автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.06, диссертация на тему:Шкивные магнитные сепараторы (теория, расчет, усовершенствование)

Харьковский государственный политехнический университет

Р Г Б ОД

1 Я ) "1

1 и КАЯ 1 На правах рукописи

Загирняк Михаил Васильевич

ШКИВНЫЕ МАГНИТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ (теория, расчет, усовершенствование)

Специальность 05.09.06 - электрические аппараты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков - 1996

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Восточноукраинском государственном университете.

Официальные аппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Власов Константин Петрович;

доктор технических наук, доцент Клименко Борис Владимирович;

Лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор^ Копыл Виталий Кириллович.

Государственный проектно-конструкторский институт обогатительного оборудования (г.Луганск).

Защита состоится

<22

мая 1996 г. в

30

часов на заседании

специализированного ученого совета Д 02.09.15 Харьковского государственного политехнического университета по адресу: 310002, г.Харьков-2, ГСП, ул.Фрунзе, 21.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан апреля 1996 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совет;

Егоров Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и степень исследованности тематики работы.

.. Важное место среди широко используемых в различных сферах производства и в быту электрических аппаратов, коммутирующих механические нагрузки, занимают магнитные сепарирующие устройства различных конструкций, служащие для разделения механически не связанных и отличающихся друг от друга магнитными свойствами материалов. Отдельный класс таких устройств, выделяющихся тем, что их основой являются вращающиеся цилиндрические магнитные системы (электромагнитные посто-" янного тока или с постоянными магнитами), составляют шкивные магнитные сепараторы, которые благодаря простоте конструкции и высокой надежности, получили наиболее широкое применение и выпускаются в почти ста типоразмерах десятками зарубежных и отечественных предприятий.

Разнообразие областей и условий применения (разделение сыпучих материалов при переработке вторичных ресурсов и отходов производства; очистка сыпучих материалов от технологически неизбежного нежелательного металла; защита технологического оборудования от попадания посторонних металлических предметов вместе с транспортируемым и перерабатываемым сыпучим материалом) определило разнообразие технических решений, используемых при их проектировании и промышленном ■ использовании, а также широту круга специалистов, занимающихся этими задачами.

Не случайно, поэтому вопросам теории, расчета, усовершенствования и применения магнитных сепараторов посвящено большое количество работ авторов из СНГ и дальнего зарубежья, абсолютное большинство которых составляют журнальные статьи, патенты и авторские свидетельства. В имеющихся книгах по магнитной сепарации и оборудованию для нее, последние из которых были написаны более десяти лет тому назад, либо приводятся только краткие сведения об основных эксплуатационных характеристиках серийно выпускаемых конструкций магнитных шкивов, либо, в ограниченном числе фундаментальных работ, сепарация непосредственно магнитными шкивами и их расчет трактуются упрощенно. Использование для расчета и проектирования магнитных шкивов достаточно эффективных методик, разработанных для электрических аппаратов с подобными конструкциями магнитных систем, в значительной мере затрудняется, во-первых, отсутствием исходных данных, учитывающих реальные особенности эксплуатации магнитных шкивов, определение которых требует решения сложной задачи установления влияния на процесс сепарации многих параметров; во-вторых, относительно большими размерами шкивных се-

параторов (до 1,6 м в диаметре), требующих существенной корректировки результатов и рекомендаций, полученных из опыта проектирования традиционных электрических аппаратов; в-трётьих, связанной с математическими трудностями и большими затратами времени необходимостью модификации указанных методик, имеющих в основном научно-исследовательский характер, для их применения к рассматриваемым устройствам.

Отсутствие системного анализа известных усовершенствований конструкций приводит к невозможности выбора наиболее эффективных из них, а отсутствие методики расчета и проектирования, основанной на достоверном (без существенных упрощающих допущений) описании физических процессов, происходящих при сепарировании сыпучих материалов шкивными магнитными сепараторами и ориентированной на современные компьютеры, сильно сдерживает дальнейшее совершенствование и расширение области применения этих аппаратов. Вместе с тем, в связи с резким удорожанием материалов и электроэнергии в последние годы для решения возникших задач ресурсосбережения особую актуальность приобрели как повышение технико-экономических показателей самих магнитных шкивов, так и совершенствование, в целом, конструкций сепарацион-ных установок со шкивами.

Это обусловило актуальность тематики диссертациии и ее главную цель - развитие и обобщение методологии проектирования шкивных 1 магнитных сепараторов путем уточнения и разработки теории и методов расчета их главных параметров и характеристик. С практической точки зрения целью работы является усовершенствование существующих и разработка -новых конструкций высокоэффективных и экономичных шкивных сепараторов.

Разработкой и производством новых конструкций шкивных магнитных сепараторов занимаются ведущие западные электротехнические фирмы: Eriez Co., Stearns Inc., Dings Co., Magni-Power Co. (США); Sala (Швеция); Zelba (Чехия); Krupp, Steinert (Германия); Rapid, Unimag (Великобритания); Kanetsu Kogoyo Co. (Япония). В СНГ производство и проектирование этих сепараторов осуществляются, главным образом, АО "Луганский машиностроительный завод им. Пархоменко" и Государственным проектно-конструкторским институтом обогатительного оборудования ("Гипромашуглеобогащение", г.Луганск). В этих организациях в течение последних лет проектируются и изготавливаются усовершенствованнные конструкции, разработанные при участии автора данной работы.

Основные задачи исследования определились поставленной целью.

1. Системный анализ конструкций и основных задач, решаемых при

проектировании шкивных магнитных сепараторов.

2. Разработка эффективных обощенных методов проектирования шкивных магнитных сепараторов, включающих в себя методы расчета их основных параметров, в том числе:

- извлекающего усилия магнитных сепараторов, а также его особенностей при использовании метода конформного преобразования;

- необходимой извлекающей силы при сепарации сыпучих материалов магнитными шкивами;

- магнитных проводимостей, напряженности и градиента напряженности в межполюсных зазорах открытых осесимметричных систем;

- распредленения магнитных потоков в открытых осесимметричных электромагнитных системах;

- нагрева обмоток намагничивания электромагнитных шкивов.

3. Разработка эффективных алгоритмов и программ, обеспечивающих и реализующих названные методы на современных ЭВМ.

4. Разработка усовершенствованных конструкций шкивных магнитных сепараторов, оценка эффективности и получение соотношений для выбора оптимальной геометрии новых конструктивных элементов: вертикальных секторных ферромагнитных шунтов-пластин в рабочей зоне, горизонтальных ферромагнитных шунтов-экранов в зоне разгрузки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

классифицированы технические решения, совершенствующие конструкции шкивных магнитных сепараторов;

обосновано расчетное выражение извлекающего усилия магнитных сепараторов путем анализа и установления интегральной эквивалентности различных формул силового воздействия магнитного поля на магнетики, получены расчетные выражения для силы извлечения магнитносе-парирующих устройств и аналитические соотношения для определения приведенной удельной силы магнитного поля, действующей на магнетик, при расчете этого поля методом конформного преобразования;

дана новая формулировка динамической задачи по расчету движения, извлекаемого тела при сепарации сыпучих материалов и разработана методика расчета необходимой силы извлечения магнитных шкивов, основанная на предложенной уточненной математической модели потока сбрасывания сыпучего материала со шкива и расчета параметров относительного движения извлекаемого тела в сыпучей среде при сепарации магнитными шкивами с использованием модели случайного блуждания и соответствующего уравнения Эйнштейна - Фоккера - Планка (УЭФП);

разработана методика физического моделирования открытых осесим-

метричных электромагнитных систем шкивных сепараторов, реализация которой позволила получить зависимости для расчета магнитных проводимостей, напряженности магнитного поля Н и значений Н дГЭС1Н в межполюсном пространстве двухполюсных электромагнитных систем;

решена задача аналитического расчета магнитного поля в обмоточном окне осесимметричного электромагнита и получены формулы для определения магнитных проводимостей потоков, замыкающихся в этой зоне;

разработана методика расчета распределения магнитных потоков в открытых осесимметричных магнитных системах электромагнитных шкивов по предложенным схемам замещения и предложен новый метод расчета магнитных цепей электромагнитных систем по соответствующим схемам замещения;

разработана методика проектного расчета электромагнитных систем шкивных сепараторов, использующая определенные экпериментально зависимости удельной мощности рассеяния обмоток электромагнитных шкивов от геометрических параметров катушек при различных значениях установившегося перегрева, которая позволяет проводить многокритериальную оптимизацию рассматриваемых магнитных систем;

предложены усовершенствованные конструкции шкивных электромагнитных сепараторов и разработаны методики исследования и расчета наиболее эффективных из них.

Практическая ценность исследования обоснована: разработкой научно обоснованной методики расчета шкивных магнитных сепараторов, позволяющей достаточно просто решать задачи расчета и проектирования их магнитных систем с необходимой для инженерных расчетов точностью;

созданием эффективных алгоритмов и программ, реализующих указанные решения на современных ЭВМ и обеспечивающих получение оптимальных значений геометрических параметров для вновь проектируемых шкивов с более высокими по сравнению с серийными сепараторами технико-экономическими показателями, а также рекомендаций по модернизации серийных аппаратов, позволяющих повысить их извлекающую способность без перемотки;

предложением новых, защищенных авторскими свидетельствами, конструкций сепараторов и способов магнитной сепарации сыпучих материалов; .

разработкой новых конструкций шкивных электромагнитных сепараторов с вертикальными секторными ферромагнитными пластинами-шунтами в рабочей зоне, повышающими извлекающую способность и

надежность рабе -ы аппарата, и с ферромагнитным трапецивидным шунтом в зоне разгрузки извлеченного металла, обеспечивающим ее непрерывность и возможность использования шкивов на низкоскоростнчх транспортерах; оценкой эффективности и получением соотношений для выбора оптимальной геометрии шунтов.

Характеристика методов исследования. Достоверность проведенных в работе исследований подтверждается использованием современных научных методов исследования явлений и процессов, происходящих при сепарации сыпучих материалов магнитными шкивами.

Теоретические исследования силового воздействия магнитного поля базируются на уравнениях теории электромагнитизма. При этом в работе, на ряду со стандартными подходами, используются и самые современные интегрально-векторные представления для параметров магнитного поля, а также аналитические методы (конформного преобразования).

