Elektromagnesy

ASTAT
Sp. z o.o.
POZNAŃ
MAGNET – SCHULTZ
SPECJALNA FABRYKA APARATÓW ELEKTROMAGNETYCZNYCH
Jakość od 1912
Techniczne objaśnienia
dla elektromagnesów wibracyjnych
7
Grupa produktu
Lista części
Y XX
Elektromagnesy wibracyjne są to przyrządy elektromagnetyczne, które poprzez pobudzenie
napięciem przemiennym wywołują ruch okresowy. Częstotliwość wibracji jest przy tym
proporcjonalna do częstotliwości sieci przełożonego napięcia przemiennego. Elektromagnes
wibracyjny tworzy w połączeniu z masami i sprężynami elektromagnetyczny wibrator. Masy są
wprawiane przez periodyczny ruch - w wibracje.
Tego rodzaju wibratory elektromagnetyczne są stosowane do sortowania (przesiewania),
przenoszenia, zagęszczania itd. w przenośnikach wstrząsowych, stołach wibracyjnych,
przesiewarkach wibracyjnych itd. Elektromagnes wibracyjny pracuje w wibratorach
elektromagnetycznych praktycznie bez zużywania się i cichobieżnie i w ostatnich latach znacznie
rozpowszechnił się przez to w technice transportu wibracyjnego jako ważny element napędowy.
Dla
elektromagnesów
wibracyjnych
obowiązują
określenia
dla
przyrządów
elektromagnetycznych VDE 0580.
Spis treści
Strona
1. Forma budowy, części składowe i wykonanie
1.1. Forma budowy
1.2. Części składowe i wykonanie
1.2.1. Korpus elektromagnesu
1.2.2. Uzwojenie wzbudzenia
1.2.3. Kotwica
1.2.4. Powierzchnie
2
2
2
2
2
2
2
2. Siła i szczelina powietrzna
2.1 Siła
2.1.1. Przyłącze poprzez prostownik jednopołówkowy
2.1.2. Bezpośrednie przyłącze do napięcia przemiennego
2.1.3. Siła maksymalna
2.1.4. Siła amplitudowa
2.1.5. Znamionowa szczelina powietrzna
2.1.6. Statyczna szczelina powietrzna
3
3
3
3
3
3
4
4
3. Napięcie, prąd, moc i częstotliwość
3.1 Napięcie i prąd
3.1.1. Napięcie znamionowe
3.1.2. Znamionowe napięcie izolacji
3.1.3. Trwale dopuszczalna zmiana napięcia
3.1.4. Napięcia probiercze
3.1.4.1. Rodzaj i wysokość napięcia probierczego
3.1.4.2. Przebieg próby napięciowej
3.1.4.3. Powtarzalna próba napięciowa
3.1.5. Prąd
3.1.5.1. Statyczny prąd znamionowy
3.1.5.2. Dynamiczny prąd znamionowy
3.2 Moc
3.2.1. Statyczna moc
3.2.2. Dynamiczna moc
4
4
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5
5
5
Spis treści
3.3. Częstotliwość
3.3.1. Bezpośrednie podłączenie do sieci
3.3.2. Podłączenie poprzez prostownik jednopołówkowy
Strona
6
6
6
4. Czas pracy, temperatury, klasy termiczne
4.1 Czas pracy
4.2. Temperatury
4.2.1. Temperatura odniesienia
4.2.1. Temperatura przekroczona
4.2.1. Końcowa temperatura przekroczona
4.2.1. Temperatura graniczna
4.2.1. Graniczna temperatura przekroczona
4.2.1. Różnica punktu gorącego
4.3 Klasy termiczne
6
6
6
6
6
6
6
6
7
7
5. Podłączenie elektromagnesów wibracyjnych i zasilanie
5.1. Podłączenie przez prostownik jednopołókowy
5.2. Bezpośrednie podłączenie do sieci
7
7
8
6. Wytyczne dla zaprojektowania systemu wibracyjnego
6.1 Wydajność zasilania
6.2 Pomiar amplitudy wibracji (drgań)
6.3 Obliczeniowe wartości podstawowe
6.3.1. Wykładnia dla wibratora jednomasowego
6.3.2. Wykładnia dla wibratora dwumasowego
8
9
9
9
10
11
7. Wytyczne dla montażu
7.1 Montaż
7.2 Nastawa spoczynkowej szczeliny powietrznej
7.3 Uruchomienie
7.4 Zabezpieczenie
7.5 Obce ingerencje lub zmiany
13
13
13
14
14
14
8. Dane zamówieniowe dla elektromagnesów wibracyjnych
14
Jakość od 1912
1. Forma budowy, części składowe, wykonanie
1.1. Forma budowy
Elektromagnesy wibracyjne są wykonywane przez MSM w od dawna wypróbowany sposób
jako elektromagnesy z płaską kotwicą. Elektromagnesy wibracyjne są zbudowane w formie
kompaktowej, tak że wymiary wibratorów pozostają małe przy pełnym wykorzystaniu
aktywnych materiałów. Magnesy wibracyjne dostarczane są do bezpośredniego załączenia do
sieci napięcia przemiennego i do załączenia poprzez jednopołówkowy prostownik.
