亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于混合磁懸浮的鋼絲繩損傷檢測器設(shè)計與仿真*

        2023-10-25 01:12:18孫藝哲井陸陽
        傳感器與微系統(tǒng) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:磁路磁極磁化

        朱 良,孫藝哲,謝 波,蘇 曉,薛 豐,井陸陽

        (1.中國山東省青州市范公亭南街12 號高新技術(shù)研究所,山東 濰坊 262500;2.青島理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,山東 青島 266520)

        0 引 言

        鋼絲繩作為礦井提升設(shè)備的關(guān)鍵承載部件,在使用過程中易發(fā)生各類損傷,如斷絲、磨損、銹蝕等,使承載能力下降,甚至?xí)l(fā)安全事故[1]。常用的鋼絲繩安全檢測方法有聲學(xué)檢測法、漏磁檢測法、X射線法、磁致伸縮法、電渦流法及圖像識別法等[2~4],其中漏磁檢測法是目前鋼絲繩安全檢測最常采用的方法[5]。檢測精度是鋼絲繩漏磁檢測器最重要的性能指標(biāo),為此國內(nèi)外學(xué)者對鋼絲繩檢測器進(jìn)行了多方面優(yōu)化研究。田劼等人[6]為了提高鋼絲繩損傷檢測精度,提出了一種基于正交試驗的鋼絲繩檢測器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法;毛清華等人[7]為解決檢測器磁化不均勻問題,提出了一種徑向永磁環(huán)組合設(shè)計方法;Zhang D等人[8]對鋼絲繩損傷檢測系統(tǒng)進(jìn)行了綜合優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計了一種便攜能力更強(qiáng)、檢測精度更高的鋼絲繩損傷檢測系統(tǒng);Zhang Y等人[9]為提高鋼絲繩損傷檢測精度,從檢測器結(jié)構(gòu)參數(shù)和傳感器安裝布置兩方面做了優(yōu)化設(shè)計;Jiang X等人[10]針對礦井提升機(jī)鋼絲繩檢測技術(shù)的實際應(yīng)用難題,通過電磁仿真分析了檢測器結(jié)構(gòu)參數(shù)對缺陷漏磁場的影響,同時為穩(wěn)定鋼絲繩與檢測器的相對位置,設(shè)計了一種輔助機(jī)械裝置;路正雄等人[11]對鋼絲繩檢測器徑向磁化裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計;姜宵園等人[12]對永磁式鋼絲繩檢測器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,提出了一種基于周向積分磁化的鋼絲繩漏磁檢測器設(shè)計方法;劉鈺等人[13]將隧道磁阻(tunnel magnetoresistance,TMR)傳感器作為磁電轉(zhuǎn)換元件和亥姆霍茲線圈作為勵磁機(jī)構(gòu),設(shè)計了一種新型鋼絲繩損傷檢測器。保證檢測信號的穩(wěn)定是提高檢測精度的重要途徑,為保證檢測信號的穩(wěn)定,一方面需要均勻磁化鋼絲繩,另一方面需要穩(wěn)定控制提離值。實際上鋼絲繩在檢測時由于擺振擾動等原因,難以做到磁化均勻和提離值穩(wěn)定,因此如何提高在實際應(yīng)用中的均勻磁化程度和提離值穩(wěn)定程度一直是該領(lǐng)域的技術(shù)難題之一。

        綜上所述,關(guān)于鋼絲繩漏磁損傷檢測器的研究,大多數(shù)研究文獻(xiàn)以提高磁化效率、優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)為研究重點(diǎn),僅有少數(shù)研究了擺振擾動引起的磁化不均勻和提離值不穩(wěn)定問題。磁懸浮作為一種新的支承技術(shù),因其具有非接觸、無摩擦、高精度等優(yōu)勢已在軸承支承和高精度隔振穩(wěn)姿平臺中得到應(yīng)用,振幅控制達(dá)微米級[14~18]。擺振擾動引起的鋼絲繩與檢測器間相對位置不穩(wěn)定是導(dǎo)致檢測信號不穩(wěn)定的根本原因。

        本文將抑制檢測器與鋼絲繩間相對位置不穩(wěn)定為研究目標(biāo),基于混合磁懸浮理論,提出了一種具有主動隔振穩(wěn)姿能力的鋼絲繩損傷檢測器設(shè)計方法,并采用數(shù)值計算與有限元仿真相結(jié)合的方式進(jìn)行分析驗證。

