陳明豐,李劍峰,朱洪波,姜 濤,佟永吉,楊 柏
(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司,沈陽(yáng) 110004;2.沈陽(yáng)工程學(xué)院, 沈陽(yáng) 110136)
隨著科技的快速發(fā)展,近年來(lái)許多專家學(xué)者針對(duì)永磁調(diào)速器振動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)了一系列的研究,并且取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[1]對(duì)于具有相同外形尺寸和磁路尺寸,磁極數(shù)目不同對(duì)永磁調(diào)速器振動(dòng)的影響,研究得出隨著磁極數(shù)目的不斷增大,振動(dòng)速度逐漸減小。永磁調(diào)速器的關(guān)鍵是其磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳遞磁力轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確計(jì)算,并保證整機(jī)滿足熱穩(wěn)定性[2]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)已有學(xué)者對(duì)永磁調(diào)速器建模方法、有限元分析及數(shù)值仿真計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究。楊超君等[3-4]進(jìn)行了雙層實(shí)心和鼠籠轉(zhuǎn)子異步磁力聯(lián)軸器的渦流傳動(dòng)特性分析;王旭等[1]研究了盤式永磁調(diào)速器的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);李桃等[5]建立了基于三維運(yùn)動(dòng)渦流場(chǎng)的盤式永磁聯(lián)軸器的有限元模性分析了其機(jī)械特性。
目前,對(duì)于永磁調(diào)速器的研究多集中在基于盤式或筒式單一結(jié)構(gòu)下的磁場(chǎng)和渦流場(chǎng)分析上。本文研究一種混合式永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu),這種混合式結(jié)構(gòu)既具有徑向磁路,又具有軸向磁路,可增大永磁調(diào)速器的轉(zhuǎn)矩和功率密度。但這種混合式結(jié)構(gòu)是否會(huì)對(duì)永磁調(diào)速器的振動(dòng)效果產(chǎn)生影響,有待研究。大多數(shù)文獻(xiàn)都是研究永磁體轉(zhuǎn)子對(duì)永磁調(diào)速器振動(dòng)的影響,很少有文獻(xiàn)研究導(dǎo)體轉(zhuǎn)子對(duì)永磁調(diào)速器振動(dòng)影響。
本文以一種混合式永磁耦合調(diào)速器的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子為模型,以Sander薄殼理論為基礎(chǔ),分析軸向?qū)w轉(zhuǎn)子,徑向?qū)w轉(zhuǎn)子作為對(duì)軸向?qū)w轉(zhuǎn)子一端的約束條件。建立三維運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,利用有限元仿真軟件研究了永磁耦合調(diào)速器導(dǎo)體轉(zhuǎn)子(徑向?qū)w轉(zhuǎn)子與軸向?qū)w轉(zhuǎn)子)振動(dòng)特性的影響。通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算方法的正確性。
總體上來(lái)說(shuō),百日咳報(bào)告的年均發(fā)病率從免疫規(guī)劃實(shí)施前階段(1954—1979年)的148.57/10萬(wàn)下降至實(shí)施后階段(1980—2017年)的11.28/10萬(wàn),下降了92.41%,報(bào)告病例數(shù)下降83.00%。隨著免疫規(guī)劃的不斷普及深入,臺(tái)州市百日咳的年均發(fā)病率呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)(χ2=247 187.457,P<0.01)。
永磁調(diào)速器是一種利用導(dǎo)體盤與永磁盤間磁場(chǎng)的相互作用,從而傳遞電機(jī)與負(fù)載之間扭矩的一種機(jī)械裝置,通過(guò)氣隙實(shí)現(xiàn)調(diào)速過(guò)程[6]。根據(jù)永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)不同大體可分為兩類,一類為盤式永磁調(diào)速器;另一類為筒式永磁調(diào)速器[7]。
