Линейный электромагнитный привод для энергосберегающих электротехнологий (проблемы и реализация)

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10995/36371

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Title:	Линейный электромагнитный привод для энергосберегающих электротехнологий (проблемы и реализация)
Authors:	Мошкин, В. И. Угаров, Г. Г.
Issue Date:	2014
Publisher:	Уральский федеральный университет
Citation:	Мошкин В. И. Линейный электромагнитный привод для энергосберегающих электротехнологий (проблемы и реализация) / В. И. Мошкин, Г. Г. Угаров // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014 : сборник научных трудов. — Екатеринбург : [УрФУ], 2014. — С. 201-206.
Abstract:	Рассмотрены вопросы исследования линейных электромагнитных приводов для импульсных технологий. Выявлен ряд новых требований к отдельным классам импульсных машин. Обоснована приоритетная роль импульсных линейных электромагнитных двигателей в составе привода для реализации энергосберегающих электротехнологий.
Keywords:	СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА ИМПУЛЬСНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НАПЛАВОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ БЕЗОТХОДНОЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
URI:	http://hdl.handle.net/10995/36371
Conference name:	3-я Международная конференция «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014»
Conference date:	17.03.2014-20.03.2014
ISBN:	978-5-8295-0263-8
Origin:	Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014. — Екатеринбург, 2014.
Appears in Collections:	Конференции, семинары, сборники

What does an actuators do? They read a signal then actuate

Что такое приводПневматические приводыГидравлические приводыПоворотные приводыЭлектрические линейные приводы

Привод — это устройство, которое требует ввода источника энергии, обычно электрической энергии, ввода внешнего сигнала в той или иной форме, чтобы сообщить приводу, что делать, и затем устройство срабатывает. Выходные данные в виде движения могут быть вращательными или линейными и используются для достижения желаемого результата в системе.

Термин «Привод» происходит от акта Приведения в действие чего-либо, другими словами, «Приведение в действие» означает приведение в действие чего-либо. Итак, чтобы упростить выражение того, что он делает, исполнительный механизм считывает сигнал, а затем он срабатывает или работает. Приводы обычно являются частью общей системы, машины или устройства. Это компонент машины, который что-то делает, заставляя ее двигаться.

Для работы привода требуется входной источник энергии, обычно электрическая энергия. Также требуется ввод внешнего сигнала в той или иной форме, чтобы сообщить приводу, что делать, а затем устройство сработает. Выходные данные обычно имеют форму движения, которое может быть вращательным или линейным, которое используется для достижения желаемого результата в системе.

История приводов

Приводы существуют уже более 100 лет, и их название произошло от того, что они делают, они что-то приводят в действие. То есть они перемещают что-либо, открывая или закрывая, толкая или вытягивая, поднимая или опуская и т. Д. Наиболее распространенным типом привода, который вы используете каждый день, является соленоидный привод для запирания и отпирания двери вашей машины или электрический линейный привод используется для открытия и закрытия багажника в автомобиле. Это очень распространенный тип электромеханических приводов, которые широко используются в нашей повседневной жизни. До того, как было создано электричество, они все еще производились, но контролировались человеком, например, дверная защелка.

Где используются актуаторы?

В современном автомобиле используется более 50 приводов, и в автомобилях, вероятно, больше всего приводов, которые мы использовали бы в повседневной жизни. Автомобиль использует их в топливных форсунках, клапанах подачи и управления топливом, системах отопления и охлаждения, даже развлекательные системы могут использовать их для открытия и закрытия динамиков, экранов GPS и так далее.

Приводы 101 — Что такое привод и как он работает

Давайте посмотрим на типичный пример исполнительной системы, используемой в нашей повседневной жизни. Отопление в автомобиле имеет как горячую, так и холодную температуру, а также вентилятор с разными уровнями мощности. Настройка температуры фактически контролируется исполнительным механизмом, который регулирует количество воздуха, проходящего через теплообменник. Этот привод управляет положением воздушного потока: чем больше он проходит через теплообменник, тем горячее воздух, и наоборот, чем дальше он от теплообменника, тем он холоднее.

Реле — это привод?

А Реле также иногда считается формой электрического привода, то есть реле срабатывает и передает электрический сигнал или соединение определенного типа. Несмотря на то, что это может звучать как электрические компоненты без движущихся частей, на самом деле у них есть движущийся компонент. Реле — это магнитно заряженная катушка, которая размыкает и замыкает соединитель с помощью электромагнитного поля. Как видите, это форма привода в небольшом масштабе.

В этой статье мы сосредоточимся на линейных приводах. Термин «приводы» на самом деле очень широк и может охватывать поворотные приводы, соленоиды и другие типы.

Электромагнитные приводы

Придерживаясь автомобильной техники, давайте объясним еще один очень распространенный тип привода — соленоидный привод. Соленоиды работают как реле, они принимают электрический ток и создают электромагнитное поле, которое затем заставляет стержень двигаться внутрь и наружу. Обычно чем выше магнитное поле, подаваемое на соленоидный привод, тем больше создается сила, и наоборот. Это очень простые приводы двухпозиционного типа с небольшими возможностями управления, кроме их включения или выключения. Например, у вас нет реального контроля над скоростью или силой, фактически, что еще хуже, соленоидный привод также имеет очень ограниченный ход. Редко можно встретить соленоидный привод с ходом более 2 дюймов (дюймов).

Центральный замок на дверях автомобилей — это наиболее распространенные типы используемых электромагнитных приводов. они просто соединяют и отсоединяют защелку от дверной ручки. Механизм управления также очень прост для соленоидного привода: одиночный импульс 12 В постоянного тока посылается на соленоид, чтобы привести его в действие, и пружина заставляет его возвращаться.

Ниже представлен типичный электромагнитный привод, который используется в большинстве автомобилей. Они, вероятно, выглядят незнакомыми, но это потому, что большинству людей не удается заглянуть внутрь дверных панелей автомобиля.

Пьезо приводы

Движение этих приводов происходит из-за того, что они находятся под напряжением, и для их расширения и сжатия требуется очень высокое напряжение, обычно более 200 В. Пьезо материал представляет собой тип керамики, он очень хрупкий и будет иметь много слоев с металлическими пластинами между каждым слоем, так что каждый пьезоэлемент получает питание.

Для очень небольшого изменения длины требуется большое количество напряжения, обычно пьезо расширяется только примерно на 1% своего размера, но их сила очень высока, это означает, что вы можете усилить расширение пьезоэлементов, чтобы получить движение движения и компромиссное усилие для удара. Усиление может быть выполнено механически почти как идея рычага, но они обычно используются в приложениях, где требуется очень высокая точность и контроль. Чаще всего они используются в качестве топливных форсунок для автомобилей, где пьезоэлектрический привод контролирует объем топлива, поступающего в цилиндр, а уровень управления должен быть ниже микронного.

Пневматические приводы

Эти типы приводов используют сжатый газ или воздух в цилиндре, создаваемом насосом высокого давления для перемещения поршня для создания линейного движения. Как и гидравлические приводы, конструкция пневматических линейных приводов существует уже давно. Воздушный компрессор используется для повышения давления воздуха или инертного газа в резервуаре, и этот воздух высокого давления используется для того, чтобы поршень привода скользил внутрь и наружу. Как только поршень в приводе достигает конца хода, переключатель клапана затем перемещается, чтобы открыть клапан на другой конец привода, где снова воздух высокого давления толкает поршень в приводе в другом направлении.

Преимущества использования пневматики:

1. Высокая скорость возможна и регулируется клапаном давления и объемной производительностью системы.
2. Может быть достигнута довольно большая сила
3. Издается мало шума, кроме случаев, когда насосу необходимо пополнить бак высокого давления.
4. Возможны очень длинные штрихи
5. Чрезвычайно высокая циклическая надежность и долговечность.
6. Приводы могут быть очень маленькими и компактными, поскольку они довольно просты по конструкции.

Недостатки пневмоприводов:

1. Требуется дополнительное оборудование, такое как бак и насос высокого давления.
2. Не допускается утечка всей системы из-за сбоя системы
3. Воздух является сжимаемым газом, и это означает, что поскольку пневматический привод движется с большой силой, всегда есть задержка, потому что газ, естественно, сначала сжимается, прежде чем он сдвинет поршень внутри привода. Это означает, что в системе будет задержка. Гидравлические приводы решают эту проблему
4. Достижимо очень низкое позиционное управление. Посмотрите видео ниже, где мы используем Lego, чтобы продемонстрировать отсутствие контроля по сравнению с механическим приводом, и использовать DTI (индикатор проверки набора номера), чтобы показать разницу.

Где используются пневматические приводы?

Они используются там, где требуется высокоскоростное движение или когда необходимо быстро преодолеть большое линейное расстояние, например, дюймов в секунду или 30 дюймов в секунду. После установки их трудно перемещать с одного места на другое, так как они требуют много времени на установку. Эти приводы можно найти на сборочных линиях производственных предприятий, поскольку они идеально подходят для выполнения миллионов циклов без обслуживания и могут очень быстро перемещаться.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы работают точно так же, как пневматические приводы, за исключением того, что вместо использования воздуха или газа высокого давления они используют несжимаемую жидкость, называемую гидравлической жидкостью. Поскольку жидкость не сжимается, она имеет огромное преимущество, эти системы способны выдерживать огромные нагрузки, и именно поэтому вы видите их использование исключительно на тяжелой строительной технике, экскаваторах, самосвалах, вилочных погрузчиках, тракторах и т. Д.

Как работает гидравлический привод?

Гидравлический привод использует жидкость под высоким давлением, чтобы толкать поршень вперед и назад, где переключение осуществляется с помощью переключателей клапана. ТДля этих систем требуются насосы высокого давления, клапаны высокого давления и трубопроводы, а также резервуар для хранения всей этой гидравлической жидкости. Итак, если у вас много места и денег, а также требуется очень большое усилие, то гидравлика может быть путь идти.

Преимущества использования гидравлических приводов:

1. Возможна умеренная скорость, которая регулируется скоростью насоса.
2. Может быть достигнута чрезвычайно высокая сила
3. Возможны очень длинные штрихи
4. Чрезвычайно высокая циклическая надежность и долговечность.
5. Приводы могут быть очень маленькими и компактными, поскольку они довольно просты по конструкции.

Недостатки гидроприводов:

1. Есть недостатки в использовании гидравлики с точки зрения эксплуатации. Главный из них — контроль. Когда дело касается этих систем, у вас очень мало контроля точности.
2. Для работы системы требуется гидравлическая жидкость, и в случае ее утечки жидкость может быть очень токсичной.
3. Во время работы гидравлического насоса может быть шумно, и чем выше требуемое усилие, тем выше шум.
4. Гидравлическая жидкость имеет очень низкую вязкость, поэтому она не течет плавно по трубам, клапанам и т. Д., Все это требует энергии, чтобы протолкнуть всю эту жидкость под высоким давлением через все эти трубы и фитинги и т. Д. В результате гидравлические системы очень неэффективны в работе и использовать.
5. Эти системы дороги в покупке и установке.

Поворотные приводы

Поворотный привод — это привод, который производит вращательное движение, что делает его идеально подходящим для открытия и закрытия клапанов. Есть много разных способов создать вращательное движение и, следовательно, поворотный привод. Отличия заключаются в форме приложения. Например, на картинке выше вы можете видеть, что вращательное движение создается с помощью реечной передачи, при которой «Стойка» управляется как поршень. Поршень может иметь гидравлическое управление или пневматическое управление с помощью воздуха и газа под высоким давлением. Так в чем же будет разница ?. Если приведенный выше поворотный привод управляется гидравлически, то прилагаемые силы могут быть огромными, и поэтому это будет подходить для промышленных приложений, когда для открытия и закрытия клапана требуются большие усилия. Если этот поворотный привод управляется пневматически, то приводу может потребоваться меньшее усилие для вращения главного вала, которое будет использоваться для выполнения требуемых задач.

Принцип поворотного привода

Движение, производимое поворотным приводом, может быть либо непрерывным, как в электродвигателе, либо движением может быть фиксированное угловое вращение. С поворотным приводом, который управляется пневматически или гидравлически, они, скорее всего, будут иметь тип фиксированного углового вращения, потому что рейка или поршень, которые вращают главный вал, могут двигаться только на определенное расстояние, и поэтому вращательное движение ограничивается доступным линейным ходом . Если требуется большее вращение, поршень должен скользить дальше, в качестве альтернативы для создания движения используется другое передаточное число.

Сервопривод поворотный привод

Другой тип поворотного привода — серводвигатель и шаговый двигатель. Это приводы с электрическим управлением, которые имеют постоянное вращательное движение, но также обеспечивают очень точное управление вращением.

Эти типы приводов обычно используются в робототехнике и бытовой электронике, где вращательное движение и крутящий момент создаются роторным двигателем, который с помощью некоторых передач снижает скорость и увеличивает крутящий момент для создания вращательного движения. Для точного управления привод оснащен датчиком, измеряющим положение. Обычно это датчик Холла или энкодер, который отправляет сигнал обратно в систему управления, который переводит его в положение. Отличительной особенностью серводвигателей является то, что они могут быть очень маленькими и использоваться в очень тесных местах.

Преобразование вращательного движения серводвигателя в линейное движение

 

Поскольку поворотные сервоприводы настолько широко используются и относительно недороги, чтобы их купить, они стали популярным способом создания линейного движения. Посредством простых рычагов и некоторой формы линейной направляющей системы можно создавать линейное движение. Полученный ход будет прямо пропорционален длине плеча рычага, как вы можете видеть на картинке выше. Чем длиннее рычаг сервопривода, тем длиннее будет ход, однако обратная сторона заключается в том, что сила будет уменьшена, поскольку крутящий момент пропорционален длине рычага.

Ниже приведено уравнение крутящего момента для поворотных приводов

Электромеханические линейные приводы.

В электрических линейных приводах вращательное движение двигателя переменного или постоянного тока преобразуется в линейное движение с помощью ходового винта. Ходовой винт — это в основном косозубая шестерня, нарезанная на стержне. Поскольку ходовой винт вращается из-за того, что двигатель вращает ходовой винт напрямую или через некоторые шестерни, гайка (как показано желтым цветом ниже) скользит вверх и вниз по ходовому винту в линейном движении и создает это линейное движение — отсюда и название «линейный привод». Это сильно отличается от соленоидного привода, который по-прежнему является формой линейного привода, но в машиностроении инженеры обычно различают их, называя их «соленоидными приводами» и «линейными приводами», хотя оба обеспечивают поступательное движение.

У электрических линейных приводов винты разной длины имеют разную длину хода. Быстрое или медленное вращение ходового винта от двигателя дает линейные ходы с разной скоростью. И поэтому чем больше силы от двигателя приложено к ходовому винту, тем больше силы приложено к гайке, которая скользит вверх и вниз по ходовому винту. Гайка прикреплена к тому, что мы называем стержнем, и именно к этому стержню вы прикрепляете предметы, чтобы создать это линейное движение. Чем больший крутящий момент может быть приложен к ходовому винту, тем больше линейная сила будет доступна для скользящего стержня.

Есть разные способы создать крутящий момент привода. Добавление шестерни между двигателем и ходовым винтом является наиболее распространенным методом, чем выше передаточное число, тем больше создается сила, но есть компромисс: чем выше сила, тем ниже скорость, и наоборот, чем выше скорость уменьшите силу. Чтобы получить дополнительную скорость для данной силы, необходимо использовать больший входной двигатель, а это требует большего тока и большего двигателя и, следовательно, больше денег.

Электрические линейные приводы

Электрический привод представляет собой устройство, которое преобразует вращательное движение двигателя в линейное движение или использует электрический ток для создания электромагнитного поля и использует магнетизм, чтобы заставить металлический объект попытаться уйти от его магнитного поля. Хотя оба они очень разные, у них одно и то же имя, и оба они приводят к тому, что предполагает их название … они действуют. Это означает, что все они обеспечивают как толкающие, так и тянущие движения, как линейные, так и вращательные.

Для более подробного обзора того, как работает электрический линейный привод, мы создали эту статью «Внутри линейного привода — как работает привод»

Если вы хотите приобрести электрический линейный привод, мы создали статью под названием «Не используйте линейный привод, пока не прочтете эти 5 шагов”Это может помочь вам избежать некоторых распространенных проблем, прежде чем тратить деньги.

Микро линейные приводы

 Микро актуаторыили мини-линейные приводы используются в приложениях, где пространство ограничено или требуемый ход привода мал. Возможно, вам нужно переместить что-то маленькое или не очень далеко, тогда Micro Linear Actuator будет идеальным для такого применения. Обычно ход микроприводов составляет от 10 мм до 100 мм, и они очень компактны. Одним из недостатков Micro Actuator является то, что силы, как правило, намного меньше из-за встроенных в них двигателей меньшего размера.

Подведем итог, что такое привод?

Приводы бывают разных форм, от поворотных до линейных, требуемый тип зависит от области применения, в которой они будут использоваться. Большие промышленные поворотные приводы с гидравлическим приводом отлично подходят для открытия огромных клапанов маслопроводов и микроприводы может питаться от небольших источников питания 12 В с большой точностью и точностью для робототехники и небольших приложений.

 

 

Линейный привод – HiSoUR История культуры

Линейный привод – это привод, который создает движение по прямой линии, в отличие от кругового движения обычного электродвигателя. Линейные приводы используются в станках и промышленном оборудовании, в компьютерных периферийных устройствах, таких как дисковые накопители и принтеры, в клапанах и демпферах, а также во многих других местах, где требуется линейное движение. Гидравлические или пневматические цилиндры изначально производят линейное движение. Многие другие механизмы используются для генерации линейного движения от вращающегося двигателя.

Типы

Механические приводы
Механические линейные приводы обычно работают путем преобразования вращательного движения в линейное движение. Преобразование обычно осуществляется с помощью нескольких простых типов механизмов:

Винты: винтовые, винтовые, шаровые и роликовые винтовые приводы работают по принципу простой машины, известной как винт. Вращая гайку исполнительного механизма, вал винта перемещается по линии.
Колесо и ось: Подъемник, лебедка, стойка и шестерня, цепной привод, ременный привод, жесткие цепные и жесткие ременные приводы работают по принципу колеса и оси.Вращающееся колесо перемещает кабель, стойку, цепь или ленту для обеспечения линейного движения.
Cam: Приводы Cam функционируют по принципу, аналогичному принципу клина, но обеспечивают относительно ограниченное перемещение. Когда колесный кулачок вращается, его эксцентриковая форма обеспечивает тягу у основания вала.
Некоторые механические линейные приводы только тянут, такие как подъемники, цепной привод и ременные приводы. Другие только толкают (например, кулачковый привод).Пневматические и гидравлические цилиндры или свинцовые винты могут быть спроектированы для создания силы в обоих направлениях.

Механические приводы обычно преобразуют вращательное движение ручки управления или рукоятки в линейное перемещение с помощью винтов и / или зубчатых передач, к которым прикреплена ручка или ручка. Штепсельный винт или автомобильный домкрат – знакомый механический привод. Другое семейство исполнительных механизмов основано на сегментированном шпинделе. Вращение рукоятки гнезда преобразуется механически в линейное движение головки гнезда. Механические приводы также часто используются в области лазеров и оптики для управления положением линейных ступеней, поворотных ступеней, зеркальных креплений, гониометров и других позиционирующих инструментов. Для точного и повторяемого позиционирования на ручках управления могут использоваться указательные метки. Некоторые приводы включают в себя датчик и цифровую индикацию положения. Они аналогичны регуляторам настройки, используемым на микрометрах, за исключением того, что они предназначены для регулировки положения, а не для измерения положения.

Гидравлические приводы
Гидравлические приводы или гидравлические цилиндры обычно включают в себя полый цилиндр, в который вставлен поршень. Несбалансированное давление, прикладываемое к поршню, создает силу, которая может перемещать внешний объект. Поскольку жидкости почти несжимаемы, гидравлический цилиндр может обеспечить контролируемое точное линейное смещение поршня. Вытеснение происходит только вдоль оси поршня. Другим примером гидравлического привода с ручным управлением является гидравлический домкрат. Как правило, термин «гидравлический привод» относится к устройству, управляемому гидравлическим насосом.

Пневматические приводы
Пневматические приводы или пневматические цилиндры подобны гидравлическим приводам, за исключением того, что они используют сжатый газ для создания силы вместо жидкости. Они работают аналогично поршню, в котором воздух закачивается внутри камеры и выталкивается из другой стороны камеры. Воздушные приводы не обязательно используются для тяжелых машин и случаев, когда присутствует большое количество веса. Одной из причин, по которой пневматические линейные приводы предпочтительны для других типов, является тот факт, что источником питания является просто воздушный компрессор. Поскольку воздух является источником входного сигнала, пневматические приводы могут использоваться во многих местах механической деятельности. Недостатком является то, что большинство воздушных компрессоров большие, громоздкие и громкие. Их трудно транспортировать в другие районы после их установки. Пневматические линейные приводы могут протекать, что делает их менее эффективными, чем механические линейные приводы.

Пьезоэлектрические приводы
Пьезоэлектрический эффект является свойством некоторых материалов, в которых применение напряжения к материалу заставляет его расширяться. Очень высокие напряжения соответствуют только крошечным разложениям. В результате пьезоэлектрические приводы могут достичь чрезвычайно точного разрешения позиционирования, но также имеют очень короткий диапазон движения. Кроме того, пьезоэлектрические материалы проявляют гистерезис, что затрудняет контроль их экспансии повторяемым образом.

Приводы с витыми и свернутыми полимерами (TCP)
Привод витой и спирального полимера (TCP), также известный как исполнительный механизм сверхпрочного полимера (SCP), представляет собой спиральный полимер, который может приводиться в действие электрической энергией. Привод TCP выглядит как винтовая пружина.Приводы TCP обычно изготавливаются из нейлона с серебряным покрытием. Приводы TCP также могут быть изготовлены из другого электрического проводящего покрытия, такого как золото. Привод TCP должен находиться под нагрузкой, чтобы удлинить удлинитель.Электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию из-за электрического сопротивления, которое также известно как джоулево нагревание, омическое нагревание и резистивный нагрев. По мере того, как температура приемопередатчика TCP увеличивается на джоулевом нагреве, полимер сжимается и вызывает сжатие привода.

Электро-механические приводы
Электро-механические приводы аналогичны механическим приводам, за исключением того, что ручка управления или рукоятка заменены электродвигателем. Вращательное движение двигателя преобразуется в линейное смещение. Существует множество проектов современных линейных приводов, и каждая компания, которая производит их, имеет свой собственный фирменный метод. Ниже приводится обобщенное описание очень простого электромеханического линейного привода.

Упрощенный дизайн
Как правило, электродвигатель механически соединен для поворота свинцового винта.Ведущий винт имеет непрерывную спиральную резьбу, обработанную по ее окружности, проходящую по длине (аналогично резьбе на болте). Резьбовым винтом на свинцовом винте является свинцовая гайка или шаровая гайка с соответствующими винтовыми резьбами. Гайку нельзя вращать с помощью свинцового винта (обычно гайка блокируется с невращающейся частью корпуса исполнительного механизма). Поэтому, когда ведущий винт вращается, гайка будет двигаться вдоль нитей. Направление движения гайки зависит от направления вращения ведущего винта. Путем соединения соединений с гайкой, движение может быть преобразовано в удобное линейное перемещение. Большинство современных приводов построены для высокой скорости, высокой силы или компромисса между ними. При рассмотрении исполнительного механизма для конкретного приложения наиболее важными характеристиками являются, как правило, перемещение, скорость, сила, точность и срок службы. Большинство сортов монтируются на заслонках или заслонках.