Разработанная в диссертации методика расчета необходимой извлекающей силы магнитных шкивов основана на решении дифференциальных уравнений, описывающих движение извлекаемого тела при сепарации, использовании стохастического подхода (модели случайного блуждания и соответствующего уравнения Эйнштейна - Фоккера - Планка).

Научные положения по расчету магнитных систем обоснованы результатами комплексных исследований с использованием физического моделирования, классических методов непосредственного расчета поля методом разделения переменных и расчета магнитных цепей по эквивалентным схемам замещения, применением современных численных методов расчета (например, метода магнитных модулей) и оптимизации, ориентированных на возможности современных компьютеров.

Достоверность выводов подтверждается большим количеством численных решений, совпадением результатов расчетов с данными других исследователей, а также многочисленных экспериментов в лабораторных и промышленных условиях.

Реализация научных разработок. Результаты диссертационных исследований реализованы в 12 хозяйственных договорах на проведение научно-исследовательских • работ, выполненных в соответствии с Республиканской комплексной целевой научно-технической программой РШД.003 "Материалоемкость", утвержденной Постановлением Совета Министров УССР № 250 от 11.07.85г. (1985-90гг.), научно-технической программой "Ресурсосбережение", утвержденной Постановлением Государственного Комитета по вопросам науки и технологий №12 от 4.05.92г.

(1992-95гг.), планами НИР и ОКР Всесоюзного главка "Союзтепловоз-путьмаш" и Минэнерго Украины (1973-95гг.), а также ряде госбюджетных НИР по планам Восточноукраинского государственного университета (1991-96гг.).

С использованием результатов диссертации под руководством и при личном участии автора разработаны, изготовлены и внедрены усовершенствованные электромагнитные сепараторы: модернизированный с проточкой и ферромагнитными ободьями для ленты шириной 650 мм в чугунолитейном цехе ПО "Ворошиловградтепловоз"; с максимально возможным извлекающим усилием в стандартном габарите на ширину ленты 1000 мм на Новолипецком металлургическом комбинате; многополюсные для ленты шириной 400 мм на Кемеровском НПО "Карболит" и Ленинградском ПО "Русский дизель"; с вертикальными ферромагнитными секторными пластинами-шунтами в рабочей зоне на Змиевской ГРЭС и Макеевском металлургическом заводе; с горизонтальным ферромагнитным шунтом под сбегающей со шкива ветвью транспортера на Змиевской ГРЭС (два аппарата) и Первомайском электромеханическом заводе.

Усредненный на один сепаратор годовой экономический эффект от внедрения составил более 30 тыс. рублей (в ценах до 1991 г.) в одних случаях за счет сокращения простоя оборудования и сохранения транспортерной ленты, в других - за счет сбережения вторичного сырья.

Результаты работы используются в институте "Гипромашуглеобога-щение" при разработке и проектировании магнитных сепараторов, а также в учебном процессе в Восточноукраин'ском государственном университете при подготовке инженеров-электромехаников.

Апробация работы. Результаты научных исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на , научно-технических конференциях Восточноукраинского государственного университета (1973 - 1995 гг.), Харьковского государственного политехнического университета (1977 г.), семинаре института математики АН УССР (г.Киев - 1974 г.), Республиканских научно-технических конференциях (г.Ворошиловград - 1975, 1979, 1981, 1990 гг., г.Запорожье - 1989 г., г.Киев - 1991 г.); Всесоюзных научно-технических конференциях (г.Луганск - 1973 г., г.Москва - 1978, 1988, 1990 гг., г.Ташкент - 1987 г., г.Киев 1988 г., г.Ярославль - 1989 г., г.Воронеж - 1991, 1993 гг., г.Винница -1991 г., г.Красногорск, Московской обл. - 1992 г.); Международных научно-технических конференциях и .семинарах (г.Детройт - 1984 г., США; г.Дрезден - 1989 г., г.Кемниц - 1990 г., Германия; г.Стокгольм - 1991 г., Швеция; г.Заборов - 1993 г., г.Познань -1994 г., г.Блазеджевко - 1994 г., г.Ланкут - 1994 г., г Краков - 1994 г.,

Польша).

Разработки демонстрировались на областных, республиканских, всесоюзных выставках и отмечены дипломом IUI степени на ВДНХ УССР (1981 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликована 121 работа, в том числе два единоличных учебных пособия с грифом Министерства образования Украины, 5 брошюр (2 единолично), 38 статей (4 в США), 35 авторских свидетельств.

Структура и объем диссертации. Работа, состоящая из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы (275 наименований) и шести приложений, содержит в основном тексте 260 машинописных страниц, 31 таблицу и 80 рисунков на 112 страницах.

Научные результаты, выносимые на защиту.

1. Обобщенные методы расчета и проектирования шкивных магнитных сепараторов с учетом взаимосвязей определяющих электромагнитных, механических и тепловых процессов, в том числе:

1.1. Обоснование расчетного выражения извлекающего усилия магнитных сепараторов путем анализа и установления интегральной эквивалентности различных формул силового воздействия магнитного поля на магнетики; аналитические соотношения для определения удельной силы магнитного поля, действующей на магнетик, при расчете этого поля методом конфомного преобразования.

1.2. Новая формулировка: динамической задачи по расчету движения извлекаемого тела при сепарации сыпучих материалов и методика расчета необходимой силы извлечения магнитных шкивов, основанная на предло-' женной уточненной математической модели потока сбрасывания сыпучего материала со шкива и расчета параметров относительного движения извлекаемого тела в сыпучей среде при сепарации магнитными шкивами с использованием модели случайного блуждания и соответствующего УЭФП.

1.3. Методика расчета магнитных проводимостей, напряженности магнитного поля Н и значений Н дГЭС1Н в межполюсном пространстве двухполюсных электромагнитных систем на основе данных физического моделирования.

1.4. Метод аналитического расчета магнитных проводимостей для потоков, замыкающихся в обмоточном окне осесимметричного электромагнита.

1.5. Методика расчета распределения магнитных потоков в открытых

осесимметричных магнитных системах электромагнитных шкивов по предложенным схемам замещения и новый метод расчета магнитных цепей электромагнитных систем по соответствующим схемам замещения.

1.6. Методика проектного расчета электромагнитных систем шкивных сепараторов, использующая определенные экспериментально зависимости удельной мощности рассеяния обмоток электромагнитных шкивов от геометрических параметров катушек при различных значениях установившегося перегрева.

1.7. Методики расчета и исследования предложенных усовершенствованных конструкций шкивных электромагнитных сепараторов, а также механического перемещения извлеченных тел в зоне разгрузки.

2. Результаты практической реализации разработанных обобщенных методов проектирования шкивных магнитных сепараторов, в том числе:

2.1. Новые, защищенные авторскими свидетельствами, конструкции сепараторов и способы магнитной сепарации сыпучих материалов.

2.2. Алгоритмы расчета магнитных систем шкивных электромагнитных сепараторов и их наиболее эффективных усовершенствований.

2.3. Алгоритм проектирования электромагнитных систем шкивных сепараторов, обеспечивающий получение оптимальных значений геометрических параметров для вновь проектируемых шкивов и рекомендаций по модернизации серийных аппаратов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель и решаемые задачи; представлена аннотация результатов выносимых на защиту, и информация об апробации работы и внедрении.

В первой главе приведены обзор и анализ конструкций шкивных сепараторов, дана характеристика основных задач их проектирования.

Основой Шкивных магнитных сепараторов являются магнитные системы, симметричные относительно оси вращения И содержащие для создания рабочего магнитного поля в относительно больших объемах значительные межполюсные зазоры, существенно усложняющие их расчет. Эти системы могут выполняться со специальным образом собранными высококоэрцитивными постоянными магнитами или электромагнитным возбуждением постоянным током и быть двух- или многополюсными. Последние набираются по модульной технологии из двухполюсных секций.

Магнитные шкивы с возбуждением от постоянных магнитов применяются для легко-, и среднегруженных транспортеров. Для высокопроизводительных (тяжелогруженных) транспортеров применяются более эффек-

тивные электромагнитные шкивы, из которых для условий эксплуатации, принятых в Украине и странах СНГ (прежде всего, большая нормативная толщина слоя материала на ленте) признано целесообразным использование двухполюсных электромагнитов.

Главные задачи, которые решаются при конструировании шкивных магнитных сепараторов и определяют основные пути совершенствования их конструкций: улучшение извлекающей способности магнитного поля в рабочей межполюсной зоне, интенсификация охлаждения обмоток и уменьшение энергопотребления, улучшение технологических условий сепарации, повышение надежности разгрузки извлеченного металла. В соответствии с этим были проведены обзор, классификация и анализ известных к настоящему времени технических решений (изменением конструкции сепаратора) каждой из сформулированных задач.

Существующие технологические схемы применения магнитных шкивов (в качестве ведущего брабана ленточного транспортера или подвесного саморазгружающего) и известные конструктивные решения задачи интенсификации охлаждения в целом удовлетворяют современным требованиям.

Из всего многообразия конструктивных решений задачи улучшения извлекающей способности шкива наиболее простым и нашедшим применение является использование секторных вертикальных пластин-шунтов [46], а для задачи улучшения разгрузки шкивных сепараторов - установка между шкивом и сбегающей с него ветвью транспортера специальных устройств с ферромагнитными шунтами-экранами {49,51-54].

Перспективой будущих исследований на путях повышения эффективности извлечения представляется применение ферромагнитных обмоток (48,55-57] и дополнительного подмагничивания 147,48,50}, а на пути интенсификации охлаждения - использование естественного жидкостного охлаждения (58-61].

Независящим от конструкции сепаратора важным направлением повышения его технико-экономических характеристик является оптимальное проектирование (выбор геометрических и других параметров) некоторой, принятой за основу, конструкции шкива (в рассматриваемом случае - двухполюсной открытой осесимметричной магнитной системы вида показанной на рис.1). При этом общая задача проектирования магнитных шкивов включает решение следующих задач: расчет распределения векторов стационарного магнитного поля в рабочей зоне шкива, определение по этим известным векторам силового воздействия поля на намагничивающееся тело, расчет динамики извлекаемого тела в процессе сепарации, синтез магнитной системы шкивного сепаратора и выбор ее оптимальных по принятому критерию параметров, расчет механического перемещения извле-

ценных тел в зоне разгрузки.