Oznaczenie typów:
Y ZA W 006 ... 060
Y ZU W 080 ... 170
podłączenie poprzez jednopołówkowy prostownik
W ZA W 006 ... 060
bezpośrednie podłączenie do sieci
Elektromagnesy wibracyjne są dostarczane w zalanej i nie zalanej formie budowy.
Typ YZUW ... jest dostarczany jednakże tylko w zalanym wykonaniu.
1.2. Części składowe i wykonanie
Magnesy wibracyjne składają się z następujących głównych części składowych:
a) korpus elektromagnesu (jarzmo)
b) uzwojenie wzbudzenia
c) kotwica
1.2.1. Korpus elektromagnesu jest to część zawierająca uzwojenie wzbudzenia. Składa się on
z wysokowartościowych blach magnetycznych w postaci U - wykrojów, które razem są
połączone w szczególnie stabilny pakiet blach. Pakiet blach jest hydraulicznie znitowany.
Uzyskano przez to elektromagnes wibracyjny dobrze wytrzymujący mechaniczne obciążenia,
zmieniające się z dużą częstotliwością. Do zamocowania elektromagnesu wibracyjnego
służą umieszczone na tylnej stronie jarzma – dla typu YZUW ... odpowiednie
do występujących sił nagwintowane otwory z elastyczną wkładką Heli-Coil, dla typów
YZAW ... i WZAW – stabilne łapy, które przykręcone są śrubami do jarzma.
1.2.2. Uzwojenie wzbudzenia przyjmuje energię do wytworzenia magnetycznego pola zmiennego.
Uzwojenia są produkowane – specjalnie do wymagań dla elektromagnesów wibracyjnych –
ze szczególnie dobranego i sprawdzonego drutu nawojowego w połączeniu z wysokiej
jakości materiałem izolacyjnym. Uzwojenia są przed zalaniem całego elektromagnesu –
dodatkowo impregnowane próżniowo specjalnym lakierem.
Najczęściej dostarczane są jednak elektromagnesy w wykonaniu zalanym. Masa zalewowa
jest elastyczna, tak że może ona bez zakłóceń przyjąć drgania.
Wszystkie elektromagnesy wibracyjne są wyposażone w przyłącza o przekrojach obliczonych
z zapasem. Dla typu YZUW przyłącze elektryczne następuje poprzez kabel z przewodem
ochronnym. Dla typu WZAW i YZAW przyłącze jest wyprowadzone przy pomocy linki –
przewodu plecionego, może jednakże – na zapytanie – być wykonane przy pomocy kabla
z przewodem ochronnym. Odporność cewek na temperaturę ustaloną (nagrzewanie) – patrz
punkt 4.
1.2.3. Kotwica jest ogólnie mówiąc – częścią elektromagnesu przyciąganą w rytm częstotliwości
drgań. Pod względem budowy mechanicznej jest ona wykonana podobnie jak korpus
elektromagnesu.
1.2.4. Powierzchnie części stalowych są w celu uniknięcia korozji chronione przy pomocy
fosforanowania.
2
Jakość od 1912
2. Siła i szczelina powietrzna
2.1 Siła
W przypadku elektromagnesów wibracyjnych siła pulsuje z podwójną częstotliwością
przemiennego prądu od wartości zero do wartości szczytowej (maksymalnej).
2.1.1. Przyłącze poprzez prostownik jednopołówkowy
W przypadku przyłączenia elektromagnesu wibracyjnego
jednopołówkowy siła pulsuje więc z częstotliwością sieci.
poprzez
prostownik
Diagram: prąd – czas
Iˆ = wartość maksymalna prądu
I = wartość skuteczna prądu
Diagram: siła - czas
F̂ = wartość maksymalna siły
FA = wartość siły amplitudowej
2.1.2. Bezpośrednie przyłącze do napięcia przemiennego
W przypadku bezpośredniego przyłączenia do sieci napięcia przemiennego siła pulsuje więc
z podwójną częstotliwością sieci.