混合式永磁調(diào)速器導(dǎo)體轉(zhuǎn)子可分為環(huán)形轉(zhuǎn)子和盤形轉(zhuǎn)子,兩部分組成一個(gè)筒形結(jié)構(gòu),通過(guò)軸套安裝在輸入軸上并隨之旋轉(zhuǎn)。其中環(huán)形導(dǎo)體轉(zhuǎn)子由銅環(huán)及其支撐鋼環(huán)組成,盤形導(dǎo)體轉(zhuǎn)子由銅盤及其支撐鋼盤組成。永磁轉(zhuǎn)子也由環(huán)形和盤形兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)組成,伸入導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)部,浮動(dòng)安裝在輸出軸增設(shè)的軸段上。其中環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子由鋁環(huán)、弧形永磁體及其支撐鋼環(huán)組成,弧形永磁體徑向充磁且N,S極交替放置。盤形永磁轉(zhuǎn)子則由鋁盤、矩形永磁體及其支撐鋼盤組成,矩形永磁體軸向充磁且N,S極交替放置。永磁體與導(dǎo)體之間隔有氣隙。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),拉動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子隨之同向轉(zhuǎn)動(dòng),再由軸段將轉(zhuǎn)矩傳遞給輸出軸?;旌鲜接来耪{(diào)速器的調(diào)速裝置通過(guò)拉動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子在銷軸內(nèi)沿軸向移動(dòng),改變盤形轉(zhuǎn)子間的氣隙長(zhǎng)度以及環(huán)形轉(zhuǎn)子間的重疊面積,從而調(diào)節(jié)混合式永磁渦流耦合器的輸出轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩,達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的?;旌鲜接来耪{(diào)速器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(a) 外殼
(b) 轉(zhuǎn)子
本文研究了一種混合式永磁渦流耦合器,它采用了徑向與軸向分別充磁的雙向結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩分別通過(guò)軸向與徑向兩個(gè)方向傳遞給負(fù)載軸,極大提高了輸出轉(zhuǎn)矩的傳遞效率。與傳統(tǒng)的單向永磁渦流耦合器相比,混合式永磁渦流耦合器有以下優(yōu)點(diǎn):采用了雙向調(diào)速,其轉(zhuǎn)矩傳遞效率更高,節(jié)能效果更好;在相同的空間內(nèi)有著更高的工作效率,提高了空間利用率;發(fā)生單一的徑向或者軸向故障時(shí),系統(tǒng)仍然可以運(yùn)行,提高了運(yùn)行的容錯(cuò)性。
通過(guò)示范區(qū)建設(shè),加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,改善農(nóng)民的生產(chǎn)、生活條件,擴(kuò)大農(nóng)機(jī)化服務(wù)功能,提高了科技對(duì)農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)率,并通過(guò)技術(shù)培訓(xùn),使農(nóng)民的科技文化素質(zhì)得到提高。
本文所建立的徑向?qū)w轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型如圖2所示,設(shè)徑向?qū)w轉(zhuǎn)子半徑為b,厚度為H1,F為徑向
圖2 徑向?qū)w轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)及坐標(biāo)系
導(dǎo)體轉(zhuǎn)子所受的外力,導(dǎo)體轉(zhuǎn)子角速度為φ。在極坐標(biāo)系下建立徑向?qū)w轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程:
(1)
(2)
(3)
軸向?qū)w轉(zhuǎn)子約束勢(shì)能:
(1)突出環(huán)境照明。所謂的突出環(huán)境照明,又可以稱之為基礎(chǔ)照明,是指整個(gè)展示現(xiàn)場(chǎng)的空間照明。整個(gè)環(huán)境明亮,展示空間和展品的細(xì)節(jié)都能清晰的展現(xiàn)。展區(qū)的面貌和氣氛可以由燈光改變,不同的燈光營(yíng)造不同的展區(qū)效果,柔和燈光讓人舒適,延緩視覺(jué)疲勞;強(qiáng)烈燈光突出展品,讓參展這印象深刻。突出環(huán)境照明的基礎(chǔ)照明可用直接光源,也可以用間接光源,需根據(jù)展示的需要和類型而定。
(4)
本文對(duì)混合式永磁調(diào)速耦合器的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子仿真分析是在設(shè)備處于不同轉(zhuǎn)速以及導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸向移動(dòng)過(guò)程時(shí)進(jìn)行的。利用有限元仿真軟件SolidWorks,建立仿真模型,分析仿真結(jié)果得出影響永磁調(diào)速器振動(dòng)因素[11]。
上世紀(jì)八十年代,鄧小平曾經(jīng)提出體制改革的設(shè)想;近年中央紀(jì)委研究室也曾指出,影響反腐敗成效,體制障礙是最大的障礙,機(jī)制缺陷是根本的缺陷。那么涉及到體制改革,諸如民主與法治、土地產(chǎn)權(quán)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、權(quán)力的監(jiān)督與限制等體制上的問(wèn)題,現(xiàn)在仍然存在著種種不同的認(rèn)識(shí),影響相關(guān)領(lǐng)域改革的深化。
(5)
(6)
(7)
由式(5)、式(6)與式(7)聯(lián)立可得徑向?qū)w轉(zhuǎn)子的振動(dòng)方程:
(8)
此外使用狄恩數(shù)來(lái)分析爬坡管段的湍流流動(dòng)變化。狄恩數(shù)為流體流經(jīng)彎管時(shí)的離心力與黏性力之比,其數(shù)值等于雷諾數(shù)與管道半徑、彎頭曲率半徑比的平方根之積[8],其表達(dá)式為
對(duì)材料力學(xué)性能測(cè)試是根據(jù)GB/T 228.1-2010的要求進(jìn)行單拉實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)在EHF-UV200k2-070電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3根試樣結(jié)果的平均值。
計(jì)算時(shí)假設(shè)永磁體轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子為圓柱形的殼體,一系列在時(shí)間上呈周期性變化的r階力波沿圓周均勻地分布在永磁體轉(zhuǎn)子上。利用有限元軟件建立永磁體轉(zhuǎn)子與永磁體轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)單模型進(jìn)行三維模態(tài)仿真,得到2≤r≤5 階模態(tài)和振型[10]。力波階數(shù)r≥2時(shí)的固有振動(dòng)頻率:
圖3 軸向?qū)w轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)及坐標(biāo)系
徑向?qū)w轉(zhuǎn)子振動(dòng)方程式(8)的解:
(1)還有別的原因么?校內(nèi)幾個(gè)人的模型是不同的,你該原諒他們,他們中有的實(shí)在是可憐——無(wú)聊而又無(wú)聊的。
εr=[Dg1(Kr)+Gy1(Kr)]ejξt
(9)
徑向?qū)w轉(zhuǎn)子對(duì)軸向?qū)w轉(zhuǎn)子約束:
(10)
軸向?qū)w轉(zhuǎn)子任意一點(diǎn)位置矢量:
根據(jù)單親子女的心理特征及問(wèn)題表現(xiàn),作為一名高中學(xué)生學(xué)生工作者,有責(zé)任從以下幾個(gè)方面做好單親家庭學(xué)生的心理教育工作:
她也微微一笑,接過(guò)他遞來(lái)的牛奶,啜進(jìn)口中。他是想說(shuō)想念么?她僵硬了一整個(gè)星期,168個(gè)小時(shí),10080分鐘,604800秒的心,就在他的微微一笑之后,頃刻間融化了。變成一灘柔軟的水,灌溉了她的血液,讓她周身都溫暖起來(lái)。她也很想他啊。她很想知道他在那一周中的每一秒鐘是怎樣度過(guò)的。吃了什么,和誰(shuí)吃的,睡得好么,和誰(shuí)睡的。工作順利么,畫了多少圖?