С учетом вышеизложенного были поставлены задачи исследования.

Рис. 1. Обобщенная физическая модель электромагнитного шкива

Во второй главе рассматриваются вопросы теоретических основ расчета силового воздействия магнитных сепараторов на извлекаемые ферромагнитные тела. Главным из них является обоснование применимости при таких расчетах, несмотря на известные теоретические неопределенности, градиентных формул для удельной (на единицу объема извлекаемого тела)

и удельной приведенной (к Ц0 и Хт) сил извлечения, соответственно:

(1)

йоХг

= Н0дгас1Н0

(2)

где Ц0 - магнитная проницаемость вакуума; Хт - магнитная

восприимчи-

воеть извлекаемого ферромагнитного тела, зависящая от его формы, соотношения размеров и магнитной проницаемости вещества; Н0 - напряженность магнитного поля сепаратора в месте расположения единицы объема извлекаемого тела в отсутствие этого тела.

Одной из современных основ описания силового воздействия постоянного магнитного поля на ферромагнетики является использование объемной плотности ? пондеромоторной силы магнитного поля, для которой известны такие основные методы ее определения: эквивалентных токов Ампера, эквивалентных магнитных зарядов (Пуассона), эквивалентных магнитных моментов (диполей), энергетический, Максвелловых натяжений (тензоров). В настоящее время нет единого мнения о вычислении реального распределения внутренних напряжений в намагниченном ферромагнетике. Однако, если исходить из необходимости в большинстве расчетов (магнитных сепараторов, в том числе) определять суммарную силу воздействия магнитного поля на все ферромагнитное тело (при отсутствии необходимости знания точного распределения удельной силы), то вопрос о применимости той или иной формулы может быть решен на основе установления эквивалентности рассматриваемых формул при интегрировании по всему объему намагниченного тела друг другу и реальной суммарной силе.

Указанный интегральный подход и был применен для теоретического подтверждения применимости формулы (1) для расчета суммарной силы, действующей на ферромагнетик в стационарном магнитном поле. При этом поскольку последние два из вышеуказанных методов определения плотности f при строгом подходе основываются на Ьпределенных формулах для объемного распределения пондеромоторной силы поля в магнетике, т.е. являются вторичными по отношению к первым трем методам, то в диссертации анализируются именно эти три метода.

Используя представление напряженности Н и индукции В магнитного поля в рассматриваемом единичном объеме магнетика в виде сумм

Н = Но + Нм

_ _ - (з)

В = Во + Вм ,

где Но и Во , Нм и Вм - векторы напряженности и индукции поля от его источника (магнитного сепаратора) и от намагниченного вещества магнетика, формулу Брауна, а также исходя из третьего закона механики о действии и противодействии применительно к системе "источник магнитного поля - ферромагнетик", в работе показано равенство суммарных сил

= ]7пС^ = (4)

ут у, Ут ут

Здесь и = го!М х В, = -ц0Н сИуМ , ¿эл = ц0(Мдгас1)Н -

объемные плотности силы, соответствующие моделям намагничивания вещества в виде эквивалентных токов намагничивания, эквивалентных

магнитных зарядов, эквивалентных магнитных моментов (диполей); Тя -объемная плотность реальной силы магнитного поля, действующей на намагниченное вещество. В формуле (4) под V,. понимается полный объем намагниченного тела, а векторы магнитного поля, включая вектор намагниченности магнетика М, рассматриваются как обобщенные функции.

С учетом того, что магнитные сепараторы предназначены в основном для извлечения магнитомягких ферромагнетиков, обладающих изотропными магнитными свойствами, намагниченность можно представить в виде

М = 5СтНо, и приняв во внимание, что Во = (Д.0Но, на основании выполненных в работе преобразований выражений из равенства (4) получена формула, полностью совпадающая с формулой (1), что и подтверждает возможность применения последней в расчетах этих аппаратов.

Поскольку теория и практика точного объемного интегрирования дифференциально-векторных операций над векторами магнитного поля, составляющих основу формул для удельной пондеромоторной силы, находится еще в стадии становления, для инженерных расчетов, когда требуется определить суммарную силу извлечения, действующую со стороны магнитного сепаратора на намагничивающееся тело, даны практические формулы удельной приведенной силы, основанные на определенных физических представлениях, использование которых, однако, не исключает необходимости решения задачи расчета распределения напряженности магнитного поля в межполюсном зазоре сепаратора.

При использовании метода конформных отображений напряженность обычно не удается получить в явном виде как функцию координаты исходной области, что затрудняет вычисления удельной электромагнитной силы. В результате соответствующих аналитических преобразований найдено выражение для определения удельной пондеромоторной силы магнитного

поля непосредственно через параметры конформного преобразования *

и \Л/ комплексный и комплексно-сопряженный потенциалы поля; 71. к X -комплексные координаты исходной и отображенной областей):

(5)

Третья глава представляет исследования по расчету необходимой извлекающей силы при сепарации сыпучих материалов магнитными шкивами.

Для нахождения необходимой силы извлечения некоторого ферромагнитного тела магнитным шкивом необходимо решить уравнение динамики по второму закону Ньютона для движения этого тела в рабочей зоне шкива в процессе извлечения с учетом соответствующих граничных условий, а главное, взаимодействия извлекаемого тела с частицами сыпучей среды. Существующие методики расчета учет взаимодействия извлекаемого тела с частицами среды в названном уравнении производят, как правило, введением соответствующей силы сопротивления, при определении которой не учитывают ее стохастический характер.

Учет в уравнении динамики силы взаимодействия Ява извлекаемого тела с частицами среды, имеющей случайный характер, обусловленный флуктуацией параметров среды, приводит к тому, что это уравнение не • имеет однозначного решения и не может быть решено традиционными методами. Поэтому для решения такого уравнения необходимо использовать статистический подход, основанный на рассмотрении движения усредненного по статистическому ансамблю извлекаемого тела, однако использование этого метода при магнитной сепарации известно только для исследования массопереноса и не разработано применительно к движению одиночного тела в рабочей зоне магнитных сепарирующих устройств.

В результате представления движения извлекаемого тела сквозь сыпу-• чую среду в рабочей зоне магнитного шкива как совокупности переносного движения вместе с частицами сыпучего материала и относительного - под действием пондеромоторной силы магнитного поля рм . расчет необхо- : : димой силы извлечения сведен к решению соответствующих динамических уравнений переносного и относительного движений, которые получаются с учетом того, что сила рм шкива и составляющая силы Рвэ. обусловленная . силой извлечения, направлены по линии радиальной координаты (в полярной системе координат с центром на оси вращения шкива). • Поскольку, как для подвесного, так и для встроенного исполнений '-, шкивных магнитных сепараторов переносная скорость может быть опреде- . - лена по известной скорости в любой точке потока материала без непосред-

= ЦоХт

сМ/сРУУГсКУ ей сИ2

сМсМсК с121 сК сК бгбг2

ственного решения уравнения переносного движения, необходимая извлекающая сила Рм„ может быть найдена из решения только одного уравнения относительного движения при последовательном реше..ии следующих задач: определение параметров потока сыпучего материала (форма и скорость в любой точке), описание динамики и параметров относительного движения извлекаемого тела (с учетом его стохастического характера), определение траектории движения и, собственно, расчет необходимой извлекающей силы, обеспечивающей требуемую траекторию.

Анализ методов расчета параметров потока сыпучего материала показывает, что в настоящее время нет удовлетворительной инженерной методики такого расчета непосредственно для шкивов (в известных методи-, ках не учитываются взаимодействия частиц между собой, вид сыпучего материала и его параметры), а общие аналитические и эмпирические методы, соответственно, либо не применимы к исследованию потоков произвольной формы (со свободной границей), либо не могут быть использованы для рассматриваемых исследований ввиду недостаточной разработанности.

Разработана полная математическая модель процесса сбрасывания сыпучего материала с разгрузочного шкива горизонтального ленточного конвейера. Показано, что реальная форма потока ссыпания и его характер ристики адекватно определяются параболами свободного падения частиц материала, начинающимися на плоскости, проходящей через линию контакта со шкивом набегающей ветви ленты транспортера под углом (X. естественного откоса сыпучего материала (рйс.2). При скоростях вращения шкивов, имеющих место на практике, указанные параболы-имеют зону пересечений, соответствующую реальному столкновению частиц потока, но не пересекают поверхности шкива, что соответствует реальному движению частиц потока без столкновения со шкивом.

Получены расчетные выражения для наблюдающегос: при эксплуатации шкивов уменьшения толщины слоя материала Им в вертикальной плоскости (см.рис.2):

приуп>V, = сЯдссд/д^,= Ьм-ОбдОуйда/Ул)2, (6)

пРи Ул 2 V, = сЛдад/дй^, и0 = (У^да)2 / (2д), ' (?)

где Уя - скорость ленты транспортера.

Аналитически доказано, что для магнитных шкивов существующих типоразмеров (кроме шкивов типа Ш65-63) максимальное удаление частицы . потока от поверхности шкива при переносном движении в пределах ра-• бочей зоны меньше, чем исходная толщина слоя материала на ленте, Поэтому переносной скоростью частиц потока по радиальной координате

можно пренебречь и описывать переносное движение только уравнением по угловой координате:

Чер=Ч = | = к9^- (8)

Здесь К0 - константа, полученная ввиду малого изменения переносной скорости при изменении координаты 0 (см.рис.2) от нуля до 71 / 2, усреднением этой скорости в пределах рабочей зоны:

К9 = (2/тс)[1 + ^ + ЬМ+ЬЛ)/УЛ], (9)

где д - ускорение свободного падения, И - радиус шкива, Ьл- толщина ленш_ транспортера.

Рис. 2. Форма потока ссыпания со шкива Для шкивов типа Ш65-63 определение необходимой силы извлечения связано с учетом соответствующей скорости дрейфа по радиальной координате, определяемой как средняя скорость прохождения телом за время извлечения расстояния, равного разности толщины слоя материала и максимального удаления частиц от шкива в переносном движении.