        1 基于混合磁懸浮的鋼絲繩損傷檢測器建模

        1.1 鋼絲繩損傷檢測器工作原理與數(shù)學(xué)建模

        圖1所示為基于混合磁懸浮的鋼絲繩損傷檢測器結(jié)構(gòu)示意。鋼絲繩損傷檢測器一方面需要將鋼絲繩磁化至飽和,使損傷位置產(chǎn)生漏磁場;另一方面提供懸浮力,穩(wěn)定鋼絲繩與檢測器間的相對位置。檢測器中的偏置磁極軸向上將鋼絲繩磁化至飽和,此時鋼絲繩、偏置磁極、銜鐵外殼和氣隙組成閉合磁路,當(dāng)鋼絲繩無損傷時,磁力線從鋼絲繩內(nèi)部穿過,鋼絲繩表面有微弱的漏磁場,一旦鋼絲繩出現(xiàn)斷絲等缺陷時,受損部位磁導(dǎo)率降低,磁阻增大,該位置處鋼絲繩表面漏磁場增大,使用磁敏元件檢測此漏磁場,便可得到損傷部位的損傷信息[19]。檢測器中的偏置磁極徑向上與控制磁極組成混合磁懸浮支承系統(tǒng),偏置磁極提供偏置磁場,控制磁場由線圈產(chǎn)生,在同一側(cè)兩同向控制磁極的線圈電流相同。當(dāng)鋼絲繩與檢測器發(fā)生相對偏移時,通過位置傳感器檢測出位移偏差,控制模塊根據(jù)位移偏差量輸出控制信號,使4個圓周陣列布置的控制磁極線圈產(chǎn)生控制電流,在控制磁極磁場力和偏置磁極磁場力的共同作用下,對偏移位移進(jìn)行修正[20],使得鋼絲繩與檢測器的相對位置重新回到原始狀態(tài)。

        圖1 檢測器結(jié)構(gòu)示意

        采用等效磁路法對混合磁懸浮鋼絲繩檢測器進(jìn)行磁路分析。將氣隙等效成磁導(dǎo),將永磁體和控制線圈等效成磁動勢,磁極銜鐵、外圈銜鐵和鋼絲繩等效成磁路,得到混合磁懸浮鋼絲繩檢測器等效磁路,如圖2 所示。其中,Ni1,Ni2,Ni3,Ni4為控制磁極磁動勢;M1,M2,M3,M4為偏置磁極磁動勢;G1~G8為各磁極到鋼絲繩表面的氣隙磁導(dǎo);Gs為鋼絲繩磁導(dǎo);?A~?H為各磁極中的磁通量。

        圖2 鋼絲繩混合磁懸浮檢測器等效磁路

        根據(jù)磁導(dǎo)計算模型,氣隙中的磁導(dǎo)可簡化為2 個不同磁勢的等勢面間的磁導(dǎo)。當(dāng)鋼絲繩與檢測器同軸時,氣隙中的磁導(dǎo)關(guān)系式滿足式(1)和式(2)

        當(dāng)檢測器相對于鋼絲繩發(fā)生x,y偏移量時

        式中 δg為檢測器與鋼絲繩同軸時氣隙大?。籗e為控制磁極面積;Sm為偏置磁極面積;x,y分別為檢測器在x方向和y方向的偏移分量。偏置磁極中的永磁體圓周陣列分布,規(guī)格相同,磁動勢M滿足

        根據(jù)基爾霍夫定律,8個徑向氣隙中的磁通表達(dá)式為

        其中

        根據(jù)磁場力的公式

        得到在x方向和y方向上的分力分別為

        以上就得到了懸浮力的計算公式,采用控制變量法可分析懸浮力與電流、永磁體磁勢、氣隙大小、磁極面積等耦合關(guān)系。

        1.2 檢測器關(guān)鍵磁路參數(shù)設(shè)計

        為使檢測器懸浮力達(dá)到最佳工作狀態(tài),提高磁路利用效率,減小磁路間的漏磁場,磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計時令偏置磁極中的偏置磁感應(yīng)強(qiáng)度為控制磁極磁路飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的50%,即取偏置磁極的面積為控制磁極面積的50%。令偏置磁極與控制極厚度相等,于是控制磁極寬度Wa將是偏置磁極寬度Wb的2倍?;谏鲜龇治觯】刂拼艠O寬度、偏置磁極寬度、磁極間距比例為2:1:0.5,得到控制磁極寬度