Diagram: prąd – czas
Ĵ = wartość maksymalna prądu
J = wartość skuteczna prądu
Diagram: siła – czas
F̂ = wartość maksymalna siły
FA = wartość siły amplitudowej
2.1.3. Siła maksymalna F̂
Siła maksymalna jest to tzw. siła elektromagnetyczna – podawana w danych technicznych,
a za tym największa wytworzona w elektromagnesie siła.
Siła maksymalna jest mierzona w stanie statycznym (elektromagnes wyłączony) przy
znamionowej szczelinie powietrznej. Podane wartości maksymalnej siły elektromagnetycznej
odnoszą się do stanu cieplnie ustalonego elektromagnesu i do 95% napięcia znamionowego.
Temperatury patrz pkt 4.
Siła maksymalna F̂ , która jest mierzona dla ekwiwalentnego prądu stałego, który jest równy
wartości szczytowej prądu jednopołówkowego względnie prądu przemiennego.
(patrz VDE 0580 § 42).
2.1.4. Siła amplitudowa FA
F̂
2
Wokół wartości średniej siły maksymalnej waha się siła z amplitudą FA .
Wartość siły amplitudowej jest miarodajna dla obliczenia systemu
i dla obliczenia rozpiętości (zakresu) drgań.
Siła amplitudowa jest równa połowie siły maksymalnej
FA =
wibracyjnego
3
Jakość od 1912
2.1.5. Znamionowa szczelina powietrzna jest to szczelina powietrzna podawana w danych
technicznych.
2.1.6. Statyczna szczelina powietrzna.
Pod pojęciem statycznej szczeliny powietrznej rozumie się szczelinę powietrzną (suw)
nastawioną między kotwicą i korpusem elektromagnesu w stanie spoczynkowym
(bez wibracji).
3. Napięcie, prąd, moc i częstotliwość
3.1. Napięcie i prąd
Podawane wartości napięcia i prądu są dla elektromagnesów wibracyjnych zasadniczo
wartościami skutecznymi. Pojęcie wartości skutecznej obowiązuje, dotyczy zarówno pracy
prostownika jednopołówkowego, jak również bezpośredniego przyłącza do sieci napięcia
przemiennego.
3.1.1. Napięcie znamionowe
Podane na tabliczce typu elektromagnesu wibracyjnego napięcie znamionowe jest napięciem
zasilającej sieci prądu przemiennego, do której podłącza się elektromagnes wibracyjny.
Miarodajnymi są wytyczne wg VDE 0176:
„Napięcia znamionowe powyżej 100 V”.
Uprzywilejowanymi napięciami dla elektromagnesów wibracyjnych są 220 i 380 V.
3.1.2. Znamionowe napięcie izolacji
Znamionowym napięciem izolacji jest napięcie, dla którego obliczane są odległości
izolacyjne, pełzania i w powietrzu. Jest ono identyczne z napięciem odniesienia
wg VDE 0110. Jako znamionowe napięcie izolacji (napięcie odniesienia) mają znaczenie –
wg VDE 0110/11.72 § 4 tabela 1 następujące wartości dla napięcia przemiennego:
30 V, 60 V, 125 V, 380 V, 500 V.
Elektromagnesy wibracyjne MSM tak się interpretuje – jeżeli nie podano inaczej – odnośnie
znamionowego napięcia izolacji, że określone znamionowe napięcie izolacji jest
przyporządkowane równemu lub mniejszemu napięciu znamionowemu.
3.1.3. Trwale dopuszczalna zmiana napięcia na zaciskach załączonego przyrządu –
elektromagnesu wibracyjnego wynosi ± 5%.
3.1.4. Napięcie probiercze
Do stwierdzenia, ustalenia zdolności izolacji elektromagnesów wibracyjnych sprawdzane są
– przed opuszczeniem zakładu – wszystkie elektromagnesy na wytrzymałość napięciową.
3.1.4.1. Rodzaj i wysokość napięcia probierczego
Próba jest przeprowadzona praktycznie sinusoidalnym napięciem przemiennym
o częstotliwości 50 Hz. Jego wysokość ustalona jest wg znamionowego napięcia izolacji
UNi.