На основе рассмотрения существующих моделей передачи импульса от

движущегося тела частицам среды путем их трения о поверхность тела (включая конус неподвижности) и с учетом обусловленности относительного движения силон Рм магнитного поля шкива, показано, что сила сопротивления относительному движению тела в сыпучей среде может быть принята в рассматриваемом случае пропорциональной скорости относительного движения \/отн • усредненной по статистическому ансамблю извлекаемого тела, а направление этой силы противоположно указанной относительной скорости (т.е. пондеромоторной силе шкива). Предложена

простая методика экспериментального определения приведенного коэффи-«

циента сопротивления у и найдены его значения для движения тел различных форм, наиболее часто встречающихся в отработанной формовочной смеси металлургических производств.

Заменой кинематических параметров относительного движения соответствующими плотностями вероятностей неоднозначная задача относительного движения, описываемая уравнением Ньютона по второму закону динамики, сведена для рассматриваемого случая к уравнению Эйнштейна-Фоккера-Планка (УЭФП), имеющему однозначное решение относительно плотности вероятности р(СД) Для радиальной координаты:

где З(^) и ЫО - некоторые коэффициенты, являющиеся в общем случае функцией координаты относительного движения.

На основе сравнения описываемых УЭФП относительного движения по радиальной координате и одномерного случайного блуждения показано, что средняя (статистическая) скорость относительного движения пропорциональна силе, вынуждающей движение, и следовательно среднее перемещение извлекаемого тела в относительном движении может быть рассчитано кинематически:

-с1г = (рм/ту)сК, (ю)

где Г - радиальная координата (см.рис.2), ГП - масса извлекаемого тела.

Из рассмотрения микроперемещений извлекаемого тела получено также соотношение для определения среднеквадратичного отклонения радиального расстояния, позволяющее рассчитывать флуктуации реального

\

расстояния от сррцнего кинематического в зависимости от параметров, определяющих процесс относительного движения:

гДе "г - пределы интегрирования, соответствующие границам движения; Е„ - коэффициент, характеризующий флуктуацию скорости относительного движения.

В результате решения системы уравнений для скоростей переносного и относительного движений по угловой и радиальной координатам получены уравнения траекторий извлечения для подвесного и встроенного исполнений шкивных сепараторов, а из условий обеспечения попадания извлекаемого тела на поверхность шкива в пределах его рабочей зоны, получена формула необходимой силы извлечения, учитывающая все основные исходные параметры рассматриваемого процесса:

где Сь - константа из аппроксимации, характеризующей распределение напряженности поля над серединой межполюсного зазора, зависящая от типоразмера шкива. Для шкивов типа Ш65-63 формула необходимой силы извлечения уточнена с учетом корректировки переносной скорости извлекаемого тела скоростью дрейфа.

На основе адекватности данных промышленной эксплуатации и испытаний электромагнитных шкивов всех серийных типоразмеров с расчетной оценкой эффективности извлечения этими шкивами различных ферромагнитных тел при сепарации горелой формовочной земли установлена практическая возможность использования полученных формул необходимой извлекающей силы для расчета исходного параметра при проектировании шкивных магнитных сепараторов.

В четвертой главе приведены исследования распределения магнитна-го-поля в рабочем межполюсном пространстве и магнитопроводе шкива. •

Задача исследования магнитного поля электромагнитных шкивов сводится к расчету магнитных проводимостей воздушных участков и разработ-

(11)

(12)

ке схемы замещения магнитной цепи, точность которых определяет точность расчета магнитной системы, а также получению выражений для определения напряженности магнитного поля и ее градиента, которые определяют электромагнитную силу, действующую на ферромагнитное тело в рассматриваемой точке рабочего межполюсного пространства сепаратора.

Расчет магнитного поля в рабочей зоне шкивных сепараторов на постоянных магнитах может быть проведен на основе метода магнитных модулей, подробное изложение методики определения напряженности магнитного поля намагниченного модуля которым изложено в этой главе диссертации. Практическое применение приведенных формул состоит в использовании принципа суперпозиции, согласно которому напряженность магнитного поля от системы магнитных модулей, заменяющих реальную магнитную систему сепаратора, определяется как сумма напряженностей от каждого из магнитных модулей [66].

. Наиболее эффективными и достоверными методами исследования плоскомеридианных магнитных полей в зазорах открытых электромагнитных систем являются экспериментальные методы, результаты которых, представленные в виде зависимостей между критериями подобия, могут быть распространены на любые другие геометрически подобные магнитные системы, обладающие подобным изменением параметров сред в пределах области поля [91. Экспериментальные исследования проводились на разработанной обобщенной физической модели магнитной системы шкив-ного сепаратора (см.рис.1). Изменение формы модели осуществлялось путем смены внутренних 1 и добавочных 2 полюсных дисков, а также катушки 3 и сердечника-вала 4. Всего было исследовано 82 типоразмера моделей.

В соответствии с принятой методикой искомыми являлись критерий подобия для напряженности магнитного поля

Нотн=Н = £ = Н-Ь-. 03)

6 имБ

и критерий подобия для магнитного потока ;

. _ Ф Ф Л V " :, ' ' Х = Ф =-=-=-. (14)

; ' \ ФБ ШМА

В формулах (13) и (14) НБ и Фб - базисные значения напряженности и магнитного потока; соответственно; 1-Б . базисный линейный размер;

ЦиБ " базисная разность магнитных потенциалов; ^мБ . базисная

магнитная проницаемость, принимаемая равной магнитной проницаемости

воздуха Л. магнитная проводимость, приведенная по потоку Ф к разности потенциалов UmB.

Значения относительных безразмерных величин Нйтн и ^ являются функциями критериев геометрического подобия (см.рис.1):

X, = D/5, Х2 = Z/5, Х3 = de/5, Х4 = 1/5 , Х5 = d/5, Хв = Ь/5, Х7 = а/5, Х8 = y/Z, ><9 = x/Z

На основе обощения результатов экспериментальных исследований при помощи теории подобия и последующей обработки данных с помощью ЭВМ получены зависимости, позволяющие рассчитывать с достаточно высокой точностью распределение в рабочем межполюсном пространстве напряженности магнитного поля Н и Н С|ГЗС1Н. Значения этих величин над характерными точками магнитной системы (серединами полюса ТЗ и зазора Т1, внутренними Т2 и внешними Т4 краями полюсов, см.рис.1) по найденным зависимостям определяются в функции от расстояния исследуемых точек над поверхностью полюсов, разности магнитных потенциалов между последними, а также отношений к воздушному зазору внешнего диаметра и суммарной ширины магнитной системы (D/5, Z/5). Влиянием размеров обмоточного окна (Ь/5,а/б) и толщины полюсных наконечников (d/S) на распределение поля в рабочем межполюсном пространстве можно пренебречь.

Для зависимостей Нотн и (HgradH)oTH от критериев геометрического подобия получены адекватные (по критерию Фишера) данным экспериментальных исследований аппроксимирующие аналитические выражения вида:

H„T„=HtD{l-A2(X2;X8)exp[-X1.A1(X2;X8)]} , (15) (HgradH)oTHj= (Нот Д

В формулах (15), (16) величина Нм, соответствующая значению Нотн при X, =D/5 ->со, определялась по формулам, полученным в результате преобразований известного выражения для комплексной напряженности поля двух симметричных полосок бесконечной длины;

d(H-''k(+(H„). dk|

dXfl

dX,

•8 J

(16)

завися-

и А2(Х2;Х8) - двухфакторные регрессионные мости второй степени, определенные с помощью ЭВМ;

(HgradH) HgradH Z*

V а )or» (HgradH)B a ü^

- критерий подобия для

H gradH; К, - коэффициент равный выражению в фигурных скобках в формуле (15), определяемый номером характерной точки магнитной системы (Т1,12, ТЗ, Т4, см.рис.1).

Экспериментальные исследования магнитных проводимостей для каждого из условно выделенных локальных магнитных потоков (с помощью витков В1...В8, см.рис.1) показали, что удельные магнитные проводимости между боковыми цилиндрическими и внешними торцевыми А,т поверхностями полюсов зависят практически только от отношений к воздушному зазору диаметра магнитной системы и суммарной ширины полюсов и воздушного зазора

(D/5, Z/5), удельные магнитные проводимости между внутренними торцевыми и внутренними цилиндрическими Хс поверхностями наконечников полюсных дисков - от отношений к воздушному зазору диаметра магнитной системы и ширины обмоточного окна

(D/8,

Ь/8), удельная магнитная проводимость Яа с торцевой поверхности обмоточного окна - от отношений к воздушному зазору размеров обмоточного окна

О/б, Ь/8) . Для всех зависимостей удельных проводимостей от критериев геометрического подобия с помощью ЭВМ были получены адекватные данным физического моделирования аппроксимирующие аналитические выражения, позволяющие проводить расчет магнитных проводимостей воздушных промежутков в аналитической форме:

Ло = Ad = HoM(D - d). лс = HoM(D - 2d),

Лт = HoMD. Ла = HoM(D - 2d - а),

As = mMD-2d"2a)

Для. получения расчетного выражения удельной проводимости Xs и уточнения зависимостей Я.с и от геометрических факторов в условиях отсутствия насыщения стали магнитопровода, часто имеющих место на практике, было проведено аналитическое исследование плоскомеридианко-го поля в обмоточной зоне. В результате решения уравнения Пуассона для рассматриваемой области с током плотностью J

д*А 1 ЗА А 5*А

---= (17)

др р ф р йг

при известных граничных условиях было найдено выражение для векторного потенциала А(р,2) магнитного поля, которое позволило получить формулы для приведенных проводимостей потоков рассеяния с поверхностей, ограничивающих обмоточное окно.

На основе анализа результатов исследований потокораспределения на большом количестве математических моделей,выполненных на электропроводной бумаге, физических моделей, натурных промышленных образцов электромагнитных шкивов, аналитического исследования распределения магнитного поля в обмоточной зоне, а также известного метода участков была разработана схема замещения для расчета магнитных систем шкив-ных сепараторов, отражающая картину замыкания условно выделенных локальных магнитных потоков (рис.3) с учетом магнитного сопротивления стали на всех участках магнитопровода.

