Перспективы развития силовых электромагнитных импульсных систем

еся вверх воздушные «пробки», которые чередуются с движущимися «поршнями» твёрдых частиц (рисунок 2 г). В таком поршнеобразном псевдоожиженном слое перемешивание твёрдых частиц в вертикальном направлении затруднено.

При псевдоожижении полножирной экструдированной сои в теплообменных аппаратах наблюдается образование фонтанирующего слоя (рисунок 2 д). Здесь воздух, проходя преимущественно в центральной зоне слоя, увлекает твердые частицы и фонтаном выбрасывает их к периферии, где они сползают вниз вдоль боковой поверхности.

При проведении экспериментов выяснилось, что скорость воздуха больше 0,5 м/с приводит к захвату воздухом частиц экструдированной сои.

После проведённых теоретических и лабораторных исследований установлено, что при скорости охлаждающего воздуха больше 0,5 м/с потребуется дополнительно вводить операцию отделения мельчайших частиц продукта от воздуха. Это приведет к оснащению установок дополнительным оборудованием и увеличению затрат энергии. Максимально возможную скорость движения воздуха через слой твердой крошки - экструдированной сои в шахтном охладителе - приняли равную 0,45 м/с.

Список литературы

1 Быстрицкий, Г. Ф. Энергосиловое оборудование промышленных

предприятий [Текст]: учебное пособие для студ. высш. учебн. завед. / Г. Ф. Быстрицкий. - М. : Издательский центр «Академия», 2003.- 304 с.

2 Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов

химической технологии [Текст]: учебное пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романьков, А. А. Носков. - Л. : Химия, 1987. -576 с.

3 Гельперин, Н. И. Основные процессы и аппараты химической

технологии [Текст]: в двух книгах/ Н. И. Гельперин. - М.: Химия, 1981. - 812 с.

4 ГОСТ 8736-96. Песок для строительных работ. Технические

условия. - Взамен ГОСТ 8736-85, ГОСТ 26193-84; введ. 1.07.1995.

- М.: Стандартинформ, 2006. - 8 с.

5 ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

- Взамен ГОСТ 8735-75; введ. 1.07.1989.- М. : Стандартинформ, 2006. - 25 с.

УДК 621. 318. 3 Г.Г. Угаров

Саратовский государственный технический

университет,

В.И. Мошкин

Курганский государственный университет

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ

Аннотация. Рассмотрены вопросы последующих теоретических исследований силовых электромагнитных импульсных систем. Для получения практических результатов выявлен ряд новых требований к отдельным классам импульсных машин.

Ключевые слова: силовая электромагнитная импульсная система, импульсный линейный электромагнитный двигатель.

G.G. Ugarov

Saratov State Technical University V.I. Moshkin

Kurgan State University

PROSPECTS OF ELECTROMAGNETIC PULSE OF POWER SYSTEMS

Annotation. The problems of subsequent theoretical studies of power electro-magnetic pulse systems. To obtain practical results revealed a number of new requirements for individual classes of pulse machines.

Index Terms: power system electromagnetic pulse, pulse a linear electromagnetic motor.

Со времени межвузовской научной конференции по электрическим машинам ударного действия, на которой были намечены основные направления и программы работ по исследованию и созданию электромагнитных машин возвратно-поступательного действия, прошло более 45 лет [1]. За это время программа и направления корректировались [2].

К сегодняшнему дню наука и практика выявили большую эффективность интенсификации ряда технологических процессов за счет импульсного, вибрационного и волнового воздействия машин на обрабатываемую среду. К таким машинам, реализующим указанные технологии в строительстве, машиностроении, геологоразведке, горнодобывающих отраслях, металлургической, химической, местной промышленности, литейном, электромонтажном производстве, все большее значение приобретают силовые электрические импульсные системы, в которых энергопреобразование осуществляется непосредственно без промежуточных звеньев. Актуальность их применения и совершенствования обуславливается возможностью эффективного использования специфических физических эффектов, возникающих при дискретном генерировании механической энергии, а также существенного упрощения кинематической схемы машины, улучшения массогабарит-ных показателей, экологической обстановки, повышения надежности, экономичности, производительности. В первую очередь, к ним относятся силовые электромагнитные импульсные системы (СЭМИС), содержащие в качестве основных структур линейный электромагнитный двигатель

(ЛЭМД), систему питания и управления (СПУ), технологический объект (рабочая машина или ее рабочий орган, обрабатываемая среда), устройство передачи механической энергии от ЛЭМД к технологическому объекту

