие симметрии взаимно компенсируются, поэтому при определении статических характеристик достаточно производить расчет поля в двухмерной постановке. В случаях, когда конструкция якоря несимметрична, либо необходимо учитывать потоки выпучивания с торцов электромагнита, для расчета характеристик х) и РЭм=Д', х) необходимо решать задачу в трехмерной постановке. Математическая модель расчета трехмерного поля реализована в пакете ОМБН-ОеФР. Модель основана на ра-

ботах Кристофа Гезэна (Christophe Geuzaine), Дулэра Патрика (Du!ar Patrick), Васкес Сабарьего Рут ( Vazque: Sabariego Rut).

В пакете FEMM 4.2 при составлении модели ЭМП невозможно стандартными средствами программы учесть вихревые токи в массивном магнитопро-воде. Вихревые токи учитываются введением коэффициента кв(гк, гв) в уравнение электромагнитного равновесия в обмотке (здесь гв — эквивалентное сопротивление контуров вихревых токов, гК - сопротивление обмотки).

С целью подтверждения адекватности принятых предположений и допущений для разработанных моделей ЭМП произведено моделирование динамики ЭМП в пакете программ Artsoft Maxwell. Сравнительные характеристики при моделировании динамики срабатывания ЭМП приведены на рис.5. По результатам моделирования динамики ЭМП наблюдается качественное и количественное совпадение динамических характеристик. Результаты моделирования динамики срабатывания ЭМП при воздействии вибрации приведены в виде графиков на рис.6.

динамики ЭМП: срабатывания ЭМП при воздействии вибрации в

1- в программе LTSpice; пакете LTSpice

2- в программе Maxwell

Для расчета с высокой точностью динамических характеристик ЭМП, имеющих сложную конструкцию, предложена обобщенная математическая модель, основанная на теории электромагнитного и теплового поля, учитывающая пространственное расположение элементов конструкции и их взаимодействие, что позволяет проводить исследование виброустойчивости ЭМП с учетом

влияния вибрации в трех взаимно перпендикулярных плоскостях движения якоря ЭМП. Модель реализована в программном комплексе "Универсальный механизм". Программный комплекс синтезирует уравнения движения в символьной форме.

Комплексное моделирование ЭМП блокировки линии выбора заднего хода предполагает наличие математического описания физических процессов как отдельных систем, так и механизмов их взаимосвязи. В механической подсистеме описываются тела, шарнирные элементы, силовые факторы (внутренние и внешние), характер движения и др., в электромагнитной и тепловой - конфигурация расчетной области электромагнита, параметры материалов. Каждая подсистема воспринимает как собственные, так и взаимные возмущающие воздействия, связанные с дополнительными физическими явлениями, имеющими место в ней. Учитывая сложную конфигурацию элементов магнитной системы привода, для определения потокосцеплений обмоток по их токам были использованы методы теории поля. Расчет методами теории поля для электромагнитных процессов выполнен в осесимметричной постановке задачи для ЭМП с втяжным якорем и в плоскопараллельной — для ЭМП с поворотным якорем. При расчете магнитного поля используется программный комплекс FEMM.

В общем случае моделирование динамики механической системы с подключением библиотек предполагает описание электромагнитной и тепловой подсистемы в среде Turbo Delphi с последующим экспортом созданной модели в виде ¿//-библиотеки, создание модели механической подсистемы в программе ИМ Input «Универсального механизма».

Расчет динамических характеристик ЭМП блокировки с втяжным якорем производился для различных значений диаметра d (от 0,2dc до 0,8afc) и высоты р (от 0,5dc до 0,7dc) усеченного конуса и диаметра d (от 0,2dc до 0,8dc) и высоты р (от 0,5dc до 0,7dc) выточки «хвостовика» якоря (рис.7).

а) б) в) г)

Рис.7. Эскизы электромагнитов с различной формой «хвостовика» и опорной поверхности

Анализ динамических характеристик производится по характеристике скорости перемещения якоря для оценки его конечной скорости. На рис.8 показаны характеристики скорости якоря при различных вариантах геометрии хвостовика якоря.

Для уменьшения скорости якоря в конце хода предложено изменить опорную поверхность путем добавления цилиндрического выступа (рис.7, г). По характеристикам видно, что при изменении опорной поверхности скорость

якоря в конце хода снизилась на 30% и составила 0,32 м/с.

Г, м/с-, г--

—Цилиндр (!)

--Конус (2)

— Выточка 2x10 (1) —Выточка^-выступ^

Рис.8. Зависимость скорости перемещения якоря от времени У=]{1) при различных формах хвостовика якоря

Аналогичные модели были разработаны и протестированы для ЭМП клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, проведены экспериментальные исследования и изготовлены макетные образцы.

В третьей главе приводятся исследования влияния вибрации на динамические характеристики ЭМП, метод проектирования ЭМП с учетом влияния внешних вибрационных воздействий по условию заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода.

Для разработки процесса проектирования ЭМП с учетом влияния вибрационных воздействий было проанализировано влияние вибрации на динамические характеристики. Для заданного диапазона частоту; от 20 до 300Гц и вибрационной перегрузке ^ 20g, при варьировании начальной фазы гармонических колебаний ф от 0 до 350° и изменении формы опорной поверхности якоря и стопа электромагнита (плоский стоп, насыщенный шунт, конус и усеченный конус) определялись динамические характеристики ЭМП.

На рис.9 приведены зависимости времени срабатывания (а) ЭМП и скорости якоря в конце хода (б) от частоты вибрации при различных фазах гармонических колебаний.

!,мс 50

1,5

0 50 100 150 200 250 /,Гц 0 50 100 150 200 250 /Гц

а) б)

Рис.9. Зависимости времени срабатывания (а) ЭМП и скорости якоря в конце хода (б) от частоты вибрации при различных фазах гармонических колебаний: 1 - время срабатывания при амплитуде вибраций, равной нулю; 2 - максимальное время срабатывания; 3 — минимальное время срабатывания Для качественного анализа процессов срабатывания ЭМП произведена

оценка влияния массы подвижных частей и формы опорной поверхности якоря и стопа электромагнита (плоский стоп, насыщенный шунт, конус и усеченный конус) на динамические характеристики ЭМП.

На рис.10 приведены зависимости максимального времени срабатывания (а) ЭМП и максимальной скорости якоря в конце хода (б) от частоты вибрации при различных фазах и различной приведенной массе подвижных частей тпч.

'.МС) Г.ы/с-1

50

45

40

35

250 /,Гц

2,5

1.5

100

150 200 250 /,Гц

О) б)

Рис.10. Зависимости максимального времени срабатывания (а) ЭМП и максимальной скорости якоря в конце хода (б) от частот вибрации при различных фазах гармонических колебаний и различной массе подвижных частей тт\ 1 - тиш=100 гр; 2 - тт=200 гр; 3 -

тъч=300 гр

По графикам видно, что при увеличении массы подвижных частей увеличивается время срабатывания при частотах вибрации свыше 50 Гц, скорость подвижных частей снижается. В диапазоне частот вибрации 20 +50 Гц время срабатывания практически одинаково для разных масс подвижных частей.

На рис. 11 приведены зависимости времени срабатывания (а) ЭМП и скорости якоря в конце хода (б) от частоты вибрации при различных фазах и при различных формах опорной поверхности якоря и стопа электромагнита (плоский стоп, насыщенный МШ, конус и усеченный конус).