В силу симметрии магнитной системы схема замещения составлялась в расчете на один полюс и ее общий вид приведен на рис.4. При этом все составные элементы магнитопровода разбиты на участки: сердечник с равномерно распределенной МДС Р- на 2р участков, полюсный диск - на три участка (см.рис.З), внешняя и внутренняя части полюсного наконечника - на ГП и К участков, соответственно; каждый участок, имеющий распределенный по длине магнитный поток, представлен Т-образной схемой замещения и поток подведен в середину участка. На рис.3 изображено разбиение магнитопровода на участки при при 2р = 4, ГП = к = 1.

На схеме приняты следующие обозначения: А!-^ - падения магнитного потенциала на участках сердечника; ДС!^ и ДЫ^, Д1-1"2 - падения магнитного потенциала на первом (прилегающем к сердечнику) и на втором и третьем участках (прилегающих к катушке) полюсного диска; ДЦ^ и Д11", - падения магнитного потенциала на участках соответственно внутренней и внешней частей полюсного наконечника;

Л,=2(Ла-А5), Л^гл,.

Л3 = 2(л0 + Ле) = 2(к0Л0 + Лс), Л4 = 2Л0 = 2(1 - к0)Л0.

л5 = 2Ат=2(1-кт)лт, л^гл^гкА;

к8| - приведенный коэффициент распределения проводимости Л5 для по-

тока Ф3 по участкам сердечника; кН| и Кн( - коэффициенты распределения проводимостей (потоков) по поверхностям соответственно внутренней и внешней частей полюсного наконечника.

*Р *

Рис. 3. Схема потокораспределения в электромагнитной системе шкивного сепаратора: 1 - сердечник; 2 - полюсный диск; 3 - внешняя часть полюсного наконечника 4 - внутренняя часть полюсного наконечника; 5 - намагничивающая катушка Значения проводимостей А0, Лт, Ас1, Лс, Ла, Л8 находятся из указанных выше выражений. Коэффициенты к0=Т(Х1,Хб) и 1(Х2) определены методом физического моделирования как отношения соответствующих потоков, Приведенный коэффициент распределения проводимости рассеяния по участкам определялся из выражения

= , (18)

где I - номер участка сердечника (счет ведется от полюсного диска); к^ -коэффициент распределения потока Ф5 по поверхности сердечника, опре-

Л.Ц

к

Пл.

"Я.

ли;,

(<нг Лл

-СИ-

-СП-

—сиз—

ДУнт

-----ихз

гнт

К<А$ -сз-

кнтЛл

4

дЦ

«2

^нгАз 4=3-

^н(Ы)Лз —{Ц>

Й

дии1

кккЛз ЧИЬ

Т Д^нскЧ) Лг

СИНТЕЗ-

о-

Фс< Р/г

р/2Р ДГ фс( 0

Рис. 4. Схема замещения магнитной системы электромагнитного шкива

деляемый с использованием выражения для векторного магнитного потенциала поля в обмоточной зоне как отношение потока, приходящего на поверхность i-го участка, к полному потоку на сердечник. Коэффициенты

kj, = 1/k, k>1/m . Включенные в схему замещения падения магнитного потенциала согласно методу участков определяются как произведения напряженности магнитного поля на различных участках магнитопровода на длину соответствующего участка (см.рис.3).

Для расчета магнитной цепи кривая намагничивания стали представляется в виде аппроксимирующей аналитической зависимости и весь расчет сводится к решению системы налинейных алгебраических уравнений, составляемых обычным способом по з.аконам Кирхгофа.

Применение для решения систем нелинейных уравнений, описывающих схемы замещения магнитных систем электрических аппаратов, известных численных методов, основанных на различных итерационных процессах, связано с рядом трудностей. Кроме того, определенные трудности при реализации этих методов сопряжены с представлением решаемой системы уравнений как некоторой функции в многомерном пространстве.

Предложена методика расчета электромагнитных систем электрических аппаратов по схемам замещения, составленным согласно методу участков, основанная на свертке системы нелинейных уравнений, описывающих схему замещения, к системе двух нелинейных уравнений G, ^(Ф^Ф;,) и G2 =1(Ф (представляющих собой уравнения,

записанные по второму закону Кирхгофа для невязок МДС и падений магнитного потенциала по независимым контурам) и геометрической интерпретации этих двух уравнений в виде пересекающихся поверхностей в трехмерном пространстве. Используя такую геометрическую интерпретацию и предполагая, что система уравнений, описывающая реальную магнитную систему, на всем множестве потоков-аргументов Ф.,, Ф2 имеет

один корень, был разработан метод поиска корней, названный методом квадросекций.

Алгоритм метода квадросекции содержит четыре этапа (сканирование, обработка данных, анализ данных, реконфигурация области поиска), и заключается в разбиении исследуемой области потоков-аргументов на четыре квадранта с последующим поиском и локализацией корня в одном из них с дальнейшим повторным использованием этого метода к выделенному квадранту и так далее до достижения необходимой точности, определяемой , величиной интервала по потокам-аргументам.

Указанный метод реализован на ПЭВМ класса PC/AT и, как показали

проведенные расчеты имеет следующие достоинства: процесс свертки прост (не сложнее составления самой системы уравнений по законам Кирхгофа); в двухмерном пространстве потоков-аргументов, благодаря визуализации с помощью следов, легко находится область корней, которая в дальнейшем для всех режимов нагрузки стали магнитопровода остается единой; процесс поиска решения быстро сходится; возможно достичь любую необходимую точность решения, т.е. применение метода не вносит дополнительной по- . грешности в расчет магнитной системы и точность расчета определяется лишь точностью определения элементов схемы замещения.

Погрешности расчета методом квадросекций потокораспредпения по разработанной схеме замещения и при определении магнитных проводимо-стей п° полученным кривым (или формулам) не превышают 10% в любом режиме магнитной нагрузки стали, что вполне приемлемо для инженерных расчетов. При умеренных значениях индукции в стали магнитопровода (В <1,5 Тл), что чаще всего имеет место на практике, для расчета магнитных систем рассматриваемого класса с погрешностью не более 10% предложена упрощенная схема замещения (без учета магнитного сопротивления стали полюсных наконечников).

Наибольшие погрешности расчета значений напряженности магнитного поля Н и Н дгасЖ по полученным кривым (или аналитическим выражениям) с использованием значений разности магнитных потенциалов, вычисленных на основе разработанной схемы замещения, не превышают соответственно 10% и 15% и являются вполне приемлемыми для инженерных расчетов, а сама методика расчета дает возможность проводить проектные расчеты электромагнитных шкивов.

В пятой главе рассматривается проектирование электромагнитных систем шкивных сепараторов. На основе соотношений для необходимой ' силы извлечения шкивных магнитных сепараторов получено аналитическое выражение, позволяющее рассчитывать исходный параметр на проектирование оптимальных аппаратов по данным условий эксплуатации:

(Нодгас1Н0)нт = кн[Трфд/(ц0хТ) , (19)

где кнт= Рмн/(тд) - максимальное для всех извлекаемых тел отношение, показывающее во сколько раз необходимая сила извлечения, рассчитанная по формуле (12), больше веса извлекаемого тела массой ГП, плотность ферромагнитного материала которого равна Рф.

Сформулирована задача синтеза электромагнитных шкивов, заклю-

чающаяся в совместном рассмотрении распределения магнитного потока в стали • магнитопровода и тепловыделения В намагничивающей обмотке, дающих необходимые уравнения для связи искомых параметров электромагнитной системы шкива, которая ввиду своей многовариантности требует дополнения решением оптимизационной задачи выбора наилучшего варианта решения по некоторому критерию.

В соответствии с предыдущими результатами исследования магнитного поля электромагнитных шкивов и рассмотрения влияния межкатушечного зазора на его распределение в рабочей зоне получено и обосновано уравнение магнитной цепи. Показано, что его решение может быть найдено методом итераций при задании начального значения аргумента (высота обмоточного окна) произвольным из диапазона, определяемого геометрическими соотношениями между размерами шкива.

В результате анализа обеих частей сформулированного уравнения теплового баланса для установившегося режима нагрева электромагнитного шкива определены функциональные зависимости выделяющейся и отводимой мощностей от геометрических, электрических и других параметров. При этом на основе обобщения данных тепловых испытаний промышленных электромагнитных шкивов различных типоразмеров и климатических исполнений получены аппроксимирующие аналитические выражения для расчета удельной мощности рассеяния обмоток этих аппаратов. Найденное уравнение теплового баланса преобразовано к виду, удобному для определения одного из геометрических параметров проектируемого электромагнитного шкива.

Из рассмотрения особенностей конструкций и технологии изготовления электромагнитных шкивов показано, что двумя размерами, которые наиболее удобно задавать произвольно при решении задачи синтеза, являются ширина полюсов и межполюсный зазор 5. Два оставшихся неизвестных размера - ширина Ь и высота 3 обмоточного окна находятся из совместного решения уравнений магнитной цепи (методом итераций) и теплового баланса (методом половинного деления). Разработан алгоритм поиска этого решения, составляющего основу решения задачи синтеза электромагнитной системы шкивного сепаратора.

Согласно существующим рекомендациям по учету производственных факторов в качестве основных критериев оптимизации электромагнитных шкивов были приняты масса (Реи- ^е) И стоимость (ССи, Сре) активных материалов, электрическая мощность Рэ и экономический эффект Эг. Показано, что наиболее приемлемым методом решения задачи выбора наилучшего варианта по каждому из этих критериев (характеризующейся

как нестрогая олнокритериальная оптимизационная задача) с учетом двух-мерности функций цели, неизвестности свойств функций цели и ограничений, а также необходимости находить решение сразу для нескольких функций цели, является метод последовательного перебора. При этом область допустимых значений аргументов перебора (Zn 5) определена как область существования решения задачи синтеза.

Разработана методика многокритериальной оптимизации электромагнитных шкивов, позволяющая осуществлять поиск их рациональных параметров независимо от количества и свойств критериев оптимизации и являющаяся более удобной для рассматриваемых аппаратов по сравнению с традиционными методиками, которые могут приводить к неоднозначному решению. В результате реализции в программе для ЭВМ разработанного алгоритма и решения с ее помощью сформулированных задач по проектированию новых и модернизации серийных электромагнитных шкивов установлено, что оптимизацию достаточно проводить по двум критериям, характеризующим массу активных материалов; получены соотношения геометрических параметров оптимальных шкивов всех типоразмеров.

