Бурное развитие науки и техники невозможно без разработок, исследований и внедрения новых приборов и устройств, предназначенных для контроля и диагностики механизмов и сооружений во всех видах производственной деятельности. К таким приборам относятся наклономеры, предназначенные для определения углов наклона объекта. Наклономеры используются для определения положения различных высотных сооружений, плотин, для определения величины прогибов и деформаций различного рода опор и балок, контроля углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации, определения угла наклона дорожных грейдеров, асфальтоукладчиков, подъемников, кранов и экскаваторов и т. д.

Для этих целей в последнее время все чаще находят применение магнитострикционные наклономеры [1—3]. Их отличительными особенностями являются высокая точность, быстродействие, широкий диапазон преобразования, относительно невысокая себестоимость и простота реализации.

Магнитострикционные наклономеры можно условно разделить на две основные группы — однокоординатные (ОМН) и двухкоординатные (ДМН). ДМН позволяют проводить одновременное измерение двух углов наклона объекта во взаимноперпендикулярных плоскостях относительно вертикали или горизонтали.

Следует отметить, что результирующее магнитное поле, формируемое ДМН, состоит из двух составляющих — созданной токовым импульсом при протекании им в среде звукопровода (ЗП) и созданной постоянным магнитом (ПМ). Последняя составляющая представляет наибольший интерес, так как она зависит от множества факторов, основными из которых являются форма и размеры ПМ, а также значение остаточной намагниченности  и коэрцитивной силы .

Задачей данной статьи является оценка влияния каждого из основных факторов, влияющих на формирование магнитного поля созданных кольцевым (КПМ) ПМ, используемых в ДМН методом математического моделирования. Это позволит улучшить характеристики ДМН и снизить его себестоимость.

Одним из способов аналитического преобразования уравнений магнитного поля является их предварительное сведение к уравнению относительно скалярного магнитного потенциала [4]. Данный метод расчета является наиболее эффективным, так как скалярными здесь являются не только рассчитываемая величина, но и решаемое уравнение в целом.

Для моделирования магнитных полей, созданных кольцевым ПМ, воспользуемся формулой проекции вектора напряженности магнитного поля на ось Z, созданного ПМ радиусом  и высотой  для КПМ:

,              (1)

где:  — полный эллиптический интеграл второго рода, .

На основании формулы (1) можно сделать вывод, что напряженность магнитного поля, созданная ПМ в разной степени зависит от его размеров и величины остаточной намагниченности.

Это также наглядно демонстрируют результаты моделирования зависимостей напряженности магнитного поля, созданные кольцевым ПМ от высоты (рисунок 1), внутреннего диаметра  КПМ (рисунок 2) а также марки ПМ (рисунок 3). Для моделирования в качестве основного был выбран СПМ с размерами хх=110х90х5 мм соответственно со значением остаточной индукции =0,35 Тл. Моделируемое значение напряженности определялось вдоль оси абсцисс, совмещенной с центром ПМ.

 

Рисунок 1 Зависимость напряженности магнитного поля от высоты КПМ

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

 

Анализ результатов моделирования, приведенных на рисунках 1—3, позволяет сделать вывод, что наиболее эффективным способом изменения напряженности магнитного поля вне ПМ является изменение значения остаточной индукции, определяемой маркой ПМ и высоты.

Изменение диаметра ПМ при значениях >5мм сопровождается незначительным изменением значения напряженности магнитного поля вне ПМ. Поэтому дальнейшее увеличение этого значения является необоснованным.

 

Рисунок 2 Зависимость напряженности магнитного поля от внутреннего диаметра КПМ

 

Рисунок 3 Зависимость напряженности магнитного поля от марки КПМ

Также необходимо отметить, что максимальное значение напряженности магнитного поля было зафиксировано на расстояниях от центра ПМ вдоль оси абсцисс .

Таким образом, полученные в результате теоретического исследования математические формулы позволяют найти оптимальное значение параметров конструкции, что позволяет подобрать оптимальное значение массы и габаритов ДМН, уменьшая при этом его себестоимость изготовления.

Список литературы:

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Заказать статью

1.Воронцов А.А. Применение наклономеров в системах обеспечения безопас­ности автомобильных стрело­вых кранов / А.А. Воронцов, С.Б. Демин, Н.А. Ермолаев // Перспективные направления развития авто­транспортного комплекса: Сб. статей международной НПК. — Пенза: ПГУАС, 2008. — с. 36—39.

2.Воронцов А.А. Наклономеры в системах обес­печения безопасности строи­тельных работ / А.А. Воронцов, С.Б. Демин, Н.А. Ермолаев // Экология и безопасность жизнедеятель­ности: Сб. статей VIII международной НПК. — Пенза: ПГСХА, 2008. — с. 63—65.

3.Воронцов А.А. Наклономеры в автомобильных стреловых кранах / А.А. Воронцов, С.Б. Демин // Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России: Сб. статей V международной НТК. — Пенза: ПГУАС, 2009. — с. 39—42.

4.Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных полей: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. спец. Вузов. — М.: Высш. шк., 1986. — 240 с.