Существует много типов двигателей, которые могут использоваться в линейной системе привода. К ним относятся dc brush, dc бесщеточный, степпер или, в некоторых случаях, даже асинхронные двигатели. Все зависит от требований к приложениям и нагрузок, которые привод выполняет для перемещения. Например, для управления большим клапаном на нефтеперерабатывающем заводе можно использовать линейный привод с индуктивным двигателем с постоянным напряжением переменного тока, приводящим в действие винт. В этом случае точность и высокое разрешение движения не требуются, но высокая сила и скорость. Для электромеханических линейных приводов, используемых в лабораторных инструментальных робототехнике, оптическом и лазерном оборудовании или таблицах XY, в тонком разрешении в микронном диапазоне и высокой точности может потребоваться использование линейного привода с шаговым двигателем с дробным ходом с винт с точной высотой шага. В системе электромеханических линейных исполнительных механизмов существует множество изменений. Крайне важно понять требования к дизайну и ограничения приложений, чтобы узнать, какой из них лучше.

Стандартная и компактная конструкция
Линейный привод с использованием стандартных двигателей обычно имеет двигатель в качестве отдельного цилиндра, прикрепленного к стороне привода, либо параллельно с приводом, либо перпендикулярно к приводу. Двигатель может быть присоединен к концу привода. Приводной двигатель имеет типичную конструкцию с твердым приводным валом, который предназначен для приводной гайки или приводного винта привода.

Компактные линейные приводы используют специально разработанные двигатели, которые стараются вместить двигатель и привод в наименьшую возможную форму.

Внутренний диаметр вала двигателя может быть увеличен, так что приводной вал может быть полым. Таким образом, приводной винт и гайка могут занимать центр двигателя, без необходимости дополнительной передачи между двигателем и винтом привода.
Аналогично, двигатель может иметь очень небольшой наружный диаметр, но вместо этого полюсные поверхности растягиваются по длине, так что двигатель все еще может иметь очень высокий крутящий момент при установке в пространстве с небольшим диаметром.
принципы
В большинстве конструкций линейных исполнительных механизмов основным принципом работы является принцип наклона плоскости. Потоки свинцового винта действуют как непрерывная рампа, которая позволяет использовать небольшое вращательное усилие на большом расстоянии для совершения движения большой нагрузки на короткое расстояние.

вариации
Было создано множество вариантов базового дизайна. Основное внимание уделяется обеспечению общих улучшений, таких как более высокая механическая эффективность, скорость или грузоподъемность. Существует также большое инженерное движение к миниатюризации привода.

В большинстве электро-механических конструкций имеется свинцовый винт и свинцовая гайка.Некоторые используют шариковый винт и шариковую гайку. В любом случае винт может быть подключен к двигателю или ручке управления вручную либо через серию передач. Механизмы обычно используются, чтобы обеспечить меньший (и более слабый) двигатель, вращающийся при более высоких оборотах, чтобы быть направленным вниз, чтобы обеспечить крутящий момент, необходимый для вращения винта под более тяжелой нагрузкой, чем двигатель в противном случае мог бы управлять непосредственно. Эффективно это приносит в жертву скорость привода в пользу увеличения тяги привода. В некоторых применениях использование червячной передачи является обычным, так как это позволяет меньший встроенный размер по-прежнему обеспечивает большую длину движения.

Линейный привод бегущей гайки имеет двигатель, который остается прикрепленным к одному концу винта (возможно, косвенно через коробку передач), двигатель вращает ведущий винт, а свинцовая гайка удерживается от вращения, так что она перемещается вверх и вниз по свинцовый винт.

Линейный привод с вращающимся винтом имеет винт, который полностью проходит через двигатель. В линейном приводном двигателе с ходовым винтом двигатель «сканирует» вверх и вниз по винту, который удерживается от вращения. Единственные прядильные части находятся внутри двигателя и могут быть не видны снаружи.

Некоторые винты имеют несколько «стартов». Это означает, что они имеют несколько потоков, чередующихся на одном и том же валу. Один из способов визуализации этого заключается в сравнении с несколькими цветными полосками на конфетном тростнике. Это позволяет увеличить настройку между шагом резьбы и областью контакта гайки / винтовой резьбы, которая определяет скорость расширения и грузоподъемность (резьбы) соответственно.

Статическая грузоподъемность
Линейные винтовые приводы могут иметь статическую грузоподъемность, а это означает, что когда двигатель останавливается, привод практически блокируется и может поддерживать нагрузку, которая либо тянет, либо нажимает на привод. Эта статическая грузоподъемность увеличивает мобильность и скорость.

Тормозное усилие привода зависит от углового шага резьбы винта и конкретного исполнения резьбы. Нити Acme имеют очень высокую статическую нагрузку, в то время как шариковые винты имеют чрезвычайно низкую грузоподъемность и могут быть почти свободно плавающими.

Как правило, невозможно изменять статическую нагрузку винтовых исполнительных механизмов без дополнительных технологий. Шаг резьбовой резьбы и конструкция приводной гайки определяют удельную грузоподъемность, которую невозможно динамически регулировать.

В некоторых случаях смазочный материал с высокой вязкостью может быть добавлен к линейным винтовым приводам для увеличения статической нагрузки. Некоторые производители используют это для изменения нагрузки для конкретных потребностей.

Статическая грузоподъемность может быть добавлена ​​к линейному винтовому приводу с использованием электромагнитной тормозной системы, которая применяет трение к вращающейся приводной гайке. Например, пружину можно использовать для прикладывания тормозных колодок к приводной гайке, удерживая ее в положении, когда питание выключено.Когда привод необходимо перемещать, электромагнит противодействует пружине и высвобождает тормозное усилие на приводной гайке.

Аналогичным образом электромагнитный храповой механизм можно использовать с линейным винтовым приводом, так что приводная система, поднимающая нагрузку, будет заблокирована, когда питание на привод отключится. Чтобы опустить привод, электромагнит используется для противодействия усилию пружины и разблокировки храповика.

Динамическая грузоподъемность
Динамическая грузоподъемность обычно называется величиной силы, которую линейный привод может обеспечить во время работы. Эта сила будет варьироваться в зависимости от типа винта (количество движения, ограничивающего трение), и двигателя, движущего движение. Динамическая нагрузка – это показатель, который классифицирует большинство приводов, и является хорошим показателем того, какие приложения он наилучшим образом подходит.

Контроль скорости
В большинстве случаев при использовании электромеханического привода предпочтительно иметь некоторый тип управления скоростью. Такие контроллеры изменяют напряжение, подаваемое на двигатель, что, в свою очередь, изменяет скорость вращения винта.Регулировка передаточного отношения – еще один способ регулировки скорости. Некоторые исполнительные механизмы доступны с несколькими вариантами передачи.

Рабочий цикл
Рабочий цикл двигателя относится к количеству времени, в течение которого привод может работать до его остывания. Пребывание в этом руководстве при работе с приводом является ключевым фактором его долговечности и производительности. Если превышено значение рабочего цикла, возникает риск перегрева, потери мощности и возможного горения двигателя.

Линейные двигатели
Линейный двигатель функционально такой же, как и роторный электродвигатель с компонентами кругового магнитного поля ротора и статора, расположенными по прямой линии.Когда вращающийся двигатель будет вращаться вокруг и снова использовать те же магнитные полюсные поверхности, структуры магнитного поля линейного двигателя физически повторяются по всей длине привода.

Поскольку двигатель движется линейным образом, для преобразования вращательного движения в линейный нет необходимости. В то время как высокая производительность возможна, ограничения на материал и / или мотор на большинстве конструкций превзойдены относительно быстро из-за зависимости исключительно от магнитных сил притяжения и отталкивания. Большинство линейных двигателей имеют низкую грузоподъемность по сравнению с другими типами линейных приводов. Линейные двигатели имеют преимущество в наружной или грязной среде, так что обе половинки не должны контактировать друг с другом, и поэтому катушки электромагнитного привода могут быть гидроизолированы и герметизированы против влаги и коррозии, что обеспечивает очень длительный срок службы.

Телескопический линейный привод
Телескопические линейные приводы представляют собой специализированные линейные приводы, используемые там, где существуют ограничения пространства. Их диапазон движения во много раз больше, чем длина удлиненного исполнительного элемента.

Обычная форма выполнена из концентрических трубок приблизительно равной длины, которые простираются и втягиваются, как рукава, одна внутри другой, такая как телескопический цилиндр.

Другие более специализированные телескопические приводы используют исполнительные элементы, которые выступают в качестве жестких линейных валов, когда они удлиняются, но разрывают эту линию путем складывания, разделения на куски и / или разматывания при отводе. Примеры телескопических линейных приводов включают:

Приводной редуктор
Жесткий ременный привод
Жесткий цепной привод
Сегментированный шпиндель

Преимущества и недостатки

Тип привода	преимущества	Недостатки
механический	Дешевые. Повторяется. Не требуется источник питания. Автономные.Идентичное поведение, расширяющееся или убирающееся.	Только ручное управление. Нет автоматизации.
Электро-механический	Дешевые. Повторяется. Операция может быть автоматизирована.Автономные. Идентичное поведение, расширяющееся или убирающееся. DC или шаговые двигатели. Возможна позиционная обратная связь.	Многие движущиеся части подвержены износу.
Линейный двигатель	Простой дизайн. Минимум движущихся частей. Возможны большие скорости.Автономные. Идентичное поведение, расширяющееся или убирающееся.	Низкая и средняя сила.
пьезоэлектрический	Очень маленькие движения возможны при высоких скоростях. Потребляет едва ли какую-либо власть.	Короткое перемещение, если оно не механически усилено. Требуется высокое напряжение, обычно 24 В или более.Дорогой и хрупкий. Хорошо только в сжатии, а не в растяжении. Обычно используется для топливных инжекторов.
Витой и спиральный полимер (TCP)	легкий, простой	Низкая эффективность, высокая температура, только сжатие
Гидравлический	Возможны очень высокие силы.Относительно высокое отношение мощности к размеру (или плотность мощности).	Может просачиваться. Требует обратной связи по положению для повторяемости.Требуется внешний гидравлический насос.Некоторые конструкции хороши только в сжатии.
пневматический	Сильный, легкий, простой, быстрый.	Точное управление положением невозможно, за исключением полных остановок
Восковой мотор	Плавная работа.	Не так надежно, как другие методы.
Сегментированный шпиндель	Очень компактный. Диапазон движения больше длины исполнительного механизма.	Как линейное, так и вращательное движение.
Перемещение катушки	Сила, положение и скорость управляемы и повторяемы.Возможность высокой скорости и точного позиционирования. Возможны линейные, поворотные и линейные + вращательные действия.	Требуется повторная запись обратной связи по положению.
MICA (управляемый управляемый электродвигатель)	Высокая сила и управляемость. Более высокая сила и меньше потерь, чем движущиеся катушки. Потери легко рассеиваются. Электронный драйвер легко проектируется и настраивается.	Ход ограничивается несколькими миллиметрами, меньше линейности, чем движущиеся катушки.

Поделиться ссылкой:

• Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
• Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Линейные электромеханические приводы Schischek с возвратной пружиной

 

Предназначение линейного привода — приведение в действие рабочего механизма. Это универсальное исполнительное устройство, приводимое в действие управляющим устройством и состоящее из двигателя, трансмиссии и системы управления. Такой привод может внедряться в любую, даже самую сложную систему, для четкого управления механизмом.

Обратную связь обеспечивает электромеханический привод с возвратной пружиной, состоящий из направляющей, устройства перемещения и двигателя постоянного (переменного?) тока.

Преимущества оборудования

Мы предлагаем линейные актуаторы (в том числе противопожарные электроприводы) ведущего производителя — немецкой компании Schischek. По сравнению с другими устройствами сходного предназначения, линейные электромеханические приводы обладают:

• меньшим износом;
• большей точностью на длинных ходах;
• лучшей динамикой;
• повышенной надежностью;
• меньшей величиной механического люфта.

В числе поставляемой продукции:

• взрывозащищенные линейные приводы ExMax+LIN, RedMax + LIN;
• промышленный линейный актуатор InMax + LIN;
• взрывозащищенный линейный электропривод ExRun.

Назначение и область применения

Взрывозащищенные линейные электроприводы с возвратной пружиной предназначаются для установки на двухходовые и трехходовые регулирующие клапаны, использующиеся в системах тепло-, водоснабжения, вентиляции, кондиционирования, в промышленных системах. Установка требует наличия специального монтажного комплекта.

Линейные актуаторы и противопожарные приводы Schischek обеспечены всеми видами взрывозащиты:

• взрывонепроницаемой оболочкой;
• искробезопасной цепью;
• защита типа “Е”;
• конструкционными особенностями в соответствии с ГОСТ.

Опционально актуаторы могут иметь дополнительные функции: обогрев электропривода (для использования в условиях до -50??С), специальное покрытие корпуса, добавочные концевые включатели и т.д.

Электромагнитный привод

Jump to Navigation

• Информация
• Производители

• Каталог
• Назад

• Насосное оборудование
  • Насосы центробежные
    • Apex Pumps
  • Насосы винтовые
    • Насосы высокого давления
      • BFT
      • GEA
    • Погружные насосы
      • Houttuin
    • Горизонтальные насосы
      • Apex Pumps
      • Houttuin
      • Inoxihp
      • Moyno
      • Vipom
    • Насосы герметичные
      • Hermetic Pumpen
      • Zenith
    • Насосное оборудование прочее
      • AX System
      • Sanco
      • Servi Group
  • Фильтровальное оборудование
    • Воздушные фильтры
      • AAF
      • Jonell
    • Масляные и гидравлические фильтры
      • Parker Hannifin Corporation
      • Servi Group
    • Коалесцирующие фильтры
      • ASCO Filtri
      • Buhler Technologies
      • EUROFILL
      • Hydac
      • Jonell
      • Petrogas
      • Scam Filltres
      • Vokes Air
    • Водоподготовка
      • Grunbeck
    • Фильтры КВОУ
      • AAF
    • Осушители
    • Компрессорное оборудование
      • Поршневые компрессоры
        • Винтовые компрессоры
          • GEA
          • Howden
          • Stewart & Stevenson
        • Центробежные компрессоры
          • Baker Hughes
          • Stewart & Stevenson
          • Thermodyn
      • Трубопроводная арматура
        • Запорная, регулирующая, запорно-регулирующая арматура
          • Предохранительная арматура
            • Sapag Industrial valves
            • Schroedahl
            • Servi Group
          • Приводы трубопроводной арматуры
            • Biffi
            • Keystone
        • Гидравлика
          • Гидроцилиндры
            • Servi Group
          • Гидроклапаны
            • Meggitt
            • Servi Group
          • Гидронасосы
            • Riverhawk
            • Servi Group
          • Гидрораспределители
            • Servi Group
          • Пневмоцилиндры
            • Artec
            • Mec Fluid 2
        • Станочное оборудование
          • Станки шлифовальные
            • LOESER
          • Хонинговальные станки
            • CAR srl
          • Станки зубо- и резьбо- обрабатывающие
            • Nagel Maschinen
          • Карусельные станки
            • Star Micronics
          • Шпиндели и фрезерные головки
            • Cytec
        • Приводная техника
          • Электрические приводы
            • Servi Group
          • Гидравлические приводы
            • Biffi
          • Пневматические приводы
            • Keystone
          • Вентиляторы
            • Reitz
          • Электромагнитные приводы
            • Danfoss
            • ECONTROL
          • Редукторы
            • Renk
            • VAR-SPE
          • Турборедукторы
            • Flender-Graffenstaden
            • Renk
        • КИП (измерительное оборудование)
          • Анализаторы влажности
            • Belimo
            • Scantech
          • Приборы измерения уровня
            • Endress+Hauser
          • Приборы контроля и регулирования технологических процессов
            • Reuter-Stokes
          • Приборы измерения уровня расхода (расходомеры)
            • Belimo
            • Itron
            • Servi Group
          • Системы измерения неразрушающего контроля
            • HBM
            • Kavlico
            • Marposs
          • Устройства измерения температуры
            • Устройства измерения давления
              • Autrol
              • Servi Group
            • Устройства измерения перемещения и положения
            • Лабораторное оборудование
              • Микроскопия и спектроскопия
                • Keyence
            • Электрооборудование
              • Аккумуляторные батареи
                • Hoppecke
              • Противопожарное оборудование
                • Reuter-Stokes
                • Sanco
                • Spectrex
              • Выключатели
                • Metrol
              • Источники питания
                • LAM Technologies
              • Кабели и коннекторы
                • Axon’ Cable
                • HiRel Connectors
                • Murrplastik
              • Лазеры
                • RIO
              • Лампы
                • Nic
                • Parat
              • Серийные преобразователи
                • LAM Technologies
              • Электродвигатели
                • Gamak Motors
                • LAM Technologies
              • Электроника
                • DUCATI Energia
                • JOVYATLAS
                • Luvata
                • Murrplastik
            • Прочее оборудование
              • Абразивные изделия
                • Abrasivos Manhattan
                • Atto Abrasives
              • Буровое оборудование
                • BVM Corporation
                • Den-Con Tool
                • MI Swaco
                • Top-co
                • WestCo
              • Валы
                • GKN
                • Jaure
                • Rotar
              • Вибротехника
                • JOST
              • Газовые турбины
                • Alba Power
                • Baker Hughes
                • Meggitt
                • Score Energy
                • Siemens energy
                • Solar turbines
              • Горелки
              • Зажимные устройства
                • Restech Norway
                • SPIETH
              • Защита от износа, налипания, коррозии
                • Rema Tip Top
              • Инструмент
                • Deprag
                • Knipex
              • Клапаны
                • Baker Hughes
                • Mec Fluid 2
                • Top-co
                • Velan
                • W.T.A.
                • Zimmermann & Jansen (Z&J)
              • Крановое оборудование
                • Facco
              • Маркировочное оборудование
                • Couth
                • Espera
              • Мельницы
                • Eirich
              • Металлообработка
                • Agrati
              • Муфты
                • Coremo Ocmea
                • Esco Couplings
                • Jaure
                • John Crane
                • Kendrion Linnig
                • Top-co
                • ZERO-MAX
              • Оси
                • Jaure
              • Подшипники
                • John Crane
                • NTN-SNR
                • SPIETH
              • Производственные линии
                • Espera
                • FIBRO
                • Masa Henke
              • Робототехника
                • Motoman Robotics
              • Системы обогрева
                • Helios
                • TYCO Thermal Controls
              • Системы охлаждения
                • Gohl
              • Системы смазки
                • Lincoln
              • Строительные леса
                • HAKI
              • Сушильные печи
                • Eirich
              • Такелажное оборудование
                • Casar
                • Easy Mover
                • Fetra
              • Тормоза и сцепления
                • Coremo Ocmea
              • Упаковочное оборудование
                • Espera
                • Thimonnier
              • Уплотнения
                • Flexitallic
                • John Crane
              • Форсунки и эжекторы
                • Exair
              • Центраторы
                • Top-co
              • Электрографитовые щетки
                • Morgan Advanced Materials
            • AX System
            • A.O. Smith – Century Electric
            • A.S.T.
            • AAF
            • Abrasivos Manhattan
            • Advanced Energy
            • Agilent Technologies
            • Agrati
            • Alba Power
            • Algi
            • Allweiler
            • Alphatron Marine
            • Amot
            • Anderson Greenwood
            • Apex Pumps
            • Apollo Valves
            • Ariana Industrie
            • Ariel
            • Artec
            • ASCO Filtri
            • Ashcroft
            • ATAS elektromotory
            • Atos
            • Atto Abrasives
            • Autrol
            • Autronica
            • Axis
            • Axon’ Cable
            • Baker Hughes
            • Baker Hughes
            • Bando
            • Baruffaldi
            • BAUER Kompressoren
            • Belimo
            • Bently Nevada
            • Berarma
            • BFT
            • BHDT
            • Biffi
            • Bifold Group
            • Brinkmann pumps
            • Buhler Technologies
            • BVM Corporation
            • Camfil FARR
            • Campen Machinery
            • CanaWest Technologies
            • CAR srl
            • Carif
            • Casar
            • CAT
            • Celduc Relais
            • Center Line
            • Clif Mock
            • Comagrav
            • Compressor Controls Corporation
            • CoorsTek
            • Coral engineering
            • Coremo Ocmea
            • Couth
            • CRANE
            • Crosby
            • Cytec
            • Danaher Motion
            • Danfoss
            • Danobat Group
            • David Brown Hydraulics
            • Den-Con Tool
            • DenimoTECH
            • Deprag
            • Destaco
            • Dixon Valve
            • Donaldson
            • Donaldson осушители, адсорбенты
            • DUCATI Energia
            • Duplomatic
            • Duplomatic Oleodinamica
            • Dustcontrol
            • Dynasonics
            • E-tech Machinery
            • Easy Mover
            • Ebro Armaturen
            • ECONTROL
            • Eirich
            • EMIT
            • Endress+Hauser
            • Esco Couplings
            • Espera
            • Estarta
            • Euchner
            • EUROFILL
            • EuroSMC
            • Exair
            • Facco
            • FANUC
            • Farris
            • Fema
            • Ferjovi
            • Fetra
            • FIBRO
            • Fisher
            • Flender-Graffenstaden
            • Flexitallic
            • Flowserve
            • Fluenta
            • Flux
            • FPZ
            • Freudenberg
            • Fritz STUDER
            • Gali
            • Gamak Motors
            • GEA
            • GEORGIN
            • GKN
            • Gohl
            • Goulds Pumps
            • GPM Titan International
            • Graco
            • Grunbeck
            • Grundfos
            • Gustav Gockel
            • HAKI
            • Harting technology
            • HAWE Hydraulik SE
            • HBM
            • Heimbach
            • Helios
            • Hermetic Pumpen
            • Herose
            • HiRel Connectors
            • Hohner
            • Holland-Controls
            • Honsberg Instruments
            • Hoppecke
            • Horton
            • Houttuin
            • Howden
            • Howden CKD Compressors s.r.o.
            • HTI-Gesab
            • Hydac
            • Hydrotechnik
            • IMO
            • Inoxihp
            • iNPIPE Products
            • ISOG
            • Italmagneti
            • Itron
            • ITW Dynatec
            • Jaure
            • JDSU
            • Jenoptik
            • John Crane
            • Jonell
            • JOST
            • JOVYATLAS
            • K-TEK
            • Kadia
            • Kavlico
            • Kellenberger
            • Kendrion
            • Kendrion Linnig
            • Keyence
            • Keystone
            • Kitagawa
            • Knipex
            • Knoll
            • Kordt
            • Krombach Armaturen
            • KSB
            • Kumera
            • Labor Security System
            • LAM Technologies
            • Lapmaster Wolters
            • Lincoln
            • LOESER
            • Lufkin Industries
            • Luvata
            • Mahle
            • Marposs
            • Masa Henke
            • Masoneilan
            • Mec Fluid 2
            • MEDIT Inc.
            • Meggitt
            • Mercotac
            • Metrol
            • MI Swaco
            • Minco
            • MMC International Corporation
            • MOOG
            • Moore Industries
            • Morgan Advanced Materials
            • Motoman Robotics
            • Moyno
            • Mud King
            • MULTISERW-Morek
            • Munters
            • Murr elektronik
            • Murrplastik
            • Nagel Maschinen
            • National Oilwell Varco
            • Netzsch
            • Nexoil srl
            • Nic
            • NOV Mono
            • NTN-SNR
            • Ntron
            • Nuovo Pignone
            • O’Drill/MCM
            • Oerlikon
            • Oilgear
            • Omal Automation
            • Omni Flow Computers
            • OMT
            • Opcon
            • Orange Research
            • Orwat filtertechnik
            • OTECO
            • Pacific valves
            • Pageris AG
            • Paktech
            • PALL
            • Panametrics
            • Parat
            • Parker Hannifin Corporation
            • PENTAIR
            • Peter Wolters
            • Petrogas
            • ProMinent
            • Quick Soldering
            • Reitz
            • Rema Tip Top
            • Renk
            • Renold
            • Repar2
            • Resatron
            • Resistoflex
            • Restech Norway
            • Reuter-Stokes
            • Revo
            • Rexnord
            • Rheonik
            • Rineer Hydraulics
            • RIO
            • Riverhawk
            • RMG Honeywell
            • Ro-Flo Compressors
            • Robbi
            • ROS
            • Rota Engineering
            • Rotar
            • Rotoflow
            • Rotork
            • Ruhrpumpen
            • S. Himmelstein
            • Sanco
            • Sapag Industrial valves
            • Saunders
            • Scam Filltres
            • Scantech
            • Schroedahl
            • Score Energy
            • Sermas Industrie
            • Servi Group
            • Settima
            • Siekmann Econosto
            • Siemens
            • Siemens energy
            • Simaco
            • Solar turbines
            • Solberg
            • SOR
            • Spectrex
            • SPIETH
            • SPX
            • Stamford | AvK
            • Star Micronics
            • Stewart & Stevenson
            • Stockham
            • Sumitomo
            • Supertec Machinery
            • Tamagawa Seiki
            • Tartarini
            • TEAT
            • TEKA
            • Thermodyn
            • Thimonnier
            • Top-co
            • Truflo
            • Turbotecnica
            • Tuthill
            • TYCO Thermal Controls
            • Vanessa
            • VAR-SPE
            • VDO
            • Velan
            • Versa
            • Vibra Schultheis
            • Vipom
            • Vokes Air
            • Voumard
            • W.T.A.
            • Warren
            • Waukesha
            • Weatherford
            • Weiss GmbH
            • Wenglor
            • WestCo
            • Woodward
            • Xomox
            • Yarway
            • Zenith
            • ZERO-MAX
            • Zimmermann & Jansen (Z&J)

