Файл: Любчик, М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов.pdf

д) Рекомендации по предварительному выбору совокупности кратностей основных размеров ядра системы

Указанная (3-78) совокупность коэффициентов крат­ ностей, как будет показано ниже, может выбираться в процессе синтеза по данным экстремального исследо­ вания данной системы. Однако в ряде случаев их значе­ ния в границах ряда квазиоптимальных показателей си­ стемы отклоняются в достаточно узких пределах. Вслед­ ствие этого появляется возможность предварительного задания их рациональных значений, полученных для по­ добных систем по результатам анализа на оптималь­ ность отдельных критериев, характерных для данных си­ стем. Согласно § 1-3 коэффициенты п, т=$п, е, и, v определяют основные размеры ядра СЭММ.

Наивыгоднейшие размеры ядра, в том числе и обмот­ ки катушки, обусловливаются рядом факторов: назначе­ нием СЭММ, соотношением критической силы и крити­ ческого зазора, условиями минимального нагрева и по­ требляемой мощности, соотношением условий теплоот­ дачи с наружной и внутренней поверхности, соотношени­ ем затраченного материала провода катушки и стали магннтопровода, стоимостными соотношениями, массой, габаритами и т. п. При этом катушка должна создавать необходимую н. с. и обеспечивать надежную работу СЭММ.

Оптимально выбранные размеры ядра в значительной степени определяют оптимальность СЭММ и всего свя­ занного с ним устройства в целом. Однако при этом необходимо учитывать дополнительные условия, влияю­ щие на оптимальность, связанные с наличием сортамен­ та на используемые материалы, с условиями раскроя материала, требованиями передовой технологии произ­ водства и эксплуатации, удобством сборки, ремонта и передачи воздействия на приводной механизм и т. п. [Л. 86].

Таким образом, оптимизация размеров ядра по одно­ му из показателей качества: массе, стоимости, потреб­ ляемой мощности и др., практически не всегда определя­ ет оптимальность СЭММ в целом, однако может быть оправдана при предварительных расчетах ядра электро­ магнита, если учитывать, как указывалось, что в ряде случаев квазиоптимальные значения коэффициентов кратности изменяются в узких пределах.

265

Рекомендации по выбору рациональных значений не­ которых из указанных коэффициентов кратностей приве­ дены в [Л. 50, 51]. Выбор основных коэффициентов крат­ ности ядра является важным этапом в расчете СЭММ, и оценка их значений, безусловно, требует достаточно строгого экстремального исследования. Конкретные ре­ комендации по уточнению указанных коэффициентов бу­ дут приведены ниже в .процессе описания методов опти­ мизации систем и в том числе с помощью ЦВМ.

Усредненные значения основных коэффициентов кратности для СЭММ постоянного тока сведены в табл. 3-1 (системы с внешним якорем) н 3-2 (системы с втяжным якорем).

Приведенные в табл. 3-1 и 3-2 рекомендации в части кратностей примерно подтверждаются также последующими опубликованными работами. Введеннные в табл. 3-1, 3-2 дополнительные обозначения (согласно рис. 1-11) соответствуют кратности толщины гильзы /1Г,

из-за особенностей процессов нагрева, исполнения магннтопровода, потокораспределения и т. п. Анализ рациональных значений кратно­ стей для систем переменного тока приведен в (Л. 50], анализ их оптимальных значений по экстремальному исследованию характери­ стик систем — в § 3-2.

Здесь же укажем, что статистический обзор значительного числа систем переменного тока с прямоходовым и поворотным якорем, вы­ полненный нами, а также анализ возможных оптимальных соотноше-

266

нин ядра по условиям теплоотдачи катушки, потребляемой мощности и др. .показали, что кратности ширины намотки катушки п и высо­ ты ее т можно примерно принимать равными

При ширине пакета ас больше его толщины Ьс, например ас=

= t,26с, рекомендуется принимать значения /1=0,30-7-0,65. Предвари­ тельным критерием выбора кратностей /г, ш((3) для данного электро­ магнита и режима его работы может служить найденная при этом величина индукции в рабочем зазоре (3-36) и стали магннтопрово-

да (3-37).