Км/с,

Рис.11. Зависимости максимального времени срабатывания (а) и максимальной скорости якоря (б) ЭМП от частоты вибрации и фазы гармонических колебаний при различных формах опорной поверхности: 1-е якорем, имеющим плоский конец; 2-е якорем, имеющим конический конец; 3-е якорем, имеющим усечено-конический конец; 4 — с якорем, имеющим насыщенный МШ Из графиков видно, что менее чувствительной к вибрационным воздействиям в заданном диапазоне частот является конструкция с насыщенным МШ при одинаковых обмоточных данных и размерах. Конструкция с насыщенным МШ принята в качестве базовой для ЭМП блокировки выбора линии заднего хода.

Наибольшее влияние на динамические характеристики ЭМП оказывают вибрационные перегрузки низкой частоты. При этом виброустойчивость ЭМП приближается к нормам по устойчивости ЭМП к постоянным линейным ускорениям, когда дополнительные инерционные силы изменяют механическую характеристику ЭМП. Поэтому анализ влияния МДС срабатывания ЭМП при действии возмущающей вибрации в области низких частот связан с расчетом изменений механической характеристики ЭМП и определением нового положения критических точек.

Одним из требований к приводу электроблокировки является обеспечение плавного движения якоря ЭМП на всем перемещении * без жестких и мягких ударов. Такое движение якоря обеспечивается при синусоидальном изменении ускорения якоря а, двойным интегрированием ускорения получаем закон движения *=Д/)- Динамическая тяговая характеристика, которая обеспечит заданные динамические параметры ЭМП блокировки в заданном диапазоне частот вибрационных перегрузок, определяется по формуле

Зная закон движения л=Д0 и закон изменения тягового усилия от времени ДМд=А0> получаем динамическую тяговую характеристику 1\ил=/(х), которую должен реализовывать ЭМП для соответствия заданным нормам по виброустойчивости.

Математическая формулировка задачи оптимизации принята в следующем виде: определить экстремум критерия оптимальности П, например, минимум скорости якоря в конце хода V, при ограничениях:

При этом в качестве критериев оптимизации выбираются критерии, относящиеся к группе ЭМП систем автоматики и управления транспортных средств: минимум массы, минимум габаритного объема, минимум стоимости, минимум потребляемой мощности, минимум времени срабатывания и др. Поиск глобального экстремума функции в области допустимых значений переменных производился с использованием метода сканирования. Степень совпадения расчетной и заданной тяговых характеристик зависит от соотношения геометрических размеров и оценивается с помощью минимума критерия согласования характеристик электромагнитного механизма <2^.

Варьируя формы рабочих и нерабочих зазоров ЭМП можем получить требуемую динамическую тяговую характеристику Рэмд(6) (рис.12). Для конструкции 5, которой соответствует тяговая характеристика 5, произведен расчет динамических характеристик с использованием моделей, приведенных во второй главе.

"ЗЛ 3I )

<Е-,т = гдоа;<>0,Я>О,А>0,Двр >0;Р,

а) 6)

Рис.12. Характер изменения тяговых характеристик при изменении геометрии магнитной системы с насыщенным МШ

Результаты расчета динамики ЭМП показали, что скорость в конце хода якоря составила 0,08 м/с.

Произведена оценка влияния дисбаланса якоря ЭМП с поворотным якорем (см. рис.1, в) на виброустойчивость ЭМП. Учитывая, что изменение МДС срабатывания ЭМП не должно превышать 10%, допустимый разбаланс якоря составил 0,24 мм. Изготовление якоря с таким разбалансом не вызывает технологических трудностей.

Четвертая глава посвящена разработке и созданию программно-аппаратного комплекса для проведения экспериментальных исследований ЭМП блокировки выбора линии заднего хода автомобиля с учетом вибрации. Приведены результаты экспериментальных исследований опытных образцов ЭМП на стенде и в автомобиле.

Экспериментальное определение динамических характеристик ЭМП с учетом и без учета вибрационных воздействий осуществлено с использованием программно-аппаратного комплекса (ПАК) (рис.13) под управлением специализированного программного обеспечения, разработанного с использованием среды разработки National Instruments Lab View. Основными элементами комплекса являются: персональный компьютер (ПК); аппаратные модули сбора данных (МСД) National Instrument N1 USB-6009 и N1 USB-9229, обеспечивающие подключение к ПК и питание с помощью шины USB; испытуемый образец ЭМП с набором датчиков (модуль А2) - ускорения (ЦУ), скорости (ДС), перемещения (ДП), тока (ДТ); вибрационный стенд (модуль А1) и блок согласования (БС). Испытания на низкой частоте (4-20 Гц) проводились с использованием механического вибратора, на высокой частоте применялся электродинамический вибратор, позволяющий проводить испытания в диапазоне частот от 10 до 1900 Гц с максимальной амплитудой вибрации не более 3 мм.

А\

ит

А2

ЭК -1

51-

ЭР

эд

ДУ ДС ДП дт

! 1 | |

эмп

иа

их

БС

£/пЗ

МСД1

ПК

МСД2

Рис.13. Структурно-фушшиональная схема ПАК

В соответствии с договором о сотрудничестве с НТЦ ОАО «АВТОВАЗ» были изготовлены макетные образцы электроблокировки. Предварительные испытания ЭМП броневого типа были проведены в лаборатории НТЦ ОАО «АВТОВАЗ», заключительные - в НИИ Электромеханики ЮРГТУ(НПИ) на вибростендах и в моторном отсеке автомобиля.

К м/с

0,5

-0,5

ч

М ........- 1 \!А

зУА

п., "' А 1 ' V НЬ^

/, А

С

0,05 0,1 I, с

Рис.14. Динамические характеристики экспериментального ЭМП при вибрационных нагрузках с различной частотой: 1 - /=9 Гц; 2- /=8 Гц; 3- /=7 Гц; 4-^5 Гц

В результате экспериментальных исследований ЭМП блокировки установлено влияние частоты, начальной фазы вибрационных колебаний и величины перегрузки на время срабатывания и скорость якоря в конце хода (рис.14). Экспериментально установлено демпфирующее влияние МШ на скорость якоря в конце хода электромагнита. При экспериментальном исследовании ЭМП блокировки линии выбора заднего хода решена задача оценки достоверности используемых математических моделей для анализа динамических характеристик с учетом внешних вибрационных воздействий путем сравнения динамических характеристик, получаемых расчетным и экспериментальным путем. Полученные данные хорошо согласуются с результатами математического моделирования.

В приложении приведены тексты программ для моделирования динамики ЭМП, результаты испытаний ЭМП блокировки линии выбора заднего хода, акты внедрения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации разработан комплекс методов и алгоритмов для проектирования электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий, выполнены исследовательские и проектные работы, необходимые при создании ЭМП различных конструкций и назначения. Основные результаты диссертационной работы могут быть представлены в следующем виде:

1. Подтверждено влияние внешних вибрационных воздействий на динамические характеристики электромагнитных приводов систем автоматики транспортных средств.

2. Разработана математическая модель и алгоритмы для решения задач параметрической оптимизации, требующих многократного решения задач анализа динамики ЭМП, отличающаяся тем, что учитывает влияние внешних вибрационных нагрузок на электромагнитный привод.

3. Предложенный комбинированный метод расчета динамических характеристик на основе схем замещения и использования компонентных моделей элементов — участков с воздушными зазорами, поверхности которых нельзя рассматривать как эквипотенциальные, позволяет получить независимый от конфигурации устройства алгоритм.

4. Разработаны математические модели и алгоритмы для расчета динамических характеристик ЭМП с учетом влияния вибрационных нагрузок, основанные на методах теории электромагнитного и теплового поля.

