Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ АППАРАТОВ С МАГНИТООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ РАЗЛИЧНОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Беззубцева М.М. 1 Волков В.С. 1 Стоборева М.Н. 1 Дзюба А.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье рассмотрены методы повышения надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем путем создания заданной условиями производства целенаправленной переориентации феррочастиц в центральной части рабочих объемов (зазоров) устройств различного целевого назначения (электромагнитных механоактиваторах, электромагнитных смесителях, электромагнитных плотномерах, электромагнитных порошковых муфтах и др.). На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований подтверждена возможность предотвращения интенсивного оттеснения ферромагнитных частиц (размольных элементов, перемешивающих тел, заполнителей на твердой основе и др.) из рабочего объема (зазора) за счет принятия комплекса конструктивных решений и модернизации формы поверхностей, ограничивающих рабочий объем (зазор) аппаратов.
магнитоожиженный слой
конструктивная модернизация
электромагнитные механоактиваторы и смесители
1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Губарев В.Н. Способ диагностики загрязненности технологических сред ферропримесями // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 1. – С. 60–61.
2. Беззубцева М.М., Криштопа Н.Ю. Классификация электромагнитных измельчителей (ЭМИПТ). В сборнике: Проблемы аграрной науки на современном этапе. Сборник научных трудов: к 100-летию университета. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. – Санкт-Петербург, 2004. – С. 140–153.
3. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К вопросу исследования процесса электромагнитной механоактивации пищевого сельскохозяйственного сырья // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1–2. – С. 232–234.
4. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Дзюба А.М. Исследование процесса перемешивания сыпучих материалов в электромагнитных мешалках // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 11 (часть 3). – С. 116–117.
5. Беззубцева М.М., Назаров И.Н. Исследование электромагнитного способа оценки степени загрязненности технологических сред примесями // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2009. – № 17. – С. 240–246.
6. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Прикладная теория электромагнитной механоактивации (монография) // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2–1. – С. 101–102.
7. Беззубцева М.М., Криштопа Н.Ю., Михайлов В.Н. Исследование скоростных режимов работы электромагнитного измельчителя постоянного тока. В сборнике: Технологии и средства механизации сельского хозяйства сборник научных трудов. Редакционная коллегия: М.А. Новиков, Л.В. Тишкин, Б.И. Вагин, Е.И. Давидсон, В.В. Калюга. – Санкт-Петербург, 2005. – С. 17–21.
8. Беззубцева М.М., Волков В.С. Теоретические исследования электромагнитного способа измельчения материалов (монография) // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2–1. – С. 68–69.
9. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Энергетическая теория способа формирования диспергирующих нагрузок в электромагнитных механоактиваторах // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12–6. – С. 1157–1161.
10. Беззубцева М.М. Исследование процесса измельчения какао-бобов в электромагнитных механоактиваторах // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 3. – С. 171.
11. Беззубцева М.М., Волков В.С., Загаевски Н.Н. Исследование процесса электромагнитной механоактивации (ЭММА) строительных смесей / В сборнике: Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Редколлегия: Н.Б. Алати, А.И. Анисимов, М.А. Арефьев, С.М. Бычкова, Ф.Ф. Ганусевич, Г.А. Ефимова, В.Н. Карпов, А.П. Картошкин, М.В. Москалев, М.А. Новиков, Г.С. Осипова, Н.В. Пристач, Д.А. Шишов; главный редактор: В.А. Ефимов, заместитель главного редактора: В.А. Смелик. – 2015. – С. 435–438.
12. Беззубцева М.М., Волков В.С. Классификация электромагнитных механоактиваторов по технологическому назначению // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8–1. – С. 25–27.
13. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. Анализ, инновации, изобретения (монография) // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5–1. – С. 182.
14. Беззубцева М.М., Волков В.С. Электромагнитные мешалки. Теория и технологические возможности. – Saarbrucken, 2013.
15. Беззубцева М.М., Назаров И.Н. Электромагнитный способ диагностики загрязненности технологических сред. – Санкт-Петербург, 2009.
16. Пуговкин П.Р., Беззубцева М.М. Модель образования сцепляющего усилия в ЭПМ // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 1987. – № 10. – С. 91.

