Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей
В комбинированных индукторных системах поле существует только над заготовкой, под ней имеет место только круговое низкочастотное магнитное поле. В работе выполнен анализ электромагнитных процессов в инструментах магнитно-импульсного притяжения (комбинированных индукторных системах), основанный на чи...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149292 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей / Д.О. Волонцевич, М.В. Барбашова, О.С. Сабокарь // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 49–52. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-149292 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Волонцевич, Д.О. Барбашова, М.В. Сабокарь, О.С. 2019-02-20T12:33:32Z 2019-02-20T12:33:32Z 2015 Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей / Д.О. Волонцевич, М.В. Барбашова, О.С. Сабокарь // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 49–52. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2015.4.09 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149292 621.318 В комбинированных индукторных системах поле существует только над заготовкой, под ней имеет место только круговое низкочастотное магнитное поле. В работе выполнен анализ электромагнитных процессов в инструментах магнитно-импульсного притяжения (комбинированных индукторных системах), основанный на численных оценках, с помощью ранее полученных аналитических зависимостей для возбуждаемых полей и сил, необходимых для успешного выполнения рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Получены пространственно-временные распределения касательной составляющей напряжённости магнитного поля на поверхностях обрабатываемого металлического листа; условия, при выполнении которых возможно притяжение листа со стороны его внутренней поверхности (к индукторам); временной характер взаимодействия возбуждаемых полей; пространственные зоны максимального воздействия на обрабатываемый лист. Особенностью комбинированной индукторной системы является неравномерность распределённых сил притяжения в рабочей зоне. Результаты анализа показали, что в рассчитанной рабочей области на внешней поверхности листовой заготовки напряжённость магнитного поля будет составлять не более 5% напряжённости кругового поля низкочастотного источника. Учитывая, что сквозь листовую заготовку плоскопараллельное поле практически не проникает, на её внешней стороне, как следует из выполненных оценок, напряжённость действующего поля будет составлять ~30-40%. Получено распределение относительной напряжённости магнитного поля на поверхности листовой заготовки в центре рабочей зоны, а также распределение амплитудных значений касательной компоненты напряжённости результирующего магнитного поля на поверхности листовой заготовки вдоль центра прямоугольного витка. Вычисления продемонстрировали действенность предложенного инструмента магнитно-импульсной рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Реальные амплитуды распределённых сил притяжения составляют ~ 7.7 МПа, при амплитуде напряженности магнитного поля ≈0,35107 А/м. Индукторы – источники поля могут выполняться многовитковыми. Это позволит существенно увеличить напряжённость возбуждаемого магнитного поля и, соответственно, амплитуду сил притяжения. У комбінованих індукторних системах поле існує тільки над заготівкою, під нею має місце тільки кругове низькочастотне магнітне поле. У роботі виконано аналіз електромагнітних процесів в інструментах магнітно-імпульсного притягання (комбінованих індукторних системах), заснований на численних оцінках, за допомогою раніше отриманих аналітичних залежностей для збуджуваних полів і сил, необхідних для успішного виконання рихтування металевих покриттів автомобільних кузовів. Отримано просторово-часовий розподіл дотичної складової напруженості магнітного поля на поверхнях оброблюваного металевого листа; умови, при виконанні яких можливе притягання листа з боку його внутрішньої поверхні (до індукторів); часовий характер взаємодії збуджуваних полів; просторові зони максимального впливу на оброблюваний лист. Особливістю комбінованої індукторної системи є нерівномірність розподілених сил притягання в робочій зоні. Результати аналізу показали, що в розрахованій робочій області на зовнішній поверхні листової заготовки напруженість магнітного поля буде складати не більше 5% напруженості кругового поля низькочастотного джерела. Враховуючи, що крізь листову заготовку плоскопаралельне поле практично не проникає, на її зовнішній стороні, як випливає з виконаних оцінок, напруженість діючого поля буде складати ~ 30-40%. Отримано розподіл відносної напруженості магнітного поля на поверхні листової заготовки в центрі робочої зони, а також розподіл амплітудних значень дотичній компоненти напруженості результуючого магнітного поля на поверхні листової заготовки вздовж центру прямокутного витка. Обчислення продемонстрували дієвість запропонованого