Предложенные модели относятся ко второму уровню проектирования — поверочным расчетам, не ограничены по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяют дать количественную оценку различным типам электромагнитов при необходимости сравнения их друг с другом.

5. Создан метод проектного расчета ЭМП систем автоматики транспортных средств с учетом внешних вибрационных воздействий исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП, позволяющий проектировать ЭМП различных конструкций, учитывающий специфику его работы.

6. На основе разработанных ЭМП изготовлен ряд устройств систем автоматики транспортных средств, на разработанные устройства получено 2 патента РФ, 1 свидетельство на полезные модели РФ.

7. Разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс для проведения экспериментальных исследований ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий. Экспериментально установлено влияние частоты вибрационных колебаний на время срабатывания и скорость якоря в конце хода, а также демпфирующее влияние МШ на скорость якоря в конце хода электромагнита. Отличие расчетных и экспериментальных характеристик не превышает 12-15%.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Павленко A.B., Батищев Д.В. О проектировании электромагнитных приводов с повышенной виброустойчивостью // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Спецвып. : Проблемы мехатроники - 2003 : материалы

Междунар. науч. -практ. коллоквиума, г. Новочеркасск, 15-20 сент. 2003 г. -С. 24-27.

2. Математическое моделирование электромагнитных систем с использованием Pspice / A.B. Павленко, П.Г. Колпахчьян, Д.В. Батищев и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - № 4. - С. 45-48.

3. Батищев Д.В., Медведев В. В. Электромагнитный привод блокировки заднего хода автомобиля ВАЗ 2116 // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - Спецвып.: Проблемы мехатроники - 2004 : материалы Междунар. науч. -практ. коллокв. (г. Новочеркасск, 4-5 окт. 2004 г.). - С. 54-56.

4. Павленко И.А., Гринченков В.П., Батищев Д.В. Мультимодульный быстродействующий электромагнит // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2008. - Спецвып. Проблемы мехатроники - 2008 : материалы Междунар. науч. -практ. коллокв. (г. Новочеркасск, 18-20 июня 2008 г.). - С. 27-30.

5. Батищев Д.В. Быстродействующий электромагнитный привод клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с заданной скоростью срабатывания // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2009. -Спецвып.: Мехатроника. Современное состояние и тенденции развития : Всерос. науч. школа для молодежи (г. Новочеркасск, 2-15 ноября 2009 г.). - С. 11-14.

6. Быстродействующие электромагнитные приводы для клапанов систем топливоподачи и воздухогазообмена двигателей внутреннего сгорания / A.B. Павленко, АЛ. Гуммель, Д.В. Батшцев и др. // Изв. вузов. Электромеханика. - 2010. - № 5. - С. 48-53.

7. Система контроля состояния стальных канатов полярного крана АЭС / A.B. Павленко, B.C. Пузин, Д.В. Батищев и др. // Изв. вузов. Электромеханика. - 2010. - Спецвып.: Диагностика энергооборудования. - С. 57-60.

8. Батищев Д.В., Павленко A3. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 1 // Изв. вузов. Электромеханика -2010.-№6.-С. 36-43.

9. Батищев Д.В., Павленко A.B. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 2 // Изв. вузов. Электромеханика -2011.-№ 1.-С. 40-48.

10. Батищев Д.В., Павленко A.B. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостыо. Часть 3 // Изв. вузов. Электромеханика. - 2011. - № 2. - С. 28-33.

Статьи, материалы конференций и другие материалы:

11. Батищев Д.В., Сундуков ЮЛ., Ковалев О.Ф. Расчет трехмерных температурных полей методом конечных элементов // Фундаментализация и гуманизация технических университетов : материалы 49-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск : ЮРГТУ 2000. - С. 71-74.

12. Ковалев О.Ф., Батищев Д.В. Моделирование трехмерных тепловых полей методом конечных элементов // Интеллект молодых - новому веку: материалы 50-й науч.-техн. конф. студ. и асп. ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Набла, 2001. - С. 113.

13. Ковалев О.Ф., Батищев Д.В. Моделирование температурного поля унифицированного электромагнитного клапана для трубопроводной арматуры

// Материалы 51-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ ,2003. - С. 160-161.

14. Батшцев Д.В. Повышение виброустойчивости при проектировании электромагнитных приводов // Материалы 52-й науч.-техн. конф. студ. и асп. ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : Набла, 2003. - С. 91-92.

15. Ковалев О.Ф., Батшцев Д.В., Лобанова Л.С. Применение комбинированного метода для расчета трехмерных температурных полей // Состояние и перспективы развития электроподвижного состава : тез. докл. IV-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 17-19 июн. 2003 г. / ОАО НПО "НЭВЗ". -Новочеркасск, 2003. - С. 311-313.

16. Павленко A.B., Батшцев Д.В., Лобанова Л.С. Повышение виброустойчивости электромагнитных приводов // Состояние и перспективы развития элеюроподвижного состава : тез. докл. IV-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 17-19 июн. 2003 г. / ОАО НПО "НЭВЗ". - Новочеркасск, 2003. -С. 281-283

17. Батищев Д.В., Летнева ИЛ. Повышение надежности электромагнитного привода экономайзера холостого хода автомобиля ВАЗ // Студенческая научная весна - 2004 : материалы 53-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ООО НПО "ТЕМП", 2004.-С. 81-82.

18. Батищев Д.В., Медведев В. В., Земцова И.Н. Привод блокировки выбора линии заднего хода коробки передач автомобиля // Студенческая научная весна - 2005 : сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) . - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2005. - С. 200-201.

19. Mechatronischer Entwurf schnellwirkender electromagnetischer Aktoren = Мехатронный проект быстродействующего электромагнитного привода / А. Павленко, Э. Калленбах, Д. Батшцев и др. // Mechanical Engeneering from Macro to Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 19.-23.09.2005 / Technische Universität Ilmenau. - Ilmenau : Verlag ISLE, 2005. -S. 107-108 .

20. Automatisiertes System für die Vibrationsprufung mechatronischer Fahrzeugmodule = Автоматизированные системы для вибрационных испытаний ме-хатронных модулей транспортных средств 1 A.B. Павленко, Э. Калленбах, Д.В. Батищев и др // Mechanical Engeneering from Macro to Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 19.-23.09.2005 / Technische Universität Ilmenau. -Ilmenau : Verlag ISLE, 2005. - S. 163-164.

21. Павленко И.А., Батищев Д.В. Оптимальное проектирование быстродействующего электромагнита для воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания // Научно-техническое творчество студентов вузов : материалы Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студентов вузов "Эв-рика-2005", г. Новочеркасск, 5-6 дек. 2005 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. - Ч. 1. - С. 318-322.

22. Simulatina of electromagnetic drives, taking into consideration external mechanical exposures = Имитационное моделирование электромагнитных приводов с учетом внешних механических воздействующих факторов / A.B. Павленко, Э. Калленбах, Д.В. Батшцев и др // Information technology and electrical engineering - devices and sistems, materials and technologies for the future : 51. In-

ternationales Wissenschaftliches Kolloquium, 11.-15.09.2006. - Faculty of electrical engineering and information technology / Technische Universität Ilmenau. - Ilmenau, 2006.-S. 191-192.