UNi (V) 30
60
125
250
380
500
UN (V) do 30 >30 ≤ 60 >60 ≤ 125 >125 ≤ 250 >250 ≤ 380 >380 ≤ 500
UP (V) 600
1000
1500
2000
2500
2500
UNi (V) = znamionowe napięcie izolacji,
UN (V) = znamionowe napięcie,
UP (V) = napięcie probiercze
4
Jakość od 1912
3.1.4.2. Przebieg próby napięciowej
Napięcie probiercze UP należy przyłożyć pomiędzy uzwojeniem wzbudzenia i narażonymi
na dotknięcie metalowymi częściami przyrządu. Jeżeli istnieje więcej uzwojeń wzbudzenia
– elektrycznie od siebie odseparowanych – (przykładowo dla elektromagnesów
wibracyjnych, gdy obie cewki wzbudzenia są łączone poza częścią zalaną) to należy
wszystkie te uzwojenia sprawdzić między sobą, oraz wobec dotykalnych części
metalowych – na wytrzymałość napięciową. Napięcie probiercze przykłada się w pełnej
wysokości i pozostawia na badanym przedmiocie ok. 1 sek. (próba skrócona na
poszczególnej sztuce wg VDE 0580, § 39). Próbę uznaje się za udaną, jeżeli nie występują
ani przebicie ani przeskok (wyładowanie) i materiały izolacyjne znacząco się nie nagrzeją.
3.1.4.3. Powtarzalna próba napięciowa
Próba napięciowa – przeprowadzona w trakcie badania fabrycznego – powinna w miarę
możliwości nie być powtarzana. Druga próba – przeprowadzona na specjalne życzenie –
np. przy odbiorze – może być podejmowana tylko z 80% wartości podanej w tabeli.
3.1.5. Prąd
3.1.5.1. Statyczny prąd znamionowy Istat.
Dla elektromagnesów wibracyjnych statycznym prądem znamionowym jest wartość, którą
zmierzono przy znamionowym napięciu, znamionowej częstotliwości, 20°C temperatury
uzwojenia i znamionowej szczelinie powietrznej w statycznym, nieruchomym stanie. Prąd
ma przy tym wartość skuteczną.
3.1.5.2. Dynamiczny prąd znamionowy Idyn.
Dynamiczny prąd znamionowy mierzy się podczas pracy elektromagnesu wibracyjnego
z napięciem znamionowym w stanie drgającym (dynamicznym) jako wartość skuteczną.
(Musi być przy tym nastawiona statyczna szczelina powietrzna przy systemie wibracyjnym
znajdującym się w spoczynku).
Dla elektromagnesów wibracyjnych, które pracują poprzez prostownik jednopołówkowy
w dwumasowym systemie wibracyjnym z częstotliwością własną większą niż mechaniczna
częstotliwość napędu, zachodzi w przybliżeniu zależność:
Idyn. ≈ 0,7 Istat.
3.2. Moc
3.2.1. Statyczna moc
Pst = UN • Istat.
Dla magnesów wibracyjnych statyczna moc jest to moc pozorna, która ustala się dla
znamionowej szczeliny powietrznej (zahamowana kotwica) w stanie statycznym,
bezwibracyjnym po wygaśnięciu przebiegu nieustalonego.
3.2.2. Dynamiczna moc
Pdyn. = UN • Idyn
Moc dynamiczna jest iloczynem prądu skutecznego zmierzonego w stanie wibracyjnym
(dynamicznym) i przyłożonego napięcia znamionowego. Moc dynamiczna stanowi także moc
pozorną i jest mocą graniczną w objaśnieniach termicznych elektromagnesu wibracyjnego,
która nie powinna być przekraczana z powodów przeciążenia cieplnego w trakcie pracy
elektromagnesu.
5
Jakość od 1912
3.3. Częstotliwość
Z reguły magnesy wibracyjne zaprojektowane są na częstotliwość znamionową 50 Hz sieci
zasilającej napięcia przemiennego.
W razie odchyłek tej częstotliwości znamionowej wymagane jest w każdym przypadku
dopasowanie uzwojenia.
3.3.1. Magnesy wibracyjne, które przewidziane są do bezpośredniego podłączenia do sieci
posiadają oznaczenia typu WZAW ... . W tym przypadku częstotliwość drgań mechanicznych
jest równa podwójnej wartości częstotliwości zasilającej sieci napięcia przemiennego.
przy f = 50 Hz =) f
= 100 Hz
sieć
mech
3.3.2. Elektromagnesy wibracyjne, które przewidziane są do podłączenia poprzez prostownik
jednopołówkowy – posiadają oznaczenia typu Y ZU W ... wzgl. Y ZA W ... .
W tym przypadku częstotliwość drgań mechanicznych jest równa wartości częstotliwości
zasilającej sieci napięcia przemiennego.
przy f = 50 Hz =) f
= 50 Hz.
sieć
mech
Dane techniczne takie jak moc i maksymalna siła odnoszą się dla typu YZUW ...
do podłączenia za pośrednictwem jednopołówkowego prostownika krzemowego.
Przy podłączeniu za pośrednictwem jednopołówkowego prostownika selenowego wartości
te ulegają zmniejszeniu o około 10 – 15%.