інструменту магнітно-імпульсної рихтування металевих покриттів автомобільних кузовів. Реальні амплітуди розподілених сил притягання складають ~ 7.7 МПа, при амплітуді напруженості магнітного поля ≈0,35107 А/м. Індуктори – джерела поля можуть виконуватися багатовітковими. Це дозволить істотно збільшити напруженість збуджуваного магнітного поля і, відповідно, амплітуду сил притягання. The field in combined inductor systems exists only over workpiece, it occurs at only a low-frequency circular magnetic field. In this paper electromagnetic processes in tools of the magnetic pulse attraction (the combined inductor systems) are analyzed. Investigation based on numerical estimations, using previously obtained analytical relations for the excited fields and forces. Calculations are necessary for the successful implementation of straightening metal coatings bodies car. A distribution of relative intensity of magnetic fields to surfaces of sheet workpiece in the centre of a working zone is obtained. The distribution of amplitude tangential component intensity of resulting magnetic field of the surface of sheet metal along the centre of a rectangular coil is received. Feature of the combined induction system is non-uniformly distributed forces of attraction in the work area. The results showed that the calculated working area on the outer surface of sheet workpiece magnetic field strength will be less than 5% of the field strength of a circular low-frequency source. Calculations have shown the effectiveness of the proposed instrument magnetic pulse straightening metal coating bodies car. The actual amplitude of distributed attraction forces are ~ 7.7 MPa. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей Analysis of electromagnetic process in combined inductor systems, as tools for straightening of modern car Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| spellingShingle |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей Волонцевич, Д.О. Барбашова, М.В. Сабокарь, О.С. Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| title_short |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| title_full |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| title_fullStr |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| title_full_unstemmed |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| title_sort |
анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей |
| author |
Волонцевич, Д.О. Барбашова, М.В. Сабокарь, О.С. |
| author_facet |
Волонцевич, Д.О. Барбашова, М.В. Сабокарь, О.С. |
| topic |
Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Analysis of electromagnetic process in combined inductor systems, as tools for straightening of modern car |
| description |
В комбинированных индукторных системах поле существует только над заготовкой, под ней имеет место только круговое низкочастотное магнитное поле. В работе выполнен анализ электромагнитных процессов в инструментах магнитно-импульсного притяжения (комбинированных индукторных системах), основанный на численных оценках, с помощью ранее полученных аналитических зависимостей для возбуждаемых полей и сил, необходимых для успешного выполнения рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Получены пространственно-временные распределения касательной составляющей напряжённости магнитного поля на поверхностях обрабатываемого металлического листа; условия, при выполнении которых возможно притяжение листа со стороны его внутренней поверхности
(к индукторам); временной характер взаимодействия возбуждаемых полей; пространственные зоны максимального
воздействия на обрабатываемый лист. Особенностью комбинированной индукторной системы является неравномерность распределённых сил притяжения в рабочей зоне. Результаты анализа показали, что в рассчитанной рабочей области на внешней поверхности листовой заготовки напряжённость магнитного поля будет составлять не более 5%
напряжённости кругового поля низкочастотного источника. Учитывая, что сквозь листовую заготовку плоскопараллельное поле практически не проникает, на её внешней стороне, как следует из выполненных оценок, напряжённость
действующего поля будет составлять ~30-40%. Получено распределение относительной напряжённости магнитного
поля на поверхности листовой заготовки в центре рабочей зоны, а также распределение амплитудных значений касательной компоненты напряжённости результирующего магнитного поля на поверхности листовой заготовки вдоль
центра прямоугольного витка. Вычисления продемонстрировали действенность предложенного инструмента магнитно-импульсной рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Реальные амплитуды распределённых сил
притяжения составляют ~ 7.7 МПа, при амплитуде напряженности магнитного поля ≈0,35107
А/м. Индукторы – источники поля могут выполняться многовитковыми. Это позволит существенно увеличить напряжённость возбуждаемого магнитного поля и, соответственно, амплитуду сил притяжения.