23. Электромагнитные приводы для мехатронных устройств и систем автомобилей. Проектирование и оптимизация / Павленко AB., Гринченков В.П., Батищев Д.В. и др. // Мехатроника, автоматизация, управление - 2007 : материалы Междунар. науч.-техн. конф., пос. Дивноморское, г. Геленджик, 24 сент,-29 сент. 2007 г. / Юж. науч. центр Рос. акад. наук; Ин-т машиноведения им. АЛ.Благонравова Рос. акд. наук. - Таганрог ; Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. - С. 429431.

24. Павленко ИА., Гринченков В.П., Батшцев Д.В. Мультимодульный быстродействующий электромагнит для клапанов газораспределительного механизма ДВС // Мехатроника-2008 : материалы IV Междунар. науч.-практ. студ. коллоквиума, г. Новочеркасск, 18-20 июня 2008 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2008. - С. 35-38.

25. Хорошев А.С, Батищев Д.В. Электромагнитный захват сцепного устройства подвижного состава подвесной канатной дороги // Студенческая научная весна - 2010 : материалы регион, науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск : ЮРГТУ, 2010. - С. 218.

26. Ковалев О.Ф., Батищев Д.В. Расчет трехмерных стационарных температурных полей методом конечных элементов ("TEMP3D"): Свид-во о регистрации программы для ЭВМ 2003610573 Рос. Федерация / Роспатент. - Заявл. 04.01.2003 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 04.03.2003.

27. Патент на полезную модель № 62735. Российская федерация МПК H01F 7/16. Быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода / Павленко A.B., Гринчеков В.П., Батищев Д.В.-Опубл. 27.04.2007. Бюл. №12.

28. Патент на изобретение №2339107. Российская федерация МПК H01F 7/14. Мультимодульный быстродействующий поляризованный двухпозицион-ный электромагнит с поворотным якорем / Павленко A.B., Гринченков В.П., Батищев Д.В., Павленко И.А.ДСалленбах Э.- Опубл. 20.11.2008,Бюл. № 32.

29. Патент на изобретение №2374545. Российская федерация МПК F16K31/08. Однокатушечный быстродействующий поляризованный электромагнитный привод с прямоходовым якорем / Павленко A.B., Гринченков В.П., Батшцев Д.В., Павленко И.А. - Опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33

30. Проектный расчет электромагнитного привода: Свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010615553 Рос. Федерация/ ИА. Павленко, K.P. Гильмияров, A.B. Павленко, Д.В. Батищев, A.A. Гуммель. - Заявл. 30.06.2010 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 27.08.2010.

Вклад автора в результаты работ, опубликованных в соавторстве, состоит в разработке математических моделей и реализации алгоритмов вычислений и экспериментальной проверке теоретических результатов моделирования [2,3,4,6,79, 11, 12, 13, 15, 18, 19, 21-24, 26-30], постановке задачи исследования [1, 16, 17, 25], разработке структурной схемы и конструировании программно-аппаратного комплекса, проведении эксперимента и обработке полученных данных [10,20].

Батищев Денис Владимирович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРИВОДОВ С УЧЕТОМ ВНЕШНИХ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Автореферат

Подписано в печать 08.09.2011. Формат 60x841Лб- Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ №> 48-3396.

Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, тел., факс (8635)25-53-03

Введение.

1 Состояние работ по проектированию электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий. Постановка задачи диссертации.

1.1 Общие положения.

1.2 Описание объекта исследования.

1.3 Анализ механических внешних воздействующих факторов, влияющих на электромагнитные приводы транспортных средств.

1.4 Методы расчета и проектирования электромагнитных приводов с учетом вибрации.

1.5 Постановка задачи исследования электромагнитных приводов с учетом вибрации. Выводы.

2 Математическое моделирование динамики электромагнитных механизмов с учетом воздействия вибрации.

2.1 Выбор конструкции электромагнитного привода блокировки для моделирования.

2.2 Математическая модель электромагнитного привода на основе теории цепей.

2.3 Математическая модель электромагнитного привода на основе теории поля.

2.4 Обобщенная математическая модель.

2.5 Математические модели тепловой подсистемы.

2.6 Выводы.

3 Проектирование электромагнитных приводов на заданную виброустойчивость.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Влияние вибрации на динамические характеристики ЭМП с втягивающимся якорем.

3.3 Определение геометрических параметров ЭМП с втягивающимся якорем, реализующих заданную виброустойчивость.

3.4 Исследование влияния вибрации на характеристики ЭМП с поворотным якорем при дисбалансе якоря.

3.5 Определение геометрических параметров ЭМП с уравновешенным поворотным якорем, реализующих заданную виброустойчивость.

3.6 Выводы.

4 Программно-аппаратный комплекс для экспериментальных исследований динамических характеристик ЭМП.

4.1 Назначение, структурная организация, аппаратно-программное обеспечение комплекса.

4.2 Экспериментальное исследование динамических характеристик ЭМП с втягивающимся якорем на вибростенде.

4.3 Экспериментальное исследование динамических характеристик ЭМП с втягивающимся якорем на автомобиле.

4.4 Выводы.

Актуальность проблемы. Большинство современных технических устройств работает в условиях интенсивных динамических нагрузок: повышается мощность установок, возрастают скорости движения рабочих органов. Сегодня сложно назвать хотя бы один объект контроля или производственного процесса, который не испытывал бы воздействия вибрационных нагрузок. Исследование влияния вибрационных нагрузок на исполнительные устройства систем автоматики представляет большой интерес для различных отраслей народного хозяйства — транспорта, машиностроения, ракетной техники и т.д. Наиболее очевидными в этом плане являются проблемы, связанные с эксплуатацией систем автоматики транспортных средств различного назначения, в частности, автомобильного и железнодорожного транспорта.

Типичными для систем автоматики транспортных средств являются динамические режимы функционирования, отличающиеся повышенными силовыми нагрузками, вибрациями и ударами, что формирует направление исследований на изучение соответствующих процессов, связанных с использованием расчетных схем и моделей, отражающих динамические свойства объектов.

Современные автомобильные транспортные средства содержат все возрастающее число различных электроприводов (порядка 150 [1]), включая двигатели и электромагнитные приводы (ЭМП), которые управляют зажиганием, топливоподачей, агрегатами трансмиссии, тормозными системами и другими узлами автомобиля, что улучшает функциональное качество, комфорт, безопасность, уменьшает потребление топлива, обеспечивают снижение токсичности отработавших газов двигателя и т.д. В дополнение к минимальному расходу энергии они должны обладать минимальной массой, высокой надежностью, требуемым быстродействием и иметь хорошую управляемость.

Особенности условий работы электромагнитных приводов в условиях интенсивных динамических нагрузок находят свое отражение в их конструкциях, а такие в установленных стандартом [2] нормах, допусках и исходных технических данных, которые положены в основу расчета электромагнитных приводов.

Проектирование оптимальной конструкции устойчивого к вибрациям электромагнитного привода связано с рядом проблем, заключающихся в необходимости учета проектировщиком всех факторов, влияющих на техническое решение, сложность при изготовлении и испытании макета электромагнита с имитацией условий, в которых он будет работать.

Решением этих проблем может являться имитационное моделирование с использованием возможностей современных ЭВМ, позволяющих заменить макет электромагнитного привода его математической моделью, комплекс измерительно-испытательного оборудования — программами анализа и испытаний. Имитационное моделирование является одним из методов, позволяющих оценить систему и ее реакцию на возмущения по ряду показателей.