4. Czas pracy, temperatury, klasy termiczne
4.1. Czas pracy
Elektromagnesy wibracyjne są zasadniczo przewidziane dla relatywnego czasu pracy 100% go tj. dla pracy ciągłej (S1).
4.2. Temperatury
4.2.1. Temperatura odniesienia (temperatura wyjściowa) jest to temperatura ustalona w stanie
bezprądowym.
Ustalona temperatura odniesienia (temperatura wyjściowa) wynosi dla elektromagnesów
wibracyjnych + 35°C.
4.2.2. Temperatura przekroczona jest to przyrost temperatury wzg. nagrzewania wobec temperatury
odniesienia (temperatury wyjściowej).
4.2.3. Końcowa temperatura przekroczona jest to temperatura przekroczona na końcu procesu
nagrzewania.
Końcowe temperatury przekroczenia dla elektromagnesów wibracyjnych leżą poniżej
granicznej temperatury przekroczonej klasy termicznej B (90 K).
4.2.4. Temperatura graniczna jest to ustalona dla poszczególnych części przyrządu temperatura
dopuszczalna.
4.2.5. Graniczna temperatura przekroczona jest to najwyższa, dopuszczalna temperatura
przekroczona. Wynika ona z odjęcia od temperatury granicznej sumy ustalonej temperatury
odniesienia ( temperatury wyjściowej ) i różnicy punktu gorącego.
6
Jakość od 1912
4.2.6. Różnica punktu gorącego jest to różnica między średnią temperaturą uzwojenia i temperaturą
w najbardziej gorącym miejscu uzwojenia. Różnicę punktu gorącego podaje się jako 5 K.
Jako temperaturę stanu ustalonego pracy podaje się zmierzoną temperaturę przekroczenia,
zwiększoną o temperaturę odniesienia 35°C.
Temperaturę przekroczenia elektromagnesów wibracyjnych wyznaczono biorąc za podstawę
napięcie znamionowe i częstotliwość znamionową w przypadku statycznym (zahamowana
kotwica) przy znamionowej szczelinie powietrznej i załączeniu do pracy ciągłej na cieplnie
izolowanym podłożu z uniknięciem dodatkowych wpływów ocieplających lub schładzających
układ probierczy.
4.3. Klasy termiczne
Materiały izolacyjne elektromagnesów wibracyjnych odniesione do swojej odporności cieplnej
wykonane są w klasie termicznej „B”.
Dla klasy termicznej „B” obowiązuje wg VDE:
temperatura graniczna 130°C, temperatura przekroczenia 90 K.
W praktyce elektromagnesy wibracyjne w połączeniu z systemem wibracyjnym montowane są
wyłącznie na częściach żelaznych, gdzie istnieje dobre odprowadzenie ciepła. Należy unikać
jednakże środków termoizolacyjnych.
5. Podłączenie elektromagnesów wibracyjnych i zasilanie
Najczęściej elektromagnesy wibracyjne załączane są – odpowiednio do typu – poprzez
prostownik jednopołówkowy do sieci napięcia przemiennego. Rzadziej stosowane są one
po bezpośrednim załączeniu do sieci napięcia przemiennego (patrz także pkt 3.3).
Jako zasilacz prądowy i urządzenie do bezstopniowego ustawiania szerokości (wartości) drgań
oferuje się transformator regulacyjny, sterownik tyrystorowy itd.
Przykłady sterowania wartości drgań
5.1. Podłączenie przez prostownik jednopołówkowy
a) przy pomocy opornika
bocznikującego prostownik
b) przy pomocy transformatora
regulacyjnego
7
Jakość od 1912
c) przy pomocy sterownika tyrystorowego
sterownik
tyrystorowy
5.2. Bezpośrednie podłączenie do sieci
a) przy pomocy wstępnego
opornika szeregowego
b) przy pomocy transformatora
regulacyjnego
Przy nastawianiu wartości drgań przy pomocy tyrystora następuje przestawienie napięcia
poprzez regulację odcięcia fazowego pół-fali napięciowej, przy regulacji wartości drgań
przy pomocy transformatora regulacyjnego zmienia się wysokość napięcia pół-fali.
6. Wytyczne dla zaprojektowania systemu wibracyjnego
Ponieważ jako główny zakres zastosowania elektromagnesów wibracyjnych wchodzi w grę
elektromagnetycznie wzbudzany przenośnik wstrząsowy, wytyczne ograniczone są tylko,
do tego wykonania. Dla innych obszarów zastosowań obowiązują dane, wytyczne w podobnej
formie.
Wytyczne i dane, które są tu poczynione, pozostają jedynie wskazaniami, ponieważ właściwości
systemu wibracyjnego trudno dają się ująć w obliczenia. W procesach drgań występują zawsze
drgania zakłócające i tłumienia, które w każdym przypadku są różne. Z tego też powodu
nie można przedstawić jednej, ogólnie obowiązującej recepty.