Кроме отмеченных преимуществ, СЭМИС также обладают возможностью работы при экстремальных параметрах окружающей среды (под водой, при низких температурах, глубоком вакууме). В ряде случаев применение СЭМИС безальтернативно. В результате выполнения исследований по СЭМИС были разработаны научные основы расчета и проектирования ряда принципиально новых высокоэффективных электромагнитных машин для различных отраслей народного хозяйства. Были созданы и внедрены в производства отдельные классы машин: молотки и перфораторы для механизации строительных, монтажных и ремонтных работ, прессовое оборудование для операций холодной штамповки деталей, молоты для погружения свай, дробления негабаритов, уплотнения и динамического зондирования грунтов, воздействия на промежуточный пласт для повышения нефтеотдачи, возбуждения сейсмических волн в геологоразведке. Кроме того, на практике были реализованы конструкции машин на основе СЭМИС: краскопульты, компрессоры, насосы, виб-роперемешиватели, керноотборники со дня моря, обру-шители сводов на бункерах, постановщики фурнитуры, маркировщики и клеймители, уплотнители формовочных сред и т.д.

Дальнейшее развитие и расширение области применения СЭМИС в традиционных и новых технологиях связано с повышением удельных силовых и энергетических показателей импульсных ЛЭМД и связанных с ними систем, с совершенствованием методов расчета.

Для решения этих задач необходимо дальнейшее развитие фундаментальных вопросов теории СЭМИС. С этой целью необходимо продолжить работы по изучению процессов электромеханического преобразования энергии. Основными вопросами исследований в рамках этого направления являются следующие:

1 Разработка теоретических основ новых принципов возбуждения и гашения магнитных полей.

2 Установление параметров и характеристик импульсной электромагнитной системы, которые определяют основные закономерности электромеханического преобразования энергии.

3 Выявление общих взаимосвязей между электрической, магнитной, механической, тепловой подсистемами и электромагнитной импульсной системой.

4 Исследование влияния энергии, запасаемой в индуктивных, емкостных, инерционных, гравитационных, газовых, вакуумных, пружинных накопительных элементах на рабочий процесс системы.

5 Определение связей между рациональной структурой рабочего цикла машины, ее конструктивной схемой, параметрами,назначением.

6 Установление общих закономерностей изменения массогабаритных показателей импульсных электромагнитных машин в зависимости от величины энергии и частоты рабочих ходов.

7 Обоснование эффективных способов формирования тяговых усилий на основе гибридных двигателей, использующих не менее двух принципов действия импульсных линейных электромеханических преобразователей энергии.

8 Обоснование эффективной совместимости различных принципов работы электромеханических преобразователей в гибридных линейных импульсных электродвигателях.

9 Оценка эффективности интеграции импульсных

ЛЭМД с механическими, пневматическими, гидравлическими преобразователями движения.

10 Исследование взаимодействия импульсных электромагнитных машин с источниками питания и электрическими преобразователями (вторичными источниками питания).

11 Определение типовых структур и рациональных областей применения СЭМИС.

12 Сравнение устройств и систем с различными видами импульсных линейных приводов: пневматическими, гидравлическими, электрическими, комбинированными с целью определения рациональных областей применения каждой из силовых импульсных систем (СИС).

13 Использование и адаптация методов расчета, разрабатываемых в смежных областях, применительно к исследованию силовых электромагнитных импульсных систем (методы структурного синтеза релейных схем, теории удара, теории вибрационных машин, топологические методы анализа и пр.).

14 Создание новых и уточнение разработанных методов расчета статических и динамических характеристик импульсных ЛЭМД на основе полевых и комбинированных методов.

15 Разработка приближенных (инженерных) методов расчета различных ЛЭМД на основе экспериментальных исследований физических моделей и обработки численных экспериментов.

16 Распространение разработанных методов расчета электромагнитных импульсных (ударных) машин на другие виды систем и машин, в том числе на гибридные.

17 Анализ моделей сложных (многообмоточных) силовых электромагнитных импульсных систем как совокупности однотипных (однообмоточных) электромагнитных устройств.

18 Решение задач синтеза сложных структур силовых электромагнитных импульсных систем на основе модульного принципа.

19 Применение эксергетического метода анализа с целью выявления степени использования электрической, магнитной, механической энергий.

В области практических результатов перспективных исследований СЭМИС необходимы следующие работы по отдельным классам машин.

Ручной электроинструмент. Необходимо продолжить разработку и производство перфораторов и молотков с электромагнитным приводом. Это объясняется следующими факторами, отмеченными в [3]: независимое регулирование энергии и частоты ударов от изменения сопротивления вращения инструмента; изолированность корпуса перфоратора и руки оператора от воздействия знакопеременных импульсных усилий, обеспечивающих возвратно-поступательное движение бойка; большая надежность из-за отсутствия преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное, вызывающего большие динамические нагрузки, возрастающие с увеличением энергии единичного удара; отсутствием компрессионно-вакуумных связей в ударном механизме, устраняющих повышенную чувствительность перфоратора к внешним воздействиям (отскоку бойка от инструмента, усилию нажатия); меньшие требования к точности изготовления деталей и меньшая трудоемкость их изготовления из-за отсутствия компрессионно-вакуумных связей в ударном механизме.