Для расчетных электромагнитных шкивов типоразмеров 65-63 и 100-80 это позволило уменьшить массу стали магнитопровода соответственно на 20% и 15% по сравнению с серийными шкивами при неизменном из. влекающем усилии. Поскольку, при этом для расчетных шкивов типоразмеров 65-63 и 100-80 масса намагничивающей обмотки также уменьшена по сравнению с серийными шкивами (на 10 и 19,5% соответственно у типоразмеров 65-63 и 100-80), то для указанных типоразмеров имеется возможность увеличения их эффективности без превышения показателей массы серийных шкивов при исходном параметре, определяемом по необходимой силе извлечения.

При оптимизации с исходным параметром, определяемым по данным серийного шкива, для типоразмера 140-100 серийные и оптимальные (по критерию РСи) шкивы имеют значения PFa и РСи мало отличающиеся друг от друга. Однако для расчетных шкивов в этом случае получено мекь-, ; шее значение Р3 (на 5%), что достигнуто выбором оптимального значения Z равного стандартной габаритной ширине шкива Zr. Это же значение оптимальной ширины полюсов имеет место для типоразмера 140-100 и при -.г, оптимизации с исходным параметром, определяемым необходимой силой -. : извлечения. Для шкивов типоразмеров 65-63 и 100-80 величина Z = Zr . также является оптимальной (по критерию Рси) В результате для.оп*. тимальных (по критерию Р<;и) шкивов всех типоразмеров ширина полюсов

равна нормируемой ширине шкива, что позволяет снизить себестоимость производства шкивов в результате отказа от выполнения ободьев из дорогостоящей нержавеющей стали.

Даны рекомендации по модернизации серийных шкивов путем увеличения зазора и замены немагнитных ободъев на ферромагнитные. Экспериментальная проверка распределения магнитного поля в соответствующих моделях и промышленном образце подтвердила эффективность этих рекомендаций, использование которых для шкива типа Ш65-63 обеспечило повышение извлекающего усилия на 12%.

В шестой главе проводится исследование усовершенствованных конструкций электромагнитных шкивов.

На основе аналитического исследования пондеромоторной силы и численного анализа проведена оценка эффективности применения вертикальных секторных пластин-шунтов [46] в рабочей зоне магнитного шкива. С учетом качественной идентичности картин плоскомеридианного и плоскопараллельного полей при одинаковых граничных условиях, относительное усиление магнитного поля шкива с шунтами было найдено с использованием в качестве математической модели рабочей зоны такого шкива плоскопараллельной системы (рис.5,а), соответствующей шкиву с бесконечно большим диаметром. В результате, после конформного преобразо--вания плоскопараллельной модели шкива с шунтом (рис.5), для модуля удельной силы в рабочем межполюсном пространстве шкива было получено

=м^К^'К^^Т^/И»--IЬ)2)) -

х [я2 - (За++2аЬ|, <2о)

где ио - разность потенциалов между полюсами; 3, Ь - параметры преобразования, определяемые трансцендентными соотношениями, получаемыми из соответствия точек отображаемых областей. При этом вывод формулы

. (20) основывается на записи (5) силы fo непосредственно через функцию конформного преобразования, полученной в гл.2 с учетом свойств гармонических функций.

Численное решение полученных трансцендентных уравнений преобра-, зования с применением ЭВМ позволило получить графические и аналитические зависимости для расчета оптимальной высоты рассматриваемых шунтов (по критерию максимума силы на заданном растоянии от поверх-

ности полюсов шкива посередине межполюсного зазора) и показало, что на глубинах извлечения у > 0,22, где обеспечение надежности извлечения у обычных аппаратов наиболее затруднено, применение таких шунтов позволяет повысить извлекающее усилие более, чем на 10%.

1 и ©

б *А Ъ *с

0 а й \

Рис.5. Математическая модель магнитного шкива

с вертикальными ферромагнитными шунтами: а - рассчитываемая область; б - ее конформное отображение на верхнюю полуплоскость

Экспериментальные исследования, выполненные на физических моделях и опытно-промышленных образцах шкивных электромагнитных желе-зоотделителей с вертикальными секторными пластинами-шунтами различной высоты, подтверждают приемлемость применяемых расчетов пондеро-моторной силы и методики опреледения оптимальной высоты ферромагнитных шунтов в рабочей зоне и позволили установить наличие у сепараторов такой конструкции тангенциальных электромагнитных сил на поверхности полюсов, исключающих возможность попадания ферромагнитных тел под ленту конвейера в рабочей зоне, что увеличивает эксплуатационную надежность и срок службы аппарата и ленты."

В соответствии с изложенной в гл.4 методикой, на основе анализа ис-

|

следовании потокораспределения на математических моделях на электропроводной бумаге, физических моделей и натурных промышленных образцов, предложен метод расчета магнитных систем электромагнитных шкивов с ферромагнитными секторами-шунтами в рабочей зоне.

На основе рассмотрения сил, действующих на ферромагнитное тело при разгрузке шкивных сепараторов (рис.6), выведено соотношение, которое должно быть удовлетворено для надежной разгрузки извлеченных тел:

Ртр^Рмг=Рмсозар. (21)

Из решения этого соотношения установлено существование зоны возврата, попадая в которую ферромагнитное тело возвращается к шкиву не разгружаясь, а также получены аналитические выражения для определения длины указанной зоны в шкивах подвесного и встроенного исполнений.

Для уменьшения (ликвидации) зоны возврата предложено устанавливать под сбегающей со шкива ветвью конвейера ферромагнитную пластину-шунт [49,51-54]. Анализ намагничивания этого шунта в магнитном поле шкива показал, что для уменьшения возвращающей силы магнитного поля шкива или увеличения силы трения между разгружаемым телом и лентой конвейера ферромагнитный шунт может изготавливаться соответственно сплошным трапецевидным или трапецевидным с симметричным вырезом (большим основанием трапеции к шкиву).

В результате решения уравнения движения разгружаемого ферромагнитного тела найдено выражение для определения длины шунтов в же-лезоотделителях различных типоразмеров.

Качественное решение задачи о влиянии шунта той или иной формы на магнитное поле шкива позволило установить обусловленность выбора оптимальной ширины шунта необходимостью охвата области с максимальной напряженностью магнитного поля шкива (между серединами полюсов), что подтверждено экспериментально на физических моделях. При этом аналитически обоснована возможность уменьшения ширины шунтов по длине, позволяющая уменьшить расход металла на их изготовление.

На основе экспериментальных исследований подтверждена эффективность шунтирования зоны разгрузки шкивных сепараторов ферромагнитными- шунтами предлагаемой конструкции. Установлено, что эффективность применения шунтов различной формы зависит от преимущественной формы разгружаемых тел: для плоских тел наиболее эффективны шунты с вырезом, для цилиндрических тел - сплошные шунты.

Итоговые выводы и основные результаты. В диссертационной

а

Рис. 6. Схема сил, действующих на извлеченное тело в зоне разгрузка шкива, при подвесном (а) и встроенном (б) исполнениях: 1 - возможное место расположения секторных шунтов; 2 - возможное место расположения трапецивйдного шунта

работе на основе выполненных исследований изложено научно обоснованное техническое решение важной проблемы создания высокоэффективных и экономичных шкивных магнитных сепараторов на основе развития и обобщения методологии их проектирования-.

Основные выводы и результаты, вытекающие из научного исследования, заключаются в следующем:

1. При проектировании магнитных сепараторов решаются следующие задачи, определяющие основные пути совершенствования их конструкций: улучшение извлекающей способности в рабочей зоне, интенсификация охлаждения обмоток и уменьшение энергопотребления, улучшение технологических условий сепарации, повышение надежности разгрузки извлеченных тел. Предложено 35 защищенных авторскими свидетельствами конструктивных решения, соответствующих указанным направлениям.

Важнейшим, независящим от конструкции сепаратора, направлением повышения его технико-экономических показателей является оптимальное проектирование принятой за основу конструкции шкива двухполюсной открытой осесимметричной магнитной системы, включающее решение следующих задач: расчет распределения магнитного поля в рабочей зоне, определение силового воздействия поля на намагничивающееся тело, расчет динамики извлекаемого тела в процессе сепарации, синтез магнитной системы шкивного сепаратора и выбор ее оптимальных по принятому критерию параметров, расчет перемещения извлеченных тел в зоне разгрузки.

2. На основе рассмотрения расчетных выражений удельной силы магнитного поля, соответствующих различным моделям намагниченного вещества, показана их интегральная эквивалентность и теоретически подтверждена практическая применимость градиентной формулы для удельной пондеромоторной силы магнитного поля при определении суммарного силового воздействия этого поля на магнетиц в нем.

Для инженерных расчетов суммарной силы извлечения, развиваемой магнитным шкивом, даны формулы удельной приведенной силы; путем аналитических преобразований получено выражение для определения удельной пондеромоторной силы магнитного поля непосредственно через параметры конформного преобразования, при использовании этого метода для расчета напряженности поля.

3. Исходя из условий обеспечения попадания извлекаемого тела на поверхность шкива в пределах его рабочей зоны разработана методика определения необходимой силы извлечения магнитными шкивами, основанная ,на получении в результате решения системы уравнений для скоростей переносного и относительного движений по угловой и радиальной координатам уравнения траектории извлечения для подвесного и встроенного ис-

полнении шкивных сепараторов и учитывающая все основные исходные параметры процесса сухой сепарации (скорость транспортера, радиус шкива, толщину слоя, параметры сепарируемого материала и извлекаемых тел), а также влияние стохастического взаимодействия частиц сыпучего материала и ферромагнитного тела.

4. Путем физического моделирования получены зависимости, позволяющие рассчитывать магнитные проводимости, распределение напряженности магнитного поля П и значении Н дгас!Н в межполюсном пространстве открытых осесимметричных магнитных сидтем в зависимости от геометрических параметров полюсов (критериев геометрического подобия) с достаточной для инженерных расчетов точностью. . ■ <

Предложена методика расчета магнитного поля в рабочей зоне шкивных сепараторов на постоянных магнитах с использованием метода магнитных модулей и принципа суперпозиции. '

5. На основе анализа результатов исследований потокораспределения в открытых осесимметричных магнитных системах (физических моделей и промышленных образцов электромагнитных шкивов), решения уравнения Пуассона для плоскомеридианного поля внутри области, занятой намагничивающей катушкой, и метода участков разработана обобщенная схема замещения для расчета магнитных систем рассматриваемого класса с учетом магнитнс-о сопротивления стали на всех участках магнитопровода.