У комбінованих індукторних системах поле існує тільки над заготівкою, під нею має місце тільки кругове низькочастотне магнітне поле. У роботі виконано аналіз електромагнітних процесів в інструментах магнітно-імпульсного
притягання (комбінованих індукторних системах), заснований на численних оцінках, за допомогою раніше отриманих
аналітичних залежностей для збуджуваних полів і сил, необхідних для успішного виконання рихтування металевих
покриттів автомобільних кузовів. Отримано просторово-часовий розподіл дотичної складової напруженості магнітного поля на поверхнях оброблюваного металевого листа; умови, при виконанні яких можливе притягання листа з
боку його внутрішньої поверхні (до індукторів); часовий характер взаємодії збуджуваних полів; просторові зони максимального впливу на оброблюваний лист. Особливістю комбінованої індукторної системи є нерівномірність розподілених сил притягання в робочій зоні. Результати аналізу показали, що в розрахованій робочій області на зовнішній
поверхні листової заготовки напруженість магнітного поля буде складати не більше 5% напруженості кругового поля
низькочастотного джерела. Враховуючи, що крізь листову заготовку плоскопаралельне поле практично не проникає,
на її зовнішній стороні, як випливає з виконаних оцінок, напруженість діючого поля буде складати ~ 30-40%. Отримано розподіл відносної напруженості магнітного поля на поверхні листової заготовки в центрі робочої зони, а також
розподіл амплітудних значень дотичній компоненти напруженості результуючого магнітного поля на поверхні листової заготовки вздовж центру прямокутного витка. Обчислення продемонстрували дієвість запропонованого інструменту магнітно-імпульсної рихтування металевих покриттів автомобільних кузовів. Реальні амплітуди розподілених сил притягання складають ~ 7.7 МПа, при амплітуді напруженості магнітного поля ≈0,35107 А/м. Індуктори
– джерела поля можуть виконуватися багатовітковими. Це дозволить істотно збільшити напруженість збуджуваного магнітного поля і, відповідно, амплітуду сил притягання.
The field in combined inductor systems exists only over workpiece, it occurs at only a low-frequency circular magnetic field.
In this paper electromagnetic processes in tools of the magnetic
pulse attraction (the combined inductor systems) are analyzed.
Investigation based on numerical estimations, using previously
obtained analytical relations for the excited fields and forces.
Calculations are necessary for the successful implementation of
straightening metal coatings bodies car. A distribution of relative intensity of magnetic fields to surfaces of sheet workpiece in
the centre of a working zone is obtained. The distribution of
amplitude tangential component intensity of resulting magnetic
field of the surface of sheet metal along the centre of a rectangular coil is received. Feature of the combined induction system is
non-uniformly distributed forces of attraction in the work area.
The results showed that the calculated working area on the
outer surface of sheet workpiece magnetic field strength will be
less than 5% of the field strength of a circular low-frequency
source. Calculations have shown the effectiveness of the proposed instrument magnetic pulse straightening metal coating
bodies car. The actual amplitude of distributed attraction forces
are ~ 7.7 MPa.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149292 |
| citation_txt |
Анализ электромагнитных процессов в комбинированных индукторных системах – инструментах рихтовки современных автомобилей / Д.О. Волонцевич, М.В. Барбашова, О.С. Сабокарь // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 49–52. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT voloncevičdo analizélektromagnitnyhprocessovvkombinirovannyhinduktornyhsistemahinstrumentahrihtovkisovremennyhavtomobilei AT barbašovamv analizélektromagnitnyhprocessovvkombinirovannyhinduktornyhsistemahinstrumentahrihtovkisovremennyhavtomobilei AT sabokarʹos analizélektromagnitnyhprocessovvkombinirovannyhinduktornyhsistemahinstrumentahrihtovkisovremennyhavtomobilei AT voloncevičdo analysisofelectromagneticprocessincombinedinductorsystemsastoolsforstraighteningofmoderncar AT barbašovamv analysisofelectromagneticprocessincombinedinductorsystemsastoolsforstraighteningofmoderncar AT sabokarʹos analysisofelectromagneticprocessincombinedinductorsystemsastoolsforstraighteningofmoderncar |
| first_indexed |
2025-11-26T01:39:40Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:39:40Z |
| _version_ |
1850603486218027008 |
| fulltext |
Техніка сильних електричних і магнітних полів. Кабельна техніка
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 49
