MAGNABEND - FUNDAMENTAL DESIGN Iwwerleeungen
Basis Magnéit Design
D'Magnabend Maschinn ass entworf als mächteg DC Magnéit mat limitéiert Flicht Zyklus.
D'Maschinn besteet aus 3 Basisdeeler: -
De Magnéitkierper deen d'Basis vun der Maschinn bildt an d'Elektromagnetspiral enthält.
D'Clamp Bar déi e Wee fir magnetesche Flux tëscht de Pole vun der Magnéit Basis gëtt, an domat clamps der sheetmetal workpiece.
De Béiestrahl, deen un de viischte Rand vum Magnéitkierper gedréint ass a gëtt e Mëttel fir d'Béikraaft op d'Werkstéck opzemaachen.
Magnéit-Kierper Configuratioun
Verschidde Konfiguratiounen si méiglech fir de Magnéitkierper.
Hei sinn 2 déi allebéid fir Magnabend Maschinnen benotzt goufen:
Déi gestreckt rout Linnen an den Zeechnungen hei uewen representéieren déi magnetesch Fluxweeër.Notéiert datt den "U-Type" Design en eenzege Fluxwee (1 Pair vu Pole) huet, wärend den "E-Type" Design 2 Fluxweeër (2 Pair vu Pole) huet.
Magnéit Konfiguratioun Verglach:
D'E-Typ Konfiguratioun ass méi effizient wéi d'U-Typ Konfiguratioun.
Fir ze verstoen firwat dat esou ass, betruecht déi zwee Zeechnungen hei ënnen.
Op der lénker Säit ass e Querschnitt vun engem U-Typ Magnéit an op der rietser ass en E-Typ Magnéit dee gemaach gouf andeems Dir 2 vun de selwechte U-Typen kombinéiert.Wann all Magnéitkonfiguratioun vun enger Spule mat de selwechte Ampere-Wendungen ugedriwwe gëtt, da wäert kloer de verduebelt Magnéit (den E-Typ) duebel sou vill Spannkraaft hunn.Et benotzt och duebel sou vill Stol awer kaum Drot méi fir d'Spull!(Unahmen e laange Coil Design).
(Déi kleng Quantitéit un extra Drot wier nëmme gebraucht ginn, well déi 2 zwee Been vun der Spule méi wäit ausenee sinn am "E" Design, awer dës Extra gëtt onbedeitend an engem laange Spiraldesign wéi fir de Magnabend benotzt).
Super Magnabend:
Fir en nach méi mächtege Magnéit ze bauen kann d'"E" Konzept verlängert ginn wéi dës duebel-E Konfiguratioun:
3-D Modell:
Drënner ass eng 3-D Zeechnung déi d'Basisarrangement vun Deeler an engem U-Typ Magnéit weist:
An dësem Design sinn d'Front- an Heckpole separat Stécker a si mat Bolzen un de Core Stéck befestegt.
Och wann et prinzipiell méiglech wier en U-Typ Magnéitkierper aus engem eenzege Stéck Stol ze bearbeen, wier et dann net méiglech d'Spule z'installéieren an domat muss d'Spule op der Plaz gewéckelt ginn (op dem machinéierten Magnéitkierper ).
An enger Produktiounssituatioun ass et héich wënschenswäert, d'Spirelen getrennt ze winden (op enger spezieller Form).Also en U-Typ Design diktéiert effektiv eng fabrizéiert Konstruktioun.
Op der anerer Säit léint sech den E-Typ Design gutt fir e Magnéitkierper, deen aus engem eenzege Stolstéck machinéiert ass, well eng prefabrizéiert Spule einfach installéiert ka ginn nodeems de Magnéitkierper beaarbecht gouf.En eenzegt Stéck Magnéitkierper funktionéiert och magnetesch besser well et keng Konstruktiounslücken huet déi soss de magnetesche Flux (an domat d'Spannkraaft) e bësse reduzéieren.
(Déi meescht Magnabends gemaach no 1990 hunn den E-Typ Design beschäftegt).
Auswiel vun Material fir Magnéit Bau
De Magnéitkierper an d'Clampbar mussen aus ferromagnetesche (magnetiséierbare) Material gemaach ginn.Stol ass bei wäitem dat bëllegst ferromagnetescht Material an ass déi offensichtlech Wiel.Wéi och ëmmer, et gi verschidde speziell Stole verfügbar déi ugesi kënne ginn.
