Оптимизация индукционного демпфера инерционного включателя

Рассмотренные конструкции инерционных клапанов могут являться базовыми конструктивными элементами для применения в системах приема гидростатического давления различных технических объектов [1].

Возможны и другие конструкции инерционного клапана, реализованные с учетом предложенных рекомендаций.

Для исключения воздействия внешней среды на внутренний объем, связанный с каналом приема гидростатического давления, в процессе хранения и транспортирования технического объекта целесообразно использование герметизирующей разрывной мембраны, которая опирается, не разрушаясь, на организованное в корпусной детали седло при действии избыточного давления из внутреннего объема системы и легко разрушается (разрезается специально организованным ножом) при действии внешнего гидростатического давления [2]. Выполнением в корпусной детали вместо одного входного отверстия нескольких отверстий небольшого диаметра обеспечивается сохранение стойкости мембраны к действию избыточного давления из внутреннего объема системы при требуемой проходном сечении канала. Предлагаемое техническое решение обеспечивает разную механическую прочность мембраны к внутреннему и внешнему избыточному давлению.

Инерционный клапан и мембранное устройство могут быть выполнены в одном конструктиве. Примеры выполнения показаны на рисунках 4 и 5.

Конструкция, приведенная на рисунке 4, выполняет функции инерционного и обратного гидростатического клапана в одном устройстве. Изменением усилия притяжения диска магнитной системой возможно регулировать пороговое гидростатическое давления открытия клапана. Вместе с тем этот диск является и инерционным телом, обеспечивающим дополнительное усилие, перекрывающее канал приема гидростатического давления.

Герметизирующая мембрана в данном варианте конструкции может разрушаться в момент приводнения технического объекта, не нарушая требуемый алгоритм работы системы приема гидростатического давления.

Конструкция, приведенная на рисунке 5, в которой инерционный клапан с инерционным телом в виде пластины с тремя упругими лапками, перекрывающей входные отверстия для поступления воды, позволяет обеспечить малые габариты и сохранить требуемую надежность в течение длительных сроков хранения.

Представленные результаты конструкторских проработок подтверждают необходимость их полноценного проведения для обеспечения надежности разрабатываемого объекта еще на стадии конструирования [3]. Разработанные в ходе проведенных исследований технические решения инерционных клапанов и защитных устройств позволяют оптимизировать систему приема гидростатического давления для исключения сбоев и отказов систем технических объектов при их использовании по назначению.

ЛИТЕРАТУРА

1. Китаев В.Н., Деев С.А. Возможности разработки электромеханических приборов на основе базовых конструктивных элементов. Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»: в 2 т. - Пенза: ПГУ, 2015. - 2 т. - 362 с., с. 116-118.

2. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны для защиты оборудования в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград, Изд-во «ХИМИЯ», 197 0 г. - 17 6 с.

3. Китаев В.Н., Китаева Е.Н. Обеспечение надежности электромеханических приборов на стадии конструирования. Надежность и качество - 2012: труды Международного симпозиума: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. - 1 т. - 508 с., с. 63-65.

УДК 621.397

Китаев1 В.Н., Китаева1 Е.Н. , Бабушкин2 В.И., Клитеник2 О.В.

1ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия 2ФГУП УЭМЗ, Екатеринбург, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ИНДУКЦИОННОГО ДЕМПФЕРА ИНЕРЦИОННОГО ВКЛЮЧАТЕЛЯ

В подвижных автономных технических объектах для обеспечения работы их систем традиционно применяются инерционные включатели, коммутирующие электрические цепи при определенных параметрах движения - линейном ускорении и его длительности не меньшими некоторых значений. Для обеспечения срабатывания инерционного включателя от интеграла линейного ускорения при движении технического объекта применяются различные технические решения, обеспечивающие интегрирование линейного ускорения.

Для этой цели в известных инерционных включателях могут применяться индукционные магнитные демпферы, обычно поворотного типа, в которых тормозящий момент является определенной функцией от угловой скорости поворотного ротора (якоря).

Для выполнения инерционного включателя в безопасном исполнении при минимальных габаритах необходимы индукционные демпферы с высоким коэффициентом торможения.

В настоящей статье показаны примеры успешной оптимизации основных конструктивных параметров магнитной системы индукционного демпфера ранее разработанного на предприятии инерционного включателя с целью получения наибольшего значения коэффициента торможения.

Конструкция инерционного включателя, защищенная патентом РФ [1], приведена на рисунке 1.