Прессовое оборудование. Возрастающая роль прессового оборудования в машиностроительном производстве связана с увеличением применения в машинах деталей, имеющих точные размеры и изготовляемых методами обработки давлением. При этом неизбежно расширение но-

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8

89

менклатуры и диапазона типоразмеров прессового оборудования за счет сложившихся в технике потребностей в увеличении размеров, с одной стороны, и в миниатюризации используемых в изделиях деталей, с другой. Указанные тенденции определяют создание для целей привода прессового оборудования как микроэлектродвигателей, так и линейных электродвигателей большой мощности и соответствующих устройств питания и управления.

Мощные силовозбудительные установки. Совершенствование и создание новых технологий в технике в значительной степени связано с генерированием импульсов механической энергии со сверхвысокими параметрами в несколько миллионов килоньютонов и килоджоулей: погружение металлических трубчатых свай при морском строительстве, нефтяных и газовых платформ, активации продуктивного пласта, уплотнении грунта при выштам-повке котлованов, возбуждении акустических (сейсмических) волн при разведке полезных ископаемых, при физическом моделировании экстремальных техногенных и природных воздействий на объекты жизнедеятельности и т.д.

Низкочастотные возбудители. Необходимо продолжить исследования по совершенствованию и созданию новых низкочастотных (до 100 Гц) вибрационных и виброударных возбудителей для интенсификации процессов, обработки поверхностей, дезинтеграции, транспортировки и сепарации материалов и т.д.

Список литературы

1 Ряшенцев, Н. П. Основные направления и программа работ по

исследованию и созданию электромагнитных машин возвратно-поступательного действия [Текст]/Н. П. Ряшенцев, Е. М. Тимошенко // Труды межвузовской конференции по электрическим машинам ударного действия.- Новосибирск: 1967. - С.12-18.

2 Ряшенцев, Н. П. Электропривод с линейными электромагнитными

двигателями [Текст]/ Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров,

В. Н. Федонин, А. Т. Малов.- Новосибирск: Наука, 1981.- 150 с.

3 Тимошенко, Е. М. Ручные электромагнитные перфораторы.

Целесообразность разработки и производства [Текст]/ Е. М. Тимошенко, В. И. Попов, С. И. Кучанов // Инструментальный мир. - 2006.- №2(15), - С.5-10.

УДК 631.362

В.И. Чарыков, В.С. Зуев, И.И. Копытин ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева»

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛЯ УСС - 5М2

Аннотация. В статье приведен пример математического моделирования процесса очистки сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей в неоднородном электромагнитном поле рабочей зоны же-лезоотделителя УСС -5М2.

Ключевые слова: моделирование, электромагнитное поле, очистка, металлические примеси).

V.I. Charykov, V.S. Zuev, I.I. Kopytin

T.S. Maltsev Kurgan State Agricultural Academy

MATHEMATICAL MODELLING AS THE BASIS FOR CREATING OF ELECTROMAGNETIC IRON SEPARATOR USS - 5M2

Abstract: The article considers an example of mathematical modeling of a cleaning process for bulky agricultural products from metallic impurity in a non-homogeneous electromagnetic field of the iron separator USS - 5M2 operating filed.

Index Terms: modeling, electromagnetic field, cleaning, metallic impurity.

В настоящее время в большинстве случаев для решения научно-технических задач по созданию технических средств используются варианты математического моделирования.

Главнейшей составляющей такого метода разработки технических средств является математическая модель, создаваемая на основе классических законов естествознания и многократно апробированных закономерностей. В конечном итоге модель должна содержать уравнения динамики рабочих органов, массообмена веществ и аэродинамики потоков.

Если исходить из того, что при построении математической модели использовалась схема непрерывно-детерминированного подхода, то, как правило, математические модели должны формулироваться в виде дифференциальных уравнений, что позволяет исследовать различные режимы объекта.

«...Имеется лишь один точный способ представления законов - способ дифференциальных уравнений. Уравнения обладают тем преимуществом, что, во-первых, они фундаментальны, а во-вторых (насколько нам известно), точны...» [1].

Эффективность извлечения механических примесей из сыпучих сред зависит от свойств частиц (плотности, размера, формы, магнитной восприимчивости), а также от основных параметров сыпучей среды и характеристик силового поля.

Анализ основ теории, методов расчета и различных по принципу действия конструкций сепараторов показал