Каталог

Монография посвящена вопросам создания и совершенствования низкочастотных синхронных электромагнитных машин ударного действия (СЭМУД), в которых в качестве силового привода используются линейные электромагнитные двигатели возвратно-поступательного действия. Приводятся технические данные машин и результаты их практического использования. Особое внимание уделено развитию общей теории машин и методам анализа, исследованию динамики рабочих процессов, учитывающих ударные взаимодействия в механической системе. Рассмотрены подходы оптимального проектирования СЭМУД по условиям статики и динамики.
Монография рассчитана на широкий круг научных и инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, занимающихся вопросами разработки и проектирования силовых импульсных систем на основе цикличных электромагнитных машин ударного действия.



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................................... 7
Глава 1. Тенденции в развитии и применении цикличных электромагнитных
машин ударного действия ....................................................................................... 13
1.1. Состояние вопроса практического применения электромагнитных машин
в ударных процессах .................................................................................................13
1.2. Влияние нагрева на выходные показатели цикличных машин
с ЛЭМД........................................................................................................................ 22
1.3. Сравнение показателей электромагнитных ударных машин .......................... 25
1.4. Синхронные электромагнитные машины ударного действия ......................... 36
1.5. Решения для улучшения технических характеристик вариантов
схем СЭМУД.............................................................................................. 48
1.6. Структурный анализ вариантов схем СЭМУД ....................................... 63
Выводы ................................................................................................................... 74
Глава 2. Анализ магнитных систем ЛЭМД .................................................... 75
2.1. Сравнение цилиндрических ЛЭМД в заданном объеме на основе
численного эксперимента ......................................................................... 75
2.2. Геометрическое подобие цилиндрических ЛЭМД по условию
постоянства теплового критерия .............................................................. 82
2.3. Выбор рационального ЛЭМД из условия экономичности расхода
активных материалов ................................................................................ 87
2.3.1. Влияние перегрева ЛЭМД на значения конструктивного
фактора и показателя экономичности ........................................... 89
2.3.2. Влияние объемов геометрически подобных ЛЭМД
на значения конструктивного фактора и показателя
экономичности ................................................................................. 93
2.3.3. Влияние главных размеров ЛЭМД на значения конструктивного фактора
и показателя экономичности ...................................................................................... 95
Глава 3. Рабочие циклы и процессы энергопреобразования
в СЭМУД ............................................................................................. 101
3.1. Реализация рабочих циклов СЭМУД при передаче кинетической энергии бойка ..102
3.2. Рабочий цикл однокатушечной СЭМУД с двухсторонним
свободным выбегом бойка ...................................................................... 116
3.3. Рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД с упругим реверсом
бойка ......................................................................................................... 122
3.4. Рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД с инерционным реверсом бойка ............ 130
3.5. Новый рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД с инерционным
реверсом бойка ........................................................................................ 137
3.6. Рабочие циклы двухкатушечных СЭМУД со свободным выбегом бойка ................. 145
3.6.1. Рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД со свободным
выбегом бойка в катушках рабочего и обратного хода ............. 146
3.6.2. Рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД с односторонним
свободным выбегом бойка в катушке рабочего хода ................. 154
3.6.3. Рабочий цикл двухкатушечной СЭМУД с односторонним
свободным выбегом бойка в катушке обратного хода ............... 161
3.7. Энергетическая диаграмма работы СЭМУД ........................................ 167
Выводы ................................................................................................................. 169
Глава 4. Анализ режимов работы цикличных электромагнитных
машин из условия допустимого нагрева ........................................ 171
4.1. Оценка конструктивного совершенства систем охлаждения
СЭМУД..................................................................................................... 171
4.1.1. Критерии сравнения теплоотводящих способностей
систем охлаждения цикличных электромагнитных машин ...... 171
4.1.2. Конструктивные схемы СЭМУД с естественной системой
охлаждения .................................................................................... 174
4.1.3. Конструктивные схемы СЭМУД с принудительной
воздушной системой охлаждения ................................................ 181
4.2. Нагрев цикличных электромагнитных машин в переходных
режимах работы ....................................................................................... 189
4.2.1. Уравнение нагрева в конечных разностях ................................... 192
4.2.2. Решение уравнения нагрева в конечных разностях .................... 195
4.2.3. Расчет циклического процесса нагрева на дискретных
равноотстоящих интервалах ......................................................... 198
4.3. Перегрузочная способность цикличной электромагнитной
машины в переходных тепловых процессах ......................................... 200
4.3.1. Влияние перегрузочной способности СЭМУД на продолжительность
работы при ненулевых начальных условиях .......................................... 201
4.3.2. Методика расчета времени работы СЭМУД при ненулевых
начальных условиях нагрева ................................................. 207
4.4. Расчет цикличной электромагнитной машины с учтенным
начальным превышением температуры в переходных режимах
нагрева ...................................................................................................... 213
4.4.1. Взаимосвязь рабочих процессов СЭМУД в переходных
тепловых режимах при ненулевых начальных условиях ........... 214
4.4.2. Методика приближенного расчета допустимой энергии
удара СЭМУД при ненулевых начальных условиях .................. 220
4.5. Перегрузочная способность цикличной электромагнитной
машины по средней температуре перегрева в переходных
тепловых режимах ................................................................................... 226
4.5.1. Взаимосвязь рабочих процессов СЭМУД по средней
температуре перегрева в переходных тепловых режимах ......... 227
4.5.2. Оценка перегрузочной способности СЭМУД по средней
температуре перегрева при нулевых начальных условиях ........ 229
4.6. Упрощенный расчет длительно допустимой мощности потерь
повторно-кратковременного режима работы ........................................ 233