            Линейные актуаторы

            ЛИНЕЙНЫЕ АКТУАТОРЫ

            Активное управление пространственным распределением магнитореологических фаз с помощью теории оптимального управления

            Май 2017

             

             

             

            Эластография с постоянным градиентом с оптимальным контролем радиочастотных импульсов

             Июль 2018

             

             

             

            Сравнение характеристик вязкоупругих свойств фантомов пластизоля с магнитно-резонансной эластографией и высокочастотной реометрией

            Год 2016

             

             

             

            Быстрая томоэластография головного мозга мыши методом многочастотной одноэлементной МР-эластографии

            Март 2018

             

             

            Новые разработки в пьезоприводах: приводы с большим ходом и мощная электроника

            Июнь 2016 

             

            Пьезотехнология в синхротроне

            Июль 2018 

             

             

             

            Пьезопривод с точным шагом для IASI-NG

            Июнь 2018

            Усовершенствование шагового модуля пьезопривода MSPA

            Июнь 2018 

             

             

              

            Высокопроизводительный синтетический реактивный привод для улучшения аэродинамического потока над крыльями самолета

            Июнь 2018

             

            Усовершенствование пьезоактюатора с интегрированным рычажным механизмом для активного подавления вибрации

            Июнь 2018

              

             

            Разработка подшипника скольжения и гибкой направляющей для привода MICA300CM

            Июнь 2018

            Механизм активных закрылков вертолетов на основе пьезоэлектрических приводов с интегрированным рычажным механизмом производства CEDRAT TECHNOLOGIES

            Июнь 2002 

              

             

            Активная шайба для интеллектуальной механической связи

            Год 2017

            Полупассивная техника управления вибрацией с помощью шунтирующих пьезоэлектрических актуаторов со встроенным усилителем перемещения

            Июнь 2016

             

             

             

            Потенциальные возможности композитных корпусов актуаторов APA и усилителя SA75D для новых динамических применений

            Июнь 2016 

             

            На русском языке: Модульный шаговый пьезоэлектрический актуатор — универсальный способ приведения в действие для микропозиционирования

            Июнь 2016  

             

            Капсулированные пьезоэлектрические актуаторы для применения при высоких мощностях и/или тяжелых условиях окружающей среды

            Июнь 2016

             

            Пьезоактуатор со встроенным усилителем перемещения APA с вязкоэластичным материалом для полуактивной системы демпфирования механообрабатывающего инструмента

            Август 2016

             

             

            Компактный, эффективный и управляемый магнитный актуатор с подвижным штоком из железа для промышленного применения 

            Июнь 2016

            3D настраиваемый микроволновый сверхпроводящий резонатор с рычажным пьезоэлектрическим актуатором

            Март 2016

             

             

            На русском языке: Мощный шаговый пьезоэлектрический актуатор: моторизированное решение для позиционирования с высоким разрешением и возможностью выдерживать воздействие внешних сил

            Июнь 2016

             

             

             

             

            Улучшение характеристик аэродинамического потока авиационных крыльев с помощью высокопроизводительных клапанов пульсирующего воздуха

            Июнь 2016   

            На русском языке: Пьезо актуатор для нанометрового линейного позиционирования со встроенными тензометрическими датчиками для высокостабильного позиционирования

            Июнь 2016

             

               

             

             

            На русском языке: Предельные характеристики пьезо системы: большой ход, высокая частота, высокая температура

            Июнь 2015

             

             

              

            Датчики линейного расширения для высоко стабильных пьезо актуаторов

            Февраль 2015

             

             

             

            Преимущества больших пьезоэлектрических актуаторов и мощной управляющей электроники при испытаниях на усталость и износ

            Август 2015

               

            Конструкция динамического трибометра, с применением пьезоэлектрических шаговых двигателей инерционного типа. Двигатели: исследование принципа шаг-скольжение

            Сентябрь 2015

              

            Нанометровое позиционирование с пьезо актуаторами и высокостабильные тензометрические датчики

            Сентябрь 2015

             

             

             

            Механизм отклонения луча атмосферного лидара и новые пьезоэлектрические устройства для оптических применений

            Сентябрь 2015

              

            Приводы на звуковых катушках для двух инструментов метеорологического спутника третьего поколения

            Сентябрь 2015 

             

            Новая парадигма в управлении динамикой систем механической обработки

            Сентябрь 2015

             

             

             

             

            На русском языке: Виброизоляция удлиненного объекта

            Январь 2015

             

             

                

            На русском языке: Электродинамический управляемый актуатор: характеристики замкнутого контура управления

            Июнь 2014

               

             

            Усовершенствованный пьезоэлектрический механизм отклонения луча атмосферного лидара

            Июнь 2014

             

             

             

            Tip-tilt механизм с увеличенным ходом и высоким разрешением

            Июнь 2014

             

             

             

             

            Компактные, легкие и эффективные пьезо-актуаторные цепи для авиационных применений

            Июнь 2014

             

            Особенности пьезо механизмов для криогенных применений и их установка в высокоточный Tip-Tilt механизм отклонения луча

            Июнь 2014

              

             

             

            Пьезоэлектрический преобразователь энергии вибрации в электроэнергию с двумя устойчивыми состояниями для работы в широком диапазоне механических частот

            Июнь 2014

             

               

             

            На русском языке: Новый электродинамический поворотный двигатель для спутников Meteosat третьего поколения

            Июнь 2014

               

            Актуаторы для космических применений: Последнее слово техники и новые технологии

            Июнь 2014

             

             

            Модульный испытательный стенд для оценки производительности пьезоэлектрических приводов с парой трения-скольжения

            Июнь 2014

             

             

            Сегментные биморфные зеркала для адаптивной оптики: разработка сегмента и испытания

            Сентябрь 2014

             

             

            Новая линейка импульсных усилителей для управления пьезоактуаторами в авиационных применениях

            Сентябрь 2014

                

             

             

            На русском языке: BRUCE — Электромагнитный механизм линейного перемещения для фиксации механизмов при выводе на орбиту

            Сентябрь 2013 

             

             

             

            Механизм отклонения луча для атмосферного лидара спутника ДЗЗ: усовершенствованный пьезо механизм, осуществляющий микроколебания для сканирования по углам (Tip-tilt mechanism)

            Сентябрь 2013 

              

             

            Космические трибометры: разработка для экспериментов на орбите

            Июнь 2012

             

             

              

             

            Производство и характеристики первого промышленного актуатора APA с облегченным корпусом из эпоксидного углепластика

            Июнь 2012

              

            BRUCE — электродинамический актуатор для фиксации и разблокировки механизмов при выводе на орбиту

            Июнь 2012

             

              

            Механизм преобразования вибрации в электроэнергию с высоким коэффициентом усиления для низкочастотных применений

            Июнь 2012

             

            Высокомощный генератор услилия (до 20 кН) и управляющая электроника

            Июнь 2012

             

             

             

             

            Высокодинамичный и высокоточный оптический механизм с самобалансировкой

            Июнь 2012

             

             

              

            Усовершенствование пьезо актуаторов линейного перемещения и вращения путем модернизаци и улучшения управления

            Июнь 2012 

             

            Актуатор MICA: высокодинамические управляемые магнитные актуаторы

            Июнь 2012

             

             

             

            Линейный актуатор со свободным вращением

            Июнь 2012

             

                

             

            Компактная установка платформы со сверхнизким уровнем вибрации для космических криогенных охладителей с применением миниатюрных высокочастотных актуаторов

            Сентябрь 2012

             

             

             

            Исследование пьезо системы подачи инструмента с непосредственной механической связью для оборудования микроэлектронной обработки

            Сентябрь 2012

             

               

            Пьезо актуаторы с интегрированным усилителем перемещения: статические и динамические применения

            Декабрь 2012

             

              

            Новый пьезоактуатор с усилителем перемещения для точного позиционирования и активного демпфирования

            Декабрь 2012

             

             

             

            
            Характеристики шагового пьезопривода в вакууме в расширенном диапазоне температур

            Сентябрь 2011 

               

            Описание Гистерезиза в пьезокерамических пакетных актуаторах и их воздействие на уменьшение вибрации и шума в вертолетах, использующих активные управляемые закрылки

            Май 2011

              

            Магнитореологический актуатор для применений с высоким усилием блокирования и демпфирования

            Год 2010

             

              

            Испытание лопасти вертолета с активными закрылками в аэродинамической трубе

            Апрель 2010

             

               

            Концепция активных закрылок: разработка, производство и испытания

            Апрель 2010

             

             

            
            Микродвигатели совместимые с МРТ для медицинских и биомедицинских применений

             Без даты

                

            Электрически подстраиваемый низкочастотный миниатюрный подвес

            Июнь 2010 

              

            Новые актуаторы для авиации, космоса и оборонных применений

            Июнь 2010

             

             

             

             

             

            
            Преимущества пьезоактюатора с интегрированным рычажным механизмом для инерционных шаговых двигателей

            Июнь 2010 

              

             

            Лимиты динамического растяжения пьезоактуаторов со встроенным рычажным усилителем перемещения (APA)

            Июнь 2010

             

             

            Актуатор ограниченного угла вращения для высокоточного углового позиционирования

            Июнь 2010

             

             

            Пьезо-композитный трансдъюсер для избирательности вида и направления волн Лэмба

            Сентябрь 2010

             

             

             

             

            OTITEC — эксперт Французской фотоники

            Март 2009

             

             

              

            Серво пьезо инструмент SPT400MML для для быстрой и точной мехобработки свободных форм

            Июнь 2009

              

             

            Пьезоэлектрический привод для точного и быстрого изготовления овальных поршней 

            Май 2005 

             

             

             

            MRF актуаторы

            Июль 2008

              

             

            Новые актуаторы для авиационных и космических применений

            Июнь 2008

             

              

             

            Микроконтроллеры для пьезо электрических актуаторов

            Июль 2008

              

             

            Микро пьезо актуаторы

            Июль 2008

             

              

              

            Усовершенствованное шасси для улучшенного демфирования удара

            Июнь 2008

             

             

             

             

             

            Подстраиваемая масса маятниковой структуры для демпфирования на низких часотах до 20 Гц, с высоким усилием до 1 кН, связанными с вибрациями амплитудами до 10 мм

            Июнь 2008

              

             

            АКТУАТОР2008 Электромагнитные управляемые актуаторы

            Без даты

             

              

             Магнитореологические приводы тезисы конференции ACTUATOR2008

             Без даты

             

             

             

            АКТУАТОР2008 Шаговые пьезоэлектрические актуаторы на основе APA

            Июнь 2008

             

             

                

             

            Разработка и квалификация оптической линии задержки на пьезо актуаторах

            Июнь 2008

              

             

             

            LDIA2007 Электродинамические актуаторы с подвижной катушкой

            Без даты

             

               

             

            Встраиваемая пьезо система для установки на лыжи

            Январь 2006

             

             

             

             

            Управление магнитными актуаторами в электрических контакторах

            Июнь 2006

             

             

             

            Характеристики магнитореологических жидкостей (MRF) для авиационных применений

            Июнь 2006

             

             

            Новые актуаторы для космических и авиационных применений

            Июнь 2006

             

             

            Активное демпфирование вибрации конструкции лыжи

            Июнь 2006

             

            Преобразователь вибрации в электроэнергию для авиации на основе пьезо актуаторов

            Июнь 2006

             

            Двухпозиционный энергосберегающий магнитный актуатор

            Июнь 2006

             

             

            Пьезо двигатель вращения «шаг за шагом» для нанопозиционирования и космических применений

            Июнь 2006 

             

             

            Расстяжение магнитострикционных актуаторов и трансдъюсеров в динамическом режиме

            Октябрь 2006 

              

            M2EMS миниатюрный магнитный двигатель вращения

            Январь 2005

             

              

            Экспериментальные испытания и дальнейшая разработка пьезоактуаторов с усилителем перемещения для активных закрылков

            Июнь 2002

             

             

             

              

             

            Актуаторы в адаптронике: пьезоэлектрические актуаторы

            Июль 2005

             

             

             

            Пьезоэлектрические преобразователи для обследования резервуара (Результаты) — TWI

            Июнь 2005 

              

             

            Устройство подачи образца для рентгеновского анализа NASA ARC Novel

            Март 2004

             

             

             

             

             

             

             

             Rosetta Midas успешный запуск

             Май 2004

             

             

             

            Электро-гидравлические компоненты на уснове интеллектуальных материалов для авиационной электро-гидравлики

            Июнь 2004

             

             

            Электромагнитный актуатор для космических применений

            Июнь 2004 

             

             

             

            На русском языке: Миниатюрные пьезо механизмы для оптических и космических применений

            Июнь 2004

             

              

            Микродвигатель на основе плоских постоянных магнитов

            Июнь 2004

              

             

               

             

            Держатель инструмента для активного управления вибрацией в токарных операциях

            Июнь 2004

             

              

            Пьезоактуатор вращения для высокоточного позиционирования в космических применениях

            Июнь 2004

             

             

            Аэро Индия 2003 пьезо актуаторы для авиации и космоса

            Январь 2003

             

             

              

            Актуаторы на основе эффекта Томсона

            Январь 2003

             

              

            Inchworm пьезо двигатель на основе APA

            Ноябрь 2002

             

             

             

             DTT35XS — компактный новый наклонный пьезо механизм

            Сентябрь 2002

             

              

             

            Новая разработка пьезо сборки

            Сентябрь 2002 

             

             

              

            Магнитострикционные актуаторы в сравнении с пьезо актуаторами

            Июль 2002

             

             

            Пьезоактуатор вращения для высокоточного позиционирования в космических применениях

            Июль 2002

             

              

            Жесткая и мягкая Платформы Стюарта для активного демпфирования и активной изоляции вибраций

            Июнь 2002

             

             

              

             

             

            Приводы на основе материалов с гигантской магнитострикцией

            Июнь 2002 

             

             

            Квалификация пьезо актуаторов космического уровня исполнения

            Июнь 2002

             

             

             

            Клапана на основе пьезоактуаторов с интегрированным усилителем перемещения

            Июнь 2002

             

             

              

             

            Экспериментальные испытания устройства активных закрылков

            Май 2002

             

             

             

            3D ультразвуковые зонды

            Год 2001

             

             

             

            Ультразвуковой двигатель UPD для моторизированной сборки с прямым приводом

            Без даты

             

            
            Испытание двигателя LPM

            Сентябрь 1999 

             

             

             

             

             

            gaz.wiki — gaz.wiki

            Navigation

            • Main page

            Languages

            • Deutsch
            • Français
            • Nederlands
            • Русский
            • Italiano
            • Español
            • Polski
            • Português
            • Norsk
            • Suomen kieli
            • Magyar
            • Čeština
            • Türkçe
            • Dansk
            • Română
            • Svenska

            Механический дизайн инновационных электромагнитных линейных приводов для морского применения

            Мы описываем инженерное решение по производству электромагнитных линейных приводов для движущихся рулей и стабилизаторов оперения военных кораблей. Решение определяет переход от концептуального дизайна устройства, изначально изученного с электромагнитной точки зрения, к действительно работающим механическим конфигурациям. Описываются структурные проблемы, которые были решены с помощью предложенной конфигурации.Чтобы подтвердить обсуждаемые варианты конструкции, мы проиллюстрируем некоторые результаты численного моделирования, выполненного методом конечных элементов конструкции. Эти результаты количественно подтверждают предложенное механическое решение путем оценки напряжений и деформаций в виртуальном прототипе конструкции во время его функционирования. Части устройства, которые были изучены, являются наиболее важными, потому что в случаях чрезмерной деформации / напряжения они могут непоправимо нарушить работу привода.Эти части представляют собой набор полюсных наконечников и удерживающие клетки постоянных магнитов. Анализ МКЭ позволил нам выявить наиболее напряженные области предыдущих элементов, форма которых была разработана таким образом, чтобы снизить максимальные напряжения и деформации. Более того, анализ МКЭ помог найти наиболее удобное решение для соединения полюсных наконечников с соответствующими основаниями. Хорошие результаты, полученные с помощью предложенного технического решения, экспериментально подтверждены испытаниями на специально изготовленном небольшом прототипе актуатора.Наконец, проиллюстрирован качественный анализ технических проблем, которые необходимо учитывать при проектировании электромагнитных линейных приводов большего размера, чем уже изготовленный.

            1 Введение

            Руль представляет собой одно из основных устройств, используемых для управления лодками. Чтобы гарантировать безопасность навигации, такое устройство всегда должно работать правильно. Следовательно, надежность всей системы рулевого управления должна быть очень высокой, особенно при большой нагрузке на судно.На этих кораблях силы, необходимые для управления рулем, могут достигать многих тонн, а система, которая вращает один и тот же руль, довольно сложна.

            Два типа приводов, олеодинамические поворотные и линейные [1] всегда используются для управления рулями больших судов. В течение десятилетий использовались только эти две системы, и не было никаких исследований или инноваций, которые были бы призваны заменить их более эффективными системами. Однако исследования были в значительной степени сосредоточены на управлении стабилизаторами руля направления и киля в отношении устойчивости и вибраций [2, 3, 4, 5].В этих исследованиях представлены сложные математические физические модели, предполагающие определенные тенденции сил, создаваемых исполнительными механизмами, но которые не представляют предмет исследования. В связи с этим можно отметить, что в настоящее время обычная система привода руля для судов с высокой нагрузкой основана на поворотных приводах, работающих под давлением масла [1] (см. Рисунок 1). В этих двигателях масло перекачивается под высоким давлением, и поршни двигателя вращаются вокруг оси очень медленно. Поршни соединены с валом, который обеспечивает высокий крутящий момент, и этот вал вращает руль направления с помощью подходящих рычагов управления.Величина вращения этих моторов ограничена и обычно не превышает 150 градусов. За прошедшие годы опыт управления всей системой (насосы, клапаны, системы управления и т. Д.), Которая позволяет эксплуатировать поворотный привод, показал значительные проблемы, связанные с обслуживанием и регулированием / контролем такого рода устройств. Следовательно, для обеспечения надлежащего функционирования руля направления необходимо регулярно проводить проверки, проверки и техническое обслуживание всех компонентов системы.Затраты, связанные с этими видами деятельности, относительно высокие габаритные размеры и вес системы, а также некоторые технические трудности в регулировании работы в соответствии с потребностями навигации, побудили к изучению устройств, альтернативных поворотному приводу, работающему под давлением масла. Возможная альтернатива, которая была изучена на концептуальном уровне, представлена ​​инновационными электромагнитными линейными приводами, способными развивать тягу в несколько тонн с ограниченным ходом (1000-1200 мм) [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ].Новинка этого актуатора предполагает полную замену традиционно используемой олеодинамической системы на электромагнитное устройство. Следовательно, можно изготовить устройство для управления рулями судов, которое будет намного более чистым и регулируемым, чем устройства, использующие масло под давлением, которое закачивается в олеодинамические приводы. Таким образом, больше не требуется система контроля давления и потока масла, и все управление системой становится электрическим / электронным с несомненными преимуществами очистки и точной регулировки.

            Рисунок 1

            Система двойного рулевого управления военного корабля на основе поворотных приводов под давлением масла (красные стрелки указывают на рычаги управления рулем).

            Рисунок 2 иллюстрирует концептуальную конструкцию предлагаемого электромагнитного устройства. Набор постоянных магнитов (1) находится в контакте с верхней и нижней поверхностями стальной пластины (2), приводимой в действие подходящими подшипниками. Эти подшипники составляют единое целое с рамой устройства и позволяют перемещать одну и ту же пластину в горизонтальном направлении (так называемый движитель ).Полярные расширения (4) расположены в соответствии с магнитами, а электрические обмотки (5) расположены вокруг этих расширений. Между магнитами и плоскими поверхностями этих полярных расширений зафиксирован зазор 3 мм. Управляя питанием обмоток, можно создавать магнитные силы, которые перемещают движитель, приводимый в движение соответствующими подшипниками. Эти силы могут быть чрезвычайно высокими. Следовательно, движитель может приложить очень сильный толчок к подходящему рычажному механизму, который преобразует прямолинейное движение во вращательное движение.Этот механизм состоит из призматического поворотного шарнира, который вращает руль направления (см. Рисунок 3). Руль направления вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от направления движения движителя. Подходящий размер кинематической системы позволяет получить правильные углы поворота. Точные расчеты [6, 7, 8] определили правильный размер концептуальной конфигурации привода, показанного на рисунке 2. Эти модели первоначально включают расчет горизонтальной электромагнитной тяги, приложенной к стальной пластине (2) (см. Рисунок 2). что устройство может развиваться.Из этих расчетов [6, 7, 8] следует, что тяга, создаваемая этим приводом подходящего размера, который также может быть установлен на корме корабля, может достигать или превышать тягу, создаваемую традиционными олеодинамическими приводами. На основании этих результатов были проведены дальнейшие исследования [11, 13] для оценки практической возможности замены олеодинамических исполнительных механизмов на электромагнитные исполнительные механизмы для управления рулями военных кораблей. Эти исследования, основанные на численном моделировании, получили дальнейшее развитие с помощью экспериментальных испытаний и моделирования.Также были выполнены подробные исследования проблем нагрева, вызванных i) вихревыми токами [9], ii) источником питания и iii) управлением через инвертор электромагнитного устройства [10]. Экспериментальные испытания проводились путем изготовления прототипа электромагнитного привода, который может прикладывать горизонтальную тягу более 3 тонн к стальному листу (2) (см. Рисунок 2) [11]. Другая проблема, которая была изучена при разработке такого привода, касается надежности работы. В связи с этим, моделирование и испытания [12] были выполнены в отношении возможной неисправности одного модуля, состоящего из полярных расширений (4), электрических обмоток (5) и основания (8) (см. Рисунок 2).Это необходимо для обеспечения развязки между модулями статора, чтобы возможное короткое замыкание, возникающее в модуле, не влияло на другие модули, и устройство все еще могло работать, хотя и с меньшей производительностью.

            Рисунок 2

            Концептуальная схема предложенного электромагнитного привода [6].

            Рисунок 3

            Преобразование поступательного движения во вращение для приведения в действие руля направления [11].