Существующие расчетные методы, основанные на теории цепей и на теории поля, но не учитывающие внешних воздействий в полной мере, в настоящее время уже не удовлетворяет возросших требований к точности электромагнитных расчетов, выполняемых на стадии проектирования. Применение ЭВМ для расчета электромагнитных процессов в электромагнитных механизмах осуществляется в настоящее время по двум направлениям. Разрабатываются и используются программы для ЭВМ, в основу которых положены традиционные методы электрических и магнитных цепей [3; 4; 5]. Это направление позволяет создать малозатратные (по времени) алгоритмы расчета, необходимые для поиска оптимального варианта конструкции. Однако из-за принимаемых допущений не обеспечивается достаточно полное исследование процессов в ЭМП и, как следствие, необходимо дополнительно проводить доводку спроектированной конструкции до требований технического задания. ,

Возможности современном вычислительной техники позволяют учитывать различные эффекты, присущие ЭМП (например, влияние нелинейности характеристики электротехнической стали, демпфирующего действия вихревых токов, внешних механических воздействий) и открывают перспективы создания математических моделей, полнее и достовернее отражающих явления в ЭМП. Появляется возможность проводить подробное исследование физических процессов в ЭМП при варьировании его конструкции, геометрических размеров, изменения внешних условий работы и других параметров. Такое направление по своей сути близко к эксперименту и позволяет получить достоверную информацию о характеристиках проектируемого ЭМП. Особое внимание следует обратить на исследование динамических характеристик ЭМП с имитацией условий, в которых он будет работать. В зависимости от условий работы (места установки на транспортном средстве) электромагнитные приводы подвержены воздействию непрерывной тряски при движении вследствие колебаний и вибрации механической части транспортного средства. При этом в ЭМП возникают силы инерции, нарушающие исходные соотношения действующих в них сил. Следовательно, говорить о временных параметрах электромагнита в таком случае некорректно, не учитывая воздействия механических факторов.

Динамические характеристики электромагнитных приводов при воздействии вибраций обычно определяются экспериментальным путем. Несмотря на то что этот метод проверки виброустойчивости ЭМП наиболее достоверен, он все же представляется недостаточным, так как определяемые экспериментально динамические характеристики часто оказываются весьма далекими от истинных характеристик. Последнее объясняется влиянием метода крепления электромагнитного привода к платформе вибростенда, формы ее колебаний при возмущающих вибрациях, места крепления датчика виброускорений, жесткости элементов конструкции переходных крепежных деталей, качества сборки и регулировки отдельных образцов электромагнитов и т. п. Поэтому специалистов интересуют методы проектирования ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий, которые раскрывают функциональную зависимость конструктивных параметров ЭМП при воздействии вибрации и дают возможность оценить виброустойчивость электромагнитного привода.

Разработка методики проектирования электромагнитных приводов, математических моделей, описывающих динамику ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий, позволит на стадии проектирования выбрать оптимальные конструктивные параметры отдельных деталей и узлов ЭМП, что сократит сроки проектирования и объем экспериментальных работ [6; 7; 8].

Цель работы и задачи исследования. Разработка методов проектирования электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий, обобщенных математических моделей ЭМП, комплекса алгоритмов и программ. Это должно привести к сокращению сроков проектирования, объемов экспериментальных работ и повысить технико-экономические показатели ЭМП.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка методики проектирования ЭМП с учетом внешних вибрационных воздействий исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП.

2. Разработка математических моделей для выполнения проектных расчетов и исследования переходных электромагнитных процессов в электромагнитных приводах с учетом внешних вибрационных воздействий на основе теории цепей.

3. Разработка математических моделей для выполнения поверочных электромагнитных и тепловых расчетов электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий на основе теории поля.

4. Разработка обобщенных математических моделей для исследования динамики электромагнитных приводов с учетом вибрационных нагрузок (ВН) и определения динамических характеристик электромагнитов с учетом ВН.

5. Исследование на основе численных экспериментов влияния различных параметров вибрационных нагрузок на динамические характеристики электромагнитных приводов. Выдача практических рекомендаций по усовершенствованию конструкций ЭМП.

6. Подтверждение теоретических результатов экспериментальными данными.

Методы и достоверность результатов исследований.

Достоверность научных положений и выводов сформулированных в диссертации, а также полученных результатов обеспечиваются:

1. Применением фундаментальных методов теории электромагнитного и теплового поля, теории электрических, магнитных и тепловых цепей, численных методов решения систем нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, численных методов интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, численных методов решения нелинейных алгебраических уравнений.

2. Использованием при моделировании и тестировании численных моделей современных программных комплексов: «Ansoft Maxwell 3D», «Femm», «UniversalMechanism», «LTSpice», «GMSH+GetDP».

3. Данными экспериментальных исследований, полученными автором и подтверждающими достоверность расчетных результатов с использованием программно-аппаратного комплекса под управлением специализированного программного обеспечения, разработанного с использованием среды разработки и платформы для выполнения программ National Instruments LabView.

4. Критическим обсуждением основных результатов работы с ведущими специалистами по электроаппаратостроению — сотрудниками кафедры «Электрические и электронные аппараты», сотрудниками отдела электрических аппаратов ОАО ВЭлНИИ, сотрудниками кафедры «Мехатроника» ТУ Ильменау (Германия) и др.

Научная новизна. 1. Разработана методика проектирования ЭМП, отличающаяся от известных тем, что учитывает влияние внешних вибрационных воздействий на ЭМП, получены оптимальные соотношения между параметрами ЭМП блокировки выбора линии заднего хода автомобиля исходя из условий заданного времени срабатывания и минимальной скорости в конце хода якоря ЭМП при воздействии вибрационных нагрузок.

2. Разработана математическая модель и алгоритмы для выполнения проектных оптимизационных расчетов, основанная на методах теории электрических и магнитных цепей и отличающаяся от известных тем, что учитывает влияние внешних вибрационных нагрузок на электромагнитный привод. Предложенная модель относится к первому уровню проектирования, не ограничена по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяет дать количественную оценку различным типам электромагнитов при необходимости сравнения их друг с другом.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы для расчета статических и динамических характеристик ЭМП с учетом влияния вибрационных нагрузок, основанные на методах теории электромагнитного и теплового поля. Предложенные модели относятся ко второму уровню проектирования, не ограничены по диапазону изменения соотношений геометрических размеров и позволяют дать количественную оценку различным типам электромагнитов при необходимости сравнения их друг с другом.

4. Качественно и количественно установлено влияние вибрационных нагрузок на время срабатывания и скорость в конце хода якоря ЭМП различных конструкций.

Практическая значимость и внедрение. Результаты, полученные в диссертационной работе, применимы для решения практических задач, связанных с разработкой конструкций электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью.

1. Методика проектирования виброустойчивых ЭМП и математические модели использовались автором при разработке электромагнитного привода клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ОАО "НПО "ТРАНСКОМ", г. Москва), электромеханического привода для управления элеронами (ОАО «Азовский оптико-механический завод», г. Азов),

• автоматического захвата отцепляемого подвижного состава подвесной канатной дороги (ИКЦ "Мысль" НГТУ, г. Новочеркасск), электромагнитного | привода с ферромагнитным шунтом (ООО НПП «МагнетикДон», г.

Новочеркасск), что подтверждается актами внедрения, патентами РФ, свидетельствами на полезные модели (Приложение А). 1 | 2. На основании результатов исследований в качестве виброустойчивых I приводов рекомендовано применение ЭМП с втяжным якорем броневой I * конструкции и опорной поверхностью в виде ферромагнитного шунта (ФМТТТ) с цилиндрической выточкой. Определен рациональный интервал изменения

I !

1 \ диаметра и высоты выточки, позволяющий повысить устойчивость к 1 | вибрационным нагрузкам.

