Выбор рациональных геометрических параметров линейного электромагнитного пресса с малым ходом плунжера

Представлено исследование влияния геометрических параметров линейного электромагнитного двигателя пресса с малым ходом плунжера (якоря), используемого при выполнении ремонтно-восстановительных работ горно-шахтного оборудования, на его силовые характеристики и эффективность. Пресс на базе линейного электромагнитного двигателя надежен, мобилен, экологичен, энергоэффективен, не требует высококвалифицированного персонала для обслуживания. Проведен анализ влияния геометрических размеров электродвигателя пресса на его удельные силовые характеристики с использованием численного моделирования магнитного поля в среде FEMM и разработан алгоритм определения геометрических размеров с сохранением теплового габарита обмоток для работы электромагнитного пресса в условиях естественного воздушного охлаждения, а также с учетом материала магнитопровода и его степени насыщения. Произведен расчет двух прессов с максимальным усилием прессования 10кН и сравнение их основных показателей с прессом той же мощности, используемым в промышленности. Показано, что рациональный выбор геометрических параметров пресса на этапе предварительного проектирования с учетом особенностей технологического процесса, таких как гиперболическая тяговая характеристика с резким увеличением усилия к концу хода плунжера и насыщение магнитопровода, вызванное малым ходом якоря, позволяет улучшить значения удельного максимального тягового усилия и работы в более чем полтора раза без уменьшения при этом КПД.

Ефимова Ю. Б. Выбор рациональных геометрических параметров линейного электромагнитного пресса с малым ходом плунжера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 115—128. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_115.

Ефимова Юлия Борисовна — канд. техн. наук, доцент кафедры теоретических основ электротехники НГТУ, https://orcid.org/0000-0002-9536-9710, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный технический университет», Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т К.Маркса,20, г. Новосибирск, Россия, е-mail: u_b_efimova@mail.ru;

Ефимова Юлия Борисовна, е-mail: u_b_efimova@mail.ru. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

1. Дрыгин М. Ю. Анализ систем технического обслуживания и ремонта горного оборудования // Горное оборудование и электромеханика. — 2020. — № 2 (148). — С. 35—43. DOI: 10.26730/1816-4528-2020-2-35−43.

2. Кузнецов П. М., Хорошко Л. Л. Цифровизация процессов восстановления дробильно-измельчительного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 10. — С. 195–205. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10−0195−205.

3. Акарачкин С. А., Анненков Ю., Ивашутенко А. С. и др. Радиальный магнитноимпульсный пресс совмещенной электродинамической и индукционной системы // Электричество. — 2012. — № 6. — C. 65—69.

4. Boldea I. Electric generators and motors: An overview // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2017, vol. 1, no. 1, pp. 3–14. DOI 10.23919/TEMS.2017.7911104.

5. Лащенов М. Б. Влияние самозапуска мощных двигателей на систему электроснабжения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 1. — С. 134–140. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01−0-134−140.

6. Закондырин А. Е. Наилучшие доступные технологии в горнодобывающем секторе: актуальные проблемы и пути их решения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6–1. — С. 55—64. DOI: 10.25018/0236-1493-202061−0-55−64.

7. Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Линейные синхронные электромагнитные машины для низкочастотных ударных технологий // Электротехника. — 2014. — № 12. — С. 45—49.

8. Boldea L. N. Tutelea W. Xu and Pucci M. Linear Electric Machines, Drives, and MAGLEVs: An Overview // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018, vol. 65, no. 9, pp. 7504–7515. DOI 10.1109/TIE.2017.2733492.

9. Афанасьев А. И., Суслов Д. Н. Оценка энергетической эффективности вибровозбудителей резонансных вибротранспортных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 1. — С. 126—132. DOI: 10.25018/0236-1493-20181-0−126−132.

10. Neyman V. Yu., Smirnova Yu. B. Power press for nonpolluting industry // IFOST 2007. Pros. the 2 intern. Forum on strategic technology, Oct. 3−5, Ulanbaatar, Mongolia. — pp. 662–664. DOI:10.1109/IFOST.2007.4798688.

11. Amoros J. G., Andrada P. Sensitivity Analysis of Geometrical Parameters on a DoubleSided Linear Switched Reluctance Motor // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2010, vol. 57, no. 1, pp. 311–319. DOI 10.1109/TIE.2009.2032208.

12. Kashanskyi Y. V. Criteria-Parametric Analysis of the Magnetic Core Geometric Dimensions Influence on the Operating Mode of the Device for Impact Pressing of Ceramic Powders of a New Design // IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology. 2021, pp. 307–312. DOI 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9570044.

13. Simonov B. F., Neiman V. Y., Neiman L. A., Kordubailo A. O. Simulation modeling of operation of downhole vibration exciter EM drive // Journal of Mining Science. — 2020. — vol. 56, iss.v3, pp. 435–444. DOI: 10.1134/S1062739120036726.

14. Neyman L. А, Neyman V. Yu. Calculation of the Vibration Activity of Design Elements of a Synchronous Impact Electromagnetic Machine with a Striker Inertial Reversal // Russian Electrical Engineering. 2021, vol. 92, no. 6, pp. 302–307. DOI: 10.3103/S1068371221060043.

15. Kaluzhskij D. L., Efimova Ju. B., Kharitonov A. S., Kulikov A. D. Low Noise Synchronous Drive Based on the Slotless Electric Motor // APEIE 2018. Pros. the 14 intern. Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, Oct. 2−6,2018, Novosibirsk, Russia. — pp. 152–158. DOI: 10.1109/APEIE.2018.8545778.

16. Ефимова Ю. Б., Нейман В. Ю. Исследование влияния высоты стопа на силовые характеристики электромагнитного пресса // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. — 2006. — № 1. — C. 222—224.

17. Ефимова Ю. Б., Шабанов А. С., Морозов П. В., Зонов В. Н. Постановка задачи оптимального выбора геометрических параметров электромагнитных двигателей // Проблемы современной науки и образования. — 2016. — № 2 (44). — C. 81—85.

18. He M., Li W., Peng J., Yang J. Multi-layer quasi three-dimensional equivalent model of axial-flux permanent magnet synchronous machine // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2021, vol. 5, no. 1, pp. 3–12. DOI 10.30941/CESTEMS.2021.00002.

19. Markovic M., Jufer M. and Perriard Y. Analytical Force Determination in an Electromagnetic Actuator // IEEE Transactions on Magnetics. 2008, vol. 44, no. 9, pp. 2181–2185. DOI 10.1109/TMAG.2008.888573.

20. Ефимова Ю. Б., Лаппи Ф. Э., Пауль О. Э. Способ учета влияния насыщения участков магнитопровода на характер распределения магнитного потока электромагнитного пресса // Новое в российской электроэнергетике. — 2017. — № 5. — C. 60—69.