            Однако для изготовления первого рабочего прототипа устройства необходимо было тщательно изучить всю систему с механической точки зрения.Механическое конструктивное решение, описанное в следующих параграфах, было разработано путем изучения проектных конфигураций, характеризующихся достаточно сниженным напряжением / деформацией. Таким образом, был соблюден ранее определенный электромагнитный размер, и устройство работает правильно.

            2 Проблемы жесткости и деформации конструкции

            Одна из основных проблем, рассматриваемых при преобразовании концептуального проекта, показанного на рисунке 2, в работающее электромеханическое устройство, касалась жесткости системы.Для правильной работы устройства необходимо, чтобы во время работы машины воздушные зазоры между постоянными магнитами и полюсными наконечниками сохранялись как можно более постоянными. Когда в обмотках циркулирует ток, к полюсным наконечникам прилагаются очень высокие растягивающие усилия. Эти силы имеют тенденцию к удлинению полюсов, уменьшая воздушный зазор. В то же время магнитная сила, заставляющая движущийся двигаться, сгибает полярные расширения. Поэтому эти детали обычно подвергаются растягивающим и изгибающим напряжениям.Эти действия должны быть надлежащим образом уравновешены реакциями, генерируемыми структурой, поддерживающей те же полярные расширения. Как показано на рисунке 2, есть 12 полярных расширений на одной стороне движителя и еще 12 на другой, следовательно, будут генерироваться очень сильные силы. Эти силы имеют тенденцию к деформации рамы, на которой закреплены те же полюсные наконечники. Для правильного функционирования привода эти деформации должны быть очень небольшими (0,01-0,1 мм), в противном случае воздушный зазор в зависимости от изменений условий эксплуатации и контроль сил, создаваемых двигателем, могут стать проблематичными.Другой важный аспект, который был рассмотрен при разработке концептуального проекта, показанного на Рисунке 2, касается расположения магнитов на двигателе. Эти магниты, показанные на рисунке 2 простыми красными и синими параллелепипедами, на самом деле состоят из маленьких магнитов, расположенных параллельно друг другу. Таким образом, наборы из девяти самариево-кобальтовых магнитов (марка YXG30, HcB 835 KA / m), размещенных рядом, были использованы для того, чтобы приблизиться к каждому «большому» магниту (1), показанному в концептуальном проекте (см. Рисунок 2).Эти магниты, когда внешние магнитные поля равны нулю, прилипают к верхней и нижней поверхностям движителя, который изготовлен из ферромагнитной стали. Однако горизонтальные магнитные силы, которые действуют во время работы машины, могут быть выше, чем силы трения в соответствии с контактными поверхностями магнитов и движителей. Отсюда следует, что трение не гарантирует поддержание каждого магнита в правильном положении, установленном в электромагнитной конструкции системы. Более того, в случае короткого замыкания большие токи могут размагнитить магниты.Этот факт может вызвать опасную ситуацию, поскольку магниты могут притягиваться полюсными наконечниками. В этом случае зазора не будет, что приведет к блокировке движителя и серьезному повреждению исполнительного механизма. Что касается аспектов надежности, вероятность этого события должна быть крайне мала. Поэтому в техническом решении учитывалась конструкция удерживающих оболочек (изготовленных из немагнитного алюминиевого сплава) для магнитов, чтобы они всегда находились в контакте в правильном положении с поверхностями движущихся частей, к которым они обычно прилегают.Эти удерживающие клетки (см. Рис. 4) расположены напротив двух сторон движителя. Стык между каждой парой противоположных ретенционных обойм осуществлялся простыми и надежными болтами (в движке имеются сквозные отверстия, соответствующие стержням винтов). Электромагнитный расчет предоставил максимальное значение силы, которой будут подвергаться постоянные магниты в случае размагничивания. Используя это значение силы, был проведен точный структурный анализ методом конечных элементов для оценки напряжения и деформации удерживающих каркасов в случае возникновения ранее описанной неисправности.Пригодность этого моделирования была проверена путем построения подходящих кривых сходимости относительно эквивалентных растягивающих напряжений (в соответствии с критерием фон Мизеса), обнаруженных в наиболее напряженных областях. Эти клетки также имеют такой размер, чтобы противостоять силе, приложенной в горизонтальном направлении, которую сами магниты создают для обеспечения правильного перемещения движителя. Следовательно, если магниты теряют сцепление в результате силы трения между поверхностью движителя и поверхностью каждого магнита, контактирующего с самим движителем, клетки предотвращают скольжение.Наконец, еще один важный аспект преобразования концептуальной конструкции, показанной на рисунке 2, в работающую механическую систему, включает соединение между движителем и рамой. Движитель должен иметь возможность двигаться с очень небольшим трением относительно рамы, на которой закреплены все полярные расширения. Возможное решение было найдено путем замены концептуальной муфты, основанной на цилиндрических роликах (см. Направляющую (2) и ролики (3) на рисунке 2), шестью шарикоподшипниками с рециркуляцией, закрепленными на раме машины.Эти подшипники позволяют перемещать прямые направляющие, прикрепленные винтами, к более длинным сторонам движителя. Таким образом, было получено хорошее скольжение движителя по раме, даже когда тот же самый движитель обильно выходил из корпуса машины. Что касается муфты «движитель-подшипник-рама», принятое решение демонстрирует определенную степень гиперстатичности. В общем, всегда было бы целесообразно рассматривать ограничение изостатического типа, но в отношении высоких нагрузок, приложенных к движителю (которые также могут быть подвержены боковой нестабильности), мы предпочли гиперстатическое решение.Однако мы отмечаем, что это решение было возможным, потому что длина рамы и движителя в данном примере не слишком велика (длина рамы приблизительно 1000 мм и ширина 500 мм, длина движителя не превышает 2000 мм). Следовательно, все ошибки плоскостности, параллельности и т. Д., Которые влияют на раму, на которой установлены шесть подшипников, ограничены.

            Рисунок 4

            Удерживающие клетки магнитов.

            3 Архитектура механического решения

            Механическое решение, изучаемое для обеспечения работоспособности устройства, показанного на рисунке 2, проиллюстрировано на рисунке 5.Внимательно изучив этот рисунок, можно заметить, что все полюсные наконечники (4) и соответствующее основание (8) (см. Рисунок 2) закреплены на раме из алюминиевого сплава с передними фланцами. Эти фланцы имеют отверстие, позволяющее двигателю выходить с двух сторон конструкции. На рис. 6 показано соединение движителя и рамы с помощью шарикоподшипников с рециркуляцией. На этом рисунке также показано положение оболочек магнитов и катушек, вставленных вокруг ферромагнитных сердечников (полюсных наконечников). Конфигурация этих ферромагнитных сердечников была предметом особенно точного исследования, поскольку фиксация одних и тех же сердечников на соответствующих основаниях должна быть очень надежной.В связи с этим были рассмотрены различные решения. На рисунке 7 (а) показано основание полюсного наконечника, соединенное четырнадцатью винтами. В этом случае нижний конец полюсного наконечника показывает две выступающие боковые кромки со сквозными отверстиями, в которые вставляются четырнадцать винтов. Другой вид соединения, иллюстрирующий соединение типа «ласточкин хвост», показан на Рисунке 7 (b). В центре направляющей вставлен параллельный штифт, который устраняет степень свободы перемещения полюсного наконечника по отношению к направляющей. В противном случае на рис. 7 (c) показано вставление трех параллельных штифтов вместо одного.В этом случае диаметр этих штифтов меньше диаметра штифта, показанного на Рисунке 7 (b). Другое решение (см. Рисунок 7 (d)) исключает использование штифтов. Чтобы зафиксировать полюсный наконечник в правильном положении, решение на Рисунке 7 (d) учитывает вставку двух фасонных элементов в паз соединения «ласточкин хвост». Эти две части крепятся к основанию винтами с головкой под ключ. На рисунке 7 (c) две подвески, которые фиксируют индукционную катушку вокруг полярного расширения, также показаны в правильном положении (см. Также рисунок 6).Наконец, последнее решение рассматривало изготовление полярных расширений и баз enbloc. На рисунке 8 показан технический чертеж этой детали. Это последнее решение было принято. Фактически, результаты численного моделирования относительно деформаций и напряжений сложного базового полярного расширения показали, что это последнее решение было приемлемым. В то же время, с точки зрения стоимости и точности, очень выгодно производить сложный enbloc с расширением базы.Поэтому было решено принять это решение. Было замечено, что в электродвигателях полярные расширения обычно производятся с использованием прослоек кремний-железо. Это решение ограничивает влияние вихревых токов, которые вызывают нагрев детали и снижают эффективность системы. Сила этих токов зависит от частоты питания обмотки (чем выше частота, тем сильнее нагрев). Однако в случае линейного привода использование полярного расширения, состоящего из цельного куска стали, не является проблемой, потому что частота тока, с которой запитывается одна обмотка, очень низкая (ниже 1 Гц), поэтому выделяемое тепло умеренное [9].

            Рисунок 5

            Твердотельное моделирование электромагнитного привода.

            Рисунок 6

            Внутренняя структура электромагнитного привода.

            Рисунок 7

            Крепление ферромагнитного сердечника к основанию с помощью (а) винтов, (б) муфты типа «ласточкин хвост» с одним параллельным штифтом, (в) трех параллельных штифтов и (г) вставкой двух формованных элементов в паз стыка «ласточкин хвост».

            Рисунок 8

            Ферромагнитный сердечник и базовый блок.

            Изготовление enbloc детали началось из стального прутка прямоугольного сечения.Из этого стального параллелепипеда с помощью кислородной резки и соответствующего припуска на механическую обработку были получены все опорные части. Впоследствии, применяя процедуру отжига, деформации и остаточные напряжения, вызванные быстрым охлаждением от температуры кислородной резки до комнатной температуры, были уменьшены. Посредством этой термической обработки был устранен поверхностный слой мартенсита, который самопроизвольно образовался из-за ранее упомянутого охлаждения. После превращения мартенсита в перлитные / ледебуритные структуры, гораздо менее твердые и хрупкие, чем мартенсит, были выполнены процессы механической обработки с формированием стружки.Таким образом были получены точные размеры детали. Было замечено, что стружкообразовательная обработка детали перед отжигом может привести к поломке режущего инструмента (мартенсит очень твердый и не поддается обработке). Несмотря на то, что это технически осуществимо, с точки зрения стоимости и сборки, другие изученные решения менее удобны. Также была рассмотрена возможность приварить полюсный наконечник к основанию. Однако от этого решения отказались из-за стоимости, остаточных напряжений и деформаций, связанных с трудностью получения хорошего сварного шва с высоким проплавлением.Что касается рециркуляционных шарикоподшипников для перемещения движителя, на рисунке 9 проиллюстрирована возможная компоновка, альтернативная принятой (см. Рисунок 6). В этом случае направляющие подшипников закрепляются на длинных сторонах движителя. Однако от этого решения, даже если оно было осуществимо, отказались, потому что i) необходимо изготовить большое количество подвесок для правильной установки и фиксации подшипников, ii) массы движителя, iii) количества винтов для фиксации направляющих, и iv) ширина движителя значительно увеличилась.Также было замечено, что более широкий движитель вызывает увеличение ширины всего исполнительного механизма (увеличение примерно равно 120 мм по сравнению с шириной 490 мм по сравнению с решением, показанным на рисунках 5 и 6). Следовательно, выбирая такое расположение направляющих, необходимо было увеличить длину оснований, на которых закреплены полярные расширения. Следовательно, этот выбор вызывает увеличение напряжения и отклонение сложного базового полярного расширения при приложении электромагнитных сил.Фактически, эти силы очень велики и стремятся привести к расширению к верхней поверхности обоймы магнита за счет уменьшения воздушного зазора. На рисунке 10 показан окончательный технический чертеж изготовленной рамы привода. Размеры рамы равны 1104 × 490 × 266 мм, а основания полюсных наконечников (см. Рисунок 8) имеют толщину, равную 30 мм. В итоге общая высота актуатора составляет 266 + 30 + 30 = 326 мм. Тягач имеет длину и толщину 30 и 1845 мм соответственно, а ширина равна 404 мм.

            Рисунок 9

            Альтернативное расположение шарикоподшипников с рециркуляцией для перемещения движителя.

            Рисунок 10

            Технический чертеж рамы привода, изготовленной из немагнитного алюминиевого сплава.

            4 Структурно-механическое моделирование прототипа

            Конкретные решения, принятые для обеспечения правильного функционирования изготовленного электромагнитного привода, были найдены путем изучения механической прочности системы, когда она создает максимальную тягу.Таким образом, механическая конструкция была разработана со ссылкой на следующие элементы: i) исходя из концептуального дизайна устройства, известны все размеры, которые должны быть соблюдены для обеспечения надлежащего функционирования электромагнитной системы, ii) максимальный электромагнитные силы, создаваемые устройством, и силы внешней реакции известны; iii) известно максимально допустимое уменьшение воздушного зазора между полюсными наконечниками и лицевой поверхностью обойм постоянных магнитов, установленных на двигателе; iv) известно считается серьезной ситуацией неисправности устройства (короткое замыкание, перегрузка и т. д.)), который вызывает размагничивание магнитов, удерживаемых обоймами, v) как следствие размагничивания, мы предполагаем, что магниты ведут себя как нормальный ферромагнитный материал, подверженный действию притяжения полюсных наконечников, vi) по отношению к предыдущему гипотезы о неисправности, проводится структурный анализ удержания каждой клетки (клетки должны иметь возможность удерживать магниты в правильном положении, даже если больше нет магнитного притяжения между движителем и самими магнитами), vii) в этом случае мы Рассмотрены два компонента, применяемых к удерживающей клетке: один имеет тенденцию отрезать клетку от движителя в направлении, перпендикулярном поверхности движителя, на котором она закреплена, а другой имеет направление, параллельное оси перемещения того же движителя.Гипотеза нагрузки, определяемая вышеупомянутой неисправностью, оправдана, потому что, если магниты ведут себя как простые ферромагнитные материалы, из-за действия магнитных полюсных наконечников они имеют тенденцию очень легко скользить по поверхности движителя, и единственные препятствия для этого смещения — это боковые контактные поверхности корпусов магнитов внутри обойм. Напряжения, которые могли бы быть приложены к прототипу опорными лапами, если бы основание, к которому крепится привод, было деформировано, не учитывались.Фактически, изготовленный привод представляет собой лабораторный прототип, который в настоящее время в первую очередь предназначен для экспериментальной проверки характеристик, обеспечиваемых численным моделированием. Следовательно, устройство не будет помещено в корпус, который может деформировать и подвергнуть его конструкции нагрузке из-за каких-либо значительных смещений, накладываемых на опорные ножки. В заключительной части документа показаны проблемы, которые необходимо изучить для разработки более мощных приводов, которые можно будет установить в корпус.

            В связи со сложной формой этих деталей структурное исследование, основанное на моделях номинальной прочности, может быть очень трудным. Концентрация напряжений, вызванная изменением формы, канавок и т. Д., Может быть вычислена с точностью только тогда, когда известны относительные коэффициенты концентрации. В тематическом исследовании эти факторы неизвестны, поэтому подходит структурный анализ на основе метода конечных элементов (МКЭ). Структурное моделирование МКЭ вышеупомянутых обойм было выполнено путем приложения магнитных сил к поверхностям корпусов магнитов.Фактически эти силы прилагаются к размагниченным магнитам, которые без обоймы должны смещаться по горизонтали и вертикали относительно поверхности движителя. Со ссылкой на критерии, изложенные выше, были определены условия нагрузки для выполнения структурного анализа привода. В следующих параграфах описывается моделирование методом конечных элементов и результаты, полученные в отношении наиболее важных частей привода, и . и . комплект базовых полюсов и магнитные сепараторы.Дополнительный анализ методом конечных элементов был выполнен на раме привода, на которой собраны вышеуказанные элементы. Эти анализы выявили чрезвычайно малые деформации и напряжения. В таблице 1 представлены материалы с их характеристиками, которые использовались для изготовления различных частей привода.

            Таблица 1

            Материал, из которого изготовлен привод.

            9010

            	Базовая полярная расширяющаяся сталь	Магнитная коробка из алюминиевого сплава	Рамка из алюминиевого сплава
            	EN 10025-2: 2004	UNI 9007/2	EN AW-6101
            Условное обозначение IT	Fe510C — S355JO	P-AlZn5.8MgCu	P-AlSi0.5Mg
            Цифровое обозначение	1.0553	7075	6101
            Буквенно-цифровое обозначение B.S.	50C	2L95 / L160	TE
            Предел прочности при растяжении	470-630 Н / мм 2	520-647 Н / мм 2	294 90-343 мм 2
            Предел текучести при растяжении	355 Н / мм 2	481-589 Н / мм 2	265-304 Н / мм 2
            % Относительное удлинение		5-10%	5-9%

            5 Структурный анализ полярного расширения и основания

            При изготовлении базового-полярного расширительного набора были рассмотрены три возможных варианта: i) раздельное полярное расширение и соединение к основанию винтами (см. рисунок 7 (a)), ii) отдельное полярное расширение и соединение с основанием с помощью муфты типа «ласточкин хвост» (см. рисунки 7 (b) -7 (d)), и iii) полярное расширение и огибание основания. (см. рисунок 8).Для каждого из этих вариантов было рассмотрено состояние максимальной нагрузки, показанное на рисунке 11. Силы, указанные на этом рисунке, представляют собой электромагнитные силы, рассчитанные с помощью ранее выполненного моделирования [6, 7, 8]. Эти силы были приложены с осторожностью только к торцевому краю шеста, соответствующему относительной верхней поверхности того же расширения (см. Рисунок 11). Фактически, магнитные силы действуют на все тело полярного расширения с определенным распределением. Следовательно, момент, рассчитанный в соответствии со схематическим представлением, показанным на рисунке 11, который имеет тенденцию изгибать такое же полярное расширение, значительно больше, чем тот, который действует на самом деле.Эта гипотеза нагрузки была рассмотрена как из соображений простоты, так и из соображений предосторожности. В следующих параграфах мы описываем анализ методом конечных элементов, выполненный со ссылкой на три типа соединений опор и полюсов, упомянутых ранее.

            Рис. 11

            Силы, приложенные к полярным разложениям для выполнения моделирования методом конечных элементов.

            5.1 Полярные расширения и основания, соединенные винтами

            Соединение показано на Рисунке 7 (а). Анализ системы методом конечных элементов проводился путем привязки основания к торцевым поверхностям (см. Рисунок 12).По сравнению с реальным фиксатором (восемь винтов, см. Рис. 5) этот вид ограничения обеспечивает большую податливость основания. На самом деле в основании допускается скручивание на большую длину. Что касается этой проблемы, было также отмечено, что часть рамы привода, где основания фиксируются восемью винтами, является особенно прочной и прочной и поэтому подвергается очень небольшим деформациям. Следовательно, схематизация FEM основания, ограниченного как балка с закрепленными обоими концами, допускает большее скручивание и изгиб того же основания по сравнению с реально изготовленным устройством.Следовательно, что касается смещений, выполненный анализ методом конечных элементов можно считать предупредительным. Максимальные смещения, вычисленные по осям Y и Z абсолютной системы отсчета, показанной на рисунке 11, определены на верхнем конце полюсного наконечника. Что касается приложенных сил, значения которых указаны в таблице 2, максимальные смещения более 0,04 мм не были получены. Направление и модуль сил, указанные в таблице 2, были получены из электромагнитных расчетов, выполненных в [6] со ссылкой на конкретные механические размеры устройства, показанные на рисунках 8 и 10.Эти расчеты основаны на моделях, обсуждаемых в [6, 7, 8]. В таблице 3 представлены вышеупомянутые смещения в трех направлениях: X, Y и Z (см. Рисунок 11).

            Рисунок 12

            Максимальные напряжения и деформации, оцененные с помощью FEM-анализа набора базовых и полюсных наконечников, соединенных винтами.

            Таблица 2

            Силы, приложенные к полярным расширениям.

            Таблица 3

            Максимальные смещения базовых полюсов системы, соединенных винтами.