α=ui+vj+ωz
(11)
式中:i,j,z分別為(x,θ,r)方向上的單位矢量。軸向?qū)w轉(zhuǎn)子的功能:
φ2(v2+ω2)]Rdxdθ
(12)
式中:εr,εθ,εz分別為徑向?qū)w轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移分量;Γr,Γθ,Γz,Γrθ,Γrz,Γθz為徑向?qū)w轉(zhuǎn)子各應(yīng)力分量,導(dǎo)體轉(zhuǎn)子應(yīng)變與位移的關(guān)系式如下:
(13)
軸向?qū)w轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移函數(shù):
(14)
式中:Un(x),Vn(x),Wn(x)為位移函數(shù)。
由于軸向?qū)w轉(zhuǎn)子所受的約束力是任意的,因此,采用改進(jìn)的傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)兩個(gè)方向上的軸向?qū)w轉(zhuǎn)子位移進(jìn)行展開(kāi):
(15)
由上述理論及其永磁調(diào)速器其他參數(shù)估算,確定徑向?qū)w轉(zhuǎn)子厚度范圍為5 ~10 mm時(shí)振動(dòng)效果最小。雖然利用上述理論估算出了徑向?qū)w轉(zhuǎn)子的厚度范圍,但仍需要有限元仿真軟件來(lái)確定最理想的徑向?qū)w轉(zhuǎn)子厚度。
物體的固有頻率僅由物體自身性質(zhì)所決定,與外部條件無(wú)關(guān),它由一組模態(tài)參數(shù)(固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼比等) 定量描述,實(shí)際中可通過(guò)無(wú)阻尼自由振動(dòng)方程計(jì)算得出[8-9]。
本文所建立的軸向?qū)w轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型如圖3所示,導(dǎo)體轉(zhuǎn)子角速度為φ,導(dǎo)體轉(zhuǎn)子厚度為H,長(zhǎng)為L(zhǎng),導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為R,正交曲線坐標(biāo)為(x,θ,r)的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在x,θ,r上的位移分量分別為u,v,ω。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的材料密度為ρ,泊松比為μ。由于導(dǎo)體轉(zhuǎn)子是由徑向與軸向轉(zhuǎn)子兩部分組成,徑向轉(zhuǎn)子與軸向轉(zhuǎn)子左端接觸連接,因此,徑向轉(zhuǎn)子對(duì)軸向轉(zhuǎn)子具有邊界約束。
由于熔滲溫度不同,反應(yīng)熔滲制備的C/C-SiC復(fù)合材料的理論熔滲高度也不同,從而SiC理論含量不同。Yang等[16]在Washburn公式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),得到了計(jì)算理論熔滲高度為:
式中:E為彈性模量;m為轉(zhuǎn)子平均半徑處的單位表面質(zhì)量;hf為轉(zhuǎn)子的徑向厚度;Rf1為轉(zhuǎn)子平均半徑。由上述分析可知,在其他條件不變的情況下,轉(zhuǎn)子的徑向厚度越大,其固有振動(dòng)頻率越高。
式中:ζr,ζθ,ζz為徑向?qū)w轉(zhuǎn)子軸向應(yīng)變。
2)在本研究中,商品價(jià)格對(duì)醫(yī)藥B2C平臺(tái)顧客忠誠(chéng)度的影響值為 0.23,相對(duì)其他影響因素而言最低。對(duì)于顧客而言,商品價(jià)格能影響顧客做出的選擇,但并非主要因素。
對(duì)軸向?qū)w轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行有限元仿真,分別得到轉(zhuǎn)速為1 000 r/min,1 500 r/min,2 000 r/min,2 500 r/min時(shí),軸向?qū)w轉(zhuǎn)子的振動(dòng)仿真結(jié)果如圖4所示,軸向?qū)w轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)表如表1所示。
(a) ν=1 000 r/min
(b) ν=1 500 r/min
(c) ν=2 000 r/min
(d) ν=2 500 r/min
轉(zhuǎn)速ν/(r·min-1)KXKYKZ1 0002.424 5×10-80.716 460.716 511 5002.471 1×10-80.716 500.716 552 0002.538 9×10-80.716 530.716 592 5002.632 1×10-80.716 610.716 60
對(duì)圖4與表1進(jìn)行分析,初步可以得到結(jié)論如下:軸向?qū)w轉(zhuǎn)子整體振動(dòng)幅度不大,轉(zhuǎn)速與振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)成正比。轉(zhuǎn)速增大,振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)增大,但是增加量極小。軸向?qū)w轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)幾乎相等。
圖5是在軸向?qū)w轉(zhuǎn)子的左端加入徑向?qū)w轉(zhuǎn)子時(shí),不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子振動(dòng)仿真。表2為導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)。
(a) ν=1 000 r/min
(b) ν=1 500 r/min
(c) ν=2 000 r/min
(d) ν=2 500 r/min