3. В результате проектирования получены конкретные величины I | оптимальных соотношений для практического использования в ЭМП | блокировки выбора линии заднего хода автомобиля. Изготовлены опытные образцы электромагнитных приводов электроблокировки выбора линии | заднего хода автомобиля, проведены предварительные испытания в ; лаборатории НТЦ ОАО «АВТОВАЗ», г.Тольятти (Приложение А), окончательные - в лаборатории НИИ Электромеханики с использованием | разработанного автором программно-аппаратного комплекса. I 4. Значительная часть исследований выполнена в рамках договоров и ! t 1 программ сотрудничества: 1 4.1 Межотраслевая программа сотрудничества Министерства I ; образования и науки Российской Федерации и ОАО «АВТОВАЗ»,

1 1 ; регистрационный номер проекта/НИР 105.04 «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ I

ПРИВОД КЛАПАНА».

I \ | 4.2 Договор № 10/04 от 10.09.2004 г. с ФГУП ПКП «ИРИС» «Разработка I | пакета прикладных программ для проектирования экономичных и I *

I ! !

I 1 быстродействующих электромагнитных механизмов электроподвижного состава».

4.3 Договор с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме «Анализ и синтез мехатронных приводов для систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания с повышенными энергетическими и экономическими показателями на основе математических и физико-химических моделей» (ГК № 02.516.11.6030).

4.4 В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг., по теме «Разработка устройств и алгоритмов управления резонансными электромагнитными приводами» (Инв.№13н-19/09),

4.5 Договор №4/09 от 25.15.2009 г. с ОАО «Азовский оптико-механический завод» «Разработка датчика момента для изделия «Карфаген-760».

4.6 Разработанные математические модели, программы и методика проектирования используются при выполнении договора в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» «Мехатронные устройства для систем топливоподачи и воздухогазобмена двигателей внутреннего сгорания» (регистрационный номер: 2.1.2/12337, 2011 г.).

5. Материалы диссертационной работы, опытные образцы электромагнитных приводов электроблокировки выбора линии заднего хода автомобиля, программно-аппаратный комплекс используются в учебном процессе кафедры «Электрические и электронные аппараты» ЮРГТУ (НПИ) по дисциплине «Автоматизированные системы научных исследований» (Приложение А). С использованием разработанных автором математических моделей студентами кафедры «Электрические и электронные аппараты» ЮРГТУ (НПИ) выполнены 4 дипломных проекта, связанных с электромагнитными приводами автомобилей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на IV Международной научно-технической конференции г. Новочеркасск, 17-19 июня 2003 г (ОАО «ВЭлНИИ»); на Международном науч.-практ. коллоквиуме «Проблемы мехатроники» г.Новочеркасск, 15-20 сентября 2003 г. (ЮРГТУ (НПИ)); на 50 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау г.Ильменау (Германия), сентябрь 2005 г.; на 51 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г.Ильменау (Германия), сентябрь 2006 г; во время стажировки в г.Ильменау (Германия), на кафедре «Мехатроника» ти Птепаи\ на Международной научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление — 2007» с. Дивноморское, 24-29 сентября 2007 г.; на ежегодных научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ); на научных семинарах кафедр «Электрические, электронные аппараты» и «Измерительная и медицинская техника» ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе: 10 работ в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК и 15 тезисов докладов на различных научных конференциях и коллоквиумах; получены 2 патента РФ на изобретение, 1 свидетельство на полезную модель, 2 свидетельства о регистрации программы и подана 1 заявка на полезную модель, получено положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 130 наименований и 3 приложения. Общий объем работы 233 страницы, включая 50 листов приложений и 111 иллюстраций.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Электромагнитные приводы являются одними из основных элементов систем управления различных технологических процессов. Динамические характеристики электромагнитных приводов при воздействии вибраций обычно определяются экспериментальным путем. Несмотря на то что этот метод проверки виброустойчивости ЭМП наиболёе достоверен, он все же представляется недостаточным, так как выявляемое экспериментально значение виброустойчивости часто оказывается весьма далеким от истинного значения. Поэтому специалистов интересуют методы расчета виброустойчивости ЭМП, которые раскрывают функциональную зависимость конструктивных параметров ЭМП при воздействии вибрации и дают возможность оценить виброустойчивость электромагнитного привода. Сформулирована постановка задачи исследования диссертационной работы.

2. Для решения поставленных в диссертационной работе задач разработаны математические модели на основе методов тории цепей и теории поля, связывающая геометрические размеры, параметры обмотки, свойства материала магнитной системы, а также характеристику противодействующих усилий приводного механизма, массу подвижных частей, вибрационные нагрузки с динамическими характеристиками электромагнитного привода.

3. Разработана методика расчета электромагнитных приводов из условия виброустойчивости, которая позволяет обеспечить быстроту расчета динамических характеристик с учетом вибрационных нагрузок с достаточной для практики степенью точности на ПК.

4. Предложенный алгоритм определения динамических характеристик электромагнитного привода при различных параметрах вибрационных нагрузок позволяет существенно облегчить нахождение оптимального варианта конструкции электромагнитного привода путем проведения экспертной оценки полученных результатов расчета большого числа вариантов.

5. На основе разработанной методики расчета спроектированы и изготовлены электромагнитные приводы блокировки выбора линии заднего хода коробки передач автомобиля ВАЗ 2116, обеспечивающие заданные технические характеристики.

6. Результаты диссертационной работы внедрены в промышленность, научно-исследовательские организации и высшие учебные заведения. Методика расчета и математические модели использовались:

• в научно-исследовательских работах НИИ Электромеханики, г. Новочеркасск;

• в научно-исследовательских работах ОАО "НПО "ТРАНСКОМ", г. Москва;

• в научно-исследовательских работах ОАО «Азовский оптико-механический завод», г. Азов;

• в научно-исследовательских работах ИКЦ "Мысль" НГТУ, г. Новочеркасск;

• в научно-исследовательских работах ООО НЛП «МагнетикДон», г. Новочеркасск;

• при проектировании электромагнитных приводов блокировки выбора линии заднего хода коробки передач автомобиля ВАЗ 2116 для НТЦ «ОАО «АВТОВАЗ»;

• в учебном процессе кафедры «Электрические и электронные аппараты» ЮРГТУ (НПИ) по дисциплине «Автоматизированные системы научных исследований».

Заключение

Основная научная и практическая значимость диссертационной работы состоит: в создании методики расчета электромагнитных приводов из условия виброустойчивости путем определение параметров и геометрических размеров электромагнитного привода, при которых наиболее точно реализуются заданные динамические характеристики; в создании математических моделей для анализа и синтеза электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью, отличающихся от существующих моделей учетом внешних вибрационных нагрузок; в разработке научно обоснованных технических решений, совокупность которых позволяет осуществить решение научной проблемы создания электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью.

Достоверность результатов проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, сравнением с теоретическими и экспериментальными данными, известными в литературе и полученными автором.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, которые базируются на научных основах теории магнитных, электрических и тепловых цепей, теории электромагнитного и температурного поля, физики твердого тела, методов решения дифференциальных уравнений.

При проведении экспериментальных исследований применялись методики прямых и косвенных измерений, погрешность полученных экспериментальных данных определялась методами математической статистики. Теоретические исследования и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием персонального компьютера.

Научные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в производство.

Таким образом, представленная в диссертационной работе совокупность научных положений и технических решений, является решением научной проблемы создания электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью, имеющим важное практическое значение.