Опыт эксплуатации аппаратов с магнитоожиженным слоем ферротел [1, 2, 3, 4, 5, 16] подтвердил, что дальнейшие работы по повышению их надежности необходимо вести в направлении модернизации конструктивных форм с целью обеспечения условий формирования «слоя скольжения» [6, 7, 8] в средней (центральной) части рабочего объема (зазора) с ферромагнитным заполнителем. Успешное выполнение этого условия влияет как на сохранение стабильности характеристик аппаратов, так и на повышение эффективности их работы [9, 10, 11, 12, 14]. Анализ результатов исследований [6, 8] показал, что наиболее актуальными являются разработки по повышению надежности аппаратов с магнитоожиженным слоем при высоких скоростных режимах их работы (при частоте вращения внутреннего цилиндра устройств n > 2000 об/мин).

Целью исследования является теоретическое и экспериментальное обоснование методов повышения надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем при различных соотношениях электромагнитных и скоростных режимов их работы.

Материалы и методы исследований

Объектом исследования являются методы повышения надежности аппаратов с магнитоожиженным слоем. Использованы аналитические и экспериментально-статистические методы исследований.

Результаты исследования и их обсуждение

Уходу ферромагнитных элементов из рабочего зазора способствует действие центробежной силы, достигающей значительной величины при высоких значениях скорости вращения внутреннего цилиндра (n > 2000 об/мин). С целью ослабления воздействия центробежной силы на ферромагнитные элементы магнитоожиженного слоя предлагается выполнять рабочую поверхность наружного цилиндра аппаратов такой формы, как показано на рисунке.

Действие силы Fτ = Fц∙sinα (здесь Fц – центробежная сила, Fτ – касательная составляющая Fц, α – угол наклона между образующей рабочей поверхности наружного цилиндра и осью устройств) препятствует оттеснению ферромагнитных элементов к перефирийной части рабочего объема аппаратов. Как показали эксперименты, величина угла α измеряется единицами градусов. Значение угла α может быть определено путем проведения процедуры оптимизации [6] при различных значениях nmax, диаметра частиц δ, ширины рабочего объема h и коэффициента объемного заполнения ферромагнитной составляющей к.

Под действием центробежной силы Fц значительной величины ферромагнитные частицы оттесняются к внутренней поверхности наружного цилиндра. При определенном значении n = nкр для каждого исследуемого аппарата, отличающегося от других диаметром рабочего объема и ферромагнитных частиц, между поверхностями рабочего объема нарушается механическая взаимосвязь. При этом устройства теряют работоспособность. Проведенные исследования показали, что действие силы Fц может быть компенсировано увеличением м.д.с., создаваемой обмоткой управления устройств с магнитоожиженным слоем. Эта мера не только предотвращает интенсивный уход ферромагнитных частиц заполнителя из рабочего зазора, но и позволяет обеспечить надежную работу аппаратов при n > 2000 об/мин. Предполагается при этом, что рабочая точка находится на линейной части характеристики Bδ = φ(Iy), где Bδ – индукция электромагнитного поля в рабочих объемах аппаратов с магнитоожиженным слоем ферротел; Iy – ток управления. Только в этом случае увеличению м.д.с. будет соответствовать увеличение индукции Bδ в рабочем объеме, что обеспечит соответствующую компенсацию действия центробежной силы с ростом скорости вращения внутреннего цилиндра.

