Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой

Статья посвящена оценке влияния толщины вспомогательного экрана на возбуждение сил притяжения в индукционной индукторной системе с одновитковым соленоидом и тонкостенной листовой заготовкой. Показано, что в рассмотренном диапазоне соотношений толщин вспомогательного экрана и величин эффективных глуб...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Гнатов, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2010
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143359
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой / А.В. Гнатов // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 4. — С. 49-51. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143359
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1433592018-10-31T01:23:18Z Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой Гнатов, А.В. Техніка сильних електричних та магнітних полів Статья посвящена оценке влияния толщины вспомогательного экрана на возбуждение сил притяжения в индукционной индукторной системе с одновитковым соленоидом и тонкостенной листовой заготовкой. Показано, что в рассмотренном диапазоне соотношений толщин вспомогательного экрана и величин эффективных глубин проникновения поля амплитуды возбуждаемых сил притяжения достаточно высоки и практически неизменны. Стаття присвячена оцінці впливу товщини допоміжного екрану на збудження сил притягання в індукційній індукторній системі з одновитковим соленоїдом і тонкостінною листовою заготівкою. Показано, що в розглянутому діапазоні співвідношень товщини допоміжного екрану і величин ефективних глибин проникнення поля амплітуди збуджених сил притягання достатньо високі і практично незмінні. The article is devoted to the thickness influence evaluations of auxiliary screen on excitation of attractive forces in the induction inductor system with a single-turn solenoid and thin-walled sheet work-piece. It is shown, that in the considered correlations range of the auxiliary screen thicknesses and the skin-layer the excited attractive powers amplitudes are enough high and the same practically. 2010 Article Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой / А.В. Гнатов // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 4. — С. 49-51. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143359 621.318 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Гнатов, А.В. Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой Електротехніка і електромеханіка
description	Статья посвящена оценке влияния толщины вспомогательного экрана на возбуждение сил притяжения в индукционной индукторной системе с одновитковым соленоидом и тонкостенной листовой заготовкой. Показано, что в рассмотренном диапазоне соотношений толщин вспомогательного экрана и величин эффективных глубин проникновения поля амплитуды возбуждаемых сил притяжения достаточно высоки и практически неизменны.
format	Article
author	Гнатов, А.В.
author_facet	Гнатов, А.В.
author_sort	Гнатов, А.В.
title	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
title_short	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
title_full	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
title_fullStr	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
title_full_unstemmed	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
title_sort	силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143359
citation_txt	Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой / А.В. Гнатов // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 4. — С. 49-51. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT gnatovav silypritâženiâvsistemesodnovitkovymsolenoidommassivnymékranomkonečnojtolŝinyitonkostennojlistovojzagotovkoj
first_indexed	2025-07-10T17:00:31Z
last_indexed	2025-07-10T17:00:31Z
_version_	1837280102623215616