            U X	0,00267 мм
            U Y	0,04 мм
            U Z	0,08 мм	0,08 мм	0,08 Для правильного функционирования устройства было замечено, что эти смещения более чем приемлемы, особенно с учетом того факта, что они были вычислены с использованием ограничений, которые допускают большее скручивание и изгиб по сравнению с реальной конфигурацией.Что касается напряжений, максимальное напряжение Фон Мизеса σ id было оценено в соответствии с линейной моделью FEM в области, просверленной на концах и предназначенной для вставки одного из четырнадцати шарнирных винтов. Более того, в случае размагничивания одной группы магнитов, размещенных в соответствующей клетке, следует отметить, что компонент F z не будет более уравновешен равной и противоположной силой, приложенной к противоположной стороне движителя ( предполагается, что размагниченный магнит подобен ферромагнитному материалу).В этом случае 7600 Н будет воздействовать на шарикоподшипники с рециркуляцией (см. Рисунок 5) в направлении z (см. Рисунок 11). Эта сила намного меньше, чем коэффициенты динамической и статической нагрузки C = 59200 Н и C 0 = Н, соответственно, используемых подшипников. Следовательно, даже в этой критической ситуации нормальная работа подшипников гарантирована. Что касается материала, используемого для изготовления полюсного наконечника (см. Таблицу 1), значение предыдущего σ id , равное примерно 256 Н / мм 2 , значительно ниже, чем предел текучести стали. (см. Таблицу 1).Было также отмечено, что эти результаты были получены с помощью моделирования методом конечных элементов, выполненного с использованием различной плотности ячеек в интересующих областях, характеризующихся радиусом скругления, равным 0,5 мм. На рисунках 12 и 13 показаны точки максимума напряжения (см. Красную стрелку). В этом отношении, например, на Фигуре 14 показана кривая сходимости относительно определения ранее упомянутого максимального напряжения σ id в точке, указанной стрелкой на Фигуре 13.Кривые сходимости анализа МКЭ были определены путем построения графика интересующего параметра (напряжения, смещения и т. Д.) В зависимости от другого параметра, который представляет плотность сетки. Этим параметром может быть общее количество конечных элементов, используемых в анализе, количество узлов (n nod ) и значение локального контроля плотности сетки и т. Д. В любом случае, когда параметр отображается на графике (по оси ординат) во время увеличения сетки интересующая область имеет тенденцию быть постоянной (например, колебания значений ниже 15-20% относительно среднего значения в последней части кривой сходимости), мы можем быть разумно уверен, что это значение представляет напряжение / смещение в той же области.Иногда отображаемый параметр очень сильно увеличивает свое значение в зависимости от плотности сетки (теоретически стремится к бесконечности). В этом случае напряжение может быть сингулярным напряжением [15, 16], которое необходимо правильно интерпретировать. Следовательно, чтобы анализ МКЭ мог дать достаточно правильные результаты, необходимо понимать, являются ли рассчитанные напряжения сингулярными или нет. Кривые сходимости помогают оценить надежность результатов МКЭ. Что касается тематического исследования, все результаты были проверены путем построения этих кривых, и наличие необычных напряжений (в интересующих областях) не наблюдалось.Та же процедура проверки была применена для оценки того, были ли вычисленные напряжения ложными напряжениями [17], другим типом напряжения, которое может быть сгенерировано при анализе МКЭ в отношении численных задач, не имеющих отношения к реальности. На кривой сходимости, показанной на рисунке 14, точка, обозначенная буквой A, вероятно, указывает на ложное значение напряжения, которое не следует учитывать. Моделирование шарнирного опорного полюсного наконечника было выполнено: i) фиксируется коэффициент трения между контактными поверхностями двух частей и ii) применяется к поверхностям, определяемым контактной шайбой и полюсным наконечником под головкой винта. -основное усилие зажима, создаваемое болтами.Винты, гайки и шайбы не моделировались, но силы, создаваемые этими телами, были применены к модели FEM на ранее определенных поверхностях. Сила зажима, создаваемая каждым винтом, была зафиксирована равной 10000 Н. Таким образом, было возможно проанализировать состояние напряжения / деформации системы с помощью довольно легкой численно модели конечных элементов, состоящей всего из двух частей. Фактически, модель характеризуется только одним контактом, который находится между нижней поверхностью полюсного наконечника и верхней поверхностью основания. Рисунок 13 Участки набора опорных полюсов, соединенные винтами, где напряжение является максимальным. Рисунок 14 Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в зоне сильного напряжения, показанной на рисунке 13. 5.2 Полярные расширения и основания, соединенные направляющей «ласточкин хвост» Соединение показано на рисунках 7 (bd ). Моделирование методом конечных элементов было выполнено для всех трех типов решений, указанных на рисунках. Для расчетов методом конечных элементов использовались значения силы, равные или меньшие, чем указанные в таблице 2.Результаты, полученные при установке параллельных штифтов (см. Рисунки 7 (b, c)), показали очень высокие напряжения по сравнению с отверстиями для вставки тех же штифтов. Это решение, разработанное для обеспечения надежного позиционирования полюсного наконечника в канавке, даже не уменьшило смещения по сравнению с смещениями, полученными при помощи винтов. Напротив, решение без штифтов, показанное на рисунке 7 (d), дало приемлемые результаты. На рисунке 15 показан пример моделирования FEM, относящегося к этому типу соединения.Была замечена характерная деформация системы и концентрация напряжений на конце муфты. Эта область хорошо выделена на рисунке 16. Высокая плотность сетки была использована для правильной оценки напряжения в соответствии с галтелем, равным 1 мм. Максимальное напряжение Фон Мизеса σ id , вычисленное с помощью линейной модели МКЭ, равно примерно 270 Н / мм 2 (см. Красную стрелку на рисунке 16). На рисунке 17 представлена ​​кривая относительной сходимости σ id — n nod с указанием ложного напряжения (см. Точку A). Рис. 15 Анализ методом конечных элементов (FEM) опоры и полюсного наконечника, соединенных муфтой типа «ласточкин хвост». Рисунок 16 Концентрация напряжений в муфте типа «ласточкин хвост». Рисунок 17 Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в скруглении, показанном на рисунке 16. 5.3 Полярные расширения и основания Enbloc В этом случае полюсный наконечник и основание были смоделированы как одиночная часть. Технический чертеж на рисунке 8 показывает форму и размеры детали.На рисунке 18 вместо этого показана деформированная форма системы из-за приложения сил, показанных на рисунке 11. Максимальные полученные смещения представлены в таблице 4. Наблюдается, что для этой части enbloc, два набора моделирования FEM с двумя различными значениями радиус кривизны относительно краев полюсного наконечника (см. рисунок 19 и увеличенные детали A, F, G и H на чертеже, показанном на рисунке 8). Два значения радиуса вызвали значительные различия между двумя соответствующими максимальными идеальными напряжениями, оцененными в соответствии с критерием фон Мизеса.При радиусе 0,5 мм максимальная идеальная сигма примерно равна 340 Н / мм 2 , а при радиусе 1 мм такое напряжение снижается примерно до 228 Н / мм 2 . Что касается предела текучести используемой стали (355 Н / мм 2 , см. Таблицу 1), следует, что выбор радиуса 1 мм определенно более уместен. Это напряжение локализовано в области пересечения трех краев полюсного наконечника (см. Рисунок 19). На рисунках 20 и 21 представлены два примера кривых сходимости.Эти кривые показывают значения двух максимальных идеальных напряжений σ id , упомянутых ранее, в зависимости от общего числа узлов n nod модели FEM. Рисунок 18 Деформированная форма полярного расширения и базового enbloc. Рис. 19 Концентрация напряжений в полярном расширении и базовом enbloc. Рисунок 20 Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в области пересечения трех кромок полюсного наконечника (см. Рисунок 19, радиус скругления R = 0.5 мм). Рисунок 21 Кривая сходимости для проверки напряжения σ id в области пересечения трех кромок полюсного наконечника (см. Рисунок 19, радиус скругления R = 1 мм). Таблица 4 Максимальные смещения полярных расширений и оснований Enbloc. U X 0,059 мм U Y 0,075 мм U Z 0.0087 мм 6 Структурный анализ ящиков, ограничивающих магниты Напряжение в каждой удерживающей клетке магнитов, показанных на рисунке 4, было рассчитано с учетом двух систем внешних сил. На рисунке 22 показана первая система сил. В этом случае силы прикладываются перпендикулярно к девяти нижним поверхностям каждой удерживающей клетки. Эти силы моделируют возможное магнитное притяжение полюсных наконечников к каждому магниту в том неудачном случае, когда эти магниты теряют свои магнитные характеристики и проявляют ферромагнитное поведение (например, из-за перегрузки по току из-за короткого замыкания).В этом случае магниты должны удерживаться на месте удерживающей клеткой, которая, следовательно, подвергается большим нагрузкам. В проведенном моделировании общая сила, приложенная к девяти поверхностям, была принята равной 7600 Н. Зажим сепаратора на движителе восемью винтами был схематизирован путем ограничения как верхней, так и нижней круглых контактных поверхностей коронки, где шайбы применяют зажим. нагрузка. Это ограничение было упрощено фиксированными соединениями. На Рисунке 23 приведен пример анализа клетки с помощью МКЭ.Максимальное вычисленное смещение составляет порядка десятых долей миллиметра. Что касается напряжения, максимальное напряжение по Мизесу σ id наблюдалось в соответствии с кромкой, скругленной с радиусом 2 мм (см. Красную стрелку на рисунках 22 и 24). На рисунке 25 показана кривая сходимости σ id (n nod ), которая позволила идентифицировать вышеупомянутое напряжение, значение которого немного ниже 140 Н / мм 2 .На графике сходимости точка A почти наверняка обозначает ложное напряжение, которое в этом случае практически совпадает с псевдоасимптотическим значением, показанным на том же графике, и . и . с максимальным идеальным напряжением, которое должно сказаться на филе. Наконец, на рис. 26 показан пример анализа методом конечных элементов, выполненного путем приложения к клетке сил, указанных на рис. 22, одновременно и дополнительных 3000 Н на боковые поверхности корпусов той же клетки (см. Стрелки, указанные на рис. 26).Это моделирование было выполнено, чтобы проверить, может ли клетка удерживать магниты в рабочем положении, когда те же магниты теряют намагниченность и становятся ферромагнитными. В этом случае магниты будут иметь тенденцию волочиться по поверхности движителя из-за магнитных сил, создаваемых полярными расширениями. Рассматривая две системы сил, приложенных одновременно, было получено идеальное напряжение σ id , примерно равное 240 Н / мм 2 .Это напряжение снова влияет на закругленную кромку, показанную на рисунках 22 и 24, и его значение почти в два раза превышает напряжение, вызванное единственной системой сил, показанной на рисунке 22. Однако, что касается предела текучести алюминиевого сплава, используемого для При производстве сепараторов (см. Таблицу 1) предыдущие 240 Н / мм 2 можно считать приемлемыми. Рисунок 22 Силы, перпендикулярные нижним поверхностям корпуса удерживающей клетки магнитов, для выполнения анализа методом конечных элементов. Рис. 23 FEM-моделирование удерживающей клетки магнитов. Рисунок 24 Концентрация напряжений на скругленной кромке. Рисунок 25 Кривая сходимости относительно максимального напряжения σ id , показанная на рисунке 24. Рисунок 26 Силы, перпендикулярные боковым поверхностям корпусов удерживающей клетки для выполнения анализа методом конечных элементов. 7 Выбор окончательной конструкции прототипа Выбор среди ранее описанных типов соединений опорных частей и полюсов был сделан в соответствии с результатами, полученными с помощью моделирования методом конечных элементов, и простотой изготовления (особенно в отношении изготовления). Стоимость).С точки зрения прочности и деформации конструкции все варианты можно считать достаточно надежными (по крайней мере, применительно к созданию прототипа первого исполнительного механизма). Следовательно, по критерию дешевизны было решено изготавливать систему базового полярного расширения enbloc (например, см. Рисунки 8). Что касается удерживающих каркасов, в отношении высокопрочного алюминиевого сплава, который был выбран для их изготовления (см. Таблицу 1), анализ МКЭ показывает, что напряжения и деформации допустимы, даже если постоянные магниты теряют свою намагниченность.По результатам проведенных структурных анализов привод изготовлен и испытан. Полученные характеристики были аналогичны рассчитанным с помощью электромагнитных расчетов [12]. Экспериментальные испытания показывают, что максимальная тяга, создаваемая исполнительным механизмом и измеренная датчиком силы, приложенной к движителю, почти равна 32500 Н [11]. Трехмерное моделирование и моделирование методом конечных элементов выполнялись с использованием программ SolidWorks и Simulation [18] соответственно.На рисунке 27 показаны фотографии линейного электромагнитного привода, изготовленного в лаборатории электротехники факультета инженерии и архитектуры Университета Триеста. Рисунок 27 Изготовлен и испытан линейный электромагнитный привод (красная стрелка указывает датчик силы для измерения силы тяги, создаваемой приводом). 8 Механические проблемы больших электромагнитных линейных приводов Производство и испытания прототипа привода, описанные в предыдущих разделах, подтвердили возможность производства приводов больших размеров, способных развивать тягу более 3 тонн.Однако механическая конструкция более мощных приводов подразумевает решение важных проблем, которые не затрагивают приводы меньшего размера, подобные тем, которые уже изготовлены и испытаны. Фактически, в отношении i) большего размера системы, ii) установки и iii) среды, в которой эти мощные приводы должны будут работать (кормовые зоны возле машинного отделения), необходимо рассмотреть другие аспекты, касающиеся размеров и сил, воздействующих на эти устройства. В связи с этим было замечено, что мощные приводы, устанавливаемые на судах для управления рулями направления, должны иметь возможность развивать тягу, равную как минимум 30 тоннам, и . и . в десять раз больше тяги, чем у уже изготовленного прототипа. Для достижения такого результата необходимо масштабировать систему, поскольку увеличиваются размеры, количество полярных расширений и т. Д. Эти модификации могут привести к снижению жесткости конструкции системы. Если такое уменьшение является чрезмерным, при развитии максимальной тяги могут возникнуть заметные деформации устройства с последующим выходом из строя. Более того, большие размеры подразумевают более высокую трудность в соблюдении допусков на размеры и, прежде всего, геометрических допусков по отношению к соединенным деталям.Следовательно, чтобы избежать принуждения и / или заклинивания направляющих, которые поддерживают движитель исполнительного механизма, необходимо уделять особое внимание при определении решения соединения между тем же движителем и конструкцией рамы. Другие аспекты, которые необходимо учитывать при проектировании более крупных приводов, касаются деформаций и вибрации корпуса в зоне, где будет установлен привод. В следующих параграфах эти аспекты будут тщательно рассмотрены, чтобы правильно рассмотреть механическую конструкцию больших линейных электромагнитных приводов. 8.1 Причины возможных деформаций привода Деформации привода могут быть вызваны i) несоблюдением размерных и геометрических допусков [19, 20, 21, 22, 23] различных компонентов, ii) напряжения, вызванные электромагнитными силами, создаваемыми устройством, iii) деформациями корпуса и iv) вибрациями. Что касается размерных и геометрических допусков, можно отметить, что чем больше размеры деталей, составляющих привод, тем труднее удовлетворить такие допуски.Правильное скольжение движителя в соответствующих направляющих скольжения достигается за счет поддержания как можно более постоянного воздушного зазора между удерживающими каркасами магнитов и полярных расширений. Кроме того, небольшие изменения воздушного зазора (например, менее 10%) во время движения движителя также могут существенно повлиять на величину тяги и силы, приложенные к направляющим скольжения. В таком случае электронная система управления тягой должна иметь возможность эффективно работать. Однако направляющие на стороне движителя, где воздушный зазор уменьшен, подвергаются сильной нагрузке, и их срок службы сокращается.Что касается этого аспекта, например, применительно к номинальному воздушному зазору, равному 3 мм, максимальное изменение воздушного зазора для минимизации негативных эффектов, упомянутых ранее, не должно превышать 0,3 мм. Что касается деформаций, вызванных электромагнитными силами, создаваемыми устройством (см. Силы, приложенные к полярным расширениям, которые были рассмотрены для выполнения расчетов МКЭ, описанных в разделе 5), в целом всегда можно определить адекватные размеры систему, чтобы уменьшить такие деформации.Что касается деформаций корпуса, мы видим, что привод установлен в том же корпусе с помощью подходящих соединений. Если корпус деформируется, такие соединения могут деформировать привод, вызывая его неисправность. В отношении этой возможной проблемы удобно различать деформации корпуса, вызванные вибрациями, и деформации, вызванные гидродинамическими воздействиями. Порядок величины вибраций в машинном отделении судов указан в таблице 5. Отметим, что допустимые смещения равны до 0.25 мм с частотами от 5 до 300 Гц. Эти смещения обычно вызываются местными резонансами из-за гармоник возбуждения, которые генерируются гребными винтами и / или двигателями. Другими причинами вышеупомянутых смещений могут быть неустойчивость руля направления (может иметь место резонанс руля в системе управления). В связи с этим аспектом мы можем привести пример корабля Ida Teresa (http://maritime-connector.com/ship/friday-6513982/), который использовался для перевозки зерна.В таблице 6 приведены некоторые характеристики этого грузового корабля. Ida Teresa демонстрировала неравномерные, нелинейные колебания по всему корпусу, часто с очень низкими частотами (5 Гц) и значительной амплитудой. Эти колебания затронули, в частности, зону кормы: проблема заключалась в резонансе между гидроцилиндрами, приводившими в движение руль направления, и рычагами системы корпус-руль-руль, находящимися под действием гидродинамических сил. Проблему удалось эмпирически решить с помощью системы контроля истечения масла через гидроцилиндры.Этот случай представляет собой пример того, как могут возникнуть проблемы, связанные с системами управления рулем больших судов, и сложность их прогнозирования с помощью численного моделирования. По сути, слишком много параметров очень трудно идентифицировать и / или неправильно определить (например: жесткость, взаимодействие между рычагами, рулем, гидродинамические действия, корпус и т. Д.). Следовательно, исполнительный механизм для приведения в действие руля направления в неудачных случаях может создавать проблемы описанного типа. Один из способов избежать этих недостатков, безусловно, состоит в том, чтобы изготавливать решения для вождения как можно более жесткие, с минимальными зазорами и, как правило, высокими резонансными частотами, вдали от частот гармоник возбуждения, возникающих в результате взаимодействия корпус гребной винт-руль направления.Более того, отметим, что эти частоты не очень предсказуемы, хотя, как правило, они высоки в зависимости от угловой скорости пропеллера. Однако с точки зрения управления электромагнитный линейный привод определенно более управляем, чем гидравлический. Следовательно, если возникают проблемы, подобные ранее описанным, возможности вмешательства, основанные на управлении питанием напряжения / тока исполнительного механизма, могут немедленно регулировать тягу и уменьшать / устранять вредные резонансы.Такой вид управления был бы более эффективным, чем в случае использования гидравлических приводов. В отношении деформации корпуса, обычно вызываемой гидродинамическими воздействиями во время обычного плавания, к сожалению, экспериментальные данные отсутствуют. Однако есть и внутренние съемки, качественно иллюстрирующие деформации межпалубных пространств больших кораблей во время плавания с особенно неспокойным морем. В этих съемках показана последовательность водонепроницаемых дверей одного типа и размеров, выровненных по межпалубной линии в продольном направлении корабля: по съемкам можно оценить смещение между первой водонепроницаемой дверью и последней).Эти деформации, вызванные интенсивными гидродинамическими воздействиями на корпус, проявляются в соответствии с поперечными сечениями того же корпуса. Например, деформация изгиба / кручения вдоль оси таких сосудов определяет большие относительные смещения между двумя поперечными сечениями на расстоянии около двадцати метров. На самом деле величина этих перемещений также может составлять 50 мм. В машинном отделении, где могут быть установлены приводы для управления рулями, нет данных о деформациях корпуса.Однако в отношении установки многоцилиндровых двигателей большого размера в машинном отделении больших судов было обнаружено, что вес этих двигателей (сотни тонн) может вызвать смещение менее или равное 5-10 мм между два поперечных сечения корпуса, один на расстоянии 12 м от другого. Этот вывод особенно важен в отношении сборки двигателей корабля. Например, некоторые дизельные двигатели длиной 12 м, шириной 2,6 м и высотой 4,8 м устанавливаются в машинном отделении на жестком основании с помощью клиньев, размещаемых между поверхностью основания двигателя и основанием.Основание соответствующим образом соединяется с корпусом с помощью демпфирующих подвесок, а двигатель крепится к основанию винтами. Клинья сделаны из смолы и вставляются в горячем состоянии перед подключением двигателя к основанию: таким образом, еще теплая смола может деформироваться и компенсировать различные ошибки плоскостности, прямолинейности и т. Д. [23] контактных поверхностей двигатель / вспомогательная часть. основания и особенно деформации корпуса, вызванные весом двигателя. Предыдущие данные дают представление о жесткости конструкции машинного отделения, и можно сделать вывод, что она более жесткая, чем другие части корабля.Следовательно, даже если на корпус будут воздействовать интенсивные гидродинамические воздействия, можно думать, что на таких участках корабля больших деформаций, как деформации верхней палубы, возникать не будет. Этот факт особенно важен в связи с установкой линейных электромагнитных приводов в кормовой части (обычно рядом с машинным отделением). Линейный электромагнитный привод, способный развивать тягу, равную как минимум 30 тоннам, безусловно, будет длиннее, чем тот, который уже изготовлен и показан на рисунке 27.Например, если рассматривать раму длиной 2 м (длина рамы прототипа составляет около 1 м, см. Рисунок 10), точки соединения корпуса исполнительного механизма рамы будут более удаленными друг от друга. Было отмечено, что смещение точек фиксации исполнительного механизма по причинам, рассмотренным ранее, неизвестно. Однако можно разумно предположить, что чем больше расстояние между этими точками, тем выше вероятность того, что в определенный момент относительное смещение между этими точками соединения будет максимальным.Это может вызвать аномальные деформации исполнительного механизма. Поскольку эти деформации очень важны для надежного функционирования электромагнитных приводов, длина которых превышает 1 м, в следующем параграфе проводится качественный углубленный анализ этого аспекта. Таблица 5 Порядок величины в машинном отделении. Перемещение 0,25 мм Скорость 30 мм / с Ускорение 20 мм / с 2 Частота 517 Гц Таблица 6 Корабль Ида Тереза. Валовая вместимость 16000 тонн Длина 177 м Ширина 23 м Высота 14 м Power 11500 CV Пропеллер 125 об / мин Двигатель Дизель 8.2 Качественный анализ для оценки напряжения / деформации привода a На рисунке 1 показана пара области, где установлены масляные поворотные приводы [1, 7, 8] для привода двух рулей военного корабля.Решение учитывает соединение двух исполнительных механизмов горизонтальной полосой, выделенной на картинке красной стрелкой. Расстояние между двумя приводами равно 4500 мм (см. Рисунок 1). В нормальных рабочих условиях только один привод приводит в движение оба руля направления: другой привод остается подключенным к одному работающему, но не активен. Таким образом, в случае неисправности активного исполнительного механизма, другой исполнительный механизм может немедленно вступить в работу, потому что он уже механически связан с системой рычагов, которая приводит в движение пару рулей.Также следует отметить, что каждый из двух исполнительных механизмов соединен с корпусом с помощью двух пластин. Каждая пластина прикреплена к конструкции корабля четырьмя винтами. На рисунке 1 эти винты обозначены номерами 1, 2, 3 и 4. Сечения XX и YY очень близки к осям соответствующих пар винтов 1, 2 и 3, 4. Два из этих винтов явно являются видно на фотографии машинного отделения, в котором находятся гидравлические приводы (см. область, выделенную эллипсом на рис. 1). Эти две секции практически идентичны и перекрывают друг друга на Рисунке 28.Раздельное представление этих сечений показано на рисунке 29. Возможная качественная деформация кручения корпуса в соответствии с теми же сечениями показана на рисунке 30. Следует отметить, что величина проиллюстрированной деформации на самом деле очень мала, поскольку сечения XX и YY очень близки. На Рисунке 31 подробно показаны пары соединительных пластин каждого привода, и мы видим, что расстояние между двумя секциями X-X и Y-Y составляет всего 830 мм. Отсюда следует, что деформация, показанная на Рисунке 30, безусловно, очень мала в любых навигационных условиях.