6. Предложен и разработан метод расчета магнитных систем электрических аппаратов по схемам замещения, составленным согласно методу участков, основанный на свертке системы нелинейных уравнений, описывающих схему замещения, к системе двух нелинейных уравнений и геометрической интерпретации этих уравнений в виде пересекающихся в трехмерном пространстве поверхностей. Метод позволяет с любой точностью и достаточно просто найти корни систем нелинейных уравнений,' сводимых к двум уравнениям.

7. Исходя из конструктивных и технологических взаимосвязей геометрических параметров электромагнитных шкивов, а также соотношений, устанавливаемых между их размерами совместным решением полученных и обоснованных в работе уравнений магнитной цепи и теплового баланса, установлено, что задача синтеза сводится к двухпараметрической. Разработан алгоритм поиска указанного решения, составляющего основу решения, задачи синтеза электромагнитной системы шкивного сепаратора.

8. Разработана методика многокритериальной оптимизации электромагнитных шкивов, позволяющая производить поиск их рациональных параметров по необходимой силе извлечения с учетом реальных условий независимо от количества и свойств критериев оптимизации. В результате

)

ее реализации в программе для ЭВМ и проведенных расчетов получены соотношения геометрических параметров оптимальных шкивов всех типоразмеров, даны рекомендации по модернизации серийных шкивов с целью повышения их извлекающих усилий. При этом расчетные шкивы типоразмеров 65-63 и 100-80 имеют уменьшенные по сравнению с серийными соответственно на 20 и 15% массу стали магнитопровода и на 10 и 19,5% массу намагничивающей обмотки, а шкивы типоразмера 140-100 - на 5% мощность и массу намагничивающей обмотки. Реализация рекомендаций по модернизации на промышленном образце шкива типа Ш65-63 обеспечила повышение извлекающего усилия на 12% и таким образом позволила достичь уровня силы, достаточной для использования этих шкивов при сепарации горелой формовочной смеси.

9. На основании аналитических расчетов, экпериментальных исследований физических моделей и промышленных образцов магнитных шкивов с предложенными вертикальными секторными ферромагнитными пластинами - шунтами в рабочей зоне установлено, что применение указанных шунтов повышает извлекающее усилие на предельных глубинах извлечения более, чем на 10%, а также повышает эксплуатационную надежность аппарата за счет исключения попадания ферромагнитных тел под ленту транспортера. Получены зависимости для выбора оптимальной высоты шунтов, предложен метод расчета магнитных систем электромагнитных шкивов с вертикальными ферромагнитными секторами - шунтами в рабочей зоне.

10. В результате рассмотрения сил, действующих на ферромагнитное тело в зоне разгрузки шкивного сепаратора, установлено существование и определена длина зоны, попадая в которую тело возвращается к шкиву не разгружаясь. Установлена аналитически и подтверждена экспериментально эффективность применения для уменьшения (ликвидации) зоны возврата предложенного ферромагнитного трапецивидного шунта-пластины. Получены соотношения, позволяющие выбрать оптимальную геометрию пластины-шунта, и даны рекомендации по применению шунтов различных форм.

11. Теоретические и прикладные результаты диссертационной работы использованы при разработке усовершенствованных шкивных магнитных сепараторов и внедрении их на предприятиях Украины и России, а также в институте "Гипромашуглеобогащение" и Восточноукраинском государственном университете.

Положения диссертации отражены в следующих основных публикациях:

1. Загирняк М.В. Электромагнитные расчеты. - К.: ИСИО, 1995.-. 204 с.

2. Загирняк М.В. Электрические машины. - К.: ИСИО, 1993. - 176 е.

3. Загирняк М.В. Зарубежные конструкции магнитных железоотдели-телей: Обзор. - Ai.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1988. - 36 с. - (Горн, оборуд. Сер.2, вып.4).

4. Загирняк М.В. Устройства для магнитной очие ,, • и регенерации смазочно-охлаждающих жидкостей. - М.: ВНИИТЭМР, 1991. - 24 с. - (Машиностроительное пр-во. Сер. Технология и оборудование обработки металлов резанием. Вып. 6.).

5. Загирняк М.В., Усатюк В.М. Магнитное оборудование для сепарации шлаков и вторичных металлов. - М.: Ин-т "Черметинформация", 1991. -34 с. - (Сер. Обогащение руд. Вып.6).

6. Загирняк М.В., Житомирский М Л. Технологические приспособления и грузоподъемные средства на основе магнитов.- М.: ВНИИТЭМР, 1992.- 40 ^(Машиностроительное пр-во. Инструментальное, технологическое и метрологическое оснащение металлообрабатывающего пр-ва. Вып. 1).

7. Загирняк М.В., Кузнецов Н.И., Бухтияров И.Ю. Магнитные валковые сепараторы. - М.: Ин-т "Черметинформация", 1992. - 30 с. - (Сер. Обогащение руд. Вып. 1-2).

8. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Расчет магнитного поля а обмоточной зоне П-образного электромагнита / / Электричество. - 1980. - №6. - С. 66-68.

9. Загирняк М.В. Расчет магнитных систем электромагнитных шкив-ных сепараторов / / Электричество. - 1993. - №9. - С. 45-52.

10. Zagirnyak M.V., Nasar S.A. Fields and permeances of flat rectangular and cylindrical DC electromagnetic structures / / IEEE Transactions on Magnetics. - 1985. - Vol. 21, №2. - P. 1193-1197.

11. Forces in Pulley Type Electromagnetic Separators / M.V. Zagirnyak,. R.M.Pai, S.A.Nasar, Y.A.Branspiz / / IEEE Transactions on Magnetics - 1986.

- Vol. 22, №1. - P. 63-67.

12. Zagirnyak M.V., Nasar S.A. Analisis of Magnetic Systems of Electromagnetic Pulley Separators / / IEEE Transactions on Magnetics. - 1989. -Vol. 25, №3. - P. 2720-2725.

13. Карташян B.O., Загирняк М.В. Расчет открытых магнитных систем шкивных и барабанных электромагнитных железоотделителей // Электротехника. - 1976. - №9. - С. 59-60. /

14. Загирняк М.В., Усатюк В.М. Анализ результатов тепловых испытаний и расчет намагничивающих катушек электромагнитных сепараторов

;//Электротехника. - 1994. - №1.- С. 54-58.

' 15. Усовершенствование теслоамперметра Ф4354/1 для исследования постоянных магнитных полей / В О.Карташян, А.П.Нестеренко, Е.В.Быч-; ков, М.В.Загирняк. / / Приборы и техника эксперимента. - 1976. - №1. -

С. 239-240.

16. Карташян В.О., Загирняк М.В. Исследование и расчет магнитных проводдмостей открытых осесиыметричных магнитных сист м электромагнитных шкивов // Изв.вузов. Электромеханика.- 1977.- №7.-С.765-770.

17. Карташян В.О., Загирняк М.В., Калмыков А.Н. Расчет магнитных систем электромагнитных шкивов с ферромагнитными шунтами / / Изв. вузов. Электромеханика. - 1981. - №6. - С. 668-673.

18. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Определение пондеромоторной магнитной силы при расчете поля методом конформного преобразования / / Изв.вузов. Электромеханика. - 1984. - №2. - С. 10-14.

19. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Расчет магнитного поля в обмоточном окне осесимметричного электромагнита / / Изв.вузов. Электромеханика. - 1986. - №7. - С. 19-28.

20. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Оценка общих способов определения' объемной плотности и результирующей силы взаимодействия малого ферромагнитного тела с полем электромагнита сепаратора // Изв.вузов. Электромеханика. - 1987. - №11. - С. 134-136.

21. Загирняк М.В. Анализ результатов тепловых испытаний и расчет намагничивающих катушек электромагнитных шкивов / / Изв. вузов. Электромеханика. - 1991. - №3, - С. 105-109.

22. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. К расчету объемных электромагнит-' ных сил в магнитно-нелинейных телах // Изв. вузов. Электромеханика.-1991,-№8-С. 102-103.

23. Загирняк М.В., Усаткж В.М. Алгоритм численного расчета схем замещения магнитных цепей / / Изв.вузов. Электромеханика. - 1991. - №9. -С. 55-57.

24. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Приближенная формула напряженности магнитного поля над серединой зазора двухполюсого магнитного железоотделителя // Изв. вузов. Электромеханика. - 1992.- №3,- С. 62-65.

25. Загирняк М.В., Бухтияров И.Ю., Кузнецов E.H. Расчет магнитных систем валковых сепараторов // Изв.вузов. Электромеханика. - 1993. -№5. - С. 84-93.

26. Загирняк М.В., Пашков Я.Ю. Анализ точности формул магнитных проводимостей, полученных на основе метода Ротерса, применительно к осесимметричным электромагнитным системам / / Изв.вузов. Электромеханика. - 1994. - №3. - С. 80-86. '

27. Загирняк М.В., Усатюк В.М. Метод численного расчета магнитных , систем электрических аппаратов по схемам замещения / /. Изв.вузов.

Электромеханика. - 1994. - №4-5. - С. 4S-59.

28. Расчет проводимости рабочей зоны многополюсных систем /

В.О.Карташян, М.В.Загирняк и др. // Изв. вузов. Приборостроение. -1980. -№11,- С. 26-29.

29. Уточненные схемы замещения для расчета открытых П-образных и Ш-образных магнитных систем магнитно-сепарирующих устройств / В.О.Карташян, М.В.Загирняк, Е.В.Бычков, А.П.Нестеренко. // Изв.вузов. Горный журнал. - 1978. - №2. - С. 137-143.

30. Расчет пондеромоторных сил железоотделителей с ферромагнитными шунтами / В.О.Карташян, М.В.Загирняк, Ю.А.Бранспиз, Н.Г.Воробьев // Изв.вузов. Горный журнал. - 1981. - №7. - С. 117-121.

31. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Расчет необходимой силы при сепарации электромагнитными шкивами / / Изв.вузов. Горный журнал. - 1988. -№1.-С. 94-99. л

32. Подвесной электромагнитный железоотделитель с автоматической разгрузкой / В.О.Карташян, М.В.Загирняк и др. // Кокс и химия. - 1978.

- №1. - С.45-46. ^

33. Карташян В.О., Загирняк М.В., Чаплиев В.И. Электромагнитный шкив с ферромагнитными шунтами для железоотделитей // Черная металлургия: Бюл.науч.-техн.информ. - 1976. - №22. - С. 44-45.

34. Математическое моделирование и расчет потокораспределения в открытых осесимметричных магнитных системах электромагнитных шкивов / В.О.Карташян, М.В.Загирняк, Ю.А.Бранспиз, А.Н.Калмыков / / Решение краевых задач средствами математического моделирования: Сб.науч.тр.

- К.: Ин-т математики АН УССР. - 1979. - С. 86-94.

35. Zagirnyak M.V., Usatyuk V.M. Method of magnetic systems numerical calculation by equivalent circuit // Proceedings of XIH-th Symposium "Electromagnetic phenomena in nonlinear circuits". - Poznan, 1994.-P. 101-106.

36. Карташян B.O., Загирняк M.B. К расчету электромагнитных устройств с открытыми осесимметричными системами // Конструирование и-пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1977. - Вып. 9. - С. 105-109.

37. Карташян В.О. Загирняк М.В., Чаплиев В.И. К расчету электромагнитного транспортирующего устройства железоотделителя / / Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1978. - Вып. 10. - С. 100-104.

38. К расчету транспортирующей и извлекающей способности многопо- ■ люсных магнитных систем / В.О.Карташян, М.В.Загирняк и др. // Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1980. - Вып.12. - С. 53-57.

39. Исследование усовершенствованных электромагнитных шкивов / В.О. Карташян, М.В. Загирняк, В.И. Чаплиев, и др. // Конструирование и

¡

пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1980. - Вып. 12. - С. 120-124.

40. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А., Бычков Е.В. Расчет потоков в обмоточном окне тягового П-образного электромагнита // Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1983. - Вып. 15. -С. 78-83.

41. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А., Курцевой Ю.Н. Расчет извлекающих сил электромагнитных шкивов с ферромагнитными шунтами / / Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. -Харьков: Вища шк., 1985. - Вып.17. - С. 32-36.

42. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Совершенствование разгрузки электромагнитных шкивных железоотделителей / / Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Вища шк., 1988. -Вып.20. - С. 20-26.

43. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. К расчету разгрузочных барабанов горизонтальных ленточных транспортеров / / Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - Харьков: Основа, 1993. - Вып. 22 - С. 129-135.

44. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А., Усатюк В.М. Исследование электромагнитных подвесных железоотделителей с арочными полюсами // Конструирование и пр-во трансп. машин: Респ.межвед.науч.-техн.сб. - К.: ИСИО, 1994. - Вып.24. - С. 47-55.

45. Карташян В.О., Загирняк М.В. Исследование и разработка электромагнитного железоотделителя для извлечения ферромагнитных металлических включений из отходов металлургического производства / / Реферативная информация о законченных научно-исследовательских работах в вузах УССР. - Киев: Вища шк., 1976. - Вып.9. - С. 26-27.

46. A.c. 411904 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Электромагнитный шкив / ß.О.Карташян, Н.С.Гальченко, М.В.Загирняк и др. (СССР). - 2 е.: ил.

47. A.c. 848061 СССР, МКИ В 03 С 1 /00. Способ разделения материалов / М.В.Загирняк, Б.И.Невзлин (СССР). - 2 е.: ил.

48. A.c. 1039569 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Шкив электромагнитного сепаратора / М.В.Загирняк, Б.И.Невзлин (СССР). - 3 е.: ил.

49. A.c. 1115805 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Электромагнитный шкив-рой железоотделитель / В.О.Карташян, М.В.Загирняк, Б.И.Невзлин и др. (СССР). - 4 е.: ил.

50. A.c. 1424868 СССР, МКИ В 03 С 1/00. Способ магнитной сепарации сыпучих материалов / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 4 е.: ил.

51. A.c. 1493316 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Электромагнитный шкив-ной железоотделитель/ М.В.Загирняк и др.(СССР). - 4 е.: ил.

52. А.с. 1643091 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Электромагнитный шкив-ной железоотделитель / В.М.Усатюк, М.В.Загирняк, Б.И.Невзлин (СССР). - 3 е.: ил.

53. А.с. 1651967 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Шкивной железоотделитель / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 4 е.: ил.

54. А.с. 1692653 СССР, МКИ В 03 С 1/16. Электромагнитный шкивной железоотделитель / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 4 е.: ил.

55. А.с. 1695403 СССР, МКИ Н 01 F 3/00. Обмотка электромагнита / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 3 е.: ил.

56. А.с. 1700606 СССР, МКИ Н 01 F 7/06. Обмотка электромагнита / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 3 е.: ил.

57. А.с. 1728894 СССР, МКИ Н 01 F 27/28. Обмотка электромагнита / М.В.Загирняк и др. (СССР). - 3 е.: ил.

58. А.с. 1786727 СССР, МКИ В 03 С 1/10. Электромагнитный шкив железоотделителя / М.В.Загирняк и др.(СССР). - 3 е.: ил.

59. Электромагнитный шкив железоотделителя. Положительное решение ГНТЭИ СССР от 19.12.90 по заявке № 4856189/03 от 07.06.90 / М.В.Загирняк и др.

60. Электромагнитный шкив железоотделителя. Положительное решение ГНТЭИ СССР от 19.12.90 по заявке № 4840492/03 от 18.06.90 /

• М.В.Загирняк и др. .

61. Электромагнитный шкив железоотделителя. Положительное решение ГНТЭИ СССР от 26.03.91 по заявке № 4849060/03 от 08.05.90 / М.В.Загирняк и др.

62. Zagirnyak M.V., Branspiz' Yu.A. Refirement of stohastic model of gravitional Coal preparation based on Einstein-Fokker-Plunk equation / / New trends in coal preparation technologies and equipment: Preprints of the XII-th> International Coal Preparation Congress. - Cracow, 1994. - P. 231-241.

63. Zagirnyak M.V., Branspiz Yu.A. Creation of highly-effective electromagnetic separators for coal belt conveyers // New trends in coal preparation technologies and equipment: Preprints of the XH-th International Coal Preparation Congress. - Cracow, 1994. - P.713-721.

64. Загирняк M.B. Определение условий применимости уравнения Эйнштейна-Фоккера-Планка к описанию процессов разделения сыпучих материалов / / Луганский машиностр. ин-т. - Луганск, 1990. - Деп. в УкрНИИНТИ 11.12.90. - №2024-Ук90. - 26с.

65. Загирняк М.В., Бранспиз Ю.А. Создание высокоэффективных электромагнитных . шкиных сепараторов длй ленточных конвейеров // Восточноукр.'гос. ун-т. - Луганск, 1994. - Деп. в ГНТБ Украины 28.08.94. -№ 1730-Ук94. - 9 с.

66. Zagirnyak M.V., Branspiz Yu.A. Application of magnetic modulus for magnetic fields calculation of the electromagnetic systems // Matherialy IV Sympozjurn Srodowiskowe "Zastosowania Electromagnetyzmu w Nowoczes-nych Technikach i Technologiach". - Lancut, 1994. - P. 21-22.

Личный вклад. Основные результаты диссертации получены лично автором. Из всех публикаций 11 основных выполнены лично диссертантом, а в публикациях [5-8,10-12,14,18-20,22-27,31,35,40-44,62,63,65,6G| с соавторами (аспирантами, соискателями, стажерами), которые работали или работают под научным рукодством автора, ему принадлежат постановка задач, разработка физических и расчетных моделей, постановка эксперимента, обобщение (систематизация), анализ результатов и формулировка выводов; в работах 113,16,17,30,33,34,36,39,45] - физическое моделирование, расчеты, экспериментальные исследования, обощение результатов, написание; в работах [15,28,29,32,37,38] - участие в разработке математических моделей, расчетах, экспериментах, анализе результатов и написании (авторские права разделены поравну); в работе [46] - главный отличительный признак; в работах 147-61] - идея изобретения и отличительные признаки.

ANNOTATION -

iginyak M.V. Pulley magnetic separators (theory, calculation, improvement), le thesis for a Doctorate competition in Engineering on the speciality .09.06 - electrical apparatus, Kharkov State Politechnical University, larkov, 1996.

6 scientific works and 35 autor's certificates are defended. They include the oblem solution of the development and generalization of the pulley magnetic parator design methodology by means of specification and development of a theory and calculation methods of their main parameters and characte-tics. There proposed some improvement of the existing pulley separators and ere developed new design of highly effective and economical ones. Their lustrial introduction is realized. The information on effectiveness of apparatus reduction in the process of operation is given.

АННОТАЦИЯ гирняк M.B. Шкивные магнитные сепараторы (теория, расчет, усо-ршенствование).

гссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по ециальности 05.09.06 - электрические аппараты, Харьковский государ-зекный политехнический университет, Харьков, 1996. щищается 106 научных работ и 35 авторских свидетельств, которые со-ржат решение задачи развития н обобщения методологии проектировки шкивных магнитных сепараторов путем уточнения и разработки эрии и методов расчета их главных параметров и характеристик, «дложены усовершенствования существующих и разработаны новые нструкцни высокоэффективных и экономичных шкивных магнитных се-раторов. Осуществлено их промышленное внедрение. Приводятся данные эффективности внедренных аппаратов в процессе эксплуатации.

Ключов! слова:

К1ВНИЙ МАГН1ТНИЙ СЕПАРАТОР, РОЗРАХУНКИ МАГНГГНИХ ПО-В I ЛАНЦЮГ1В,. ВИТЯГУЮЧА СИЛА, ОПТИМАЛЬНЕ ПРОЕКТУВАННЯ.

Подп. в печать 28.03.96 г. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 2,0

Тираж 70 экз. Заказ 178

ВУГУ, 348034, Луганск, кв.Молодежный, 20 А