        其中,D1=Ds+2δg,Ds為鋼絲繩直徑,以直徑Ds為40 mm鋼絲繩為設(shè)計實例,可得到控制磁極寬度為18 mm,偏置控制磁極寬度為9 mm,磁極間距為4.5 mm。

        根據(jù)磁路磁通,永磁體產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度應(yīng)使鋼絲繩磁化至飽和,普通鋼絲繩的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs約為1.0 T,考慮氣隙存在漏磁場,取漏磁系數(shù)Kf=2.4,磁阻系數(shù)Kr=1.2,氣隙密度Bg=0.86 T,選用銣鐵硼NdFeB—45M 型永磁體,設(shè)定該永磁體工作點(diǎn)為Bd=1.2 T,Hd=200 kA/m。

        根據(jù)磁路第一定律

        得到永磁極厚度t =40 mm。根據(jù)

        式中 Hg為氣隙磁場強(qiáng)度,可設(shè)定永磁體長度為10 mm。以上即完成了永磁體關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計。對于電磁體即控制磁極線圈,單個線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為控制磁極磁路飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的50%,即最大控制磁通量與偏置磁通量相等

        式中 Le為控制磁極長度10 mm,取其與永磁體長度相等,μ0為磁場的真空磁導(dǎo)率,最終得到最大安匝數(shù)NI約為70。綜上所述,得到鋼絲繩檢測器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù),如表1所示。

        表1 混合磁懸浮鋼絲繩檢測器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)

        2 有限元仿真分析

        將圖1所示的三維模型導(dǎo)入至有限元仿真軟件中,對其進(jìn)行有限元仿真分析。

        2.1 控制磁極對勵磁磁路的影響

        圖3(a)所示為不同激勵條件下的鋼絲繩內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線;圖3(b)所示為不同激勵條件下的鋼絲繩表面2 mm 處漏磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線,圖3 中激勵條件0,1,2,3分別對應(yīng)為0,7,35,70 安匝激勵電流。通過對磁極磁場方向的設(shè)計,理論上控制磁極的磁通路線將不通過鋼絲繩內(nèi)部,而是通過外殼銜鐵,即控制磁極磁場通過外部銜鐵形成閉合磁路,而鋼絲繩磁化磁場的磁通路線將穿過鋼絲繩內(nèi)部,鋼絲繩、磁化磁極以及外殼銜鐵形成閉合磁路。若控制磁場穿過鋼絲繩內(nèi)部將引起鋼絲繩內(nèi)部磁化狀態(tài)不穩(wěn)定和表面漏磁場不穩(wěn)定,影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。由圖3(a)可知,控制磁極激勵條件的改變不會影響到鋼絲繩內(nèi)部的磁化效果。由圖3(b)可知,控制磁極激勵條件的改變同樣也不會影響損傷位置處的表面漏磁場,即控制磁極的變化對鋼絲繩內(nèi)外部磁場都不會產(chǎn)生影響,與理論分析一致。

        圖3 磁極對勵磁磁路的影響

        2.2 懸浮力與控制電流的耦合關(guān)系分析

        為驗證混合磁懸浮支承模型磁力方程的正確性,對檢測器承載特性進(jìn)行有限元仿真計算,比較數(shù)值計算與有限元仿真計算的差異。檢測器在實際運(yùn)行狀態(tài)下,控制電流的變化是由于鋼絲繩與檢測器處于非平衡位置時產(chǎn)生的。當(dāng)鋼絲繩與檢測器處于非平衡位置時,控制電流由位移傳感器檢測得到的反饋信號產(chǎn)生變化,引起鋼絲繩與檢測器間的電磁力發(fā)生變化;當(dāng)鋼絲繩與檢測器重新拉回到同軸狀態(tài)時,控制電流也同時穩(wěn)定。因此電磁力的變化不僅與控制電流有關(guān),還與氣隙有關(guān)。圖4 所示為鋼絲繩與檢測器相對于x軸正方向π/4 發(fā)生偏移的示意,通過有限元和數(shù)值計算分別分析在控制電流變化狀態(tài)下的偏移位置1、偏移位置2以及偏移位置3處的懸浮力情況。