© Д.О. Волонцевич, М.В. Барбашова, О.С. Сабокарь
УДК 621.318
Д.О. Волонцевич, М.В. Барбашова, О.С. Сабокарь
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В КОМБИНИРОВАННЫХ
ИНДУКТОРНЫХ СИСТЕМАХ – ИНСТРУМЕНТАХ РИХТОВКИ СОВРЕМЕННЫХ
АВТОМОБИЛЕЙ
У комбінованих індукторних системах поле існує тільки над заготівкою, під нею має місце тільки кругове низькочас-
тотне магнітне поле. У роботі виконано аналіз електромагнітних процесів в інструментах магнітно-імпульсного
притягання (комбінованих індукторних системах), заснований на численних оцінках, за допомогою раніше отриманих
аналітичних залежностей для збуджуваних полів і сил, необхідних для успішного виконання рихтування металевих
покриттів автомобільних кузовів. Отримано просторово-часовий розподіл дотичної складової напруженості магніт-
ного поля на поверхнях оброблюваного металевого листа; умови, при виконанні яких можливе притягання листа з
боку його внутрішньої поверхні (до індукторів); часовий характер взаємодії збуджуваних полів; просторові зони мак-
симального впливу на оброблюваний лист. Особливістю комбінованої індукторної системи є нерівномірність розподі-
лених сил притягання в робочій зоні. Результати аналізу показали, що в розрахованій робочій області на зовнішній
поверхні листової заготовки напруженість магнітного поля буде складати не більше 5% напруженості кругового поля
низькочастотного джерела. Враховуючи, що крізь листову заготовку плоскопаралельне поле практично не проникає,
на її зовнішній стороні, як випливає з виконаних оцінок, напруженість діючого поля буде складати ~ 30-40%. Отрима-
но розподіл відносної напруженості магнітного поля на поверхні листової заготовки в центрі робочої зони, а також
розподіл амплітудних значень дотичній компоненти напруженості результуючого магнітного поля на поверхні лис-
тової заготовки вздовж центру прямокутного витка. Обчислення продемонстрували дієвість запропонованого ін-
струменту магнітно-імпульсної рихтування металевих покриттів автомобільних кузовів. Реальні амплітуди розпо-
ділених сил притягання складають ~ 7.7 МПа, при амплітуді напруженості магнітного поля ≈0,35107 А/м. Індуктори
– джерела поля можуть виконуватися багатовітковими. Це дозволить істотно збільшити напруженість збуджува-
ного магнітного поля і, відповідно, амплітуду сил притягання. Бібл. 6, рис. 5.
Ключові слова: комбінована індукторна система, зовнішнє рихтування, низькочастотне магнітне поле.
В комбинированных индукторных системах поле существует только над заготовкой, под ней имеет место только кру-
говое низкочастотное магнитное поле. В работе выполнен анализ электромагнитных процессов в инструментах маг-
нитно-импульсного притяжения (комбинированных индукторных системах), основанный на численных оценках, с по-
мощью ранее полученных аналитических зависимостей для возбуждаемых полей и сил, необходимых для успешного вы-
полнения рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Получены пространственно-временные распре-
деления касательной составляющей напряжённости магнитного поля на поверхностях обрабатываемого металличе-
ского листа; условия, при выполнении которых возможно притяжение листа со стороны его внутренней поверхности
(к индукторам); временной характер взаимодействия возбуждаемых полей; пространственные зоны максимального
воздействия на обрабатываемый лист. Особенностью комбинированной индукторной системы является неравномер-
ность распределённых сил притяжения в рабочей зоне. Результаты анализа показали, что в рассчитанной рабочей об-
ласти на внешней поверхности листовой заготовки напряжённость магнитного поля будет составлять не более 5%
напряжённости кругового поля низкочастотного источника. Учитывая, что сквозь листовую заготовку плоскопарал-
лельное поле практически не проникает, на её внешней стороне, как следует из выполненных оценок, напряжённость
действующего поля будет составлять ~30-40%. Получено распределение относительной напряжённости магнитного
поля на поверхности листовой заготовки в центре рабочей зоны, а также распределение амплитудных значений каса-
тельной компоненты напряжённости результирующего магнитного поля на поверхности листовой заготовки вдоль
центра прямоугольного витка. Вычисления продемонстрировали действенность предложенного инструмента магнит-
но-импульсной рихтовки металлических покрытий автомобильных кузовов. Реальные амплитуды распределённых сил
притяжения составляют ~ 7.7 МПа, при амплитуде напряженности магнитного поля ≈0,35107А/м. Индукторы – ис-
точники поля могут выполняться многовитковыми. Это позволит существенно увеличить напряжённость возбуж-
даемого магнитного поля и, соответственно, амплитуду сил притяжения. Библ. 6, рис. 5.