fulltext	Техніка сильних електричних та магнітних полів ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №4 49 УДК 621.318 А.В. Гнатов СИЛЫ ПРИТЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ОДНОВИТКОВЫМ СОЛЕНОИДОМ, МАССИВНЫМ ЭКРАНОМ КОНЕЧНОЙ ТОЛЩИНЫ И ТОНКОСТЕННОЙ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКОЙ Стаття присвячена оцінці впливу товщини допоміжного екрану на збудження сил притягання в індукційній індукто- рній системі з одновитковим соленоїдом і тонкостінною листовою заготівкою. Показано, що в розглянутому діапазо- ні співвідношень товщини допоміжного екрану і величин ефективних глибин проникнення поля амплітуди збуджених сил притягання достатньо високі і практично незмінні. Статья посвящена оценке влияния толщины вспомогательного экрана на возбуждение сил притяжения в индукци- онной индукторной системе с одновитковым соленоидом и тонкостенной листовой заготовкой. Показано, что в рас- смотренном диапазоне соотношений толщин вспомогательного экрана и величин эффективных глубин проникнове- ния поля амплитуды возбуждаемых сил притяжения достаточно высоки и практически неизменны. ВВЕДЕНИЕ Постановка проблемы. В последнее время возоб- новляется интерес к магнитно-импульсным технологиям. Особенно интенсивно развивается такое направление, как внешняя магнитно-импульсная рихтовка корпусов само- лётов и автомобильных кузовов. Данная производствен- ная операция привлекательна тем, что позволяет устране- ние вмятин с помощью силового воздействия извне без разборки корпуса или кузова и нарушения сущест- вующего защитного покрытия [1]. Анализ основных достижений и публикаций. Основная проблема в применении магнитно- импульсных технологий состоит в том, что для внеш- него устранения вмятин необходимы, в первую оче- редь, инструменты – индукторные системы, позво- ляющие преобразовать естественное отталкивание об- рабатываемого проводника от источника поля в его притяжение. Известны разные пути решения этой про- блемы. Среди них выделяется предложение, так назы- ваемых, индукционных индукторных систем, принцип действия которых основан на притяжении одинаково направленных индуцированных токов, и впервые вы- двинутых авторами работы [2]. Конструктивно индукционная индукторная сис- тема состоит из вспомогательного проводящего экра- на, обрабатываемого листового металла и располо- женного между ними плоского индуктора – источника магнитного поля. Токи, индуцированные в экране и металле обрабатываемого объекта, согласно закону Ампера инициируют взаимное притяжение проводни- ков. Поскольку экран зафиксирован и неподвижен, металл обрабатываемого объекта будет испытывать притяжение в направлении к индуктору [3]. Конструкции индукционных индукторных сис- тем непрерывно совершенствуются. Весьма интерес- ным представляется применение достаточно массив- ного проводящего вспомогательного экрана. Однако, его применение в качестве элемента индукционной индукторной системы вызывает ряд вопросов, по- скольку нарушает её симметрию относительно индук- тора. Среди них влияние толщины проводящего экра- на возбуждение индуцированных токов, и, в конечном итоге, на амплитуды сил притяжения. В работах [4, 5] решена соответствующая элек- тродинамическая задача. Автором были получены аналитические выражения для основных характери- стик электромагнитных процессов, проведены чис- ленные оценки индуцированных токов. Полученные зависимости позволили дать первые ответы на вопрос о влиянии толщины вспомогательного экрана на дее- способность предлагаемой конструкции индукцион- ной индукторной системы. Цель работы – оценка влияния толщины массив- ного вспомогательного экрана в индукционной индук- торной системе с одновитковым соленоидом и тонко- стенной листовой заготовкой на возбуждение электро- динамических сил притяжения. Металлы – неферро- магнитные и обладают одинаковой удельной электро- проводностью – γ (рис. 1). d2 d1 1 2 r z 3 2R 1 2R 2 0 g er ez eφ φ h Рис. 1. Расчётная модель системы, 1 – вспомогательный эк- ран, 2 – обрабатываемая листовая заготовка, 3 – одновитко- вый соленоид-индуктор ,re r ,ϕe r ,ze r – направляющие орты цилиндрической системы координат ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В СИСТЕМЕ Электродинамические силы, возбуждаемые в рассматриваемой индукторной системе, разделим по физическим признакам причинности и объектам взаимодействия. 