Ширина пластин также очень мала (350 мм), поэтому даже при относительно высоких деформациях корпуса пластины остаются практически плоскими. Горизонтальное расстояние от центра тяжести каждой пары пластин вместо этого равно 1,36 м (см. Рисунок 31). Было видно, что в целом чем больше это расстояние, тем выше вероятность того, что две пары пластин не принадлежат одной и той же горизонтальной плоскости. В этом случае деформация будет наложена на все части, которые соединены с этими пластинами, в частности, на структуру исполнительных механизмов.Что касается корабля, на котором установлена ​​пара поворотных приводов под давлением масла (корабль класса Maestrale ВМС Италии), не было замечено никаких неисправностей из-за чрезмерной деформации корпуса, передаваемой этими плитами на приводы. Однако, особенно при навигации, определенные изменяющиеся во времени деформации влияют на поперечное сечение корпуса, в частности, в соответствии с сечениями X-X и Y-Y, даже если они никогда не измерялись. Величина такой деформации заведомо меньше продольной.Более того, поскольку поперечное сечение корпуса военных кораблей в целом меньше, чем у коммерческих, поперечные деформации будут сдерживаться. Тем не менее, в случае замены гидроприводов на линейный электромагнитный исполнительный механизм, необходимо обратить особое внимание на этот аспект. Наиболее логичным выбором было бы присоединить электромагнитный привод, используя области соединения, где был подключен предыдущий гидравлический привод. Как бы то ни было, геометрия электромагнитного актуатора очень разная и, прежде всего, его длина может быть большой.Что касается большей длины, вариант привода, способный развивать тягу, равную 30 т и более, мог бы иметь шесть кронштейнов для соединения с корпусом (прототип, показанный на рисунке 5, имеет только четыре кронштейна: в случае более мощного и более длинный привод, чтобы улучшить соединение с корпусом, можно разумно рассмотреть еще одну пару промежуточных кронштейнов между ранее существовавшими). Поскольку механическая надежность электромагнитного привода сильно зависит от правильного скольжения движителя по направляющим, важно, чтобы рабочие зазоры подшипников скольжения были соблюдены.В отношении этого аспекта, если кронштейны подвергаются смещению из-за деформаций корпуса, есть два варианта конструкции, чтобы избежать чрезмерной деформации рамы привода, приводящей к уменьшению / обнулению рабочих зазоров. Они заключаются в i) увеличении жесткости рамы привода и / или ii) рассмотрении значительно более мягкого соединения кронштейнов с корпусом ( e , g . Путем вставки между контактными поверхностями кронштейнов корпуса a подходящий эластомерный материал, способный воспринимать относительные смещения в местах соединения).Однако конструкция приводов, превышающая прототип, показанный на рисунке 27, должна быть подтверждена надежными расчетами конструкции, которые позволяют правильно оценить деформацию привода, вызванную возможными смещениями, вызываемыми кронштейнами. Учитывая сложность геометрии системы, определенно будет удобно выполнять структурный анализ методом конечных элементов (МКЭ). Что касается этого аспекта, на Фигуре 32 показаны вершины A, B, C, D и A ’, B’, C ’, D’ пары прямоугольных поверхностей, на которых закреплены кронштейны поворотного привода, работающего под давлением масла.В соответствии с центрами тяжести этих поверхностей, степени свободы (DOF) поверхностей, рассматриваемых как твердые тела в пространстве, обозначены красными стрелками. Кронштейны, прикрепленные к корпусу, прикладывают усилия и смещения к пластинам, прикрепленным к приводу, по указанным выше степеням свободы (см. Рисунок 33). Поскольку электромагнитный привод должен быть закреплен на одинаковых поверхностях, каждая из них будет применяться к соответствующим напряжениям / перемещениям кронштейна по аналогичным степеням свободы.На рис. 34 показано твердотельное моделирование уже изготовленного прототипа электромагнитного привода (см. Рис. 27) с графическими изменениями (привод лишь немного удлинен, чтобы сделать его похожим на 30-тонный привод). Мы отмечаем силы / внешние моменты или линейные / угловые смещения (обозначенные красными стрелками), которые скобки могут применить к раме привода, когда происходят относительные смещения поверхностей сочленения к корпусу (см. Степень свободы, представленную красными стрелками в предыдущий рисунок 33).Следовательно, чтобы быть уверенным, что рабочие зазоры направляющих скольжения сохраняются, конструкция больших линейных электромагнитных приводов должна быть определенно подтверждена структурными расчетами на основе конечно-элементных моделей рамы привода (статора), к которой, как показано на Рисунок 34, приложены соответствующие силы / смещения. Значение этих сил / смещений, которые необходимо использовать для выполнения численного моделирования, должно быть получено путем экспериментальных измерений, выполняемых внутри корпуса судна в различных условиях плавания точно в тех местах, где будут находиться кронштейны электромагнитного привода. фиксированный.Что касается проблемы обеспечения рабочих зазоров направляющих, в следующем абзаце обсуждается возможная альтернатива шарикоподшипникам с рециркуляцией, используемым в прототипе, показанном на рисунке 27. Это новое решение должно позволить надлежащую регулировку зазоров, чтобы гарантировать Функциональность приводов длиннее и шире, чем уже произведенные, даже при заметных деформациях тех же рам приводов. С помощью предлагаемого решения зазоры можно легко регулировать: i) во время сборки устройства, чтобы компенсировать различные размеры, плоскостность, параллельность и т. Д.ошибки [19, 20, 21, 22, 23] возникли в результате изготовления и / или ii) во время испытаний устройства в корпусе корабля. Рисунок 28 Перекрытие поперечных сечений корпуса X-X и Y-Y, где установлены поворотные приводы давления масла. Рисунок 29 Отдельные поперечные сечения X-X и Y-Y. Рисунок 30 Деформация корпуса в сечениях X-X и Y-Y (в соответствии с резьбовыми соединениями кронштейнов масляных поворотных приводов). Рисунок 31 Размеры соединительных пластин между масляными поворотными приводами и корпусом. Рисунок 32 Возможные положения прямоугольных пластин, на которых можно закрепить кронштейны линейного электромагнитного привода. Рисунок 33 Прямолинейные и вращательные смещения, приложенные к шарнирным кронштейнам рамы линейного электромагнитного привода. Рисунок 34 Силы и моменты, приложенные к раме привода к соединительным скобам. 8.3 Концептуальное решение для длинных линейных приводов В прототипе привода (см. Рис. 27) использовались направляющие на шарикоподшипниках с рециркуляцией. Эти направляющие позволяют перемещать движитель через статор. На рисунках 5, 6, 35 и 36 (а) показаны подшипники и их расположение в конструкции. Поскольку максимальное расстояние между подшипниками не превышало 1,0 м, особых проблем с точным взаимным расположением этих подшипников замечено не было. Собственно говоря, нормальные производственные допуски различных деталей и точность сборки конструкции позволили добиться хорошего скольжения движителя в направляющих.Этот результат был достигнут благодаря тому, что рама имела небольшой размер и, следовательно, различные погрешности плоскостности, прямолинейности и т. Д. Поверхностей лонжеронов, на которых был закреплен шарикоподшипник с рециркуляцией, были небольшими. Таким образом, без особой регулировки положения этих подшипников был получен хороший результат. Однако увеличение длины лонжеронов, несомненно, вызывает большие геометрические ошибки, и выравнивание подшипников может стать проблематичным.Если предположить, что корпус устройства будет примерно вдвое длиннее уже изготовленного, почти наверняка возникнут проблемы соединения между движителем и статором при использовании обычных производственных допусков. Функциональные зазоры подшипника могут быть сброшены на ноль, и, в зависимости от положения движителя во время его движения, будут возникать усилия. Следовательно, использование рециркуляционных шарикоподшипников типа, показанного на рис. 36 (а), просто установленных на лонжеронах рамы длиной 2 м, может быть проблематичным.Решение обработать посадочные места таких подшипников с меньшими допусками, чтобы обеспечить хорошее выравнивание наиболее удаленных друг от друга подшипников, может оказаться слишком дорогостоящим. Более того, этот выбор не позволит легко отрегулировать центровку подшипников после завершения сборки системы. Концептуальная конструкция, которая может рассматриваться для уменьшения / устранения ранее описанных недостатков, основана на использовании толкателей кулачка с концентрическим седлом. Разрез такого подшипника показан на Рисунке 36 (b).В этих устройствах внешняя поверхность наружного кольца торическая. Внутреннее кольцо представляет собой штифт с обычно резьбовым концом для обеспечения стабильного крепления подшипника. На рисунке 37 (а) показано концептуальное решение, которое, например, рассматривает использование 36 кулачковых толкателей. Наружное кольцо каждого подшипника номинально соприкасается с соответствующей плоской поверхностью движителя, поперечное сечение которого имеет прямоугольную форму. Опорные пальцы крепятся к раме привода с помощью винтового соединения.Это механическое соединение может быть ослаблено или затянуто, чтобы обеспечить возможность регулировки каждого подшипника в направлении, номинально перпендикулярном плоской контактной поверхности движителя. Увеличенная деталь A (см. Рисунок 37 (b)) иллюстрирует три степени свободы x 1 , x 2 и x 3 относительно трех подшипников, оси вращения которых принадлежат одной плоскости. Следовательно, можно с высокой точностью отрегулировать рабочие зазоры, обозначенные g 1 , g 2 и g 3 (см. Рисунок 36 (c)).Поскольку поверхности наружных колец подшипников торические, если прямоугольная пластина ( и . и . Движитель) будет наклоняться и / или деформироваться, то всегда будет обеспечиваться надлежащий точечный контакт между подшипниками и одним и тем же движителем. гарантировано (см. пунктирную линию профиля движителя на Рисунке 37 (b)). Более того, даже если оси вращения подшипников не идеально перпендикулярны контактным плоским поверхностям движителя, тороидальная форма наружного кольца позволит правильное скольжение того же движителя (см. Рисунок 37 (d)).Такая ситуация может возникнуть, когда имеется определенная ошибка перпендикулярности [23] между осью опорных штифтов и плоскими боковыми стенками рамы привода, на которой должны быть закреплены штифты. Даже в этом случае можно будет отрегулировать рабочие зазоры с помощью упомянутых выше g 1 , g 2 и g 3 . Следовательно, с помощью этого решения будут определены 36 регулируемых рабочих зазоров g 1 , g 2 ,…, g 36 . Возможность регулировки зазоров особенно важна, потому что i) она позволяет правильно компенсировать ошибки обработки рамы по сравнению с ошибками движителя, ii) можно точно отрегулировать максимальный и минимальный зазоры и все остальное. 24 промежуточных зазора для обеспечения хорошего скольжения движителя на этапе сборки в рабочем помещении, iii) когда привод собирается внутри корпуса и / или когда возникают проблемы с навигацией ( i . и . воздействие на конструкцию статора из-за непредвиденных деформаций корпуса), мы можем попытаться устранить / уменьшить возможное воздействие движителя, отрегулировав на месте один или несколько из 36 зазоров g 1 , g 2 ,…, g 36 , iv) если во время испытаний док-станции / навигации будут замечены проблемы с вибрацией привода, мы можем попытаться устранить / уменьшить их путем соответствующей регулировки вышеуказанных зазоров. Фактически, что касается этого последнего наблюдения, не затрагивающего неудачные случаи (которые очень трудно предсказать) классических проблем резонанса, которые могут быть решены путем изменения жесткости / демпфирования привода и / или шарниров статора и корпуса, локальные колебания в привод мог возникнуть.Эти колебания не вызваны резонансом, но могут вызвать проблемы. В следующем абзаце обсуждается природа этого вида вибрации применительно к механическим системам, которые сильно отличаются друг от друга, но могут быть связаны с одним и тем же типом вибрации. Параграф заканчивается иллюстрацией возможных негативных влияний этих вибраций и возможных конструктивных особенностей, снижающих вероятность их возникновения. Рисунок 35 Шарикоподшипники с рециркуляцией, использованные в прототипе электромагнитного привода. Рисунок 36 (a) Шарикоподшипник с рециркуляцией и (b) подшипник толкателя кулачка. Рисунок 37 (a) Подшипники движителя и кулачкового толкателя, (b) прямолинейные степени свободы x 1 , x 2 и x 3 трех подшипников кулачкового толкателя, (c) регулируемые зазоры g 1 , g 2 и g 3 , (d) ошибки перпендикулярности подшипников кулачкового толкателя. 8.4 Возможные отрицательные эффекты местных колебаний Некоторые механические системы демонстрируют локальные колебания небольшой амплитуды, вызванные внешними силами.Эти силы часто могут быть движущими моментами / силами или другими приложенными моментами / силами, которые периодически меняются. Одна или несколько гармоник этих возбуждающих причин могут вызывать локальные колебания определенных частей системы передачи движения. Эти колебания обычно не имеют ничего общего с колебаниями, вызванными резонансами системы. Следовательно, они являются вынужденными местными колебаниями. Некоторые системы передачи движения часто состоят из связанных частей, которые перемещаются одна относительно другой. Следовательно, чтобы обеспечить нормальную работу устройства, определены рабочие зазоры между каждой парой соединенных частей.Следовательно, такие части имеют одну или несколько степеней свободы, обеспечивающих относительное движение. Жесткость этих систем зависит от жесткости i) каждой части, ii) возможной пленки смазки и iii) других элементов, жесткость которых нелегко определить. Что касается микровыступов между вышеупомянутыми частями (из-за рабочих зазоров), механическую систему можно локально заставить вибрировать с частотой одной или нескольких гармонических составляющих возбуждения, которые распространяются по всей системе передачи движения.Однако не исключено, что локально эти колебательные подсистемы могут характеризоваться особенно затухающими резонансными частотами, которые могут быть возбуждены ранее упомянутыми гармониками. Поскольку эти колебательные подсистемы могут изменять свою конфигурацию во время движения в зависимости от одних и тех же сил возбуждения, возникающие колебания часто имеют нелинейный характер, –. и . жесткость и / или демпфирование зависят от положения / скорости различных частей во времени. Жесткость локально зависит от зазоров и / или других вышеупомянутых параметров, поэтому достаточно, чтобы эти параметры менялись очень мало (из-за износа, толщины смазки, производственных допусков на размеры и геометрические размеры и т. Д.) вызывать или не вызывать возникновение упомянутых ранее вибраций. Следовательно, эти колебания трудно предсказать. Фактически, даже если рассматривать номинально идентичные системы, вибрации могут влиять на одну систему, но не на другую. По той же причине может быть очень сложно определить причину таких вибраций, и их устранение может быть проблематичным. Эти колебания, как правило, не вызывают коллапса системы, как это было бы в случае «классического» резонанса всей системы.Однако тип «локальных» вибраций, которые мы обсудили, может вызвать сбои в работе системы, изменив ее правильное функционирование и / или сократив срок службы. Кроме того, может потребоваться дорогостоящее обслуживание и частая замена компонентов, поврежденных местными вибрациями. Этот вид колебаний можно отнести к хаотическим колебаниям [24, 25, 26, 27], которые являются детерминированными, но с аналитической точки зрения непредсказуемыми. В некоторых реальных случаях были обнаружены колебания, определяемые здесь как «локальные» и «хаотические».Типичные примеры произошли в подшипниках трансмиссионного вала буксиров. Вибрации, обнаруженные в опорах подшипников, необъяснимым образом превысили безопасные пределы, которые обеспечили правильный срок службы тех же подшипников. Система трансмиссии, также оснащенная карданными шарнирами, вообще не подвергалась резонансу, но частота чрезмерных колебаний подшипников соответствовала частоте гармоники крутящего момента двигателя, передаваемой через трансмиссию вала.Однако другая система трансмиссии другого буксира, номинально идентичная рассмотренной выше, не показывала каких-либо особых вибраций (колебания подшипников были в допустимых пределах). Сообщалось о других случаях аномальных вибраций, влияющих на системы, совершенно отличные от приводных валов буксиров, применительно к толстолистовым станам [28], а также к роторным прессам. В этих устройствах аномальные вибрации были косвенно обнаружены из-за отрицательного воздействия на продукт, полученный во время работы машины.Что касается этого аспекта, в случае процесса прокатки тонких стальных листов для прессования крышек и / или других частей кузова автомобиля на прокатных станах было замечено, что окрашенная поверхность прессованного листа часто имела дефекты. На самом деле невозможно было идеально окрасить поверхность уже спрессованного листа: на некоторых окрашенных участках появлялись необъяснимые и неприглядные отражения. Таким образом, было обнаружено изменение толщины прокатанного листа. Это псевдопериодическое и / или случайное изменение толщины было приписано процессу прокатки.Во время прокатки валки толстолистового стана подвергались очень небольшой локальной вибрации (конечно, весь толстолистовой стан не вибрировал, в отличие от крутильных колебаний [29]: такие колебания вызывают макроскопические недостатки). И наоборот, локальные колебания имели очень небольшую величину, но в них участвовали опоры и опоры одного или нескольких цилиндров качения, что также зависело от жесткости прокатываемого листа. Следовательно, расстояние между осями валков не поддерживалось строго постоянным: это вызвало непостоянство толщины проката, не обнаруживаемое невооруженным глазом, но видимое в отраженном свете (после покраски).Аналогичные проблемы, связанные с вибрациями, были обнаружены в отношении влияния жесткости толщины бумаги во время фазы печати газет с помощью ротационных прессов. В отношении этих случаев мы наблюдаем, что корпус судна часто подвергается более или менее интенсивным вибрациям, особенно вблизи машинного отделения. Возбуждение в целом может создаваться двигателями и взаимодействием системы корпус-вода-гребные винты [30]. В некоторых особенно неудачных и непредсказуемых случаях вибрации, передаваемые от корпуса на электромагнитный привод, могут вызывать локальные негативные эффекты во время его работы.Поскольку движитель должен иметь возможность скользить в структуре статора, как показано на рисунке 37, рабочие зазоры g 1 , g 2 ,…, g 36 определенно допускают небольшие смещения движителя по вертикали. направление. Отсюда следует, что если магнитные силы, возникающие во время различных условий функционирования, не могут удерживать движитель в устойчивом положении в вертикальном направлении, вышеупомянутые вибрации могут вызвать локальные столкновения между тем же движителем и подшипниками кулачкового толкателя.Если возникнет эта проблема, можно рассмотреть следующие контрмеры: i) использование селективных демпфирующих соединений для соединения привода с корпусом, ii) разработка электронного управления с обратной связью, которое может изменять силы притяжения, оказываемые полярными расширениями привода на движитель, чтобы он всегда находился в контакте с подшипниками верхней или нижней стороны и с подшипниками только одной боковой стороны одного и того же движителя, iii) рассмотреть механическую систему регулируемого упругого предварительного натяга, чтобы всегда обеспечивать контакт тягач с подшипниками.Например, динамическое поведение вышеупомянутой системы предварительной нагрузки может быть основано на аналитических моделях, подобных тем, которые были разработаны в [31, 32]. 9 Выводы Переход от концептуального дизайна нового типа электромагнитного линейного привода (см. Рисунок 2) к действующей конструкции (см. Рисунки 4-8, 27) был осуществлен с учетом следующих факторов: i) уменьшение всех максимальных механических деформаций (оцениваемых методом конечных элементов) системы до не более 8/100 мм по отношению к ненапряженной конфигурации, ii) минимизация габаритных размеров, iii) легкость сборки и транспортировки, iv) надежность механизма трансляции движителя; v) устранение опасности боковой нестабильности движителя при развитии тяги.Найденное решение позволило получить компактное, жесткое и недорогое устройство. Выбор между различными типами соединений опорных частей станка был сделан в соответствии с результатами, полученными с помощью моделирования методом конечных элементов, и простотой изготовления (особенно в отношении стоимости изготовления). С точки зрения прочности и деформации конструкции все варианты можно считать достаточно надежными (по крайней мере, в отношении изготовления первого прототипа привода).Следовательно, по критерию дешевизны было решено изготовить систему базового полярного расширения enbloc (см. Рисунки 8). Что касается удерживающих каркасов, в отношении высокопрочного алюминиевого сплава, который был выбран для их изготовления (см. Таблицу 1), анализ МКЭ показывает, что напряжения и деформации допустимы, даже если постоянные магниты теряют свою намагниченность. По результатам проведенных структурных анализов привод изготовлен и испытан.Полученные характеристики были аналогичны рассчитанным с помощью электромагнитных расчетов [11]. Трехмерное моделирование и моделирование методом конечных элементов выполнялись с использованием программ SolidWorks и Simulation [18] соответственно. Что касается дальнейших разработок линейных электромагнитных приводов, размеры которых превышают размеры уже изготовленного прототипа (см. Рисунок 27), в этом исследовании был проведен анализ проблем, которые необходимо учитывать для получения надежной конструкции.В связи с этим были приняты во внимание скрытые изменения, связанные с производством ферромагнитных сердечников. В прототипе актуатора ферромагнитные сердечники были объединены: тонкие изолированные листы железа, лежащие, по возможности, параллельно линиям потока, не использовались. Такой выбор сердечников enbloc стал возможным, потому что частоты тока, которые питают привод, чрезвычайно низки. Следовательно, потери, возникающие в ферромагнитном сердечнике из-за гистерезиса и вихревых токов, невелики.На самом деле эти потери вызывают лишь небольшой нагрев. Таким образом, за счет использования сердечников enbloc было получено повышение прочности конструкции и жесткости привода. Однако в ожидании i) увеличения размера системы, ii) более высокого тока питания и iii) использования инверторов с частотой тока более 2 Гц для получения более высоких усилий, изолированные железные листы для изготовления ферромагнитных сердечников должны быть пересмотрел. Список литературы [1] Акерс А., Гассман М., Смит Р., Анализ гидравлических силовых систем, CRC Press, Тейлор и Фрэнсис, 2006 Поиск в Google Scholar [2] Лю С., Чанг X., Синхронное управление двойным рулем направления с моделью облака, Международный журнал автоматизации и вычислений, февраль 2012 г., 9, 1, 98-104. Поиск в Google Scholar [3] Сари Д.П., Проектная система управления остойчивостью корвет SIGMA-366 Хассанудин с использованием линейных и нелинейных с водной волной состояния моря 6, EPH, Международный научно-технический журнал, ноябрь 2016 г., 2, выпуск 11, статья 6, поиск в Google Scholar [4] Muscari R., Dubbioso G., Viviani M., Di Mascio A., Анализ асимметричного поведения системы гребной винт-руль двухвинтовых судов, проведенный CFD, Ocean Engineering, In Press, Corrected Proof, доступно онлайн 31 июля 2017 г. Поиск в Google Scholar [5] Чжан Ю., Ли Ю., Сунь Ю., Цзэн Дж., Ван Л., Проектирование и моделирование управления движением АПА с X-rudder, Ocean Engineering, 2017, 137, 204–214. Поиск в Google Scholar . [6] Тессароло А., Внутренний отчет о прототипе электромагнитного линейного привода — проект ISO (инновационные решения для бортовых полностью электрических приводов ВМС Италии), Университет Триеста, 2013 г. Поиск в Google Scholar [7] Бруззезе К., Сантини Э., Тессароло А., Менис Р., Сидоти Д., Разработка новых электрических прямых приводов для замены олеодинамических приводов на борту военных кораблей — Электрический привод с прямым приводом (EDDA), Совместное предложение исследовательского проекта PNRM, Un iversity of Rome — Sapienza and University of Trieste, 2013 г. Поиск в Google Scholar [8] Bruzzese, C., Линейный привод с постоянным магнитом с высокой абсолютной тягой для прямого привода рулевых механизмов корабля: анализ концепции и МКЭ, In: Proceedings of Конференция ICEM (сентябрь.2–5, 2012, Марсель, Франция), 2012 Поиск в Google Scholar [9] Тессароло А., Бруззезе К., Эффективный с точки зрения вычислений термический анализ низкоскоростного линейного электрического привода с высокой тягой и трехмерной тепловой сетью Подход, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6861986&isnumber=4387790 Поиск в Google Scholar [10] Тессароло А., Бруззезе К., Маццука Т., Скала Г., Новый отказоустойчивый управляемый инвертором линейный привод с постоянным магнитом и высокой тягой для прямого привода судовых грузов, В: IEEE (Ed.), Материалы симпозиума IEEE Electric Ship Technology Symposium, IEEE ESTS 2013 (22-24 апреля 2013 г., Арлингтон, Вирджиния, США), IEEE, 2013 г., 459-463 Поиск в Google Scholar [11] Bruzzese C., Tessarolo A ., Мазукка Т., Дж. Скала, Прототип линейного электродвигателя с высокой тягой для перспективной замены судовых гидравлических приводов, В: Материалы международной конференции AEIT’13 (3-5 октября 2013 г., Палермо, Италия), 2013 г. Поиск в Google Scholar [12] Бортолоцци М., Бруззезе К., Ферро Ф., Маццука Т., Меззаробба М., Скала Г., Тессароло А., Зито Д., Магнитная оптимизация отказоустойчивого линейного модульного привода с постоянными магнитами для судовых приложений, В: IEEE (Ed.), Proceedings SDEMPED 2013 (27-30 августа 2013 г., Валенсия, Испания), IEEE, 2013 г. Поиск в Google Scholar [13] Маццукка Т., Бруззезе К., Проект ISO: инновационные решения для бортовых полностью электрических приводов ВМС Италии, In : IEEE (Ed.), Proceedings of IEEE ESARS 2012 (16-18 октября 2012, Болонья, Италия), 2012 Поиск в Google Scholar [14] Мелош Р.