1) Silicon Steel : Héichresistivitéitsstahl deen normalerweis an dënnen Laminatiounen verfügbar ass a benotzt gëtt an AC Transformatoren, AC Magneten, Relais etc. Seng Eegeschafte sinn net erfuerderlech fir de Magnabend deen en DC Magnéit ass.
2) Soft Eisen: Dëst Material géif méi nidderegen Reschtmagnetismus weisen, wat gutt wier fir eng Magnabend Maschinn, awer et ass kierperlech mëll, wat bedeit datt et liicht dentéiert a beschiedegt gëtt;et ass besser de Reschtmagnetismusproblem op eng aner Manéier ze léisen.
3) Goss: Net sou einfach magnetiséiert wéi gewalzt Stol, awer kéint ugesi ginn.
4) Edelstahl Typ 416: Kann net esou staark magnetiséiert ginn wéi Stahl an ass vill méi deier (awer kann nëtzlech sinn fir eng dënn Schutzkappfläche um Magnéitkierper).
5) Edelstahl Typ 316: Dëst ass eng net-magnetesch Legierung vu Stol an ass dofir guer net gëeegent (ausser wéi an 4 uewen).
6) Medium Carbon Steel, Typ K1045 : Dëst Material ass eminent gëeegent fir de Bau vum Magnéit, (an aner Deeler vun der Maschinn).Et ass raisonnabel schwéier am als geliwwert Zoustand an et Maschinnen och gutt.
7) Medium Carbon Steel Typ CS1020: Dëse Stol ass net ganz sou schwéier wéi K1045 awer et ass méi einfach verfügbar an ass also déi prakteschst Wiel fir de Bau vun der Magnabend Maschinn.
Bedenkt datt déi wichteg Eegeschafte déi erfuerderlech sinn:
Héich Sättigungsmagnetiséierung.(Déi meescht Stollegierungen saturéiere bei ongeféier 2 Tesla),
Disponibilitéit vun nëtzlechen Sektiounsgréissten,
Resistenz géint zoufälleg Schued,
Machinability, an
raisonnabel Käschten.
Mëttel Kuelestol passt all dës Ufuerderunge gutt.Niddereg Kuelestol kéint och benotzt ginn, awer et ass manner resistent géint zoufälleg Schued.Et ginn och aner speziell Legierungen, wéi Supermendur, déi méi héich Sättigungsmagnetiséierung hunn, awer si sinn net ze berücksichtegen wéinst hire ganz héije Käschte am Verglach zum Stol.
Medium Kuelestol weist awer e Reschtmagnetismus aus, wat genuch ass fir eng Nues ze sinn.(Kuckt d'Sektioun iwwer Restmagnetismus).
De Coil
D'Spiral ass dat wat de magnetiséierende Flux duerch den Elektromagnet dreift.Seng Magnetiséierungskraaft ass just d'Produkt vun der Unzuel vun de Wendungen (N) an dem Spulestroum (I).Sou:
N = Zuel vun Touren
I = Stroum an de Wicklungen.
D'Erscheinung vun "N" an der uewen Formel féiert zu engem gemeinsame Mëssverständnis.
Et gëtt allgemeng ugeholl datt d'Erhéijung vun der Unzuel vun de Wendungen d'Magnetiséierungskraaft erhéijen, awer allgemeng geschitt dat net well extra Wendungen och de Stroum reduzéieren, I.
Betruecht eng coil mat enger fixer DC Spannung geliwwert.Wann d'Zuel vun de Wendungen verduebelt gëtt, da gëtt d'Resistenz vun de Wéckelen och verduebelt (an enger laanger Spule) an domat gëtt de Stroum hallef.Den Nettoeffekt ass keng Erhéijung vum NI.
Wat wierklech NI bestëmmt ass d'Resistenz pro Tour.Also fir NI ze erhéijen muss d'Dicke vum Drot erhéicht ginn.De Wäert vun extra Wendungen ass datt se de Stroum reduzéieren an dofir d'Kraaftdissipatioun an der Spule.
Den Designer sollt bewosst sinn datt den Drotmesser ass wat wierklech d'magnetiséierend Kraaft vun der Spule bestëmmt.Dëst ass de wichtegste Parameter vum Coil Design.