Ключевые слова: комбинированная индукторная система, внешняя рихтовка, низкочастотное магнитное поле.
Введение. Появление новых сплавов в совре-
менных авиа- и автомобилестроении инициировало
развитие новых обрабатывающих технологий, по-
скольку известные подходы оказались недееспособ-
ными. Рекомендуемые для кузовных покрытий со-
временных автомобилей соединения различных ме-
таллов, обладающих малым весом и высокой прочно-
стью, оказались не технологичными с точки зрения
традиционной механической штамповки. Причина –
недостаточная пластичность. При обработке имели
место разрывы и разрушение формуемых изделий.
Как показали исследования, направленные на преодо-
ление отмеченных негативов, при магнитно-
импульсном силовом воздействии проявляется эф-
фект «гиперпластичности», вследствие которого
относительные деформации металлических образцов
могут достигать ~ 200 % и более [1].
Обзор литературы. Современные потребности
авто- и авиапромышленности поставили задачу внеш-
ней рихтовки вмятин на металлических поверхностях
кузовных и корпусных покрытий. Как оказалось,
практически, наиболее эффективным способом реше-
ния данной проблемы является магнитно-импульсное
притяжение повреждённых участков силами низко-
частотных полей при интенсивном проникновении
сквозь обрабатываемый металл [2, 3].
В этой связи весьма интересными для практики
являются разработки инженеров концерна «Боинг».
Физическая сущность их предложений состоит в про-
50 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4
странственно-временной суперпозиции низко- (НЧ) и
высокочастотных (ВЧ) магнитных полей. Первые про-
никают сквозь металл с вмятиной. Вторые не прони-
кают, и при определённых условиях нивелируют НЧ-
поле над обрабатываемым объектом. В результате,
над металлом с вмятиной нуль напряжённости, под
ним – амплитуда. Возникающая сила магнитного дав-
ления осуществляет притяжение металла вмятины к
источнику поля – индуктору [4].
Реализация цитируемого предложения является
достаточно сложной и дорогостоящей, ввиду обяза-
тельного наличия источников мощности разного типа –
генераторов НЧ и ВЧ сильноточных токовых импуль-
сов. Упростить схему двухчастотной реализации маг-
нитно-импульсного притяжения можно с помощью
систем, генерирующих плоскопараллельные магнит-
ные поля. В этом случае источники мощности могут
генерировать идентичные НЧ-сигналы. Данная идея в
виде «комбинированных индукторных систем» была
представлена в работе [5]. Настоящая работа является
логическим продолжением цитируемой публикации.
Цель работы. Анализ электромагнитных про-
цессов в инструментах магнитно-импульсного притя-
жения данного типа, выполненный на основе числен-
ных оценок с помощью ранее полученных аналитиче-
ских зависимостей для возбуждаемых полей и сил,
необходимых для успешного выполнения рихтовки
металлических покрытий автомобильных кузовов.
Исходные данные для вычислений взяты из ти-
пичных экспериментов, описанных авторами научно-
го издания [6].
Численные оценки. Постановка задач расчёта.
Дано:
источники поля – плоский катушечный индук-
тор, индуктор прямоугольной формы, их взаимное
расположение представлены на рис. 1, 2;
оба индуктора расположены соосно на разных
расстояниях от внутренней поверхности обрабаты-
ваемого листа (H = 0,006 м, h = 0,003 м);
геометрия катушечного индуктора: R1 = 0,025 м,
R2 = 0,063 м;
геометрия прямоугольного индуктора: квадрат с
внутренними и внешними сторонами, соответственно
– 2b1 =2R1 = 0,05 м, 2b2 = 2 R2 ≈ 0,09 м;
обрабатывается стальной лист толщиной
d = 0,0008 м (удельная электропроводность – γ =
= 0,6·107 (Ом·м)1);
на вход индукторной системы подаются токовые
импульсы, временные зависимости которых функ-
ционально одинаковы и представляют собой экспо-
ненциально затухающие синусоиды, то есть
)()( 2,1
(max)
2,12,1 tjtj ,
)(sin)( 2,1
)(
2,1
2,12,1 tet
t
,
здесь (max)
2,1j амплитудные значения плотностей
токов, φ1,2(t) временные функции, 1,2 относитель-
ные декременты затухания, 1,2 =2·f1,2, f1,2 рабочие
частоты;
относительные декременты – δ1≈0,2, δ2≈0,5, ра-
бочая частота низкочастотного сигнала – f1=2,2 кГц,
плоскопараллельного поля – f2=5÷10 кГц;
начальные моменты токовых импульсов смеще-
ны, величина смещения составляет Δt ≈ π/2ω1 (чет-
верть периода низкочастотного сигнала).