1. Horst Czichos: Mechatronik. Grundlagen und Anwendungen technischer Systeme. Vieweg, Wiesbaden, 2006

2. ГОСТ P 52230-2004 Электрооборудование автотракторное. Общие технические условия.

3. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. — М. Энергия, 1964. -464 с.

4. Гордон A.B., Сливинская А.Г. Поляризованные электромагниты. М. Энергия, 1965. 116 с.

5. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и переменного тока.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959,- 223 с.

6. Батищев Д.В. Повышение виброустойчивости при проектировании электромагнитных приводов //Материалы 52-й науч.-техн. конф. студ. и асп. ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). г. Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003. - С.91-92.

7. Павленко A.B.,Батищев Д.В. О проектировании электромагнитных приводов с повышенной виброустойчивостью. Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Спецвып. Проблемы мехатроники - 2003. - С. 24-27.

8. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Т. 3. Колебания машин, конструкций и их элементов. -М.: Машиностроение, 1980.

9. Coloiaco А.Р., Eisher Е. G. Sine-beat tests verifies switchgear control equipment H IEEE Trans. Power Appar. And Syst. — 1973. — Vol. 93, N2. — P. 751758.

10. Шишенин В., Бакин В., Павлов В. Внешнее механическое воздействие. Способы подтверждения стойкости электрооборудования, Новости Электротехники N.2 (26), 2004.

11. ГОСТ 17516.1-90 «Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам».

12. ГОСТ РВ 20.39.304-98 «Требования по стойкости к внешним воздействующим факторам».

13. Никитюк В. П., Казахмедов А. Г., Ваулин А. С., Ершов И. Т., Денисов В. П. Приводы СУЗ реакторов ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 325 с.

14. Пузин B.C., Симонов Д.Н., Слепченко А.Н. Математическая модель механических процессов в системе магнитный дефектоскоп-канат //Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. Науки.- 2007. — Спецвып.: Проблемы мехатроники - 2006. - С. 80-83.

15. Павленко А.В, Пузин B.C., Гуммель А.А, Батищев Д.В., Воронов А.Ю., Медведев В.В., Щучкин Д.А. Система контроля состояния стальных канатов полярного крана АЭС //Изв.вузов. Электротехника. Спец. Вып. «Диагностика энергооборудования», 2010.-С.57-60

16. Воронович С., Каргопольцев В.Дутахов В. Полностью электрический самолет// «Авиапанорама». 2009 г. - №2. С. 14-17.

17. Динамический рулевой привод. Выявление вариантов возможных решений: технический отчет: Юж. Рос. гос. техн. ун-т (Новочерс. полит, инт); рук. Павленко A.B. ; исполн.: Батищев Д.В. и др.. - Новочеркасск, 2009 г.

18. Электромеханический привод для управления элеронами: отчет о НИОКР: Юж. Рос. гос. техн. ун-т (Новочерс. полит, ин-т); рук. Павленко A.B. ; исполн.: Батищев Д.В., Гринченков В.П. и др.. - Новочеркасск, 2010 г.

19. LADA KALINA. Официальный пресс-релиз Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www. lada-auto.ru/cgi- binlpr.pllid=177218cidarticle= 17723&prev=3, свободный.

20. Федеральный закон РФ от 27.12.2002 N 184-ФЗ «О техническом регулировании», технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой вредных веществ», Приложение №3.

21. Mischker, К., Denger, D. Anforderungen an einen vollvariablen Ventiltrieb und Realisierung durch elektrohydraulische Ventilsteuerung EHVS. 24. Wiener Motorensymposium 2003.

22. Патент на полезную модель № 62735. Российская федерация МПК HQIF 7/16. Быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода / Павленко А.В.,Гринчеков В.П., Батищев Д.В.-Опубл. 27.04.2007. Бюл. №12.

23. Fast-switching air flap systems better engine dynamics, lower emissions. Performance — Components and systems for the engine and its periphery 2/2007

24. Электроблокировка линии выбора заднего хода. Технические требования на макетный образец. Научно-технический центр АО «АВТОВАЗ», 2002

25. Бочаров Н.Ф., Жеглова Л.Ф. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости: Общие вопросы конструирования / М.: Машиностоение, 1992. 352 с.

26. Тольский, В. Е. Колебания силового агрегата автомобиля / В. Е. Тольский, Л. В. Корчемный, Г. В. Латышев, Л. М Минкин 1VT.: Машиностроение, 1976.- 264 с.

27. Динамика системы дорога шина - автомобиль - водитель. Под ред. A.A. Хачатурова. М., "Машиностроение". 1976. 535 с. с ил.

28. Соснин Д. А. Автоматизированный электромагнитный привод газораспределительных клапанов поршневого ДВС : Дис . канд. техн. наук : 05.09.03 Москва, 2005. 204 с.

29. Старостин А.Г. Методы проектирования электромагнитных механизмов постоянного тока с заданными динамическими параметрами : Дис. . канд. техн. наук : 05.09.01 Новочеркасск, 2006. — 234 с.

30. Гаранин А.Ю. Математическое моделирование и исследование электромагнитных элементов автомобильных систем управления : Дис. . канд. техн. наук : 05.13.05 : Тольятти, 2004. — 144 с.

31. Нижников С. А. Динамика индивидуального электромагнитного привода клапанов двигателя внутреннего сгорания : Дис. . канд. техн. наук : 01.02.06.- Курск, 2007.- 139 с.

32. Балабин В. Н. Научные основы создания регулируемых приводов газораспределения локомотивных двигателей внутреннего сгорания нового поколения : Автореф. дис. . докт. техн. наук / Балабин Валентин Николаевич. М., 2010. 53 с.

33. Овчинников С.В. Усовершенствование методов проектирования электромагнитных исполнительных механизмов и их разработка для электронных систем управления транспортным дизелем : Дис. . канд. техн. наук : 05.13.05 : Ярославль, 2003. 170 с.

34. Chladny R. Modeling and control of automotive gas exchange valve solenoid actuators, Ph.D. dissertation, Dept. of Mechanical Engineering, Edmonton, Alberta, 2007. 276

35. Tsai, C.M. Approach Control of a Gas Exchange Solenoid Actuator for 1С Engines, Mastersthesis, Simon Fraser University, 2007. 162.

36. Piron M. Dynamic analysis of fast-acting solenoid actuators. PhD dissertation, University of Glasgow, 1999. -269.

37. Kallenbach, M. Entwurf von magnetischen Mini- und Mikroaktoren mit stark nichtlinearem Magnetkreis, PhD thesis, Technical University of Illmenau, 2005. -176.

38. Палий, В.Я. Исследование быстродействующих поляризованных электромагнитов для автоматических выключателей и методики их расчета, дис . канд. техн. наук, Новочеркасск, 1973.

39. Устойчивость релейно-контактной аппаратуры к воздействию ударов и вибраций.Журнал «Электричество» №5 1970 Н. В. Новелла, Б. И. Зотов с. 1720

40. Виттенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Изд. 4-е, перераб. И доп. JL, «Энергия», 1975.

41. Щучинский С.Х.Электромагнитные приводы исполнительных механизмов. -М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152 с.

42. Основы конструирования исполнительных механизмов управления ядерных реакторов Текст. / И. Я. Емельянов, В. В. Воскобойников, Б. А.

43. Масленок ; под ред. И. Я. Емельянова. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1987. - 232 с.

44. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов / Под ред. Ю. К. Розанова. 2-е изд., испр. и доп. — М.: Информэлектро, 2001. - 420 с.