50 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №4 Первая и наиболее интересная в рамках настоя- щего исследования – это распределённая сила притя- жения между токами во вспомогательном экране и листовой заготовке. Она определяется законом Ампе- ра и описывается зависимостью [3]: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛⋅ϕ⋅ϕ⋅μ=ϕ h rrJrJrP L attr ),(),(),( 210 )( , (1) где J1,2(r, φ) – индуцированные плотности вихревых токов, которые могут быть найдены, например, анало- гично работе [4]. Следующие две силы – это силы магнитного дав- ления со стороны поля индуктора на вспомогатель- ный экран и листовую заготовку. Их характер дейст- вия, достаточно хорошо изучен при создании тради- ционных технологий в магнитно-импульсной обра- ботке металлов [1]. Это силы отталкивания экрана и листовой заготовки от индуктора. С физической точки зрения – это силы Лоренца. Для их определения следовало бы найти плотность тока и тангенциальную составляющую напряжённо- сти магнитного поля в металле вспомогательного эк- рана и листовой заготовки. Векторное произведение этих величин будет пропорционально плотности воз- буждаемых усилий. Последующее интегрирование по объёму объектов силового воздействия даст выраже- ния для сил магнитного давления на экран и листовую заготовку со стороны поля витка индуктора. Наконец, последняя группа сил, физической причиной появления которых могут быть как ферро- магнитные свойства листовой заготовки, так и вспо- могательного экрана. Оставим вышеперечисленные силы вне нашего рассмотрения и перейдём к анализу электродинами- ческих усилий притяжения между неферромагнитны- ми вспомогательным экраном конечной толщины и листовой заготовкой. Последнюю будем считать дос- таточно тонкостенной ("прозрачной" для действую- щих полей [3, 4]), так, что 12 <<τ⋅ω ( )2 2202 d⋅γ⋅μ=τ , а 020 →γμp и ( ) λ≈λ,2 pq . Воспользовавшись результатами, полученными в [4, 5], запишем выражения для плотностей вихревых токов. Линейная плотность тока, возбуждаемого в ме- талле вспомогательного экрана: ( ) dxxF xF xFxgF d rxJxxfjdrJ k kk kk k km ⋅ϕβ⋅ ββ ββ× ×ν⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅⋅⋅⋅=ϕ ∑∫ ∞ = ∞ ),,( ),( ),(),,( )(8),( 5 2 2 41 01 1 0 11 , (2) где ∫ ⋅ ⋅ ⋅⋅= 1 2 1 1 )(1)( 12 d Rx d Rx dyyJy x xf , ⎩ ⎨ ⎧ ≠ = =ν ,0,2 ,0,1 k k k ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅β ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β+⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅β ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅β=β 111 1 2 cos 2 sin 2 sin,, d g xd g d gxgF kkkk k , ( ) ( ) ( ) ,112 sin12cos, 2 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +⋅β× ×β− ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β −+β=β xx xx xF k k k kk ( ) ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β+⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛β=β 2 cos 2 sin 2 sin,4 kkkk k x xF , ( ) gRR J j m m ⋅− = 12 – амплитуда плотности тока в ин- дукторе, ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ϕ−ϕ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ δ− ωτ +β+× × ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ δ− ωτ +β+ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ωτ +β −ϕ⋅=ϕβ ϕ⋅δ− ϕ⋅ ωτ +β− ϕ⋅δ− cossin 1 sin),,( 0 1 22 2 0 1 22 1 22 5 01 22 0 xee x x exF k x k k k k . Линейная плотность тока в металле листовой за- готовки: ( ) ,),,( ),( ),(),,( 1)(4),( 0 5 2 31 1 1 01 2 12 11 2 dxxF xF xFxgF d rxJ eexfjdrJ k k kk kk k d hx d dx m ∑ ∫ ∞ = −−∞ ϕβ β⋅β ββ ν⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × × ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ γ γ=ϕ (3) где ( ) ( ) ( )⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ β⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛β +β=β k k kk x xF cossin,3 . Уравнение для определения величины βk было получено в [4] и имеет вид: ( ) ( )k k k k xx β⋅⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛β =β⋅⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β cossin1 2 1 2 . (4) Если подставить зависимости (2) и (3) в формулу (1), то можно легко получить аналитическое выраже- ние для распределённой силы притяжения между то- ками во вспомогательном экране и листовой заготов- ке. Опустим этот результат, поскольку он довольно громоздок и не иллюстративен. Перейдём