Цель оптимизации - магнитная система индукционного демпфера должна иметь значение коэффициента торможения, обеспечивающего срабатывание инерционного включателя в требуемом временном диапазоне при воздействии на инерционный включатель в направлении срабатывания возрастающего

линейного ускорения, не меньшего определенного значения.

Оптимизация должна быть выполнена без увеличения габаритных размеров существующей конструкции индукционного демпфера, показанной на рисунке 2.

Магнитная система индукционного демпфера представляет собой систему высокоэнергетических постоянных магнитов чередующейся полярности. В радиальном магнитном зазоре поворачивается немагнитный диск (якорь), выполненный из металла с высокой проводимостью, например, меди.

Для поиска возможных технических решений проведен анализ ранее созданных технических решений в области многополюсных магнитных систем, электромагнитных демпфирующих систем и инерционных включателей, обеспечивающих временную задержку на основе индукционного демпфирования [2, 3].

На основе этого сделан выбор вариантов и проведен последующий расчет возможных радиальных систем индукционного демпфера.

Предложен усовершенствованный вариант односторонней торцевой магнитной системы с установленным на вращающемся медном роторе магнитомяг-ким диском, по результатам расчетов сделан вывод о перспективности данной системы (рисунок 3, 4).

Секторные магниты с осевым направлением намагниченности установлены на магнитомягкий магнитопровод. По результатам разработки конструкций приборов, функционирование которых основано на магнитоиндукционном магнитном демпфере, установлено, что наиболее оптимальна многополюсная магнитная система с числом полюсов 12...14.

вариант 2 - якорь имеет плоскую дисковую форму рис. 4)

В разработанном варианте применяется 12 - полюсная магнитная система (рисунок 3, 4), как наиболее оптимальная с точки зрения коэффициента торможения, технологичности изготовления магнитов, а также и проведения сборки. Для обеспечения наибольшего коэффициента торможения данной системы проведена ее оптимизация при имеющихся габаритных размерах инерционного включателя.

Для увеличения коэффициента торможения демпфера требуется максимальный диаметральный размер якоря (ротора) и блока магнитов. Предлагаемый вариант компоновки приведен на рис.3, с диаметром 23 мм медного ротора для обеспечения собираемости с корпусом, который имеет внутренний диаметр 23 мм.

Проработаны два варианта конструкции: вариант 1 - якорь имеет плоскую и цилиндрическую часть - «юбку» (рисунок 3) для взаимодействия с постоянными магнитами по большей площади;

Осевой зазор блок магнитов - якорь фиксирован и составляет примерно 0,15 мм.

Суммарный осевой размер блока магнитов и якоря составляет 3,0 мм (2,2 мм - высота магнитов и 0,8 мм - медного якоря). Размер определяется исходным осевым размером прибора. Для каждого варианта конструкции проведена оптимизация размеров якоря и магнитов для определения оптимального их соотношения. Путем сравнения расчетных значений коэффициента торможения определена нецелесообразность «юбки» на якоре. Ее исключение позволяет увеличить внешний диаметр блока магнитов в обойме до диаметра 24 мм, что в свою очередь увеличивает магнитные потоки, создаваемые магнитами, площади взаимодействия якоря с магнитами, а также максимальное плечо приложения тормозящих сил на якорь.

Проведен расчет коэффициента торможения разработанных вариантов индукционного магнитного демпфера. Результаты расчета приведены в таблице 1 (для варианта по рисунку 3) и в таблице 2 (для варианта по рисунку 4).

Таблица 1

Высота магнита, мм 2 2,2 2,4 2,6

Толщина медного ротора, мм 1 0,8 0,6 0,4

Мощность потерь, нВт 3,685 3,964 4,098 3,838

Коэффициент торможения, (гс  см)/(об/сек) 8,445 9,085 9,392 8,796

Та

Высота магнита, мм 2 2,2 2,4 2,6

Толщина медного ротора, мм 1 0,8 0,6 0,4

Мощность потерь, нВт 3,92 4,127 4,111 3,887

Коэффициент торможения, (гс  см)/(об/сек) 8,984 9,458 9,422 8,908

Таблица 2

По результатам расчетов сделан вывод, что вариант 2 с плоским якорем имеет более высокий коэффициент торможения за счет большего диаметра блока магнитов. Вариант 2 также предпочтительнее с точки зрения прочности блока магнитов, поскольку магниты фиксированы с внешней стороны обоймой. Также это вариант более технологичен за счет простой формы якоря и отсутствия необходимости, в отличие от варианта 1, обеспечивать радиальный зазор при сборке прибора.