8
Jakość od 1912
6.1. Wydajność zasilania
Wydajność zasilania wzbudzanych elektromagnetycznie przenośników wstrząsowych jest
zależna od prędkości przenoszenia i od ciężaru nasypanego, przenoszonego,
transportowanego materiału.
Prędkość przenoszenia zależy od częstotliwości wzbudzenia (częstotliwość mechaniczna)
f wzb , amplitudy drgań AN, nastawianego kąta β, pod jakim wibrator przymocowany jest
do przenośnika, nachylenia przenośnika i naturalnie od właściwości przenoszonego materiału.
Wydajność zasilania daje się dokładnie wyznaczyć poprzez próbę przenoszenia.
6.2. Pomiar amplitudy wibracji (drgań)
Ponieważ użyteczna amplituda drgań AN jest proporcjonalna do wydajności zasilania
interesującym jest ją poznać. Istnieje wiele technicznych środków aby ją zmierzyć
np. rejestrator drgań, indukcyjny czujnik drogi itd.
Przytoczony tu został bardzo prosty środek, który w postaci papierowego klina przykleja się
na przenoszoną drganiami masę. (patrz szkic)
b) obraz przy masie drgającej
kierunek drogi
a) obraz przy masie będącej w spoczynku
Jeżeli teraz klin naklejony na drgającą część konstrukcyjną (masa) porusza się w kierunku
strzałki, to powstaje obraz wg szkicu „b”. Nasze oczy nie potrafią oddzielić wydruków obrazu
dla częstotliwości powyżej 20 Hz i przyjmują jako prawdziwy obraz wg szkicu „b”. Długość
białych trójkątów tworzy wymiar dla amplitudy przemieszczenia.
6.3. Obliczeniowe wartości podstawowe
W koncepcji napędów wibracyjnych należy przyjmować jako dane wyjściowe masę użyteczną
m N – przemieszczającą się na skutek drgań, szerokość drgań S i częstotliwość wzbudzenia
f wzb . Dla ustalenia siły napędu i tym samym elektromagnesu musi być wybrany sposób
dostrojenia, nastawienia.
Przeważnie, dla wzbudzanych elektromagnetycznie przenośników wstrząsowych wybiera się
dostrajanie podkrytyczne, tzn. że częstotliwość własna f 0 całego systemu wibracyjnego jest
większa niż częstotliwość wzbudzenia f wzb .
Przy takim dostrojeniu szerokość drgań = podwójnej amplitudzie rośnie wraz z wielkością
drgającego, sprzężonego przenoszonego materiału – poniżej zmiennego obciążenia
przenośnika, natomiast rosnące wraz z obciążeniem tłumienie zmniejsza się. Oba wpływy przy
podkrytycznym dostrajaniu – działają wzajemnie przeciwstawnie i w wysokim stopniu znoszą
się, tak że na przenośniku można osiągnąć ograniczoną stabilność wobec wahań obciążenia.
Następujące obliczenie jest tylko zgrubnym ustaleniem, ponieważ nie uwzględniono tłumień
itd.
9
Jakość od 1912
6.3.1. Wykładnia dla wibratora jednomasowego
a) dla interpretacji są podawane:
masa użyteczna m N
częstotliwość napędu f wzb
S
amplituda drgań A = AN = N
2
częstotliwość własna f 0 przez dostrojenie
elektromagnes
δ0
Poszukiwana siła amplitudowa elektromagnesu,
wymagane sprężyny
= szczelina powietrzna w stanie spoczynku
β = kąt nastawienia
l = długość zamocowania sprężyn
b) w przypadku wibratorów jednomasowych masa użyteczna jest najczęściej podparta
w stosunku do podłogi przy pomocy sprężyn piórowych. Amplituda drgań A jest równa
użytecznej amplitudzie AN, ponieważ do dyspozycji jest tylko masa m N .
c) z dynamicznej zasady podstawowej
siła napędu – siła sprężyny + siła masowa = 0
FA − C ⋅ A + m N ⋅ ϖ 2 ⋅ A = 0
otrzymuje się
napędowego.
z
uwzględnieniem
dostrojenia
(
siłę
amplitudową
elektromagnesu
)
2
Przy tym zachodzi: FA = 2π 2 ⋅ m N ⋅ S N ⋅ f wzb
V F2 − 1
FA = siła amplitudowa elektromagnesu
m N = masa użyteczna
S N = użyteczna szerokość drgań
⎛1⎞
f wzb = częstotliwość wzbudzenia ⎜ ⎟
⎝S⎠
f
VF = dostrojenie V F = 0
f wzb.
