Σχεδιασμός και Σιμουλάτρον των Μηχανισμών Περιστασιακών Μαγνήτων για RMUs με Στερεή Επένδυση

1.Σχεδιασμός Μηχανισμού Παραμονής Μαγνήτου

Λόγω της υψηλής ζήτησης για μικροποίηση στις μονάδες κυκλώματος βασικής περιφέρειας (RMUs) με αλληλεγγύη στερεής επένδυσης, τα παραδοσιακά μονομελή μηχανισμοί παραμονής μαγνήτου με τριφασική αλληλοσύνδεση δεν μπορούν να επιτευχθούν τις συνολικές απαιτήσεις μικροποίησης της εξοπλισμού. Συνεπώς, ο μηχανισμός παραμονής μαγνήτου που σχεδιάστηκε σε αυτό το πλαίσιο χρησιμοποιεί μια τριφασική ανεξάρτητη άμεση δράση. Κάθε φάση της μονάδας σβήσης του φλεγόμενου ατμού είναι μονολιθικά χαλκωμένη με το χαλκώμα της RMU και συνδέεται με τον μηχανισμό παραμονής μαγνήτου μέσω μιας επιστρωτής ράβδου σε γραμμική διάταξη. Το αντίθετο ελατήριο ανοίγματος είναι τοποθετημένο στον οδηγό κάθε φάσης του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου. Η συνολική δομή ενός μονομελή μηχανισμού παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 1, ενώ η σχεδιασμική διάγραμμα συναρμολόγησής του μέσα στην RMU με αλληλεγγύη στερεής επένδυσης είναι δείκτης στο Σχήμα 2.

2.Μαθηματικό Μοντέλο του Κυκλώματος Οδηγίας του Μηχανισμού Παραμονής Μαγνήτου

Ο μηχανισμός παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης που σχεδιάστηκε εδώ βασίζεται στην αρχή του μονοσταθερού μηχανισμού παραμονής μαγνήτου. Χρησιμοποιεί μια μέθοδο οδηγίας όπου ένας ενεργοποιημένος καταναλωτής διαβάζει για να ενεργοποιήσει τον μηχανισμό παραμονής μαγνήτου. Το σχήμα του κυκλώματος είναι δείκτης στο Σχήμα 3, όπου C αντιπροσωπεύει τον καταναλωτή που χρησιμοποιείται για την οδηγία του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου, R δηλώνει την ισοδύναμη αντίσταση της σπείρας του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου, και L δηλώνει την ισοδύναμη αυξανόμενη της σπείρας.

Οι δυναμικές χαρακτηριστικές του μονοσταθερού μηχανισμού παραμονής μαγνήτου ικανοποιούν το σύστημα διαφορικών εξισώσεων που είναι δείκτης στην Εξίσωση (1):

όπου i είναι ο ρευστός ανοίγματος ή κλεισίματος μέσω της σπείρας (A); u_C είναι η αρχική τάση του φορτισμένου καταναλωτή (V); R είναι η ισοδύναμη αντίσταση της σπείρας (Ω); C είναι η ικανότητα του φορτισμένου καταναλωτή (F); &ψ είναι η συνολική μαγνητική φλεξιανή του ηλεκτρομαγνητικού συστήματος (Wb); m είναι το ισοδύναμο βάρος των κινούμενων μερών που αναφέρεται στο κινούμενο πυρήνα (kg); x είναι η μετατόπιση του κινούμενου πυρήνα (m); v είναι η ταχύτητα του κινούμενου πυρήνα (m/s); F_x είναι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη που ενεργεί στον κινούμενο πυρήνα (N); F_f είναι η αντίθετη δύναμη στον κινούμενο πυρήνα (N). Η λύση αυτού του συστήματος εξισώσεων παρέχει τις δυναμικές χαρακτηριστικές του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου.

3.Εξισορροπία Αντίθετης Δύναμης

Οι κύριες αντίθετες δυνάμεις στον αποσυνεργαστικό της RMU περιλαμβάνουν την επιστροφική πίεση της μονάδας σβήσης του φλεγόμενου ατμού και τη δύναμη του ελατηρίου ανοίγματος του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου. Αυτές οι αντίθετες δυνάμεις είναι ισοδύναμες αναφορικά με τον κινούμενο πυρήνα του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου. Η μονάδα σβήσης του φλεγόμενου ατμού έχει μια απόσταση ανοίγματος επαφής 9,5 mm και μια υπερβολή 2,5 mm, με συνολική διαδρομή μηχανισμού 12 mm. Οι αντίθετες δυνάμεις του ελατηρίου ανοίγματος και του ελατηρίου επαφής μετρούνται σύμφωνα με τη διαδρομή κίνησης του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου, και η καμπύλη αντίθετης δύναμης είναι σχεδιασμένη με βάση συγκεκριμένα δεδομένα. Οι λεπτομέρειες των σημείων ισοδυναμίας της αντίθετης δύναμης είναι δείκτης στο Πίνακα 1.

4.Εγκαθίδρυση Μοντέλου Προσομοίωσης

Οι δυναμικές χαρακτηριστικές του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης λύνονται με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (FEM). Η βασική αρχή της FEM είναι να διακοπεί το συνεχές πεδίο λύσης σε ένα πεπερασμένο αριθμό στοιχείων που είναι συνδεδεμένα σε κόμβους. Μετά την ανάλυση των μεμονωμένων στοιχείων, γίνεται μια συνολική συναρμολόγηση, εφαρμόζονται οι συνοριακές συνθήκες, και η τελική λύση παρέχεται μέσω υπολογιστικών υπολογισμών. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιείται το λογισμικό προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων Ansoft για την εγκαθίδρυση του μοντέλου προσομοίωσης του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου, και ορίζονται οι παραμέτροι υλικών των συστατικών του. Το υλικό παραμονής μαγνήτου ορίζεται ως NdFe35, και το υλικό της γραμμής ως χάλυβα-1010.

Επόμενα, ορίζονται οι παραμέτροι της σπείρας: η τάση φορτίσματος του καταναλωτή είναι 110 V, η ικανότητα είναι 0,047 F, η DC αντίσταση της σπείρας είναι 5 &Ω, ο αριθμός των στροφών είναι 500, και η αυξανόμενη είναι 0,0143 H. Επειδή ο μηχανισμός παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης είναι τύπου μονοσταθερός, η λειτουργία ανοίγματος οδηγείται από τη δύναμη του ελατηρίου ανοίγματος. Συνεπώς, χρειάζεται μόνο μικρός αντίστροφος ρευστός για να δημιουργήσει αντίστροφη μαγνητική φλεξιανή για να ακυρώσει τη φλεξιανή που παράγεται από τον μόνιμο μαγνήτη, επιτρέποντας στον μηχανισμό να ανοίξει υπό την αντίθετη δύναμη του ελατηρίου. Για να μειωθεί η απαιτούμενη αντίστροφη μαγνητική φλεξιανή, μετά από εκτεταμένες προσομοιώσεις και δοκιμές, προστέθηκε ένας 5 &Ω DC αντιστάτης σε σειρά στο κύκλωμα οδηγίας ανοίγματος.

Τελικά, εκτελείται επιφανειακή και στερεά μοντελοποίηση και διαμόρφωση πλέγματος στον μηχανισμό παραμονής μαγνήτου. Ένα σχετικά πυκνό πλέγμα εφαρμόζεται σε κλειδιά μαγνητικά συστατικά, όπως ο κινούμενος πυρήνας, τα μαγνητικά καπάκια, η γραμμή και ο μόνιμος μαγνήτης, ενώ ένα πιο ξεκούραστο πλέγμα χρησιμοποιείται για μη μαγνητικά μέρη.

5.Ανάλυση των Αποτελεσμάτων Προσομοίωσης και Πειραματικών Δοκιμών

Οι ηλεκτρικές και μηχανικές χαρακτηριστικές του μηχανισμού παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης αναλύονται με την ενσωμάτωση προσομοιώσεων Ansoft με πραγματικές δοκιμές προϊόντων, εστιάζοντας στις χαρακτηριστικές ρευστού και διαδρομής κλεισίματος και ανοίγματος. Το Σχήμα 5 δείχνει την προσομοιωμένη κλεισίματος ρευστός καμπύλη, με κορυφαίο ρευστό 13,2 A. Το Σχήμα 6 δείχνει το ρευστό κλεισίματος που μετρήθηκε με οσκιλλοσκόπιο, με μετρημένο κορυφαίο 14,2 A. Το Σχήμα 7 παρουσιάζει την προσομοιωμένη κλεισίματος διαδρομής καμπύλη, παράγοντας μια ταχύτητα κλεισίματος (μέση ταχύτητα τα τελευταία 6 mm πριν από την κλεισίματος επαφής) 0,8 m/s. Το Σχήμα 8 δείχνει την μετρημένη ταχύτητα κλεισίματος, η οποία είναι 0,75 m/s. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μηχανικές χαρακτηριστικές κλεισίματος του σχεδιασμένου μηχανισμού παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης για την RMU με αλληλεγγύη στερεής επένδυσης πληρούν τις απαιτήσεις των στρωτών, και η λάθος μεταξύ των αποτελεσμάτων προσομοίωσης και δοκιμών πέφτει μέσα στο αποδεκτό εύρος σχεδιασμού.

6.Συμπέρασμα

Αυτό το έγγραφο σχεδίασε έναν μηχανισμό παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης για RMUs με αλληλεγγύη στερεής επένδυσης. Οι ρευστοί και οι μηχανικές χαρακτηριστικές διαδρομής του μηχανισμού αναλύθηκαν και συγκρίθηκαν με χρήση υπολογιστικής προσομοίωσης και πραγματικών δοκιμών προϊόντων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το εγκαθιδρυμένο μοντέλο προσομοίωσης δυναμικών χαρακτηριστικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θεωρητική βάση για τον πρακτικό σχεδιασμό μηχανισμού παραμονής μαγνήτου. Ο μηχανισμός παραμονής μαγνήτου άμεσης δράσης είναι κατάλληλος για χρήση σε RMUs με αλληλεγγύη στερεής επένδυσης, χαρακτηριζόμενος από χαμηλό ρευστό οδηγίας και εξαιρετική μηχανική απόδοση, όπως η ταχύτητα κλεισίματος και ανοίγματος, πληρούντας πλήρως τις τεχνικές απαιτήσεις. Παρέχει επίσης μια τεχνική βάση για τη μελλοντική ανάπτυξη υψηλής τάσης συγχρονισμένων επιλογέων φάσης.