VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Для исследования аппаратов с магнитоожиженным слоем [1,2] разработан макет, моделирующий рабочие объемы проектируемых устройств [3,4,5]. На рис.1 представлен общий вид макета с открытым для наблюдения рабочим объемом.

Рис. 1. Общий вид устройства

Рис.1.Структурные построения в

рабочем обьеме

По обмотке управления пропускали ток, который изменяли в пределах от 0,05 до 1 А. В результате эксперимента установлено, что при включении обмотки управления, ферромагнитные ферротела выстраиваются в «цепочки» (структурные построения) (рис.2,а), перпендикулярные цилиндрическим поверхностям, образующим моделируемый рабочий объем аппарата.

При наличии относительного перемещения одной поверхности положение цепочек изменяется (рис.2,б), они располагаются под углом. Силы магнитного поля действуют в данном случае по направлению цепочек и создают тангенциальные (по отношению к рабочим поверхностям) силы.

Если тангенциальная составляющая, приходящаяся на единицу рабочей поверхности, не достигла предельного значения, то изменений в структуре цепочек не происходит. Если усилие сдвига превышает некоторое предельное значение, то происходит разрыв цепочек. В этом случае величина удельной силы трения - она же тангенциальная составляющая силы взаимодействия между ферротелами в «слое скольжения» , приходящаяся на единицу цилиндрической поверхности рабочего объёма, определяется по формуле:

, (1)

где - коэффициент трения; - нормальное усилие на единицу цилиндрической поверхности, действующее на ферромагнитные тела в магнитном поле между плоскостями.

Рис. 2. Образование структурных построений (цепочек) из сферических ферротел в моделируемом рабочем объеме аппаратов с магнитоожиженным слоем:

а) цепочка из частиц в магнитном поле рабочего зазора;

б) скос цепочек при вращении одного из цилиндров

Анализируя данные экспериментальных исследований, полагаем, что в слое ферромагнитных тел рабочего объёма при работе (то есть при наличии магнитного поля и вращательном движении одной из поверхностей) имеет место 4 возможных вида нарушения фрикционной связи [6]:

1. Пластическое оттеснение ферромагнитных тел;

2. Упругое деформирование материала ферротел;

3. Разрушения плёнок, покрывающих поверхности твёрдых тел;

4. Разрушение основного материала ферротел.

Учитывая неоднородность и дискретность фрикционных контактов, представим тангенциальную составляющую силы взаимодействия между ферротелами в слое разрыва структур (между плоскостями) как сумму элементарных сил трения , возникающих на отдельных площадках касания:

(2)

Учитывая принятое существование четырёх видов фрикционных связей в слое разрушения структур [6], можно записать, что:

(3)

Если ввести понятия удельной силы трения , , , и фактической площади касания , , , для каждой из четырёх фрикционных связей, то:

(4)

Согласно изложенному, коэффициент трения между взаимодействующими в рабочем объёме сферическими ферромагнитными телами представляет собой сумму произведений различных тангенциальных сопротивлений на соответствующие им площади касания отнесённые к нормальному усилию по всей площади рабочей поверхности взаимодействующих ферротел:

(5)

где: - сила, действующая на ферромагнитные тела в рабочем объёме, нормальная по отношению к поверхностям (обязанная действию магнитного поля).

Величина силовых взаимодействий между ферротелами и коэффициент трения

определяются и анализируются на основании экспериментальных данных (рис. 3 и 4).

В качестве установки для имитации рабочих объемов устройства использован лабораторный электромагнит ФЛ. Между двумя сердечниками размещена коробка с ферротелами. При помощи динамометра измеряли усилие, с которым перемещается ферромагнитная пластинка в слое ферротел.

Рис.3. Схема экспериментальной установки для измерения силового

взаимодействия между сферическими ферромагнитными элементами в

постоянном по знаку и регулируемым по величине электромагнитном поле:

1 - сердечник; 2 - обмотка управления; 3 - регулировочный реостат; 4 - ферромагнитная пластина, внесённая в слой ферротел; 5- коробка со сферическими ферроэлементами;

6 - динамометр

На основании полученных данных получены зависимости тангенциальной составляющей от величины магнитной индукции при различных геометрических размерах моделируемых рабочих объемов.

Рис.4. Зависимость тангенциальной составляющей силы взаимодействия между сферическими ферромагнитными элементами (d=20 мкм) от величины индукции B в моделируемом рабочем объёме при высоте рабочего объёма h:

1- h=0,25 мм; h- М=0,5 мм; 3- h=1,5 мм

Проанализированы также зависимости тангенциальной составляющей силы взаимодействия между сферическими ферромагнитными элементами диаметрами d от 40 до 200 мкм (а также смеси ферротел с различными диаметрами) от величины индукции В

в диапазоне от 0,25 до 1,0 Тл в моделируемом рабочем объёме при высоте рабочего объёма h от 2,0 до 5,0мм. Установлено, что с увеличением высоты рабочего объема (при постоянном значении индукции электромагнитного поля) силовое взаимодействие между ферротелами уменьшается. Для создания в рабочем объеме заданных технологией силовых взаимодействий между ферротелами целесообразно увеличивать м.д.с. обмотки управления устройств.

Полученные данные использованы при моделировании и разработке аппаратов с магнитоожиженным слоем различного целевого назначения [5,7,8,9].

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С. Прикладная теория способа электромагнитной механоактивации // Известия Международной академии аграрного образования, 2013.- Т. 3, № 16. С 93-96.

2. Беззубцева М.М., Волков В.С., Зубков В.В. Исследование аппаратов с магнитоожиженным слоем. // Фундаментальные исследования, №6 (часть 2). 2013. С.258-262

3. Беззубцева М.М., Волков В.С. Электромагнитные мешалки. Теория и технологические возможности. Saarbrucken GmbH.: Palmarium Academic Publishing, 2013. 141 с.

4. Bezzubceva M. M., Ruzhyev V.A., Yuldashev R. Z. ELECTROMAGNETIC MECHANOACTIVATION OF DRY CONSTRUC-TION MIXES. International Journal Of Applied And Fundamental Research. – 2013. – № 2 – URL: www.science-sd.com/455-24165 (16.11.2013).

5. Беззубцева М.М. Энергоэффективный способ электромагнитной активации // Международный журнал экспериментального образования. – 2012. - №5. –С. 92-93.

6. Пуговкин П.Р., Беззубцева М.М. Модель образования сцепляющего усилия в ЭПМ // Известия вузов. Электромеханика. – 1987. – № 10. – С. 91–95.

7. Беззубцева М.М., Волков В.С. Активатор для тонкого измельчения материалов // Инновационные технологии механизации, автоматизации и технического обслуживания в АПК. Сборник материалов Международной научно-практической интернет – конференции. Орел ГАУ. 2008. С.122-126

8. Беззубцева М.М. Электромагнитный способ диагностики загрязненности технологических сред: монография. – СПб.: СПбГАУ, 2009. – 130 с.

9. Беззубцева М.М., Зубков В.В. Экспресс диагностика эффекта намола с использованием методов электротехнологий // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. – СПб.: СПбГАУ, 2011. – С. 332–337

Код для цитирования: Скопировать