d) z częstotliwości własnej wzgl. częstotliwości drgań własnych systemu wibracyjnego
oblicza się teraz wymaganą stałą sprężyny
c
częstotliwość drgań własnych ϖ 0 =
ϖ 0 = 2 ⋅π ⋅ f0
mN
częstotliwość własna f 0 =
1
2π
c
mN
⎛N⎞
stała sprężyny: c = 4π 2 ⋅ f 02 ⋅ m N ⎜ ⎟
⎝m⎠
⎛N⎞
c = stała sprężystości całego systemu ⎜ ⎟
⎝m⎠
10
Jakość od 1912
Przy kilku sprężynach należy zwrócić uwagę na mechaniczne połączenie sprężyn.
Przy równoległych sprężynach – co zdarza się najczęściej – sumuje się stałe sprężystości
poszczególnych sprężyn.
Nie wspomina się tutaj o obliczeniu sprężyny, ponieważ obliczenie to zawarte jest w każdym
lepszym poradniku budowy maszyn.
e) dla późniejszego obliczenia amplitudy drgań ma znaczenie:
A = AN =
FA
C − m N ⋅ϖ 2
ϖ = 2 ⋅ π ⋅ f wzb = częstotliwość obwodu wzbudzenia
Aby w pełni wykorzystać elektromagnes, możliwie powinno być A ≈ δ , jednakże będąca
w ruchu kotwica elektromagnesu nie powinna uderzać w korpus elektromagnesu, tak,
że dobiera się δ 0 > A.
6.3.2. Wykładnia dla wibratora dwumasowego
a) dla interpretacji są podawane:
masa użyteczna m N
częstotliwość napędu f wzb
S
amplituda drgań AN = N
2
częstotliwość własna przez dostrojenie
poszukiwana jest: siła amplitudowa elektromagnesu, wymagane sprężyny
b) w przypadku wibratorów dwumasowych masa użyteczna jest zesprzęglona z wolną masą
najczęściej przy pomocy naciskowych sprężyn śrubowych. Cały system drgań jest potem
podparty o podłoże poprzez miękkie sprężyny. Jeżeli są zastosowane miękkie sprężyny
wsporcze, mogą być one w obliczeniach pominięte.
Całkowita amplituda drgań A = S/2 jest równa sumie obu amplitud wolnej masy i masy
użytecznej.
Zasada zachowania masy:
AN m F
A = AN + AF
=
AF m N
kotwica
elektromagnes
sprężyny
wsporcze
wibrator
użyteczny przyrząd
system drgań
m F = wolna masa
δ 0 = statyczna szczelina powietrzna
m N = użyteczna masa
C = stała sprężyny
AN , a N = użyteczna amplituda
AF , a F = amplituda wolnej masy
11
Jakość od 1912
c) masy zachowują się – zgodnie z zasadą zachowania masy – odwrotnie niż przynależne,
odpowiadające amplitudy. Dlatego dla dużej użytecznej szerokości, rozpiętości drgań
powinny być dobierane możliwie duże masy wolne. Jeżeli teraz został dokonany wybór
m
3
w przybliżeniu F =
mN 2
m ⋅ mF
bo może być obliczona wynikowa masa mr = N
mN + mF
Wynikowa masa mr jest masą efektywną, która obowiązuje w dwumasowych systemach
wibracyjnych.
Z obu mas i wymaganej użytecznej amplitudy może być obliczona całkowita amplituda
⎛ m ⎞
m + mN
A = AN F
= AN ⎜⎜1 + N ⎟⎟
mF
⎝ mF ⎠
d) z podstawowej zasady dynamicznej
siła napędowa – siła sprężyny + siłą masowa = 0
FA − C ⋅ A + m r ⋅ ϖ 2 ⋅ A = 0
otrzymuje się siłę amplitudową elektromagnesu napędowego.
(
)
2
Przy tym zachodzi: FA = 2π 2 ⋅ mr ⋅ S ⋅ f wzb
VF2 − 1
FA = siła amplitudowa elektromagnesu (N)
mr = wynikowa masa (kg)
S = całkowita szerokość drgań (m) S = 2 ⋅ A
⎛1⎞
f wzb = częstotliwość wzbudzenia ⎜ ⎟
⎝S⎠
f
VF = dostrojenie V F = 0
f wzb.