Den NI Produkt gëtt dacks als "Ampere Wendungen" vun der Spule bezeechent.
Wéi vill Ampere Wendungen sinn néideg?
Stol weist eng Sättigungsmagnetiséierung vu ronn 2 Tesla an dëst setzt eng fundamental Limit op wéi vill Spannkraaft ka kritt ginn.
Vun der uewe genannter Grafik gesi mir datt d'Feldstäerkt déi néideg ass fir eng Fluxdicht vun 2 Tesla ze kréien ongeféier 20.000 Ampere-Wendungen pro Meter ass.
Elo, fir en typesche Magnabend Design, ass d'Fluxbunnslängt am Stahl ongeféier 1/5th vun engem Meter an dofir erfuerdert (20.000/5) AT fir Sättigung ze produzéieren, dat ass ongeféier 4.000 AT.
Et wier flott, vill méi Ampere-Wendungen ze hunn wéi dat, sou datt d'Sättigungsmagnetiséierung och wann net-magnetesch Lücken (dh Net-ferro-Werkstécker) an de magnetesche Circuit agefouert ginn.Wéi och ëmmer, extra Ampere Wendungen kënnen nëmme mat bedeitende Käschte fir Kraaftverschwendung oder Käschte vum Kupferdrot gewonnen ginn, oder béid.Dofir ass e Kompromëss gebraucht.
Typesch Magnabend Designs hunn eng Spule déi 3.800 Ampere Wendungen produzéiert.
Bedenkt datt dës Figur net vun der Längt vun der Maschinn ofhängeg ass.Wann deeselwechte magnetesche Design iwwer eng Rei vu Maschinnlängten applizéiert gëtt, da diktéiert et datt déi méi laang Maschinnen manner Wendunge vun méi déckeren Drot hunn.Si wäerte méi Gesamtstroum zéien awer hunn datselwecht Produkt vun Ampere x Wendungen a wäerten déiselwecht Spannkraaft hunn (an déiselwecht Kraaftverbrauch) pro Längteenheet.
Duty Cycle
D'Konzept vum Duty Cycle ass e ganz wichtegen Aspekt vum Design vum Elektromagnet.Wann den Design méi Duty Cycle bitt wéi néideg ass, ass et net optimal.Méi Pflichtzyklus bedeit inherent datt méi Kupferdrot gebraucht gëtt (mat konsequent méi héije Käschte) an / oder et gëtt manner Spannkraaft verfügbar.
Bemierkung: E méi héije Flichtzyklusmagnéit wäert manner Kraaftvergëftung hunn, wat heescht datt et manner Energie benotzt an doduerch méi bëlleg ass ze bedreiwen.Wéi och ëmmer, well de Magnéit nëmme fir kuerz Perioden ON ass, ginn d'Energiekäschte vun der Operatioun normalerweis als ganz wéineg Bedeitung ugesinn.Also ass d'Design Approche sou vill Kraaftverschwendung ze hunn wéi Dir ewech kënnt wat d'Wicklungen vun der Spule net iwwerhëtzt.(Dës Approche ass allgemeng fir déi meescht Elektromagnet Designen).
De Magnabend ass fir en nominellen Duty Cycle vu ronn 25% entworf.
Normalerweis dauert et nëmmen 2 oder 3 Sekonnen fir eng Béi ze maachen.De Magnéit wäert dann fir eng weider 8 bis 10 Sekonnen ausgeschalt ginn, während d'Werkstéck repositionéiert an ausgeriicht ass prett fir déi nächst Béi.Wann de 25% Duty Cycle iwwerschratt gëtt, da gëtt de Magnéit schlussendlech ze waarm an eng thermesch Iwwerlaascht wäert ausléisen.De Magnéit gëtt net beschiedegt, awer e muss ongeféier 30 Minutten ofkille loossen ier en erëm benotzt gëtt.
Operatiounserfahrung mat Maschinnen am Feld huet gewisen datt den 25% Duty Cycle ganz adäquat ass fir typesch Benotzer.Tatsächlech hunn e puer Benotzer fakultativ High Power Versioune vun der Maschinn gefrot, déi méi Spannkraaft op Käschte vu manner Flichtzyklus hunn.