Рис. 1
a
б в
Рис. 2
Найти:
пространственно-временные распределения ка-
сательной составляющей напряжённости магнитного
поля на поверхностях обрабатываемого металличе-
ского листа;
условия, при выполнении которых возможно
притяжение листа со стороны его внутренней поверх-
ности (к индукторам);
временной характер взаимодействия возбуждае-
мых полей;
пространственные зоны максимального воздей-
ствия на обрабатываемый лист.
Вычисления.
Для более ясного понимания происходящих про-
цессов выпишем из работы [5] напряжённости маг-
нитных полей, возбуждаемых каждым из источников
в отдельности. Но вначале некоторые замечания.
Зависимости, полученные в цитируемой публи-
кации, показывают, что пространственные распреде-
ления низкочастотного поля над листом и под листом
не зависят от его временного характера. Этого нельзя
сказать о временной зависимости плоскопараллельно-
го поля (напомним, что это поле существует только
над заготовкой, под ней имеет место только круговое
низкочастотное магнитное поле).
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 51
Кроме того, особенностью рассматриваемой ком-
бинированной индукторной системы является нерав-
номерность распределённых сил притяжения в рабо-
чей зоне. Эта неравномерность обусловлена следую-
щим фактором.
Касательная компонента напряжённости кругового
низкочастотного магнитного поля направлена по радиу-
су в цилиндрической системе координат, связанной с
соответствующим индуктором. А касательная компо-
нента плоскопараллельного поля направлена вдоль по-
перечной пространственной координаты в прямоуголь-
ной системе координат, связанной со своим источником.
Их суперпозиция при соответствующем выборе ампли-
туд, может дать нулевое поле над листовой заготовкой
только в центре рабочей зоны, то есть там, где радиус – r
совпадает с поперечной координатой – y. Отклонение от
центра приводит к тому, что суммирование напряжён-
ностей полей разной геометрии следует проводить с
учётом некоторой разницы в их направлениях. Это оз-
начает появление зависимости от азимута в цилиндри-
ческой системе координат, что эквивалентно появлению
зависимости от пространственной переменной – x в
прямоугольной системе координат.
Введение азимутального угла – α, характери-
зующего появление таких зависимостей, иллюстриру-
ется рис. 2.
Дальнейшие вычисления будут проведены для
центральной части рабочей зоны, где y = r (x = 0, см.
рис. 1, 2), и для y = 0,5·(b1+b2), но x = var (средняя ли-
ния прямоугольного витка).
Формула для напряжённости магнитного поля
над листовым металлом с вышеозначенными поправ-
ками принимает следующий вид.
Для y[b1, b2] и x = 0
)0,,()0,,()0,,()( zytHzyrtHzytH yr
over
s .(1)
Для расчёта распределения поля вдоль средней
линии прямоугольного витка в рабочей зоне возьмём
лежащую на ней произвольную точку
M (x, 0,5·(b1+b2)). В этой точке радиус для вычисления
радиальной компоненты напряжённости будет равен
2
2
21
2
x
bb
r
.
Кроме того, суммировать r- и y- составляющие
напряжённостей магнитных полей в данной точке
следует с учётом их направлений (фактически – это
суммирование проекции Hr на направление Hy, но
можно и наоборот!).
Итак, для y = 0,5·(b1+b2), x[0, (0,5·b2)] (даль-
нейшее увеличение координаты x не имеет смысла
ввиду искажения поля прямоугольного витка вблизи
внутренних углов) записываем, что
).0),(5.0,(
2
1
1
)0,
2
,(
)0),(5.0,(
21
2
21
2
2
21
var
21
)(
zbbytH
bb
x
zx
bb
rtH
zbbytH
y
r
x
over
s
(2)
Выражения для Hr,y в зависимостях (1) и (2) при-
ведены в работе [5]. В настоящем изложении их раз-
вёрнутые выражения опущены ввиду громоздкости.