Наиболее оптимальным соотношением высоты магнита и толщины медного диска является: 2,2 мм -высота магнита; 0,8 мм - толщина медного диска.

В данном варианте конструкции применяется магнитомягкий диск из электротехнической стали толщиной 1,0 мм, установленный на медном якоре (роторе). Диск выполняет функцию по замыканию магнитных потоков, созданных блоком магнитов, поэтому толщина диска выбрана с точки зрения минимального магнитного сопротивления и отсутствия насыщения.

Расчетное значение плотности магнитного потока в магнитомягком диске - 1,34 Тл, что соответствует началу нелинейного участка кривой намагничивания электротехнической стали 10880, поэтому дальнейшее снижение толщины диска нецелесообразно.

Ранее разработанный - исходный вариант радиальной конструкции индукционного демпфера по рисунку 2 имеет расчетный коэффициент торможения 4,286 гс  см/(об/сек).

Оптимальный вариант односторонней торцевой конструкции индукционного демпфера по рисунку 4 имеет расчетный коэффициент торможения 9,458 гс  см/(об/сек), то есть в результате оптимизации получено увеличения коэффициента торможения в 2,2 раза.

По результатам проведенных работ определена перспективность торцевой односторонней конструкции индукционного магнитного демпфера с установленным на вращающемся медном якоре маг-нитомягким диском.

Проведенные оптимизационные расчеты показали, что коэффициент торможения в данной конструкции может быть увеличен в 2,2 раза относительно исходной радиальной системы. Увеличение времени срабатывания при этом примерно в 1,5 раза.

Особенности магнитной системы - секторные высокоэнергетические магниты с осевым направлением намагниченности установлены на магнитомягкую крышку. С точки зрения коэффициента торможения и технологичности изготовления оптимальна 12 - полюсная магнитная система. Внешняя обойма, в которой собирается блок магнитов, должна быть немагнитной. Медный ротор имеет плоскую дисковую форму толщиной 0,8 мм при высоте магнитов 2,2 мм.

Проведенная оптимизация основных конструктивных параметров магнитной системы индукционного демпфера инерционного включателя с целью получения наибольшего значения коэффициента торможения подтвердила принципиальную возможность существенного повышения эффективности индукционного магнитного демпфера.

В конструкции инерционного включателя (рисунок 1) применено два демпфера, поэтому негативное влияние значительных осевых усилий притяжения магнитомягкого диска (подвижного магнитопро-вода) блоком магнитов одного демпфера в значительной степени компенсируется аналогичными усилиями второго демпфера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Инерционный включатель. Патент РФ №2 5 62 057 от 30. . 12. 2013, Н01Н 35/14, публикация 10. .09. 2015

2 . Инерционный включатель. Патент РФ №2521000 от 27 . . 07. 2012, Н01Н 35/14, публикация 27 . 06. 2014

3. Инерционный включатель. Патент РФ №2542336 от 09. . 07. 2013, Н01Н 35/14, публикация 20. . 02. 2015

УДК 629.76/78. 0022

Шахат1 С.З. , Ергалиев1 Д.С. , Рамазанова2 Ж.М.

1Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, 2АО «Национальный центр космических исследований», Астана, Казахстан

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В данной работе приведены результаты обзора исследований по получению магниевых сплавов с высокими прочностными свойствами, а также опыт использования электролитно-плазменных методов для улучшения свойств сплавов магния и способов пропитки неметаллических неорганических покрытий. Ключевые слова:

сплав магния, плотность, жесткость, виброустойчивость, микродуговое оксидирование, пропитка.

Введение

Магниевые сплавы обладают многими преимуществами по сравнению с другими сплавами на основе цветных металлов: очень малым удельным весом, высокой удельной прочностью и удельной жесткостью, высокой способностью поглощать энергию удара и вибрационных колебаний [1-3].

Важной сферой использования магниевых сплавов являются те области современной техники, где решающую роль играет показатель весовой эффективности материалов, т. е. снижение массы конструкций при сохранении прочностных характеристик.

Традиционно этими областями являлись авиация и космическая техника. Детали из магниевых сплавов имеют ряд характерных особенностей [4]:

- в 1,4 раза легче алюминиевых и в 4,5-5 раз - чугунных и стальных;

- высокая удельная теплоемкость;

-температура поверхности детали при одинаковом количестве поглощенного тепла ниже температуры детали из малоуглеродистой стали в 2 раза, из алюминиевого сплава - на 15-20%;