ϖ = częstotliwość obwodu wzbudzenia ϖ = 2 ⋅ π ⋅ f wzb
12
Jakość od 1912
e) z częstotliwości własnej wzgl. częstotliwości własnej obwodu wyliczana jest teraz
wymagana stała sprężyny.
c
częstotliwość własna obwodu ϖ 0 =
ϖ 0 = 2 ⋅π ⋅ f0
mr
częstotliwość własna f 0 =
1
2π
c
mr
⎛N⎞
stała sprężyny: c = 4π 2 ⋅ f 02 ⋅ mr ⎜ ⎟
⎝m⎠
Sprężyny wsporcze nie uwzględnione!
Przy kilku sprężynach należy uważać na mechaniczne połączenie sprężyn.
W naszym przykładzie (patrz szkic) są 4 sprężyny równoległe, więc stała sprężyny
C
wynosi , przy czym wszystkie sprężyny są równe wymiarami.
4
Obliczenie dla naciskowych sprężyn śrubowych znajdziecie Państwo w każdym lepszym
poradniku budowy maszyn.
f) dla dalszego wyliczenia amplitudy drgań ma znaczenie!
FA
całkowita amplituda A =
C − mrϖ 2
mF
użyteczna amplituda AN = A ⋅
mF + mN
Dla doboru elektromagnesu są więc do dyspozycji FA i A, przy czym powinno być A ≤ δ 0 .
Jednakże nie może dochodzić do uderzania kotwicy w stanie wibracji o jarzmo (rdzeń)
elektromagnesu.
7. Wytyczne dla montażu
7.1. Montaż
Elektromagnesy wibracyjne są przeznaczone do zabudowy, montażu w wibratorach.
Konstrukcja powinna być odporna na drgania, ponieważ występują jeszcze drgania
poprzeczne i mocno zmniejszają wydajność elektromagnesu.
Powierzchnie biegunów powinny stać – w stanie bezwibracyjnym – płasko równolegle wobec
siebie, ponieważ występują odchylenia kątowe elektromagnesu, co spowoduje drgania
zakłócające.
Kierunek siły powinien – w miarę możliwości – przechodzić przez wspólny środek ciężkości
całego systemu wibracyjnego.
Dokładne drgania i tym samym ciągłe przenoszenie materiału sypkiego osiąga się tylko przez
to, gdy kierunek napędu siły wzbudzenia (siła elektromagnesu) przechodzi przez wspólny
punkt ciężkości systemu dwumasowego.
7.2. Nastawa spoczynkowej szczeliny powietrznej
Statyczna szczelina powietrzna może być dobrana jako mniejsza od znamionowej szczeliny
powietrznej, ale nie większa od niej. Przez powiększenie znamionowej szczeliny powietrznej
jest zwiększany pobór prądu, co może prowadzić do spalenia cewki.
Powiększenie szczeliny powietrznej wymaga dopasowania uzwojenia i równocześnie straty siły
maksymalnej.
13
Jakość od 1912
7.3. Uruchomienie
Napięcie zasilania, częstotliwość i rodzaj przyłącza muszą się zgadzać z danymi tabliczki
znamionowej. Korpus elektromagnesu należy połączyć z przewodem ochronnym.
7.4. Zabezpieczenie
Dla ochrony przed przeciążeniem elektromagnesy wibracyjne należy zabezpieczyć
przy pomocy zwłocznych bezpieczników dla prądu znamionowego.
Zabezpieczenie i ochronę prostownika prosimy zrealizować wg danych producenta.
7.5. Obce ingerencje lub zmiany
Każda zmiana np. wywiercenie otworów w obudowie, korpusie elektromagnesu lub kotwicy
może zmniejszyć mechaniczną wytrzymałość. Zmiany w systemie elektromagnesu pociągają
za sobą niekorzystne, elektryczne szkody.
W takich przypadkach nie ponosimy odpowiedzialności gwarancyjnej.
8. Dane zamówieniowe dla elektromagnesów wibracyjnych
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
typ (rodzaj przyłącza)
napięcie (V) i częstotliwość (Hz)
maksymalna siła rozciągająca wzgl. siła amplitudowa (N)
spoczynkowa szczelina powietrzna (suw) (mm)
na jakim materiale jest montowany elektromagnes
temperatura odniesienia (stopień C)
stopień ochrony
Jeżeli elektromagnes ma być przewidziany do określonego, szczególnego przypadku
zastosowania, to prosimy o dane:
a) masy wzgl. ciężaru, który należy przy pomocy drgań przenosić (transportować)
b) wolnej masy dla wibratorów dwumasowych
c) mechanicznej częstotliwości drgań
d) żądanej szerokości drgań (użytecznej)
e) wartości częstotliwości własnej
f) jaki materiał jest transportowany
g) jaka jest żądana moc przenoszenia
h) wymiary przenośnika
Na podstawie tych danych możemy przedłożyć propozycję odpowiedniego elektromagnesu
wibracyjnego.
14