Coil Querschnitt Beräich
D'Querschnittsberäich verfügbar fir d'Spiral wäert de maximale Betrag u Kupferdrot bestëmmen, deen agebaut ka ginn. D'Fläche verfügbar soll net méi sinn wéi néideg ass, konsequent mat erfuerderlechen Ampere Wendungen a Kraaftverbrauch.Méi Plaz fir d'Spule ubidden wäert zwangsleefeg d'Gréisst vum Magnéit erhéijen an zu enger méi laanger Fluxbunnslängt am Stol féieren (wat den Total Flux reduzéiert).
Datselwecht Argument implizéiert datt egal wat Spullraum am Design geliwwert gëtt et ëmmer voll mat Kupferdrot soll sinn.Wann et net voll ass, heescht et datt d'Magnéitgeometrie besser wier.
Magnabend Clamping Force:
D'Grafik hei drënner gouf duerch experimentell Miessunge kritt, awer et stëmmt zimlech gutt mat theoreteschen Berechnungen.
D'Spannkraaft kann mathematesch aus dëser Formel berechent ginn:
F = Kraaft an Newtons
B = magnetesch Flux Dicht an Teslas
A = Fläch vun de Pole a m2
µ0 = magnetesch Permeabilitéitskonstant, (4π x 10-7)
Fir e Beispill wäerte mir d'Spannkraaft fir eng Fluxdicht vun 2 Tesla berechnen:
Also F = ½ (2)2 A/µ0
Fir eng Kraaft op Eenheetsfläch (Drock) kënne mir den "A" an der Formel falen.
Also Drock = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Dëst kënnt op 1.590.000 N/m2 eraus.
Fir dëst an Kilogramm Kraaft ëmzewandelen kann et duerch g gedeelt ginn (9,81).
Also: Drock = 162.080 kg/m2 = 16,2 kg/cm2.
Dëst entsprécht zimlech gutt mat der gemoosser Kraaft fir en Nullspalt, deen op der uewen Grafik ugewise gëtt.
Dës Figur kann einfach op eng total clamping Kraaft fir eng bestëmmte Maschinn ëmgerechent ginn duerch eng multiplizéieren et vun der Pole Beräich vun der Maschinn.Fir de Modell 1250E ass d'Polefläch 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Also d'total, Null-Lück, Kraaft wier (735 x 16,2) = 11.900 kg oder 11,9 Tonnen;ongeféier 9,5 Tonnen pro Meter Magnéitlängt.
Flux Dicht a Spanndrock sinn direkt verwandt a ginn hei ënnen grafesch gewisen:
Praktesch Spannkraaft:
An der Praxis gëtt dës héich Spannkraaft eréischt realiséiert wann se net gebraucht gëtt(!), Dat heescht wann dënn Stahlwierkstécker gebéit ginn.Wann net-ferro workpieces béien wäert d'Kraaft manner wéi an der Grafik uewen gewisen, an (e bësse virwëtzeg), et ass och manner wann décke Stol workpieces béien.Dëst ass well d'Spannkraaft déi néideg ass fir eng scharf Béi ze maachen ass ganz vill méi héich wéi déi néideg fir eng Radiusbéi.Also wat geschitt ass datt wann d'Béie weidergeet, de viischte Rand vun der Clampbar liicht eropgeet, sou datt d'Werkstéck e Radius bilden.
Déi kleng Loftspalt, déi geformt gëtt, verursaacht e liichte Verloscht vun der Spannkraaft, awer d'Kraaft, déi néideg ass fir de Radiusbéi ze bilden, ass méi schaarf erofgaang wéi d'Magnéitspannkraaft.Sou entsteet eng stabil Situatioun an d'Clampbar léisst net lass.
Wat uewen beschriwwen ass, ass de Modus vum Béie wann d'Maschinn no senger Dickelimit ass.Wann en nach méi décker Werkstéck probéiert gëtt, da wäert d'Klemmbar natierlech ophiewen.
Dëst Diagramm suggeréiert datt wann d'Nuesrand vun der Klemmbar e bësse radiuséiert gouf, anstatt scharf, da wier d'Loftspalt fir déck Béie reduzéiert.