45. Вибрации в технике: Справочник. В б-ти т. / В.Н. Челомей, К.В. Фролов, Э.И. Григолюк; пред. ред. совет: В.Н. Челомей. М.: Машиностроение, 1981. — 456с.

46. Бегларян В.Х. Механические испытания приборов и аппаратов. — М.: Машиностроение, 1980.-223 с.

47. Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. М., Советское радио, 1971, 344 с.

48. Ройзен В.З. Миниатюрные герметичные электромагнитные реле. Библиотека по автоматике. JL: Энергия, 1976, 112с. с ил.

49. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов.- М.:Энергия, 1974, 392 с.

50. Основы теории электрических аппаратов. Под ред. Проф. Г.В.Буткевича. М., Высшая школа, 1970.

51. Бутковский А.Г. Черкашин Ю.А. Оптимальное управление электромеханическими устройствами постоянного тока. М., Энергия, 1972.

52. Черкашин Ю.А. Оптимальное управление электромеханическими устройствами, 1969.

53. Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов (Общие вопросы проектирования).-М.:Энергия, 1971, 560с. сил.

54. Казаков JI.A. Электромагнитные устройства РЭА: Справочник.- М.:Радио и связь, 1991, 352с. с ил.

55. Kallenbach, Е.; Eick, R.; Quendt, Р.; Ströhla, Т.; Feindt, K.\ Kallenbach, M.\ Elektromagnete: Grundlagen, Berechnung, Entwurf und Anwendung. 2. Aufl. Wiesbaden: B.G. Teubner 2003.

56. Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле. JL: Энергоатомиздат, 1986. 252 с. с ил.

57. Батищев Д.В., Павленко A.B. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 1// Изв. вузов. Электромеханика. 2010. № 6. С. 40-42.

58. Описание системы моделирования LTspice. Электронный ресурс. — Режим доступа: http\HLTspice.linear-tech.com!softwarelscad3.pdf, свободный.

59. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.A. Нетушил, С.В. Страхов. 5-е перераб. изд. — М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

60. Павленко A.B. К расчету динамических характеристик электромагнитных механизмов с индуктивно-связанными катушками // Изв. вузов. Электромеханика. 1998. №5, 6. С. 38-41.

61. Павленко A.B. Математическое моделирование динамических характеристик быстродействующих электромагнитов на основе теории цепей// Теория цепей и сигналов: тез. докл. Всерос. научн. техн. конф. Таганрог, 1996. С. 86-87.

62. Павленко A.B., Моделирование динамики срабатывания нейтрального быстродействующего электромагнита. Известия вузов. Электромеханика, 1998.-№2,3.-с. 40-42.

63. Буль Б.К. и др. Основы теории электрических аппаратов, учебн. пособие для электротехнических специальностей вузов. М.: Высш. шк., 1970. - 600 с.

64. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты: учеб. пособие для вузов по специальности "Электр, машины и аппараты". М.: Энергия, 1972. - 248 с.

65. D. С. Meeker, Finite Element Method Magnetics, Version 4.2 (02iVov2009 Build), Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.fe7nm.info!, свободный.

66. Карасев В. JI. Влияние вихревых токов на переходные процессы в электромагнитах//Электричество. 1963. № 9. С. 33-37

67. Егоров П.М. Электромагнитные механизмы и коммутационные аппараты. Харьков: Изд-во ХВКИУ, 1970

68. Гринченков В.П., Ершов Ю.К. Метод расчета динамических характеристик электромагнитов с массивным магнитопроводом. // Изв. вузов. Электромеханика, 1989. — №8

69. D.C. Meeker, Force on NdFeB disc magnets including eddy current effects. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.femm.info/wiki/PMEddy, свободный.

70. Механическая система как объект моделирования. Электронный ресурс. Режим доступа: http\// www.umlab.ru/download/60/02 umtechnicalmanual.pdf, свободный.

71. Никитенко А. Г. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах /А.Г.Никитенко.И.И.Пеккер. М. : Энергоатомиздат, 1985. - 216 с.

72. Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Гринченков В.П. Сравнение методов расчета электромагнитов систем магнитного подвеса ВСНТ. // Высокоскоростной наземный транспорт: сб. науч. тр./НПИ. Новочеркасск, 1979. С.84-90.

73. Селюк С.С., Астахов В.И. Электромагнитный расчет линейного вихретокового тормоза // Изв. вузов. Электромеханика. 1993. №5. С.3-11.

74. С. Geuzaine. High order hybrid finite element schemes for Maxwells equations taking thin structures and global quantities into account. Ph.D. thesis, University of Liège, Belgium, Fac. Appl. Sci., Dec. 2001.

75. Никитенко А.Г. Критерии оптимальности и классификация электромагнитных механизмов // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения. 1979. Вып.7 (83). С. 10-11

76. ГОСТ 30630.1.2-99. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие вибрации, 1999.

77. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения, 1980.

78. Семенов М. В. Кинематические и динамические расчеты исполнительных механизмов.- М.: Сов. радио, 1972.

79. Ряшенцев Н. П. Электромагнитный привод линейных машин / Н. П. Ряшенцев, В. Н. Ряшенцев. Новосибирск: Наука. СО, 1985. — 152 с.

80. Гордон А. В., Сливинская А. Г. Электромагниты постоянного тока. М. ; JI. : Госэнергоиздат, 1960. —447 с.

81. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1. -8-е изд., переработ, и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. - 902 с.:ил.

82. Тер-Акопов А.К, Динамика быстродействующих электромагнитов /А.К. Тер-Акопов М.: Энергия, 1965. 165 с.

83. ГОСТ Р 52230-2004. Электрооборудование автотракторное. Общие технические условия, 2004.

84. Никитенко, А.Г. Разработка математических моделей и автоматизация проектирования электрических аппаратов: дисс. . докт. техн. наук. — Новочеркасск, 1987. — 377 с.

85. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия. 1975. 576с.

86. Пеккер И.И., Комиссаров В.М. Броневой электромагнит постоянного тока с регулируемым конечным тяговым усилием. Изв. Вузов СССР. Электромеханика, 1980, №2, с. 194 - 196.

87. Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. М.: Энергия, 1968. — 150 с.

88. Павленко И.А., Гринченков В.П., Батищев Д.В. Мультимодульный быстродействующий электромагнит. Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. - Спецвып. : Проблемы мехатроники-2008.- С. 27-30.

89. Батищев Д.В., Павленко A.B. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 3// Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 2. С.28 — 33.

90. Краснышов С. В. Гибкие системы сбора данных и виртуальные приборы // Мир компьютерной автоматизации: встраиваемые компьютерные системы. 1995. № 2.

91. Резисторы: Справочник/ Под ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова.- М.: Радио и связь, 1991.- 527 с.

92. Fluke 80i-110s AC/DC Current Probe Электронный ресурс. — Режим доступа: http://assets.fluke. com/datasheets/80i-lI Os-Spexs.pdf свободный.

93. Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи неэлектрических величин. М-Д.: Энергия, 1965. 116 с.

94. Doscher, J. Accelerometer Design and Applications / Doscher J. Analog Devices. 1998.

95. Официальный сайт компании National Instruments Электронный ресурс. Описание программно-аппаратного комплекса Labview. Режим доступа: http:!7digital.ni. com/worldwide/russia.nsflmairilreadform, свободный

96. Батищев Д.В., Павленко A.B. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 2// Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 1. С. 40-48.

97. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970г. 104 с.

98. ГОСТ 8.207-76. Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения, 1976.