Результаты расчётов, выполненных с помощью
(1) и (2), представлены на рис. 3, 4.
Рис. 3. Распределение относительной напряжённости магнит-
ного поля на поверхности листовой заготовки в центре рабочей
зоны (нормировка на максимум, Hm = 0,5·j1m, x = 0 рис. 1, 2):
пунктирная линия – касательная составляющая напряжённость
кругового низкочастотного поля;
сплошная линия – касательная составляющая напряжённости
результата суперпозиции низкочастотного и плоскопарал-
лельного полей
Рис. 4. Распределение амплитудных значений касательной
компоненты напряжённости результирующего магнитного
поля поверхности листовой заготовки вдоль центра прямо-
угольного витка (нормировка на максимум, Hm=0,5·j1m)
Как видно из результатов расчёта, возможные
размеры рабочей зоны рассчитанной индукторной
системы составляют (b2–b1)×2·(0,5·b1)≈0,01 м×0,025 м.
В этой области на внешней поверхности листовой
заготовки напряжённость магнитного поля будет со-
ставлять не более 5 % напряжённости кругового поля
низкочастотного источника. Учитывая, что сквозь
листовую заготовку плоскопараллельное поле прак-
тически не проникает, на её внешней стороне, как
следует из выполненных оценок, напряжённость дей-
ствующего поля будет составлять ~(0,3÷0,4)·j1m.
Для полноты описания процессов в рассмотрен-
ной индукторной системе приведём ранее рассчитан-
ную временную зависимость для силы притяжения,
которая будет действовать на листовую заготовку при
рабочих частотах f1 ≈ 2,2 кГц, f2≈ 7,0 кГц (рис. 5).
При данных временных параметрах амплитуда
сил притяжения будет превышать амплитуды сил от-
талкивания в ~ 6 раз.
52 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4
Рис. 5.Временная (фазовая) зависимость распределённой силы
притяжения-отталкивания (с нормировкой на максимум),
действующей на листовую заготовку
при f1≈2,2 кГц, f2≈7,0 кГц, δ1≈0,2, δ2≈0,5
При типичной для магнитно-импульсной обработ-
ки металлов линейной плотности токов – jm≈107А/м ам-
плитуда напряжённости будет равна – Hm≈0,35·107А/м.
Распределённая сила магнитно-импульсного притяже-
ния в комбинированной индукторной системе может
достигать величины ~ 7.7 МПа ( ~77 атм)
В заключение следует указать, что индукторы –
источники поля могут выполняться многовитковыми.
Это позволит существенно увеличить напряжённость
возбуждаемого магнитного поля и, соответственно,
амплитуду сил притяжения.
Выводы. Выполнены численные оценки напря-
жённостей возбуждаемых полей в комбинированной
индукторной системе, основанной на суперпозиции кру-
гового низкочастотного и плоско параллельного маг-
нитного полей. Проведенные вычисления продемонст-
рировали дееспособность предлагаемого инструмента
рихтовки вмятин в автомобильных кузовах, возможные
значения сил притяжения составляют ~ 7.7 МПа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Proceedings of the 1st International Conference on High
Speed Metal Forming. (ICHSF 2004). March 31/April 1, 2004.
Dortmund, Germany.
2. Батыгин Ю.В., Лавинский В.И., Бажинов А.В., Магнит-
но-импульсные методы и системы для притяжения тонко-
стенных листовых металлов // Труды межд. научн.-техн.
конф. «Магнитно-импульсная обработка металлов. Пути
совершенствования и развития». Самара, 18-19 сентября
2007. – С. 3-13.
3. Yuriy V. Batygin, Sergey F. Golovashchenko, Andrey V.
Gnatov. Pulsed electromagnetic attraction of sheet metals – fun-
damentals and perspective applications // Journal of Materials
Processing Technology. – 2013. – vol.213. – no.3. – pp. 444-452.
4. US Patent no.4,986,102, Hendrickson et al. (The Boeing
Company, 1991).
5. Волонцевич Д.О., Барбашова М.В., Радченко Е.С. Расчёт
полей в комбинированных индукторных системах – инст-
рументах рихтовки металлических покрытий автомобиль-
ных кузовов // Електротехніка і електромеханіка. – 2015. –
№3 – С. 55-58.