Выявлено, что в электромагнитных механоактиваторах (ЭММА) [13,14] увеличение силы и числа ударных воздействий на перерабатываемый продукт происходит при ускорении смещения поверхностей, ограничивающих рабочий объем. При этом действие центробежной силы необходимо компенсировать увеличением м.д.с. обмотки (или обмоток) управления nкр = 0,16bezz02.wmf (здесь К – коэффициент, характеризующий величину компенсируемой центробежной силы при помощи увеличения м.д.с. обмоток управления; F – сила сцепления между размольными феррошарами и поверхностью внутреннего цилиндра; G – масса феррошара). При этом создаются условия для равномерного распределения ферромагнитных измельчающих элементов по радиусу устройства, обеспечивается равномерное магнитное поле и равномерное силовое воздействие на обрабатываемый продукт, что способствует выравниванию гранулометрического состава продуктов помола, сокращает затраты электроэнергии в связи с равноценным по толщине рабочим объемом в магнитном отношении. В этом случае обеспечивается целенаправленная переориентация размольных ферротел в структурных группах с образованием «слоя скольжения» в центральной части рабочего объема ЭММА. При соблюдении этого условия расчет проводится с использованием апробированной математической модели: силовое взаимодействие Fr в контактной системе из двух рабочих элементов сферической формы радиусом R0 и магнитной проницаемостью μ в магнитном поле напряженностью bezz03.wmf и момент сил Mv взаимодействия поля с системой рабочих тел магнитоожиженного слоя определяются выражениями [6, 8].

bezzub1.tif

Конструктивная модификация поверхности рабочего объема аппаратов с магнитоожиженным слоем

bezz04.wmf ; (1)

bezz05.wmf, (2)

где v – угол деформации структурной группы из ферротел.

Электромагнитные механоактиваторы (ЭММА) c модифицированными поверхностями рабочего объема

Наименование охранного документа патентной собственности

Характеристика

аппарата

Области

применения

Описание устройства

Свидетельство РФ

№ 770 на полезную модель

ЭММА-1:

однороторный, коаксиальный, униполярный, с секционирован-ной ОУ, трехкамерный, с механическим смещением, непрерывный, вертикального исполнения

Средний и тонкий помол, перемешивание и классификация сухих порошкообразных материалов в сельскохозяйственной, пищевой и фармацевтической промышленностях

bezzub2.wmf

1 – стержни секционированного корпуса; 2 – секционированная ОУ; 3 – ротор-классификатор; 4 – коаксиальный неподвижный цилиндр;5 – размольные шары

Патент РФ № 2066958

ЭММА-2:

однороторный, коаксиальный, многополярный, двухкатушечный, двухкамерный,

с механической энергией

смещения;

непрерывный, вертикального исполнения, снабжен системой автоматического управления

Средний и тонкий помол и перемешивание продуктов различной консистенции в сельскохозяйственной,

пищевой, фармацевтической и лакокрасочной промышленностях

bezzub3.wmf

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – шихтованная лопасть; 4 – тангенциальные ОУ, 5 – ферромагнитные сферические размольные элементы

Проведенные исследования показали, что если действие центробежной силы на размольные элементы не будет скомпенсировано увеличением намагничивающей силы, то это вызовет оттеснение размольных феррошаров к периферийной части рабочего объема (внутренней поверхности наружного корпуса). В результате суммарное силовое воздействие на обрабатываемый продукт снизится, что вызовет уменьшение дисперсности обрабатываемого материала и приведет к нерациональному использованию привнесенной энергии. Указанная конструктивная мера использована при разработке надежно работающих аппаратов, представляющих предмет изобретений (таблица).

Исследования, проведенные на ЭПМ и ЭПЛ [15], показали, что под действием центробежной силы Fц ферромагнитные частицы заполнителя оттесняются от наружной поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности наружного цилиндра и далее – во внутренние полости аппаратов. При значении n = nкр ведущая часть теряет связь с ведомой – аппараты перестают выполнять назначения связующего звена между приводным двигателем и исполнительным механизмом и перестают быть работоспособными. Модификация поверхности этих аппаратов путем их выполнения конусообразной формы (рисунок) обеспечивает надежность работы аппаратов при высоких значениях скорости вращения (n > 2000 об/мин).

Заключение

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлены основные направления конструктивной модификации аппаратов с магнитоожиженным слоем, обеспечивающие повышение надежности их работы за счет формирования «слоя скольжения» феррочастиц заполнителя в центральной части рабочего объема. Предложенные конструктивные меры апробированы на аппаратах различного целевого назначения (ЭММА, ЭМС, ЭПМ и ЭМЛ).


Библиографическая ссылка

Беззубцева М.М., Волков В.С., Стоборева М.Н., Дзюба А.А. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ АППАРАТОВ С МАГНИТООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ РАЗЛИЧНОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 11. – С. 7-10;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35168 (дата обращения: 13.06.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674