Tatsächlech ass dëst de Fall an e richteg gemaachte Magnabend wäert eng Clampbar mat engem radiuséierte Rand hunn.(E radiuséierte Rand ass och vill manner ufälleg fir zoufälleg Schued am Verglach mat engem scharfen Rand).
Marginal Modus vum Bend Failure:
Wann e Béi op e ganz décke Werkstéck versicht gëtt, da wäert d'Maschinn et net béien, well d'Clampbar einfach ofhëlt.(Glécklecherweis geschitt dat net op eng dramatesch Aart a Weis; d'Clampbar léisst just roueg goen).
Wéi och ëmmer, wann d'Biebelaaschtung nëmmen e bësse méi grouss ass wéi d'Biegekapazitéit vum Magnéit, dann ass allgemeng wat geschitt ass datt d'Biege weider geet fir ongeféier 60 Grad ze soen an da fänkt d'Clampbar no hannen ze rutschen.An dësem Ausfallmodus kann de Magnéit nëmmen indirekt d'Biebelaaschtung widderstoen andeems d'Reibung tëscht dem Werkstück an dem Bett vum Magnéit erstallt gëtt.
D'Dicke Ënnerscheed tëscht engem Echec wéinst Lift an engem Echec wéinst Rutsch ass allgemeng net ganz vill.
De Lift-off Feeler ass wéinst dem Werkstéck de viischte Rand vun der Clampbar no uewen.D'Spannkraaft um viischte Rand vun der Spannbar ass haaptsächlech wat dëst widderstoen.Clamping um hënneschte Rand huet wéineg Effekt well et no ass wou d'Clampbar gedréint gëtt.Tatsächlech ass et nëmmen d'Halschent vun der totaler Spannkraaft, déi géint den Ophiewe widderstoen.
Op der anerer Säit ass de Rutsch vun der totaler Spannkraaft widderstoen awer nëmmen iwwer Reibung, sou datt déi aktuell Resistenz vum Reibungskoeffizient tëscht dem Werkstéck an der Uewerfläch vum Magnéit hänkt.
Fir proppert an dréchent Stol kann de Reibungskoeffizient esou héich wéi 0,8 sinn, awer wann d'Schmierung präsent ass, da kéint et esou niddereg wéi 0,2 sinn.Typesch wäert et iergendwou tëscht esou sinn datt de marginale Modus vum Béiefehler normalerweis wéinst Rutschen ass, awer Versuche fir d'Reibung op der Uewerfläch vum Magnéit z'erhéijen sinn net wäertvoll fonnt ginn.
Déck Kapazitéit:
Fir en E-Typ Magnéitkierper 98mm breet a 48mm déif a mat enger 3.800 Ampere-Wendspiral, ass déi voll Längt Béikapazitéit 1,6mm.Dës Dicke gëlt souwuel fir Stahlblech wéi och Aluminiumplack.Et gëtt manner Spannung op der Aluminiumplack awer et erfuerdert manner Dréimoment fir se ze béien, sou datt dëst kompenséiert esou eng ähnlech Jaugekapazitéit fir béid Metallarten.
Et muss e puer Opgepasst op der uginn Béie Kapazitéit ginn: D'Haaptrei ass, datt d'Ausbezuelen Stäerkt vun der Blech Metal breet variéieren kann.D'1.6mm Kapazitéit gëlt fir Stahl mat engem Streechspannung vu bis zu 250 MPa an op Aluminium mat engem Striewespannung bis zu 140 MPa.
D'Dickekapazitéit am Edelstol ass ongeféier 1,0 mm.Dës Kapazitéit ass wesentlech manner wéi fir déi meescht aner Metaller, well Edelstol normalerweis net magnetesch ass an awer e vernünfteg héije Rendementspannung huet.
En anere Faktor ass d'Temperatur vum Magnéit.Wann de Magnéit erlaabt ass waarm ze ginn, da wäert d'Resistenz vun der Spule méi héich sinn an dëst wäert dozou féieren datt se manner Stroum zitt mat konsequent manner Ampere-Wendungen a manner Spannkraaft.(Dësen Effekt ass normalerweis zimlech moderéiert an ass onwahrscheinlech datt d'Maschinn net seng Spezifikatioune entsprécht).
Endlech, kéint décke Kapazitéit Magnabends gemaach ginn, wann de Magnéit Querschnëtt méi grouss gemaach gouf.