Дж., Кривые сходимости анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и проектировании, ноябрь 1982 г., т. 7, выпуск 2, 115-121 Поиск в Google Scholar [15] Мелош Р. Дж., Определение характеристик кривых сходимости анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и проектировании, июнь 1993 г., вып. 13, выпуск 2-3, 105-113 Поиск в Google Scholar [16] Вейл К., Белова И.В., Мерч Г.Е., Экснер А., Фидлер Т., О зависимости сетки нелинейного механического анализа методом конечных элементов, Конечные элементы в анализе и дизайне, июнь 2010 г., 46, стр.371-378 Поиск в Google Scholar [17] Пратап Г., Наганараяна Б. П., Колебания напряжения и механизмы ложной нагрузки в вариационно несовместимых формулировках предполагаемой деформации, Международный журнал численных методов в инженерии, 1992, вып. 33, 2181-2197 Поиск в Google Scholar [18] SolidWorks, Dassault Systems SolidWorks Corporation, http://www.solidworks.com Поиск в Google Scholar [19] UNI EN ISO 14405-1: 2011, Геометрический продукт спецификации (GPS) — Допуски размеров — Часть 1: Линейные размеры Поиск в Google Scholar [20] UNI EN ISO 286-2: 2010, Геометрические характеристики изделий (GPS) — Система кодов ISO для допусков на линейные размеры — Часть 2: Таблицы стандартных классов допусков и предельных отклонений для отверстий и валов Поиск в Google Scholar [21] UNI EN ISO 286-1: 2010, Геометрические характеристики изделий (GPS) — Система кодов ISO для допусков на линейные размеры — Часть 1: Основа допусков, отклонений и посадок Искать в Google Scholar [22] UNI ISO / TR 16570: 2007, Геометрические характеристики изделия (GPS) — Линейные и угловые размеры и допуски: +/– предельные характеристики — Размеры шага, расстояния, угловые размеры и радиусы Искать в Google Scholar [23] UNI EN ISO 1101: 2013, Геометрические характеристики продукта (GPS) — Геометрические допуски — Допуски формы, ориентации, местоположения и биения Искать в Google Scholar [24] Gu P., Дубовский С., Последствия хаотических и почти хаотических колебаний в конструкции машин, В: Материалы технической конференции по проектированию ASME (13–16 сентября 1998 г., Атланта, Джорджия, США). Поиск в Google Scholar [25] Gu П., Дубовски С. Хаотическая вибрация и критерии проектирования систем машин с зазорами соединений, В: Материалы девятого Всемирного конгресса по теории машин и механизмов (1-3 сентября 1995 г., Милан, Италия) Поиск в Google Scholar [26] Аврейчвич Я., Крыско А.В., Яковлева Т.В., Зеленчук Д.С., Крыско В.А., Хаотическая синхронизация колебаний связанной механической системы, состоящей из пластины и балок, Latin American Journal of Solid and Structures, 2013, 10, 163-174 Искать в Google Scholar [27] Садо Д., Кот М., Хаотическая вибрация автопараметрической системы с неидеальным источником энергии, Журнал теоретической и прикладной механики, 2007, 45, 119-131 Поиск в Google Scholar [28] Фрейтес Р. ., Фернандес Э., Мерлино Х., Родригес Д., Бритос П., Гарсиа-Мартинес Р., Дефекты трения при холодной прокатке жестяных пластин, диагностика, В: IEEE (Ed.), Proceedings of CERMA 2007 Electronics, Robotics & Automotive Mechanics Conference (25 -28 сентября 2007 г., Куэрнавака, Морелос, Мексика.), IEEE, 2007, 303-306. Поиск в Google Scholar . [29] Хан Д., Ши П., Ся К., Нелинейное поведение крутильной динамики в прокатном стане Multi -DOF Main Drive System при параметрическом возбуждении, Журнал прикладной математики, ID статьи 202686, 2014 г. Поиск в Google Scholar [30] Баррасс К.Б., Конструкция и характеристики корабля для капитанов и помощников капитана, Глава 20, Вибрация корабля, 191-201, Редактор Elsevier, 2004 г. Поиск в Google Scholar [31] Станеску Н.Д., Попа Д., Стабильность положений равновесия Двигатель с нелинейными квадратичными пружинами, Central European Journal of Engineering, 2014, 4, выпуск 2, 170-177 Поиск в Google Scholar [32] Harris CM, Piersol AG, Harris’Shock and Vibration Handbook, Chapter 3, 5 th ed., Mc Graw Hill, 2002 Поиск в Google Scholar Получено: 2017-7-9 Принято: 2017-9-8 Опубликовано в Интернете: 2017-11-2 Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Лицензия. Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Конструирование и моделирование электромагнитных линейных приводов для струйных диспенсеров 1. Введение Струйные дозаторы обеспечивают эффективные бесконтактные средства нанесения жидких точек или жидкостных линий с высокими допусками на пластиковые или металлические подложки за очень короткое время. Таким образом, струйные дозаторы широко используются в таких областях, как автомобилестроение, производство медицинских устройств и сборка электроники [1,2,3,4,5,6,7,8]. Конфигурация струйного дозатора состоит из двух основных частей, а именно струйного клапана и привода.Во время работы игла струйного клапана совершает периодическое линейное движение вверх и вниз с минимальной длиной хода примерно 0,3 мм или больше [9,10]. Поскольку игла движется с высокой скоростью в направлении вниз на этапе дозирования, исключительно высокое локальное давление, создаваемое в гнезде форсунки, прерывает поток жидкости и выбрасывает клей из форсунки в виде капель, которые попадают на субстрат, чтобы сделайте точки [11,12]. Как показано на рисунке 1, привод приводит в движение иглу через соединительный механизм.Для приводов с большой длиной хода привод приводит в действие соединительный механизм напрямую, как показано на Рисунке 1a. Однако, если ход вала привода меньше, чем минимальный ход иглы, требуется механизм увеличения, состоящий из точки опоры и плеча рычага, чтобы увеличить ход привода, как показано на Рисунке 1b [9,10,13] . В этом случае сила тяги F TF , создаваемая приводом, и сила сопротивления F RF , воздействующая на иглу, связаны соотношением FTF ∗ a = FRF ∗ b, где a и b — длины рычаги по обе стороны от точки опоры соответственно [14,15,16].Пьезоэлектрические приводы (PSA) и магнитострикционные приводы (MSA) создают высокую осевую силу, но имеют длину хода всего 100 мкм [17]. Для большинства практических применений длину хода необходимо увеличить как минимум в три раза. Следовательно, сила тяги F TF соответственно увеличивается, а потребление энергии во время работы увеличивается. Электропневматические приводы (EPA) и электромагнитные приводы (EMA) имеют меньшую силу тяги, но большую длину хода, чем PSA или MSA.Следовательно, в случае EPA и EMA механизмы увеличения смещения не требуются. Разница между EPA и EMA заключается в том, что электромагнитный привод используется для прямого или косвенного приведения в действие иглы диспенсера. EPA используют соленоидный привод для приведения в действие открытого-закрытого состояний пневматического клапана, и этот клапан управляет давлением воздуха, воздействующего на поршень, соединенный с иглой, для выполнения линейного движения. Между тем, вал EMA соединен с иглой дозатора напрямую, поэтому EMA приводят в движение иглу без промежуточных звеньев [14].EMA имеют много практических преимуществ по сравнению с другими типами приводов, включая большой ход привода, низкие требуемые напряжения, простую конструкцию и управление, а также низкую цену. Следовательно, в настоящее время они широко используются во многих различных областях, включая компьютеры, цифровые камеры, упаковку и производство, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность и медицину [18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 Текущие струйные диспенсеры на основе PSA, MSA и EPA обычно могут достигать рабочих частот 1000, 250 и 280 Гц соответственно [29,30,31].Более того, струйные дозаторы на основе EMA также могут достигать частот возбуждения более 200 Гц при условии, что они имеют длину хода менее 0,5 мм [32,33]. Линейные EMA имеют форму соленоидных приводов (SA), приводов с подвижной / звуковой катушкой (MCA) или приводов с подвижным магнитом (MMA). Характеристики силы тяги в зависимости от длины хода для трех типов EMA различаются. При работе с короткой длиной хода сила тяги MCA и MMA примерно постоянна [34,35], в то время как сила тяги SA значительно снижается [36,37].Таким образом, ток возбуждения, применяемый для SA, должен быть значительно увеличен, чтобы компенсировать падение силы тяги. В литературе есть много исследований по применению EMA для струйных распылителей [14,38]. Однако эти исследования сосредоточены только на СА и ММА. Другими словами, до сих пор игнорировалось использование MCA для управления струйными дозаторами. Следовательно, в литературе отсутствует систематический обзор и сравнение трех конструкций исполнительных механизмов для струйных диспенсеров. Соответственно, в настоящем исследовании разрабатываются, улучшаются и оцениваются три различных механизма EMA (SA, MCA и MMA) для приведения в действие иглы струйного клапана в струйном дозаторе.Исследование начинается с использования экспериментальной модели для измерения общей силы сопротивления, действующей на струйную иглу во время операции дозирования. Затем выполняется моделирование методом конечных элементов (МКЭ) для определения осевой силы, создаваемой каждым приводом в условиях типичной длины хода и тока возбуждения. Затем выполняется дальнейшее моделирование для модификации конструкции каждого исполнительного механизма таким образом, чтобы генерировать осевую силу, необходимую для преодоления силы сопротивления, действующей на иглу во время дозирования, с минимально возможным током возбуждения.Наконец, оцениваются и сравниваются характеристики срабатывания и величина осевого усилия трех модифицированных исполнительных механизмов, и готовятся предварительные конструкции для соответствующих струйных дозаторов с приводом от исполнительного механизма. Предлагаемые струйные диспенсеры на основе EMA могут применяться для инкапсуляции светоизлучающих диодов (LED), дозирования жидкости для ультрафиолетового (УФ) отверждения в электронике, создания микроточек в медицинских приложениях (например, для анализа крови, линзы эндоскопа) и инкапсуляции логотипов. под куполом жидкости. 3. Экспериментальное измерение необходимой силы тяги Перед проектированием приводов SA, MCA и MMA была сконструирована экспериментальная модель струйного клапана для определения величины необходимой силы тяги.При построении модели проектные размеры были взяты непосредственно из предыдущих исследований, чтобы сократить время проектирования [14,43]. Конфигурация струйного клапана показана на рисунке 4, основные геометрические размеры которого указаны в таблице 1 [12]. Обратите внимание, что другие размеры клапана, которые не влияют на скорость потока или процесс впрыскивания распределяемой жидкости (например, клей), были просто выбраны таким образом, чтобы облегчить простую сборку частей струйного клапана и последующую интеграцию струйный клапан с приводом и держателем дозатора.Сопло и игла были изготовлены из нержавеющей стали S304, а фланец, корпус для жидкости и гайка — из алюминиевого сплава Al6061. Наконец, струйный клапан был снабжен коммерческими уплотнительными кольцами Misumi (NPB № 3). В струйном клапане, показанном на рисунке 4, клей или другая распределяемая жидкость содержится в резервуаре и находится под давлением сжатого воздуха. Во время подъема иглы клей под давлением проходит через впускное отверстие для жидкости и попадает в дозирующую камеру. На этапе дозирования игла движется вниз с высокой скоростью и сталкивается с седлом форсунки.Возникающее в результате высокое местное давление в области гнезда сопла приводит к тому, что некоторое количество клея выливается из заслонки сопла и падает на нижележащий субстрат. Общая сила сопротивления, действующая на иглу при ее движении вниз, определяется выражением где F FO — сила трения между уплотнительными кольцами и иглой, F M — сила инерции, F D — демпфирующая сила клея, а F L — полная подъемная сила клей под давлением.На рис. 5 представлена ​​фотография экспериментальной установки для измерения F TRF . Следует отметить, что сила инерции F M не может быть идентифицирована непосредственно с использованием этой экспериментальной модели, поскольку скорость стрелки необходимо рассчитывать отдельно. Таким образом, F M рассчитывали отдельно, а затем просто добавляли к сумме FFO + FD + FL, определенной экспериментально. Экспериментальная установка была построена вокруг датчика нагрузки ЗНХБМ-10 кг, расположенного таким образом, чтобы головка датчика касалась хвоста иглы струйного клапана.Микрометр Mitutoyo с диапазоном 0–25 мм использовался для регулировки положения иглы для получения диапазона длины хода 0–0,5 мм. Испытания дозирования проводились с использованием глицерина с вязкостью 950 сП от Shimakyu Chemical Co., Ltd. Кроме того, сжатый воздух подавался автономным компрессором (модель: SVU (P) -203 производства Tong Cheng Iron Works Co., Ltd. (Тайчжун, Тайвань)) и пропускали через нагнетательный клапан (модель: MAR200-8A-2K производства Mindman Industrial Co., Ltd.(Тайбэй, Тайвань)), чтобы поддерживать постоянное противодавление на клеевой поверхности. Аналого-цифровой преобразователь HX711, предоставленный SparkFun Electronics (Колорадо, США), использовался для усиления сигнала, полученного от датчика нагрузки, и последующей отправки его на плату Arduino для обработки. Наконец, плата Arduino была подключена к ноутбуку для визуализации измеренных данных нагрузки. Результаты измерений показали, что общая сила сопротивления, действующая на иглу (без учета силы инерции, т.е.е., FFO + FD + FL) равнялась 3,6, 4,3, 4,8, 5,4 и 6 Н. для противодавления 0, 0,5, 1, 1,5 и 2 бар соответственно. Сила ускорения, F M , составляла рассчитывается непосредственно как где m T , m n , m m и m s — общая масса, масса иглы, масса обмотки катушки / магнита / плунжера и масса подкомпонентов, соответственно; а — ускорение. Значение m T оценивается примерно в 0,031 кг. Предположим, что распылитель струи работает с частотой 250 Гц, а время, необходимое игле для завершения полного хода, равно 0.5 мм на стадии подъема или дозирования составляет 1,5 мкс, скорость иглы увеличивается от 0 м / с до максимальной скорости в конце длины хода, а средняя скорость и ускорение рассчитываются на основе уравнений, v = ∆x / ∆t и a = ∆v / ∆t, тогда рассчитанное среднее ускорение равно примерно 220 м / с 2 . Сила инерции, F M , затем определяется из уравнения (7) и составляет 6,8 Н. при максимальном противодавлении 0,5 бар. На практике величина необходимой осевой силы (F NTF ), создаваемой Приводы зависят от того, используется ли возвратная пружина для помощи движению иглы на этапе дозирования.Для SA сила тяги действует только в одном направлении, поэтому необходимо использовать возвратную пружину. Однако как для моделей MCA, так и для моделей MMA сила тяги может действовать в любом направлении (вверх или вниз), и, следовательно, при желании можно использовать возвратную пружину. Таким образом, получены следующие составы для F NTF : где F NTF и F NTFS обозначают необходимую силу тяги без пружины и с пружиной соответственно. Кроме того, как фактор безопасности (описанный в следующем параграфе) и F S — сила пружины.Из уравнения (6) общая сила сопротивления F TRF равна 11,1 Н для противодавления 0,5 бар. Однако, чтобы гарантировать, что сила тяги, создаваемая приводом в реальных условиях работы, характеризующихся изменением температуры обмоток катушки или изменениями вязкости клея, например, общая сила сопротивления должна быть умножена на коэффициент безопасности с. , как показано на рисунке 3. Если предположить, что s присвоено значение 1,2, значение F NTF определено равным 13.3 Н (уравнение (9)), если возвратная пружина не используется. В случае, когда пружина используется для приведения в действие иглы на этапе выдачи, значение усилия пружины F S может быть установлено равным тому же значению F NTF . Другими словами, необходимая сила тяги, F NTFS , определяется из уравнения (10) как 29,3 Н (т.е. 1,2 × (11,1 + 13,3) ≈ 29,3). 4. Предлагаемый привод модели Как описано в Разделе 2, целью второй части проектной основы было изменение трех предлагаемых конструкций привода таким образом, чтобы создать наибольшую осевую силу.Чтобы упростить процесс моделирования и сократить время вычислений, модели исполнительных механизмов были дополнительно упрощены до форм, показанных на рисунке 6. Как показано, каждая модель была построена с использованием только наиболее важных характеристик конструкции исполнительного механизма. Например, модель SA содержит только плунжер, железный сердечник и катушку. Точно так же модели MCA и MMA содержат только постоянный магнит, два железных кольца, две последовательные катушки, корпус и изолированное алюминиевое кольцо. Обратите внимание, что для всех трех приводов остальные компоненты были просто проигнорированы, поскольку они либо сделаны из немагнитных материалов, таких как алюминий и резина, либо не влияют на величину моделируемой осевой силы.Процесс моделирования состоял из двух этапов. На первом этапе были построены двухмерные осесимметричные модели SA, MCA и MMA с использованием тех же основных размеров катушки, включая высоту катушки, а также внутренний и внешний диаметры. Обратите внимание, что такой подход был сознательно использован для того, чтобы облегчить объективное сравнение характеристик срабатывания трех моделей. На втором этапе к каждой базовой модели были добавлены определенные геометрические переменные в зависимости от конкретного задействованного привода и присвоены соответствующие расчетные значения.Например, переменная d была добавлена ​​к модели SA (см. Рис. 6a), а переменная e была добавлена ​​к моделям MCA и MMA (см. Рис. 6b, c). Обратите внимание, что модели MCA и MMA одинаковы и отличаются только тем, движутся ли обмотки катушки (MCA) или магниты (MMA) во время процесса дозирования. В таблице 2 приведены конкретные геометрические размеры трех основных моделей до их модификации. При создании моделей исполнительных механизмов предполагалось, что обмотки катушек изготовлены из меди с относительной магнитной проницаемостью µ r = 1, а магниты в MCA предполагалось, что модели ММА изготовлены из NdFeB с относительной проницаемостью µ r = 1.05 и остаточный магнетизм B r = 1,43 Тл. Предполагалось, что сердечник и оболочка модели SA вместе с железными кольцами и оболочкой моделей MCA и MMA изготовлены из углеродистой стали AISI 1020. AISI 1020 — нелинейный материал, поэтому относительная проницаемость µ r имеет непостоянное значение. Соответственно, кривая B-H была определена в форме, показанной на Рисунке 7 [44]. Наконец, изолированное кольцо в моделях MCA и MMA было изготовлено из алюминиевого сплава Al6061 с относительной проницаемостью µr = 1.На рисунке 8 показаны граничные условия, наложенные на каждую из моделей исполнительных механизмов. Целью процесса моделирования было определение силы, действующей на подвижные части исполнительных механизмов, а именно на плунжер в модели SA, обмотки катушки в модели MCA, и магнитопровод в модели MMA. Для модели SA предполагалось, что актуатор содержит однокатушечную обмотку с 900 витками. В отличие от этого предполагалось, что модели MCA и MMA имеют несколько обмоток катушки по 450 витков на каждой обмотке.Для всех моделей считалось, что постоянный ток в поперечном сечении катушек равномерно распределен, при этом направление потока тока перпендикулярно поверхности поперечного сечения [42]. Для модели SA начальный зазор по оси z был установлен равным 0,7 мм, а затем плунжер переместился к сердечнику на длину хода 0,5 мм. Для моделей MCA и MMA средние точки магнитов и обмоток катушек изначально были настроены на совпадение, а затем магниты перемещались на расстояние 0,5 мм от этой средней точки в направлении, определяемом направлением тока. поток через змеевик. Как описано в следующем разделе, осевая сила, создаваемая каждым приводом, была рассчитана для различных значений конкретных проектных переменных (d или e), чтобы определить геометрическую конструкцию, которая увеличила осевую силу. В данной статье модели модифицированы по результатам крупномасштабного численного эксперимента. Входными параметрами являются d 1 ~ d 4 для SA и e 1 ~ e 8 для MCA и MMA, а целевым параметром является сила тяги F TF .Входным переменным присваиваются нижняя и верхняя границы. При решении задачи каждая входная переменная по очереди меняла свое значение, а остальные фиксировались, чтобы найти большее значение силы тяги. Затем результаты моделирования были использованы для определения минимального значения приложенного тока, достаточного для создания силы тяги, превышающей необходимую силу тяги. Наконец, было проведено исследование меньшего изменения величины осевого усилия, когда приводы были смещены на общую длину хода 0.5 мм. 6. Выводы В этом исследовании использовался метод моделирования методом конечных элементов (FEM) для проектирования, модификации и определения характеристик трех электромагнитных приводов (а именно соленоидного привода (SA), привода с подвижной катушкой (MCA) и привод с подвижным магнитом (MMA)) для струйных диспенсеров. Общая сила срабатывания, необходимая для приведения в действие иглы в распылителе струи, была определена с использованием экспериментальной модели. Моделирование методом конечных элементов было выполнено для изменения геометрии трех предлагаемых приводов таким образом, чтобы достичь силы тяги, необходимой для приведения в действие иглы в распылителе струи с минимально возможным током возбуждения.Среднее процентное улучшение силы тяги для SA, MCA и MMA после модификации составляет около 27,5%, 36% и 48% соответственно. Сравнивая три исполнительных механизма, SA создает большую осевую силу в исходном положении. Однако сила тяги падает примерно на 61%, когда плунжер перемещается на длину хода 0,5 мм. Падение силы тяги, создаваемое моделями MCA и MMA, намного меньше; с падением всего 0,7% и 1,8% соответственно, поскольку движущиеся части (т.например, катушка и магнит) проходят одинаковое расстояние хода 0,5 мм. При отсутствии возвратной пружины ток возбуждения, необходимый для достижения необходимой осевой силы, равен 1,8 А и 1,9 А для моделей MCA и MMA соответственно. Если на приводной механизм дополнительно устанавливается возвратная пружина, минимальный ток возбуждения увеличивается до 2,2 А, 3,8 А и 4,1 А для моделей SA, MCA и MMA соответственно. В двух случаях, без возвратной пружины и с возвратной пружиной, MCA и SA являются лучшим выбором для струйных диспенсеров соответственно.На основе модифицированных имитационных моделей в справочных целях были предложены три предварительных проекта интегрированных ЭМА конструкций струйных дозаторов. В будущих исследованиях будет изготовлена ​​экспериментальная модель, состоящая как из предложенных приводов, так и из струйного дозатора на основе EMA, чтобы проверить точность результатов моделирования и послужить основой для дальнейших модификаций и улучшений. Электромагнитные приводы Приводы преобразуют определенный вид энергии в механическую энергию.Существуют разные классы исполнительных механизмов в зависимости от физического принципа преобразования энергии. Некоторые из этих классов приводов, которые широко используются в промышленности, включают гидравлические приводы, электростатические приводы, электромагнитные приводы, приводы теплового расширения и пневматические приводы. При проектировании мехатронных систем наиболее важным аспектом является выбор исполнительных механизмов, поскольку характеристики исполнительных механизмов напрямую отражаются на кинематических характеристиках используемой системы.Эта статья в основном посвящена электромагнитным приводам, поэтому давайте подробно остановимся на этой теме. Что такое электромагнитный привод? Привод, который работает на основе электромагнитного принципа преобразования энергии, называется электромагнитным приводом. Электромагнитные приводы преобразуют электрическую и механическую энергию друг в друга. Преобразование энергии происходит в так называемом воздушном зазоре, который разделяет неподвижный элемент (статор или неподвижный контакт) и подвижный элемент (ротор или подвижный контакт) привода. Эти приводы создают силу и крутящий момент с помощью магнитного поля. Магнитные поля имеют более высокую плотность энергии по сравнению с электрическими полями, что является причиной использования магнитных полей в этих датчиках. Основными принципами, которыми управляют электромагнитные исполнительные механизмы, являются законы электромагнитной индукции Фарадея, сила Лоренца электромагнитных сил и закон Био-Савара. Поскольку регулирующей переменной этого типа привода является электрический ток, подаваемый приводами преобразователя мощности, ими можно легко управлять. Они используются во многих приложениях, от точного управления с использованием небольших приводов до довольно больших мощных устройств с использованием электрических приводов. Электромагнитные датчики состоят из двух основных цепей; а именно электрическая цепь и магнитная цепь. Электрическая цепь устанавливает напряжение и ток в соответствии с законами анализа цепи, тогда как магнитная цепь устанавливает магнитный поток и напряженность магнитного поля. В присутствии магнитного поля существует магнитный поток Φ.Плотность магнитного потока B ̅ и напряженность магнитного поля H связаны проницаемостью материала. В вакууме плотность магнитного потока пропорциональна напряженности магнитного поля и равна . B‾ = µo H ̅ Где µo — постоянная проницаемости, а ее значение составляет 4π × 10-7. Для ферромагнитных материалов это соотношение определяется как . B ̅ = µr H ̅. мко H ̅ Где µr H ̅ — относительная проницаемость материала. Используя кривые B-H, анализируется проницаемость (µr) зависимости материала от H ̅. Закон Лоренца гласит, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила. Если ток i течет по проводнику длиной L, при наличии плотности магнитного потока B ̅, то испытанный Сила Лоренца равна . F ̅ = i L ̅ × B ̅ Большинство случаев B ̅ и L ̅ ортогональны, и, рассматривая F ̅ ортогонально B ̅ и L ̅, приведенное выше уравнение может быть записано как F = B L i Движение проводника в магнитном поле создает электромагнитную силу (ЭДС) поперек проводника.