6. Батыгин Ю.В., Лавинский В.И., Хименко Л.Т., Им-
пульсные магнитные поля для прогрессивных технологий.
Том 1. Издание второе, переработанное и дополненное. Под
общей ред. д.т.н., проф. Батыгина Ю. В. – Х.: МОСТ-
Торнадо, 2003. – 284 с.
REFERENCES
1. Proceedings of the 1st International Conference on High
Speed Metal Forming. (ICHSF 2004). March 31/April 1, 2004.
Dortmund, Germany.
2. Batygin Yu.V., Lavinskiy V.I., Bazhinov A.V. Magnetic
pulsed methods and systems for attraction of thin sheet metal.
Trudy mezhd. nauchn.-tekhn. konf. «Magnitno-impul'snaya
obrabotka metallov. Puti sovershenstvovaniya i razvitiya» [Pro-
ceedings of Int. Sci.-Tech. Conf. «Magnetic pulsed treatment of
metals. Ways to improve and develop»]. Samara (Russia), 18-19
September, 2007, pp. 3-13. (Rus).
3. Yuriy V. Batygin, Sergey F. Golovashchenko, Andrey V.
Gnatov. Pulsed electromagnetic attraction of sheet metals –
fundamentals and perspective applications. Journal of Materials
Processing Technology, 2013, vol.213, no.3, pp. 444-452.
doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.10.003.
4. Hendrickson et al. (The Boeing Company). Patent US,
no.4.986.102, 1991.
5. Voloncevich D.O., Barbashova M.V., Radchenko E.S. Cal-
culation of fields in a combined inductor system as a tools of
straightening of metal coating of car body. Elektrotekhnіka і
elektromekhanіka – Electrical engineering & electromechanics,
2015, no.3, pp. 55-58. (Rus).
6. Batygin Yu.V., Lavinskiy V.I., Khimenko L.T. Impul'snyye
magnitnyye polya dlya progressivnykh tekhnologiy. Tom 1. Iz-
daniye vtoroye, pererabotannoye i dopolnennoye. [Pulsed mag-
netic fields for advanced technologies. Vol.1. 2nd edition, re-
vised and enlarged.] Kharkov, MOST-Tornado Publ., 2003.
284 p. (Rus).
Поступила (received) 28.04.2015
Волонцевич Дмитрий Олегович1, д.т.н., проф.,
Барбашова Марина Викторовна2, ассистент,
Cабокарь Олег Сергеевич 2, студент,
1 Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»,
61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, e-mail: vdo@kpi.kharkov.ua
2 Харьковский национальный автомобильно-дорожный
университет,
61002, Харьков, ул. Петровского, 25,
e-mail: barbashova1987@gmail.com
D.O. Voloncevich1, M.V.Barbashova2, O. S. Sabokar2
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»,
21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Kharkov National Automobile and Highway University,
25, Petrovskogo Str., Kharkov, 61002, Ukraine.
Analysis of electromagnetic process in combined inductor
systems, as tools for straightening of modern car.
The field in combined inductor systems exists only over work-
piece, it occurs at only a low-frequency circular magnetic field.
In this paper electromagnetic processes in tools of the magnetic
pulse attraction (the combined inductor systems) are analyzed.
Investigation based on numerical estimations, using previously
obtained analytical relations for the excited fields and forces.
Calculations are necessary for the successful implementation of
straightening metal coatings bodies car. A distribution of rela-
tive intensity of magnetic fields to surfaces of sheet workpiece in
the centre of a working zone is obtained. The distribution of
amplitude tangential component intensity of resulting magnetic
field of the surface of sheet metal along the centre of a rectangu-
lar coil is received. Feature of the combined induction system is
non-uniformly distributed forces of attraction in the work area.
The results showed that the calculated working area on the
outer surface of sheet workpiece magnetic field strength will be
less than 5% of the field strength of a circular low-frequency
source. Calculations have shown the effectiveness of the pro-
posed instrument magnetic pulse straightening metal coating
bodies car. The actual amplitude of distributed attraction forces
are ~ 7.7 MPa. References 6, figures 5.
Key words: combined inductor system, external straightening,
low-frequency magnetic field.
|