        圖4 鋼絲繩與檢測器相對偏移示意

        圖5所示為不同偏移位置處的x 方向控制電流下與x方向懸浮力變化曲線。由圖5 可以發(fā)現(xiàn),隨著偏移位置的變化,控制電流與懸浮力的關(guān)系曲線形態(tài)變化較大,當(dāng)鋼絲繩與檢測器相對位置變化較大時,如當(dāng)鋼絲繩處于平衡位置或鋼絲繩幾乎與檢測器接觸時,控制電流與懸浮力的關(guān)系曲線形態(tài)相比于鋼絲繩處于偏移位置1 和偏移位置2時產(chǎn)生了明顯變化,說明鋼絲繩與檢測器間的相對位置,即兩者間的氣隙也是影響懸浮力的關(guān)鍵因素。

        圖5 不同位置處的電流與懸浮力關(guān)系曲線

        由圖5比較在同一位置處有限元與數(shù)值計算結(jié)果的差異,可以發(fā)現(xiàn)總體而言在同一位置處的有限元仿真計算結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果變化規(guī)律基本一致。為了進(jìn)一步細(xì)化有限元與數(shù)值計算的誤差,計算在不同位置處的誤差大小,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,在控制電流較小時,有限元與數(shù)值計算誤差較小,隨著控制電流的不斷增大,誤差結(jié)果也越來越大。造成該誤差的主要原因可能與漏磁場有關(guān),隨著控制電流的不斷增加,磁路漏磁場增大,與理想化磁路推演結(jié)果的差異也越來越大,導(dǎo)致誤差也越來越大,但總體而言兩者的變化規(guī)律基本一致。

        圖6 有限云仿真與數(shù)值計算差值

        3 結(jié) 論

        1)設(shè)計了一種具有磁懸浮能力的檢測器結(jié)構(gòu),并采用磁路法對其進(jìn)行了分析,建立了懸浮力模型方程。以實際鋼絲繩直徑推導(dǎo)了檢測器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。

        2)采用有限元軟件對檢測器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了仿真分析,得到了控制磁極對磁化磁場的影響關(guān)系,同時對不同位置處的有限元結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行了比較,并對誤差結(jié)果進(jìn)行了初步分析,最終通過以上2 個方面驗證了本文研究的可行性。

        猜你喜歡
        磁路磁極磁化
        基于分布磁路法的非晶合金高速磁浮直線電機(jī)懸浮力計算
        同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)
        固定同步電機(jī)磁極用螺栓的受力分析
        淺析芳綸紙在水輪發(fā)電機(jī)磁極中的應(yīng)用
        寧波漢浦工具有限公司
        電動工具(2020年6期)2020-12-29 05:53:36
        東北豐磁化炭基復(fù)合肥
        雙色球磁化炭基復(fù)合肥
        基于等效磁路法的永磁同步電機(jī)特性分析
        基于磁化能量的鋰電池串模塊化均衡方法
        基于ANSYS Workbench的微型揚(yáng)聲器磁路優(yōu)化分析
        中文字幕一区,二区,三区| 永久黄网站色视频免费看| 国产在线精品成人一区二区三区| 欧美亚州乳在线观看| 丝袜人妻无码中文字幕综合网 | 伊人久久成人成综合网222| 岛国视频在线无码| 精品一区二区三区a桃蜜| 国产精品成熟老女人| 国产欧美日韩一区二区三区在线 | 亚洲精品尤物av在线网站| 日韩人妻系列在线观看| 欧美性受xxxx狂喷水| 国模私拍福利一区二区| 亚洲毛片av一区二区三区| 伊人青青草综合在线视频免费播放| 人妻无码中文字幕| 久99久热只有精品国产男同| 国产精品国产三级国产在线观| 日韩一区二区三区熟女| 久久伊人少妇熟女大香线蕉| 国产精品内射后入合集| 亚洲AV永久无码精品表情包| 国产69精品麻豆久久| a级国产乱理伦片| 天堂在线www中文| 白白色发布永久免费观看视频| 国产成人精品日本亚洲i8| 精品久久久久成人码免费动漫 | 男男啪啪激烈高潮无遮挡网站网址| 国产做爰又粗又大又爽动漫| 国产精品多人P群无码| 免费啪啪av人妻一区二区| 国产毛片黄片一区二区三区| 亚洲国产一区二区a毛片| 国产精品国产三级国产专区5o| 国产另类av一区二区三区| 亚洲妇熟xxxx妇色黄| 国产精品亚洲日韩欧美色窝窝色欲| 亚洲大尺度动作在线观看一区| 美艳善良的丝袜高跟美腿|