轉(zhuǎn)速ν/(r·min-1)KXKYKZ1 0000.015 1540.481 770.481 821 5000.015 1560.481 790.481 852 0000.015 1550.481 810.481 872 5000.015 1570.481 850.481 89
對(duì)表1與表2進(jìn)行分析,初步可以得到結(jié)論如下:徑向與軸向?qū)w轉(zhuǎn)子X(jué)方向振動(dòng)參與系數(shù)遠(yuǎn)大于軸向?qū)w轉(zhuǎn)子,這是因?yàn)閱为?dú)的軸向?qū)w轉(zhuǎn)子X(jué)方向的;徑向與軸向?qū)w轉(zhuǎn)子Y方向與Z方向振動(dòng)參與系數(shù)遠(yuǎn)小于軸向?qū)w轉(zhuǎn)子,這是因?yàn)樵谳S向?qū)w的左端添加一個(gè)徑向?qū)w轉(zhuǎn)子,徑向?qū)w轉(zhuǎn)子對(duì)軸向?qū)w轉(zhuǎn)子在Y方向與Z方向存在約束力F;轉(zhuǎn)速增大,振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)增大,但是增加量極?。粡较蚺c軸向?qū)w轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下振動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)幾乎相等,則導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下約束力F對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下振動(dòng)的影響甚小,可以把約束力F看作常數(shù)。
對(duì)不同厚度的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在處于不同推進(jìn)面積(1/3,2/3和3/3)時(shí),針對(duì)不同的轉(zhuǎn)差作振動(dòng)分析,如圖6所示,其目的在于分析導(dǎo)體轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性,以便于尋找設(shè)備的最佳工作狀態(tài),規(guī)避對(duì)設(shè)備造成損壞的不利運(yùn)行狀態(tài),并進(jìn)一步確定導(dǎo)體轉(zhuǎn)子振動(dòng)最優(yōu)尺寸。
(a) 推進(jìn)面積為1/3
(b) 推進(jìn)面積為2/3
(c) 推進(jìn)面積為3/3
通過(guò)對(duì)圖6進(jìn)行分析,初步可以得到結(jié)論如下:不同厚度的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在不同推進(jìn)位置隨著轉(zhuǎn)速的增加,振動(dòng)逐漸增大到達(dá)最大值后逐漸減小。相同轉(zhuǎn)速下,當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子推進(jìn)位置為2/3時(shí),導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況最差。在相同推進(jìn)位置處,轉(zhuǎn)速在1 500 r/min左右,不同厚度的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況最差。通過(guò)對(duì)比,導(dǎo)體轉(zhuǎn)子厚度為8 mm時(shí),導(dǎo)體轉(zhuǎn)子整體振動(dòng)效果最優(yōu)。
本文采用的振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖7所示,包括異步電動(dòng)機(jī)、混合式永磁調(diào)速器、振動(dòng)采集系統(tǒng)。圖7中設(shè)有2個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)1位于混合式永磁調(diào)速器外殼上,測(cè)點(diǎn)2位于混合式永磁調(diào)速器負(fù)載軸上,其中測(cè)點(diǎn)2為備用測(cè)點(diǎn)。
圖7 混合式永磁調(diào)速器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)
測(cè)量混合式永磁調(diào)速器振動(dòng)時(shí),首先起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),調(diào)節(jié)混合式永磁調(diào)速器氣隙,將負(fù)載軸調(diào)至預(yù)定轉(zhuǎn)速。隨后控制電渦流制動(dòng)器,增大負(fù)載軸轉(zhuǎn)速,記錄混合式永磁調(diào)速器振動(dòng)數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行時(shí)域、時(shí)頻域分析。最后得到時(shí)域波形如圖8所示。
圖8 振動(dòng)時(shí)域波形圖
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了混合式永磁調(diào)速器軸向?qū)w轉(zhuǎn)子與徑向?qū)w轉(zhuǎn)子為厚度8 mm時(shí),混合式永磁調(diào)速器的振動(dòng)最小。
本文研究了混合式永磁耦合調(diào)速器中徑向?qū)w轉(zhuǎn)子對(duì)軸向?qū)w轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題。研究了不同厚度的徑向?qū)w轉(zhuǎn)子對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的影響,利用有限元軟件仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。得到導(dǎo)體轉(zhuǎn)子厚度為8 mm時(shí),混合式永磁調(diào)速器整體振動(dòng)最小。為混合式永磁調(diào)速器振動(dòng)研究提供一定的理論依據(jù)。