4.6.1. Взаимосвязь параметров рабочего процесса цикличной
электромагнитной машины в повторно-кратковременном
режиме ............................................................................................ 234
4.6.2. Анализ рабочего процесса СЭМУД в повторнократковременном
режиме работы .................................................................................... 239
Выводы ....................................................................................................... 240
Глава 5. Повышение точности учета характеристик моделей
СЭМУД при динамических расчетах ............................................. 243
5.1. Постановка задачи .............................................................................. 243
5.2. Силы одностороннего магнитного притяжения при нарушениях
магнитной симметрии ............................................................................. 248
5.2.1. Радиальная сила одностороннего магнитного притяжения
бойка при асимметрии магнитного потока ................................. 248
5.2.2. Повышение точности аналитического расчета радиальных
сил одностороннего магнитного притяжения ............................. 255
5.3. Учет аналогов механических характеристик моделей ......................... 261
5.3.1. Процессы рассеяния энергии в режиме свободных колебаний
механической системы ............................................................................ 261
5.3.2. Процессы в механической системе при ударном взаимодействии
импульсов сил .......................................................................................... 268
5.4. Анализ потерь энергии в элементах конструкции СЭМУД
с массивным магнитопроводом .............................................................. 275
5.4.1. Математическое описание процессов потери мощности
в стальных элементах магнитопровода ....................................... 275
5.4.2. Сравнение вариантов схем по учету мощности потерь
в стальном магнитопроводе .......................................................... 283
5.5. Учет нелинейных свойств СЭМУД на основе численного расчета
статических параметров ..................................................................... 294
Выводы ........................................................................................................... 297
Глава 6. Расчет динамики механических колебательных систем с
ЛЭМД без учета ударного взаимодействия ................................... 301
6.1. Математическая модель многомассовой механической колебательной с
истемы с ЛЭМД ......................................................................................... 301
6.1.1. Математическая модель трехмассовой МКС с ЛЭМД ............... 305
6.1.2. Математическая модель двухмассовой МКС с ЛЭМД .............. 309
6.2. Исследование взаимосвязей параметров в одномассовой МКС
с ЛЭМД..................................................................................................... 314
6.3. Взаимосвязи параметров в трехмассовой МКС с ЛЭМД .................... 329
Выводы ................................................................................................................. 331
Глава 7. Динамика рабочих процессов однокатушечных синхронных
электромагнитных машин ударного действия ................................................... 333
7.1. Реализация режима ударного взаимодействия в многомассовой
МКС с ЛЭМД ........................................................................................... 336
7.1.1. Математическая модель многомассовой МКС с ЛЭМД
с учетом ударного взаимодействия ............................................. 337
7.1.2. Исследование рабочего процесса четырехмассовой МКС
с ЛЭМД с учетом ударного взаимодействия .............................. 345
7.2. Однокатушечная СЭМУД с двухсторонним свободным выбегом
бойка ......................................................................................................... 353
7.2.1. Математическая модель динамики однокатушечной
СЭМУД с двухсторонним свободным выбегом бойка .............. 353
7.2.2. Анализ рабочего процесса однокатушечной СЭМУД
с двухсторонним свободным выбегом бойка .............................. 362
7.3. Обобщенная математическая модель однокатушечной СЭМУД ....... 367
Выводы ................................................................................................................. 373
Глава 8. Динамика рабочих процессов двухкатушечных синхронных
электромагнитных машин ударного действия ................................................... 375
8.1. Двухкатушечная синхронная электромагнитная машина ударного
действия с упругим реверсом бойка ...................................................... 375
8.1.1. Математическая модель динамики двухкатушечной
СЭМУД с упругим реверсом бойка ............................................. 377
8.1.2. Анализ рабочего процесса двухкатушечной СЭМУД
с упругим реверсом бойка ............................................................ 383
8.2. Двухкатушечная синхронная электромагнитная машина ударного
действия с двухсторонним свободным выбегом бойка ....................... 390
8.2.1. Математическая модель динамики двухкатушечной
СЭМУД со свободным выбегом бойка ....................................... 391
8.2.2. Исследование рабочего процесса двухкатушечной
СЭМУД со свободным выбегом бойка ....................................... 398
8.3. Двухкатушечная синхронная электромагнитная машина ударного
действия с инерционным реверсом бойка ............................................. 401
8.3.1. Математическая модель динамики двухкатушечной
СЭМУД с инерционным реверсом бойка .................................... 401
8.3.2. Рабочий процесс двухкатушечной СЭМУД с инерционным реверсом
бойка .......................................................................................................... 410
8.4. Двухкатушечная синхронная электромагнитная машина ударного
действия с комбинированным рабочим циклом ................................... 414
8.4.1. Математическая модель динамики двухкатушечной
СЭМУД с комбинированным рабочим циклом .......................... 415
8.4.2. Рабочий процесс двухкатушечной СЭМУД с комбинированным
рабочим циклом ................................................................................. 420
8.5. Двухкатушечные СЭМУД с двухсторонними свободными выбегами
бойка в катушках рабочего или обратного хода .......................... 421
8.5.1. Математическая модель динамики двухкатушечной
СЭМУД с двухсторонним свободным выбегом бойка .............. 423
8.5.2. Сравнение динамики рабочих циклов двухкатушечных
СЭМУД на основе анализа рабочих процессов .......................... 430
8.6. Обобщенная математическая модель двухкатушечной СЭМУД........ 432
Выводы ................................................................................................................. 439
Глава 9. Применение и перспективы развития оборудования на
основе СЭМУД .................................................................................... 441
9.1. Современное состояние вопроса применения и развития
СЭМУД..................................................................................................... 441
9.2. Устройства на основе СЭМУД для прессового оборудования ........... 446
Выводы ................................................................................................................. 450
Библиографический список ................................................................................ 451