Соотношения размеров прямоугольных полюсов в рабочем зазо­ ре систем переменного тока по условиям работы и изготовления ка­ тушки и магиитопровода принимают 0 ,8 ^ е ^ 1 ,2 . Наиболее целесо­ образным является е=1, однако часто предпочитают даже значения е= 1,5-72,0, так как при таком исполнении якорь в притянутом по­

ложении обладает большой износоустойчивостью в отношении вибра­ ции из-за возникающих в конструкциях боковых составляющих моментов пружин. С другой стороны, в некоторых конструкциях условия размещения экранирующего короткозамкнутого витка, уменьшающего вибрацию якоря, обусловливают увеличение ширины пакета. При этом принимают е=0,8-т-0,9. В системах с Е- или Ш-образным магнитопроводом ширина крайних полюсов а'с меньше

ширины сердечника ас. Аналогично в соленоидных системах сечение

с большими начальными зазорами, учитывая неравномерное насыще­ ние крайних стержней при отпущенном якоре, часто увеличивают их сечение, принимая ц=0,85-70,95, для П-образиых систем — и=1,0. Рациональные усредненные кратности основных размеров ядра элек­ тромагнитной системы переменного тока приведены в табл. 3-3.

Укажем здесь, что, как и в случаях систем постоянного тока, достаточно строго оптимальные значения п, /п[(3], е, v систем пере­

менного тока могут быть получены только в процессе синтеза кон­ кретных оптимальных систем с учетом условий их работы (§ 3-2) и предъявляемых требований к отдельным технико-экономическим показателям.

267

е) Примеры практического приложения метода прямого синтеза при проектировании СЭММ

Некоторые характерные особенности применения ме­ тода прямого синтеза рассмотрены в следующих при­ мерах.

Пример 3-1. Спроектировать серию, состоящую из четырех элек­ тромагнитных механизмов пневматических вентилей, предназначен­ ных для дистанционного управления пневматическими приводами промышленных установок. Указание электромагнитные механизмы должны преодолевать противодействующие силы, которые возникают при срабатывании клапанной системы вентиля, и обеспечивать усло­ вия герметичности после срабатывания. Анализ внешних (противо-

Ас

Рис. 3-5.

действующих) характеристик вентилей определил принятую форму (рис. 3-5,а) электромагнитной системы и критические условия по хо­ ду бо и силе Р в.о на выходе механизма.

Условия проектирования:

1) Критическая сила должна соответствовать следующим зна­ чениям:

268

4)Допустимая температура нагрева катушки в продолжитель­ ном режиме работы в соответствии с принятым классом изоляции равна ,&доп= 120 °С (0доп=8О °С).

5)При расчете учитывается выпучивание потока в рабочем за­ зоре (рис. 3-5,6) и падение и. с. в нерабочих воздушных зазорах за счет введения корректирующих функций е2о, е2д, <р0. Характерные для рассматриваемых механизмов малый ход и слабое насыщение магнитной системы дают возможность не учитывать влияние рассея­ ния и падение и. с. в стали.

6)Совокупность кратностей геометрических размеров включает девять параметров:

их значения в соответствии с требованиями § 3-1,в в части значений я п т несколько отличаются от рекомендуемых в §3-1,д и табл. 3-2*.

Итак: я = Л к/^с=0,8 — кратность ширины намотки катушки; яг=

+( 0 , 0 5 - 1 - 0 , 1 5 ) » 0 , 3 — кратность толщины гильзы (в рассматриваемом

случае учитывает и толщину воротничка); n3= A B/d0=0,05-4-0,1 =0,1—

Лов = Tim = 2,0; Лох = 2тт (1 -|- я -(- 2яг -}- 2яв) X

X (т + л + 4яэ) = 66.

7) Совокупность постоянных с определяется принятыми значе­ ниями Цо=1,2610_6 Гн/м; £з.м=0,5;

Р = Ро. о ( > + ахвор) = 2 ,42-1 0 -8 Ом-м; х0 = О,9; хв 0 ~ 0 ,8 ;

А = Ао. с (1 +Pi0flon«e) = 12-8 Вт/ (м2- °С); 50 = 1,8-10-* м;

« в ,= Ы 0 -< м; 5„р = 2 ,5 - 10-* м; 0 оР = 9 П= х0вдоп = 72 °С;

(знр)э.к = д ^ - + е„Р- 0 ,1 4 - ю - » м.

В этом случае в соответствии с (3-53) или (3-32) определяющий размер выражается зависимостью

* В примере 3-6 будет дана оценка рациональности такого тре­ бования.

269