к численным оценкам. Примем, что R1 = 0,03 м, R2 = 0,04 м, h = 0,0005 м, металл экрана и листовой заготовки – сталь γ ≈ 0,2⋅107 1/Ом·м, d1 = 0,004 м и d1 = 0,016 м – тол- щина экрана, толщина заготовки d2 = 0,0008 м. Ёмкость, рабочая частота, относительный декре- мент затухания, напряжение на емкостном накопите- ле, ток в разрядном контуре, ток в индукторе на вы- ходе согласующего устройства с коэффициентом уси- ления ~ 5 составляют, соответственно: С = 1000 мкФ; f = 2 кГц; δ0 = 0,3; U = 0,5 кВ; Jm = 3922 A – ток в раз- рядном контуре; Jim = 19610 A – ток в индукторе на выходе согласующего устройства. Результаты расчётов приведены на рис. 2 и 3, где ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №4 51 геометрическая толщина экрана дана в сравнении с эффективной глубиной проникновения магнитного поля в его металл 10 1 2 γ⋅μ⋅ω =Δ ). В первом случае (рис. 2,а) экран в два раза тоньше, во втором (рис. 2,б) – в два раза толще эффективной глубины. а б Рис. 2. Распределённые силы притяжения как функция фазы на внутренней границе витка, r = R1, а – толщина вспомогательного экрана, d1 = 0,004 м ≈ 0,5·∆1; б – толщина вспомогательного экрана d1 = 0,016 м ≈ 2·∆1 Рис. 3. Распределённые силы притяжения как функция ра- диуса во внутреннем окне витка В данной системе, помимо сил притяжения, воз- буждаются и силы отталкивания, однако, при работе системы на низких частотах действующих полей ими можно пренебречь [3]. ВЫВОДЫ Проведенные вычисления показали, что: - в рассмотренном диапазоне соотношений тол- щин вспомогательного экрана и величин эффектив- ных глубин проникновения поля (0,5 ÷ 2·Δ1) амплиту- ды возбуждаемых сил притяжения достаточно высоки и практически неизменны; - увеличение толщины экрана приводит к более быстрому затуханию сил притяжения во времени и появлению их отклонений в область отрицательных значений (то есть, отталкиванию!); - радиальное распределение сил притяжения по- казывает, что наибольшее воздействие будут испыты- вать участки листовой заготовки у краёв внутреннего окна индуктора. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Батыгин Ю.В. Импульсные магнитные поля для про- грессивных технологий // Винахідник та раціоналізатор. – Київ. – 2007. – № 5. – С. 8-11. 2. Батыгин Ю.В., Лавинский В.И., Хименко Л.Т. Физичес- кие основы возможных направлений развития магнитно- импульсной обработки тонкостенных металлов // Електроте- хніка і електромеханіка. – Харків. – 2004. – № 2, С. 80-84. 3. Туренко А.Н. Батыгин Ю.В., Гнатов А.В. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Том 3. Тео- рия и эксперимент притяжения тонкостенных металлов им- пульсными магнитными полями: Монография – Х: ХНАДУ, 2009. – 240 с. 4. Гнатов А.В. Электромагнитные процессы в индукцион- ной индукторной системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном и тонкостенной листовой заготовкой // Електротехніка і електромеханіка. – Харків. – 2009. – № 6.– С. 46-49. 5. Гнатов А.В. Расчет электромагнитных процессов в ин- дукционной индукторной системе с массивным экраном ко- нечной толщины // Електротехніка і електромеханіка. – Ха- рків. – 2009. – № 5. – С. 59-62. Поступила 20.01.2010 Гнатов Андрей Викторович, к.т.н., с.н.с. Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет кафедра "Автомобильная электроника" 61002, Харьков, ул. Петровского, 25 тел. (057) 700-38-52, e-mail: kalifus@yandex.ru A.V. Gnatov Attractive forces in the system with an single-turn solenoid, massive screen of finite thickness and thin-walled sheet work-piece. The article is devoted to the thickness influence evaluations of auxiliary screen on excitation of attractive forces in the induc- tion inductor system with a single-turn solenoid and thin-walled sheet work-piece. It is shown, that in the considered correlations range of the auxiliary screen thicknesses and the skin-layer the excited attractive powers amplitudes are enough high and the same practically. Key words – induction inductor system, massive screen, sheet thin-walled work-piece.

Силы притяжения в системе с одновитковым соленоидом, массивным экраном конечной толщины и тонкостенной листовой заготовкой

Institution

Ähnliche Einträge