Это называется законом электромагнитной индукции или законом Фарадея. Согласно этому закону, ЭДС, индуцированная в замкнутом контуре, равна скорости изменения магнитного потока в контуре. Следовательно, e = — dΦ / dt А закон Био-Савара описывает плотность магнитного потока, создаваемую электрическим током, и для длинного прямого проводника на перпендикулярном расстоянии r она задается как B = (µo µr i) / (2πr) Это три важных закона, которые действуют как фундаментальные принципы для электромагнитных приводов. Различные приводы на основе электромагнетизма Во многих областях, таких как автомобилестроение, промышленная автоматизация и системы защиты, используются различные типы исполнительных механизмов в зависимости от нескольких факторов, таких как размер, необходимый тип срабатывания, надежность, экономическая эффективность и т. Д. Некоторые из электромагнитных исполнительных механизмов обсуждаются ниже. Электродвигатели Электродвигатель — это более общий и широко используемый электромагнитный привод для широкого применения.Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Когда неподвижный статор возбуждается магнитным полем, ротор с током начинает вращаться по принципу силы Лоренца. Они классифицируются либо по электромагнитным характеристикам, либо по функциональности. Этот тип классификации приводов приведен ниже. Электродвигатели Электродвигатели в зависимости от типа питания классифицируются как двигатели постоянного и переменного тока.Двигатели постоянного тока возбуждаются источником постоянного тока и подразделяются на два основных типа: двигатели с независимым возбуждением и двигатели с самовозбуждением. Самовозбуждающиеся двигатели снова подразделяются на двигатели с параллельной обмоткой, с последовательной обмоткой и со смешанной обмоткой. Эти двигатели легко управляются умеренными приводами. Кроме того, эти двигатели доступны по сниженным ценам по сравнению с двигателями переменного тока. Двигатели переменного тока поставляются с источником переменного тока и делятся в основном на одно- и трехфазные двигатели. Однофазные двигатели могут быть асинхронными или синхронными. Однофазный асинхронный двигатель состоит из одной обмотки статора с короткозамкнутым ротором, и это не самозапускающиеся двигатели. Крутящий момент создается на основе электромагнитной индукции между статором и ротором. Скорость ротора немного ниже, чем поле вращения статора. Однофазные синхронные двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами или обмотки ротора с коммутацией контактных колец. В этих двигателях частота вращения ротора синхронизирована с частотой источника питания. Многофазные или трехфазные двигатели также могут быть асинхронными или синхронными. Они похожи на однофазные асинхронные двигатели, но имеют несколько обмоток на статоре. Это самозапускающиеся моторы. Трехфазные синхронные двигатели состоят из нескольких обмоток на статоре, и работа аналогична однофазным синхронным двигателям. В зависимости от способа создается магнитное поле; Электродвигатели подразделяются на два типа: двигатели с постоянными магнитами и электромагнитные двигатели. К особым классам двигателей относятся шаговые двигатели и бесщеточные двигатели постоянного тока. Шаговые двигатели снова подразделяются на двигатели с постоянным магнитом, двигатели с переменным сопротивлением и гибридные двигатели. Они используются во многих портативных электронных устройствах. 2. Электромагнитные приводы Соленоиды — это простейшие распространенные электромагнитные приводы, преобразующие энергию в линейное или вращательное движение. Они используются во многих приложениях, включая переключатели конвейеров, реле, диспенсеры для монет, электрические замковые механизмы и т. Д. Соленоид состоит из сердечника из мягкого железа, заключенного в катушку с током, и ферромагнитного плунжера или якоря в центре катушки. Когда токовая катушка находится под напряжением, в катушке индуцируется магнитное поле. Это магнитное поле притягивает якорь или плунжер к центру катушки, закрывая воздушный зазор между неподвижной рамой или контактом и плунжером. Электромагнитные приводы могут быть линейного или поворотного типа. Линейный соленоид Из-за линейного направленного движения или действия плунжера эти соленоиды называются линейными соленоидами.Они бывают двух типов, а именно линейные соленоиды толкающего и толкающего типа. В соленоиде тянущего типа, когда катушка находится под напряжением, он притягивает подключенную нагрузку (или плунжер) к себе, тогда как в соленоиде толкающего типа он отталкивает подключенную нагрузку от себя. Конструкция обоих этих типов одинакова, за исключением конструкции плунжера и расположения возвратной пружины. Линейный соленоид На приведенном выше рисунке показан соленоид тягового типа, который тянет плунжер, когда катушка находится под напряжением.Когда катушка обесточена, возвратное движение обеспечивается самой нагрузкой или возвратной пружиной, которая является неотъемлемой частью узла соленоида. Поворотные соленоиды Поворотный соленоид преобразует линейное движение во вращательное с помощью шарикоподшипников, которые перемещаются по наклонным дорожкам качения. Эти соленоиды производят вращательное или угловое движение либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, либо и то, и другое из нейтрального положения. Когда угловые перемещения, требуемые приложением, очень малы, эти соленоиды заменяют шаговые двигатели и небольшие двигатели постоянного тока. Когда катушка вращающегося соленоида находится под напряжением, якорь или плунжерный узел тянутся к статору. Далее он вращается по дуге, определяемой чеканкой дорожек качения. Роторные соленоиды 3. Приводы с подвижной катушкой Эти приводы также называются приводами звуковых катушек. Это также своего рода привод гильзы, который движется по линии. В этом типе датчика катушка заключена в магнитный корпус, и через эту катушку пропускается ток возбуждения. Этот ток создает магнитный поток из обмоток катушки. На основе принципа силы Лоренца возникает сила, пропорциональная произведению плотности магнитного поля и силы тока. Количество создаваемой силы выражается как . F α N I B Где Н — количество витков в обмотке I — ток, протекающий по обмотке, а B — плотность магнитного потока. Приводы этого типа бывают двух форм: цилиндрической и прямоугольной.Благодаря зубчатым колесам его конструкция упрощает конструкцию. Они используются во многих промышленных, медицинских и автомобильных мобильных приложениях, а некоторые из конкретных приложений включают в себя зеркала управления лучом, управление пилотным клапаном, узлы карданов и т. Д. Приводы с подвижной катушкой 4. Реле Реле — это бинарные исполнительные механизмы, которые имеют два стабильных состояния: зафиксировано и включено или разблокировано и отключено. Реле — это устройство, которое обеспечивает переключение между двумя электрическими цепями в ответ на управляющий сигнал. Их может быть несколько типов, основанных на различных критериях, например, на основе контакта, они подразделяются на однополюсные, одинарные, однополюсные, двойные, двухполюсные, одинарные и двухполюсные, двойные. Другие популярные реле включают электромагнитные реле, твердотельные реле, реле с фиксацией, поляризованное реле, герконовое реле и т. Д. Реле На рисунке выше показано притягиваемое электромагнитное реле якорного типа. Он состоит из неподвижных и подвижных контактов.Цепь нагрузки подключается через неподвижный контакт, а цепь питания подключается к подвижному контакту. Схема управления подает питание на возбуждающую катушку. Когда схема управления питает катушку реле (или катушку возбуждения), якорь притягивается к неподвижным контактам и, следовательно, подключаются цепи как источника, так и нагрузки. Когда питание на катушку не подается, реле обесточивается. Реле в основном используются в качестве защитного устройства для подключенного к нему оборудования.Кроме того, основная функция реле требуется во многих приложениях, таких как телекоммуникации, бытовая техника, автомобилестроение, промышленное управление, управление электронным оборудованием и т. Д. Магнитный привод на основе МЭМС Магнитный привод на основе MEMS — это устройство, в котором используется технология MEMS (микроэлектромеханические системы) для преобразования электрической энергии в механическую, используя принцип уравнения силы Лоренца. Магнитный привод на базе MEMS производит новый класс микроустройств, которые производятся с использованием методов микротехнической обработки с большим потенциалом и областями применения. Эти устройства основаны на магнитном или электромагнитном взаимодействии между магнитными материалами и электромагнитными катушками или источниками магнитного поля, такими как постоянные магниты. Но основной проблемой для этого типа устройств является интеграция магнита в устройство MEMS. Это связано с тем, что изготовить трехмерные катушки с помощью МЭМС очень сложно. Хотя были предприняты попытки изготовить магнитный привод в микромасштабе с катушками, соединенными проволокой, очень часто магнитные приводы MEMS конкурируют с электростатическими устройствами. Эта платформа магнитных приводов MEMS была разработана для широкого диапазона потенциальных приложений, включая переключатели, реле, клапаны, резонаторы, оптические переключатели и т. Д. МЭМС-переключатели Переключатели MEMS отличаются от твердотельных переключателей, таких как диоды и полевые транзисторы, хотя цель прерывания тока такая же. МЭМС-переключатели состоят из механических движущихся частей для изменения расстояния между двумя проводящими элементами сигнальной линии, чтобы замкнуть или разорвать омический контакт в случае омических переключателей, тогда как в случае емкостных переключателей он увеличивает или уменьшает вложенную емкость.На рисунке ниже показан принцип переключения омических и емкостных устройств. Они состоят из электрического элемента и секции приведения в действие, которые можно разделить на категории в зависимости от схемы приведения в действие, такой как магнитостатическая, электростатическая, тепловая или пьезоэлектрическая, электрической конфигурации, такой как емкостные или омические контактные переключатели, шунтирующая или последовательная архитектура цепи, геометрическая конфигурация, такая как горизонтальное или вертикальное срабатывание, мембраны, балки, консоли и т. д. Эти переключатели обеспечивают низкое энергопотребление и более высокую изоляцию в выключенном состоянии для высокочастотного переключения по сравнению с твердотельными переключающими устройствами. Но у них есть проблемы с низкой скоростью и надежностью. Реле MEMS Основное действие реле — включение или выключение, чтобы они могли замкнуть или разорвать цепь. Реле MEMS — это миниатюрные механические реле, изготовленные на основе технологии MEMS. Желательными характеристиками реле MEMS являются хорошие характеристики включенного и выключенного состояния, зазор между контактами должен быть минимальным, низкое контактное сопротивление, большое напряжение отключения, когда реле находится в выключенном состоянии, а скорость переключения должна быть высокой. Однако конструкция этих устройств более сложна из-за трехмерной природы магнитной катушки, которая не подходит для изготовления MEMS. Для производства MEMS-реле были предприняты передовые шаги, такие как литографические методы, благодаря которым несколько групп достигли успеха в разработке электромагнитных MEMS-реле. Из-за высокой сложности производства перспективы успеха коммерческих реле сомнительны. Но для микрорелейных технологий используются принципы электростатического или электротермического срабатывания. Реле MEMS В реле MEMS на основе электростатического приводного механизма две изолированные проводящие пластины разделены небольшим воздушным зазором, который можно привести в контакт, приложив к ним достаточное напряжение. Действие реле осуществляется путем размещения подходящих проводов и контактов на движущихся частях. Электростатическая сила изменяется пропорционально квадрату электрического поля, создаваемого в приводе, и рабочее напряжение линейно увеличивается с увеличением расстояния. Это основная трудность при разработке реле с электростатическим приводом, поскольку трудно достичь разумных зазоров между контактами, сохраняя при этом напряжение срабатывания в реалистичном диапазоне. Характеристики электромагнитного привода [1] Mandache, L .; Д. Топан; К. Аль-Хаддад. «Моделирование нелинейных ферромагнитных сердечников». Revue Roumaine de Sciences Techniques. Серия «Электротехника и энергия». Vol. 53, Issue 4. 2008. [2] К.Срайри и М. Фелиачи, «Формы числовой связи для анализа динамического поведения электромагнитных приводов», IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, нет. 5. С. 3608-3611, 1998. . [3] И. Ячев, В. Георгиев, К. Хинов, Р. Иванов и Д. Димитров, «Динамические характеристики привода электромагнитного клапана с постоянными магнитами», в 12-й Международной конференции по оптимизации электрического и электронного оборудования, 2010. [4] Ячев И., Георгиев В., Иванов Р., К.Хинов, “Моделирование динамического поведения линейного привода с постоянным магнитом”, Электр. Энерг., Т. 23, нет. 1. С. 37-43, 2010. [5] И. Ячев и Э. Ричи, «Моделирование динамики линейного привода с постоянным стержнем», Международный журнал математической, вычислительной, физической, электротехнической и компьютерной инженерии, вып. 4, вып. 6. С. 726-730, 2010. . [6] С.-М. Ван, Т. Мияно и М. Хаббард, «Анализ электромагнитного поля и динамическое моделирование двухклапанного привода» IEEE Transactions on Magnetics, vol.29, нет. 2. С. 1741-1746, 1993. . [7] А. Радулиан и Н. Моциой, «Численное моделирование электромагнитного привода для вакуумных контакторов». Международная конференция и выставка по электроэнергетике, Яссы, Румыния, 2014. [8] Н. Паудель, «Часть 1: Как моделировать линейный электромагнитный поршень», 7 июня 2016 г. [Online]. Доступно: https://www.comsol.co.in/blogs/part-1-how-to-model-a-linear-electromagnetic-plunger/. [9] Н. Паудель, «Часть 2: Моделирование линейного электромагнитного поршня с блокирующим устройством», 14 июня 2016 г.[Онлайн]. Доступно: https://www.comsol.co.in/blogs/part-2-model-a-linear-electromagnetic-plunger-with-a-blocker/. [10] Д. Майер и Б. Ульрих, «Динамика электромеханических приводов», J. of Electrical Engineering, vol. 60, нет. 5. С. 255, 2009. . [11] Х. Мусааб, «Использование справочных таблиц для моделирования электромагнитной подвесной системы», Американский журнал прикладных наук, вып. 9, вып. 8. С. 1199-1202, 2012. . [12] О. Фогель и Дж. Ульм, «Теория пропорциональных соленоидов и расчет магнитной силы с использованием Comsol Multiphysics», Конференция Comsol, Штутгарт, 2011 г. Высококачественный электромагнитный линейный привод по отличным ценам Хороший. Электромагнитный линейный привод помогает вашему прибору эффективно работать без каких-либо проблем. На Alibaba.com вы найдете самые продаваемые. Электромагнитный линейный привод по доступным ценам. Эти эффективные. Электромагнитный линейный привод изготовлен из качественных материалов, повышающих надежность работы даже в условиях сильных ударов. Независимо от того, какое устройство вы используете, вы можете найти лучший продукт, который справится с этой задачей. В прошлом эти. Электромагнитный линейный привод Раньше имел огромные размеры, что делало их громоздкими и не универсальными. Шло время, и в настоящее время технологии значительно улучшаются. Электромагнитный линейный привод выпускается в различных размерах с более широким набором функций. Здесь вы найдете широкий выбор. Электромагнитный линейный привод , который идеально подходит для вашего прибора. Продукты на этой платформе обеспечивают качество и эффективность в зависимости от различных потребностей и бюджетов.Продукты на платформе соответствуют установленным стандартам, обеспечивая эффективное функционирование. Производители этих. Электромагнитный линейный привод имеет опыт производства и предоставляет продукцию, которая адаптируется к меняющимся потребностям рынка. Файл. Электромагнитный линейный привод Представленный здесь предлагает большой набор функций на выбор: крутящий момент, количество оборотов в минуту, бесщеточные двигатели и размер, что позволяет вам покупать лучшее. Электромагнитный поступательный привод , соответствующий вашим требованиям и бюджету. Вы можете получить на Alibaba.com. Электромагнитный линейный привод найдет и предложит, что соответствует вашему бюджету. Получите качественную долговечность. Электромагнитный линейный привод для удовлетворения любых ваших потребностей из обширного ассортимента продукции, предлагаемой для продажи, в зависимости от ваших требований по размеру, номинальной мощности и простоте обслуживания. Высококачественный высокоскоростной электромагнитный линейный привод по отличным ценам Хороший. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод помогает вашему прибору эффективно работать без каких-либо проблем.На Alibaba.com вы найдете самые продаваемые. высокоскоростной электромагнитный линейный привод по доступным ценам. Эти эффективные. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод изготовлен из качественных материалов, повышающих долговечность для работы даже в условиях сильных ударов. Независимо от того, какое устройство вы используете, вы можете найти лучший продукт, который справится с этой задачей. В прошлом эти. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод раньше выпускался огромных размеров, что делало их громоздкими и не универсальными.Шло время, и в настоящее время технологии значительно улучшаются. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод выпускается в различных размерах с более широким набором функций. Здесь вы найдете широкий выбор. высокоскоростной электромагнитный линейный привод , который идеально подходит для вашего устройства. Продукты на этой платформе обеспечивают качество и эффективность в зависимости от различных потребностей и бюджетов. Продукты на платформе соответствуют установленным стандартам, обеспечивая эффективное функционирование.Производители этих. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод имеет опыт производства и предлагает продукцию, которая адаптируется к меняющимся потребностям рынка. Файл. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод , представленный здесь, предлагает большой набор функций на выбор: крутящий момент, количество оборотов в минуту, бесщеточные двигатели и размер, позволяющий вам покупать лучшее. высокоскоростной электромагнитный линейный привод , соответствующий вашим требованиям и бюджету. На Алибабе.com вы можете получить. высокоскоростной электромагнитный линейный привод найдет и предложит, что соответствует вашему бюджету. Получите качественную долговечность. Высокоскоростной электромагнитный линейный привод для удовлетворения любых ваших потребностей из обширного ассортимента продукции, предлагаемой для продажи, в зависимости от ваших требований по размеру, номинальной мощности и простоте обслуживания. Линейные двигатели — Электромагнитные прямые приводы Когда поступательные движения необходимо выполнять динамически, с низким коэффициентом трения и высокой гибкостью, пользователи выбирают линейные системы.Ядро системы привода LinMot состоит из управляющей электроники, сервопривода и линейных двигателей. Двигатели LinMot представляют собой электромагнитные прямые приводы в трубчатой ​​форме. Линейное движение осуществляется чисто электрически и без износа, без промежуточного соединения механических редукторов, шпинделей или ремней. Линейный двигатель состоит всего из двух частей: ползуна и статора. Ползунок изготовлен из неодимовых магнитов, которые закреплены в высокоточной трубке из нержавеющей стали.Статор содержит обмотки двигателя, подшипники для ползуна, датчики захвата положения и схему микропроцессора для контроля двигателя. Внутренний датчик положения измеряет и контролирует текущее положение линейного двигателя не только при его остановке, но и во время движения. Отклонения в положении обнаруживаются немедленно и сообщаются контроллеру верхнего уровня. Линейные двигатели LinMot можно свободно размещать во всем диапазоне хода. Кроме того, можно точно контролировать как скорость движения, так и ускорение.Для более сложных движений произвольные профили перемещения могут быть сохранены как кривые в сервоприводе и выполнены двигателем на желаемой скорости. Свободное позиционирование Чрезвычайно динамичный Длительный срок службы Регулируемая скорость Отслеживаемые движения Регулируемое ускорение Плавные движения Программируемое усилие Возможна синхронизация Скорость до 7.3 м / с и ускорение более 780 м / с2 обеспечивают очень короткое время позиционирования и высокую частоту циклов Конструкция линейных двигателей делает их стандартными элементами в области проектирования машин, где они обычно используются для замены пневматических приводов и механических кулачковых дисков. С линейными двигателями LinMot и простыми направляющими у инженера есть все компоненты, необходимые для проектирования полных систем линейных приводов. Стандартные двигатели Стандартный вариант линейного двигателя может использоваться повсеместно, охватывая широкий спектр приложений.С помощью компактных приводов можно выполнять множество различных задач позиционирования в низковольтном диапазоне. Семейство моторов включает 3 модели с различной длиной статора и хода. Пользователь может выбрать максимальную длину хода 1830 мм и максимальное усилие 1024 Н. Поскольку компоненты двигателя герметизированы, двигатель оптимально защищен даже при интенсивных применениях. Высокодинамичные приводы Широкий диапазон длины хода Доступен с кабельным выводом или поворотной угловой вилкой Воздушное охлаждение доступно как опция Широкий спектр потенциальных применений в системах транспортировки и проектировании машин и систем Двигатели HP Линейные высокопроизводительные линейные двигатели обладают значительно большей производительностью, чем стандартные двигатели с тем же размером компонентов и одинаковыми размерами.Это во многом связано с постоянным развитием обмоток двигателя и магнитной цепи, а также с использованием высококачественных материалов. Благодаря высокопроизводительным двигателям пользователь имеет доступ к почти удвоенной номинальной производительности. Более высокая производительность в том же форм-факторе позволяет увеличивать мощность в существующих машинах и системах без проблем, связанных с изменением конструкции. Магнитопровод особой прочности Увеличенная постоянная сила и ускорение Допускает более высокие рабочие температуры Воздушное охлаждение доступно как опция Оптимально для приложений с ограниченной массой компонентов Короткие моторы Этот тип двигателя является самым коротким из линейных двигателей LinMot.Короткие двигатели были разработаны специально для приложений с ограниченным пространством. Короткий форм-фактор также означает, что многоосевые приложения могут быть реализованы с несколькими статорами на одном слайдере в очень небольшом пространстве. Чтобы предоставить проектировщику как можно больше вариантов прокладки кабеля, эти двигатели снабжены тремя крышками для вывода кабеля слева, справа или спереди. Кабель двигателя можно вставить под крышку для быстрой и легкой установки. Короткий форм-фактор с минимальной длиной статора 90 мм Встроенный монтажный фланец Вставной кабель двигателя с крышкой Выбор положения кабельного вывода Для использования с ограниченным пространством и многоосными приложениями Линейные двигатели 3x400VAC Линейные двигатели серии P10 — самые мощные двигатели в семействе продуктов LinMot. Обладая более высокой производительностью и максимальным усилием до 2700 Н, двигатели предъявляют повышенные требования к приводным устройствам и сервоприводам.По этой причине LinMot разработала совершенно новую концепцию и полагается исключительно на технологию 3x400VAC и сервоприводы с прямым питанием от сети для этой серии двигателей. В зависимости от области применения двигатели также могут работать от выпрямленного тока 1x230VAC. Встроенные стандартные энкодеры обеспечивают лучшую интеграцию приводов во внешние системы управления. Таким образом, двигателями можно без проблем управлять приводами любого производителя. Как и в случае с приводами меньшего размера, двигатели оснащены поворотными заглушками IP67.Для различной длины хода существует фиксированная систематически упорядоченная программа слайдеров. Семейство двигателей P10-54 состоит из компактных трубчатых линейных двигателей средней мощности для задач динамического позиционирования или для замены пневматики. Двигатели, опционально оснащенные энкодером Sin / Cos 1Vpp или инкрементальным энкодером A / B, могут управляться приводами любого производителя. Технология 230VAC и 3 x 400VAC Пиковая сила до 335 Н Энкодер LinMot или инкрементальный энкодер Чрезвычайно высокая динамика Вращающийся двухтактный разъем TWIN для кабеля питания и кабеля энкодера Может также управляться стандартными сервоприводами сторонних производителей Линейные двигатели серии P10-70 — самые мощные двигатели LinMot для динамических линейных движений.Они могут приводиться в действие приводами любого производителя или сервоприводами LinMot E1400 и C1400. Технология 3 x 400 В перем. Тока Пиковое усилие до 2720 Н Чрезвычайно высокая динамика Отдельный разъем для датчика и кабеля питания Может также управляться стандартными сервоприводами сторонних производителей Отчет о применении Стандартные линейные двигатели Красивая упаковка Pick & place с технологией прямого привода Полный вперед с LinMot Короткие моторы Линейные двигатели позволяют роботам-захватам совершать инновационный шаг вперед Линейные двигатели 3 × 400 В перем. Тока Приводная техника Ultimate . alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника