MAGNABEND - FUNDAMENTAL DİZAYN MÜLAHƏMƏLƏRİ
Əsas Maqnit Dizaynı
Magnabend maşını məhdud iş dövrü ilə güclü DC maqnit kimi hazırlanmışdır.
Maşın 3 əsas hissədən ibarətdir: -
Maşının əsasını təşkil edən və elektromaqnit rulonu olan maqnit gövdəsi.
Maqnit əsasının qütbləri arasında maqnit axını üçün bir yol təmin edən və bununla da təbəqə metal iş parçasını sıxışdıran sıxac çubuğu.
Maqnit gövdəsinin ön kənarına fırlanan və iş parçasına əyilmə qüvvəsi tətbiq etmək üçün bir vasitə təmin edən əyilmə şüası.
Maqnit Bədən Konfiqurasiyaları
Maqnit gövdəsi üçün müxtəlif konfiqurasiyalar mümkündür.
Burada hər ikisi Magnabend maşınları üçün istifadə edilmiş 2-dir:
Yuxarıdakı təsvirlərdə kəsilmiş qırmızı xətlər maqnit axınının yollarını təmsil edir.Qeyd edək ki, "U-Type" dizaynında tək axın yolu (1 cüt dirək), "E-Type" dizaynında isə 2 axın yolu (2 cüt dirək) var.
Maqnit konfiqurasiyasının müqayisəsi:
E tipli konfiqurasiya U tipli konfiqurasiyadan daha səmərəlidir.
Bunun niyə belə olduğunu başa düşmək üçün aşağıdakı iki rəsmi nəzərdən keçirin.
Solda U tipli maqnitin en kəsiyi, sağda isə eyni U tipli 2 maqnit birləşdirilərək hazırlanmış E tipli maqnit var.Hər bir maqnit konfiqurasiyası eyni amper döngələri olan bir rulon tərəfindən idarə olunursa, ikiqat artırılmış maqnit (E-tipi) iki dəfə daha çox sıxma qüvvəsinə sahib olacaqdır.O, həmçinin iki dəfə çox polad istifadə edir, lakin rulon üçün demək olar ki, daha çox tel!(Uzun rulon dizaynını fərz etməklə).
(Kiçik miqdarda əlavə naqil yalnız ona görə lazımdır ki, bobinin 2 iki ayağı "E" dizaynında bir-birindən daha uzaqdır, lakin Magnabend üçün istifadə edilən uzun rulon dizaynında bu əlavə əhəmiyyətsiz olur).
Super Magnabend:
Daha güclü bir maqnit yaratmaq üçün "E" konsepsiyası bu ikiqat E konfiqurasiyası kimi genişləndirilə bilər:
3-D Model:
Aşağıda U tipli bir maqnitdə hissələrin əsas yerləşməsini göstərən 3 ölçülü rəsmdir:
Bu dizaynda Ön və Arxa dirəklər ayrı parçalardır və əsas hissəyə boltlar vasitəsilə bərkidilir.
Prinsipcə, bir polad parçasından U tipli maqnit gövdəsini emal etmək mümkün olsa da, o zaman rulonu quraşdırmaq mümkün olmayacaq və beləliklə, rulonun yerində (işlənmiş maqnit gövdəsində) sarılması lazım olacaq. ).
İstehsal vəziyyətində rulonları ayrıca (xüsusi bir preslə) bükmək çox arzu edilir.Beləliklə, U tipli dizayn, hazırlanmış konstruksiyanı effektiv şəkildə diktə edir.
Digər tərəfdən, E tipli dizayn tək bir polad parçasından işlənmiş maqnit gövdəsinə yaxşı uyğun gəlir, çünki əvvəlcədən hazırlanmış rulon maqnit gövdəsi emal edildikdən sonra asanlıqla quraşdırıla bilər.Tək parçalı maqnit gövdəsi də maqnit baxımından daha yaxşı performans göstərir, çünki onun maqnit axını (və buna görə də sıxma qüvvəsi) bir az azaldacaq tikinti boşluqları yoxdur.
(1990-cı ildən sonra hazırlanmış Magnabendlərin əksəriyyəti E-tipli dizayndan istifadə edirdi).
Maqnit tikintisi üçün materialın seçilməsi
Maqnit gövdəsi və sıxac çubuğu ferromaqnit (maqnitlənə bilən) materialdan hazırlanmalıdır.Polad ən ucuz ferromaqnit materialdır və açıq seçimdir.Bununla belə, nəzərə alına bilən müxtəlif xüsusi poladlar mövcuddur.
1) Silikon Polad : Adətən nazik laminasiyalarda mövcud olan və AC transformatorlarında, AC maqnitlərində, relelərdə və s. işlərdə istifadə olunan yüksək müqavimətli polad. Onun xassələri DC maqniti olan Magnabend üçün tələb olunmur.
2) Yumşaq Dəmir: Bu material daha az qalıq maqnitizm nümayiş etdirəcək ki, bu da Magnabend maşını üçün yaxşı olardı, lakin fiziki cəhətdən yumşaqdır, bu da onun asanlıqla əyilməsi və zədələnməsi deməkdir;qalıq maqnetizm problemini başqa yolla həll etmək daha yaxşıdır.
3) Çuqun: Hadlanan polad kimi asanlıqla maqnitləşmir, lakin hesab edilə bilər.
4) Paslanmayan Polad Tip 416: Polad kimi güclü maqnitləşdirilə bilməz və daha bahalıdır (lakin maqnit gövdəsindəki nazik qoruyucu qapaq səthi üçün faydalı ola bilər).
5) Paslanmayan Polad Tip 316 : Bu poladın qeyri-maqnit ərintisidir və buna görə də heç uyğun deyil (yuxarıda 4-də olduğu istisna olmaqla).
6) Orta Karbon Polad, tip K1045: Bu material maqnitin (və maşının digər hissələrinin) qurulması üçün olduqca uyğundur.O, təchiz olunmuş vəziyyətdə kifayət qədər çətindir və o, həm də yaxşı işləyir.
7) Orta Karbon Polad növü CS1020: Bu polad K1045 qədər sərt deyil, lakin o, daha asan əldə edilə bilər və buna görə də Magnabend maşınının tikintisi üçün ən praktik seçim ola bilər.
Qeyd edək ki, vacib xüsusiyyətlər tələb olunur:
Yüksək doyma maqnitləşməsi.(Əksər polad ərintiləri təxminən 2 Tesla ilə doyur),
Faydalı bölmə ölçülərinin mövcudluğu,
Təsadüfi zədələrə qarşı müqavimət,
İşlənmə qabiliyyəti və
Ağlabatan qiymət.
Orta karbonlu polad bütün bu tələblərə yaxşı cavab verir.Aşağı karbonlu polad da istifadə edilə bilər, lakin təsadüfi zədələrə daha az davamlıdır.Daha yüksək doyma maqnitləşməsinə malik supermendur kimi digər xüsusi ərintilər də mövcuddur, lakin poladla müqayisədə çox yüksək qiymətə malik olduqları üçün nəzərə alınmamalıdır.
Bununla belə, orta karbonlu polad bəzi qalıq maqnitizm nümayiş etdirir ki, bu da narahatlıq yaratmaq üçün kifayətdir.(Qalıq maqnitizm bölməsinə baxın).
Bobin
Bobin elektromaqnit vasitəsilə maqnitləşmə axını idarə edən şeydir.Onun maqnitləşmə qüvvəsi yalnız döngələrin sayı (N) və bobin cərəyanının (I) məhsuludur.Beləliklə:
N = döngələrin sayı
I = sarımlardakı cərəyan.
Yuxarıdakı düsturda "N" hərfinin görünməsi ümumi yanlış təsəvvürə gətirib çıxarır.
Çox güman ki, döngələrin sayının artırılması maqnitləşmə qüvvəsini artıracaq, lakin ümumiyyətlə bu baş vermir, çünki əlavə növbələr də cərəyanı azaldır, I.
Sabit bir DC gərginliyi ilə təchiz edilmiş bir sarğı düşünün.Döngələrin sayı iki qat artırsa, sarımların müqaviməti də ikiqat artacaq (uzun bir rulonda) və beləliklə, cərəyan iki dəfə azalacaq.Xalis təsir NI-də artım deyil.
NI-ni həqiqətən təyin edən hər növbə üçün müqavimətdir.Beləliklə, NI artırmaq üçün telin qalınlığı artırılmalıdır.Əlavə növbələrin dəyəri ondan ibarətdir ki, onlar cərəyanı azaldır və buna görə də bobində güc itkisi.
Dizayner yadda saxlamalıdır ki, məftil ölçmə bobinin maqnitləşmə qüvvəsini həqiqətən təyin edən şeydir.Bu, bobin dizaynının ən vacib parametridir.
NI məhsulu tez-tez bobinin "amper dönüşləri" adlanır.
Neçə Amper dönmə lazımdır?
Polad təxminən 2 Tesla doyma maqnitləşməsi nümayiş etdirir və bu, nə qədər sıxma qüvvəsinin əldə oluna biləcəyinə əsas məhdudiyyət qoyur.
Yuxarıdakı qrafikdən görürük ki, 2 Tesla axınının sıxlığını əldə etmək üçün tələb olunan sahə gücü hər metrə təxminən 20.000 amper-dövrədir.
İndi, tipik bir Magnabend dizaynı üçün, poladdakı axın yolunun uzunluğu metrin təxminən 1/5 hissəsidir və buna görə də doyma yaratmaq üçün (20,000/5) AT tələb olunur, yəni təxminən 4,000 AT.
Maqnit dövrəsinə qeyri-maqnit boşluqlar (yəni, əlvan iş parçaları) daxil edildikdə belə, doyma maqnitləşməsinin saxlanılması üçün bundan daha çox amper döngəsinin olması gözəl olardı.Bununla belə, əlavə amper növbələri yalnız gücün itirilməsi və ya mis məftil və ya hər ikisinin dəyəri ilə əhəmiyyətli bir xərclə əldə edilə bilər.Beləliklə, kompromis lazımdır.
Tipik Magnabend dizaynlarında 3,800 amper dönüş yaradan bir bobin var.
Qeyd edək ki, bu rəqəm maşının uzunluğundan asılı deyil.Eyni maqnit dizaynı bir sıra maşın uzunluqlarına tətbiq edilərsə, bu, daha uzun maşınların daha qalın naqillərin daha az döngəsinə malik olacağını diktə edir.Onlar daha çox ümumi cərəyan çəkəcəklər, lakin amper x döngələrinin eyni məhsuluna sahib olacaqlar və uzunluq vahidi üçün eyni sıxma qüvvəsinə (və eyni güc itkisinə) malik olacaqlar.
Vəzifə Dövrü
Vəzifə dövrü konsepsiyası elektromaqnit dizaynının çox vacib aspektidir.Dizayn tələb olunandan daha çox iş dövrü təmin edərsə, bu optimal deyil.Daha çox iş dövrü mahiyyət etibarilə daha çox mis məftil tələb olunacağı (nəticədə daha yüksək qiymətlə) və/yaxud daha az sıxışdırıcı qüvvənin olacağı deməkdir.
Qeyd: Daha yüksək iş dövrü maqnitinin daha az enerji sərfiyyatı olacaq, bu o deməkdir ki, o, daha az enerji sərf edəcək və beləliklə, işləmək daha ucuz olacaq.Bununla belə, maqnit yalnız qısa müddət ərzində AÇIQ olduğundan, əməliyyatın enerji dəyəri adətən çox az əhəmiyyət kəsb edir.Beləliklə, dizayn yanaşması, bobinin sarımlarını həddindən artıq qızdırmamaq baxımından qaça biləcəyiniz qədər güc itkisinə sahib olmaqdır.(Bu yanaşma əksər elektromaqnit dizaynları üçün ümumidir).
Magnabend, təxminən 25% nominal iş dövrü üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Bir döngə etmək üçün adətən cəmi 2 və ya 3 saniyə çəkir.Daha sonra iş parçası yenidən yerləşdirildikdə və növbəti döngəyə hazır olanda maqnit daha 8-10 saniyə sönəcək.Əgər 25% iş dövrü keçərsə, nəticədə maqnit çox istiləşəcək və termal yüklənmə baş verəcək.Maqnit zədələnməyəcək, lakin yenidən istifadə edilməzdən əvvəl təxminən 30 dəqiqə soyumasına icazə verilməlidir.
Sahədə maşınlarla əməliyyat təcrübəsi göstərdi ki, 25% iş dövrü tipik istifadəçilər üçün kifayət qədər adekvatdır.Əslində bəzi istifadəçilər maşının daha az iş dövrü hesabına daha çox sıxma qüvvəsinə malik isteğe bağlı yüksək güclü versiyalarını tələb etdilər.
Bobin kəsik sahəsi
Bobin üçün mövcud olan kəsişmə sahəsi, quraşdırıla bilən maksimum mis naqilin miqdarını müəyyən edəcək. Mövcud sahə tələb olunan amper döngələrinə və enerji sərfiyyatına uyğun olaraq tələb olunandan çox olmamalıdır.Bobin üçün daha çox yer təmin etmək istər-istəməz maqnitin ölçüsünü artıracaq və poladda axın yolunun daha uzun olmasına səbəb olacaq (bu, ümumi axını azaldacaq).
Eyni arqument o deməkdir ki, dizaynda hansı bobin sahəsi nəzərdə tutulursa, o, həmişə mis məftillə dolu olmalıdır.Əgər dolu deyilsə, bu o deməkdir ki, maqnit həndəsəsi daha yaxşı ola bilərdi.
Magnabend sıxma qüvvəsi:
Aşağıdakı qrafik eksperimental ölçmələrlə əldə edilmişdir, lakin nəzəri hesablamalarla kifayət qədər uyğundur.
Sıxma qüvvəsini riyazi olaraq bu düsturla hesablamaq olar:
F = Nyutonda qüvvə
B = Teslasda maqnit axınının sıxlığı
A = m2-də dirəklərin sahəsi
µ0 = maqnit keçiriciliyi sabiti, (4π x 10-7)
Məsələn, 2 Tesla axınının sıxlığı üçün sıxma qüvvəsini hesablayacağıq:
Beləliklə, F = ½ (2)2 A/µ0
Vahid sahəyə (təzyiq) təsir edən qüvvə üçün düsturdakı "A" hərfini ata bilərik.
Beləliklə, Təzyiq = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Bu, 1.590.000 N/m2 təşkil edir.
Bunu kiloqram qüvvəyə çevirmək üçün onu g-ə bölmək olar (9.81).
Beləliklə: Təzyiq = 162,080 kq/m2 = 16,2 kq/sm2.
Bu, yuxarıdakı qrafikdə göstərilən sıfır boşluq üçün ölçülmüş qüvvə ilə kifayət qədər uyğun gəlir.
Bu rəqəmi maşının qütb sahəsinə vurmaqla asanlıqla müəyyən bir maşın üçün ümumi sıxma qüvvəsinə çevrilə bilər.1250E modeli üçün qütb sahəsi 125(1,4+3,0+1,5) =735 sm2-dir.
Beləliklə, ümumi, sıfır boşluq, qüvvə (735 x 16,2) = 11,900 kq və ya 11,9 ton olacaq;maqnit uzunluğunun hər metri üçün təxminən 9,5 ton.
Flux sıxlığı və sıxma təzyiqi birbaşa əlaqəlidir və aşağıdakı qrafikdə göstərilmişdir:
Praktik sıxma qüvvəsi:
Praktikada bu yüksək sıxma qüvvəsi yalnız ehtiyac olmadıqda(!), yəni nazik polad iş parçalarını əyərkən həyata keçirilir.Əlvan iş parçalarını əyərkən yuxarıdakı qrafikdə göstərildiyi kimi qüvvə daha az olacaq və (bir az maraqlıdır), qalın polad iş parçalarını əyərkən də azdır.Bunun səbəbi, kəskin bir əyilmə etmək üçün lazım olan sıxma qüvvəsinin radiuslu bir əyilmə üçün lazım olandan çox daha yüksək olmasıdır.Beləliklə, baş verən budur ki, əyilmə irəlilədikcə sıxacın ön kənarı bir qədər yuxarı qalxır və iş parçasının radius yaratmasına imkan verir.
Yaranan kiçik hava boşluğu sıxma gücünün bir qədər itkisinə səbəb olur, lakin radius əyilməsini yaratmaq üçün lazım olan qüvvə maqnit sıxma qüvvəsindən daha kəskin şəkildə azalmışdır.Beləliklə, sabit bir vəziyyət yaranır və sıxac çubuğu buraxmır.
Yuxarıda təsvir edilən, maşın qalınlıq həddinə yaxın olduqda əyilmə rejimidir.Əgər daha qalın bir iş parçası sınansa, əlbəttə ki, sıxac çubuğu qalxacaq.
Bu diaqram göstərir ki, sıxacın burun kənarı kəskin deyil, bir az radiusa salınsa, qalın əyilmə üçün hava boşluğu azalar.
Həqiqətən də belədir və düzgün hazırlanmış Magnabenddə radiuslu kənarı olan sıxac çubuğu olacaq.(Radiuslanmış kənar kəskin kənar ilə müqayisədə təsadüfi zədələnməyə daha az meyllidir).
Əyilmə uğursuzluğunun marjinal rejimi:
Çox qalın bir iş parçası üzərində əyilməyə cəhd edilərsə, maşın onu bükə bilməyəcək, çünki sıxac çubuğu sadəcə qalxacaq.(Xoşbəxtlikdən bu dramatik şəkildə baş vermir; sıxac çubuğu sakitcə getməyə imkan verir).
Bununla belə, əyilmə yükü maqnitin əyilmə qabiliyyətindən bir qədər böyükdürsə, ümumiyyətlə baş verən budur ki, əyilmə təxminən 60 dərəcə deməyə davam edəcək və sonra sıxac çubuğu geriyə doğru sürüşməyə başlayacaq.Bu nasazlıq rejimində maqnit yalnız iş parçası ilə maqnit yatağı arasında sürtünmə yaradaraq əyilmə yükünə dolayı yolla müqavimət göstərə bilər.
Qalxma nəticəsində yaranan nasazlıq və sürüşmə nəticəsində yaranan nasazlıq arasındakı qalınlıq fərqi ümumiyyətlə çox deyil.
Qaldırma uğursuzluğu iş parçasının sıxacın ön kənarını yuxarı qaldırması ilə əlaqədardır.Qısqac çubuğunun ön kənarındakı sıxma qüvvəsi əsasən buna müqavimət göstərir.Arxa kənardakı sıxacın təsiri azdır, çünki o, sıxacın fırlandığı yerə yaxındır.Əslində bu, qalxmağa müqavimət göstərən ümumi sıxma gücünün yalnız yarısıdır.
Digər tərəfdən sürüşməyə ümumi sıxma qüvvəsi, ancaq sürtünmə yolu ilə müqavimət göstərir, buna görə də faktiki müqavimət iş parçası ilə maqnitin səthi arasındakı sürtünmə əmsalından asılıdır.
Təmiz və quru polad üçün sürtünmə əmsalı 0,8 kimi yüksək ola bilər, lakin yağlama varsa, 0,2 qədər aşağı ola bilər.Tipik olaraq, bu, arasında bir yerdə olacaq ki, əyilmə uğursuzluğunun marjinal rejimi adətən sürüşmə ilə bağlıdır, lakin maqnitin səthində sürtünməni artırmaq cəhdlərinin heç bir faydası olmadığı aşkar edilmişdir.
Qalınlıq tutumu:
E-tipli maqnit gövdəsi 98 mm genişlikdə və 48 mm dərinlikdə və 3800 amper dönmə bobini üçün tam uzunluqda əyilmə qabiliyyəti 1,6 mm-dir.Bu qalınlıq həm polad təbəqəyə, həm də alüminium təbəqəyə aiddir.Alüminium təbəqədə daha az sıxma olacaq, lakin onu əymək üçün daha az fırlanma momenti tələb olunur ki, bu, hər iki metal növü üçün oxşar ölçmə qabiliyyətini verəcək şəkildə kompensasiya edir.
Göstərilən əyilmə qabiliyyətinə dair bəzi xəbərdarlıqlara ehtiyac var: Əsas odur ki, təbəqə metalın məhsuldarlığı geniş şəkildə dəyişə bilər.1,6 mm tutum 250 MPa-a qədər çıxma gərginliyi olan polad və 140 MPa-a qədər çıxma gərginliyi olan alüminium üçün tətbiq edilir.
Paslanmayan poladda qalınlıq tutumu təxminən 1,0 mm-dir.Bu tutum digər metallara nisbətən xeyli azdır, çünki paslanmayan polad adətən qeyri-maqnitdir və kifayət qədər yüksək məhsuldarlığa malikdir.
Başqa bir amil maqnitin temperaturudur.Əgər maqnitin istiləşməsinə icazə verilibsə, bobinin müqaviməti daha yüksək olacaq və bu da öz növbəsində daha aşağı amper dönüşləri və daha aşağı sıxma qüvvəsi ilə daha az cərəyan çəkməsinə səbəb olacaq.(Bu təsir adətən kifayət qədər mülayimdir və maşının öz spesifikasiyalarına cavab verməməsinə səbəb olma ehtimalı azdır).
Nəhayət, maqnit kəsişməsi daha böyük edilərsə, daha qalın tutumlu Magnabends edilə bilər.