Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАГНИТООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ФЕРРОТЕЛ

Беззубцева М.М. 1 Обухов К.Н. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье изложены результаты исследований физико-механических процессов в магнитоожиженном слое рабочего объема электромагнитных механоактиваторов. Проведенные исследования позволяют решить задачу по определению нормальной и тангенциальной сил взаимодействия между размольными сферическими ферромагнитными элементами в постоянном магнитном поле и проанализировать в зоне силовых контактов характер преобладающих деформаций. Результаты исследований имеют практическое значение для вычисления критериев прогнозирования эффектов намола при проектировании типовых рядов электромагнитных механоактиваторов для тонкого и сверхтонкого диспергирования высокопрочных продуктов.
механоактивация
процесс диспергирования
магнитоожиженный слой
1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Энергетическая теория способа формирования диспергирующих нагрузок в электромагнитных механоактиваторах // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12–6. – С. 1157–1161.
2. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Загаевски Н.Н. Формирование диспергирующих нагрузок в магнитоожиженном слое электромагнитных механоактиваторов // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 10. – С. 78–80.
3. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Волков В.С. Теоретические исследования деформированного магнитного поля в рабочем объеме электромагнитных механоактиваторов с магнитоожиженным слоем размольных элементов цилиндрической формы // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6–4. – С. 689–693.
4. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Определение сил и моментов, действующих на систему ферромагнитных размольных элементов цилиндрической формы в магнитоожиженном слое рабочего объема электромагнитных механоактиваторов // Фундаментальные исследования. – № 11 – 3, 2014. – С. 504–508.
5. Беззубцева М.М. Исследование процесса измельчения какао бобов в электромагнитных механоактиваторах // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 3. – С. 171.
6. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К вопросу исследования процесса электромагнитной механоактивации пищевого сельскохозяйственного сырья // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1–2. – С. 232–234.
7. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Дзюба А.М. Исследование процесса перемешивания сыпучих материалов в электромагнитных мешалках // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 11 (часть 3). – С. 116–117.
8. Беззубцева М.М., Назаров И.Н. Исследование электромагнитного способа оценки степени загрязненности технологических сред примесями // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2009. – № 17. С. 240-246.
9. Беззубцева М.М., Волков В.С., Губарев В.Н. Способ диагностики загрязненности технологических сред ферропримесями // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 1. – С. 60–61.
10. Беззубцева М.М. К вопросу исследования эффекта намола в аппаратах с магнитоожиженным слоем ферротел // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 8. – С. 96.
11. Беззубцева М.М., Зубков В.В. Прогнозирование эффекта намола измельчающего оборудования // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 6. – С. 145–146.
12. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Прикладная теория электромагнитной механоактивации (монография) // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2–1. – С. 101–102.
13. Беззубцева М.М., Волков В.С Оптимизация коэффициента объемного заполнения электромагнитных механоактиваторов (ЭММА) //Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 3. – С. 70–71.
14. Беззубцева М.М., Волков В.С Рекомендации по проектированию электромагнитных механоактиваторов // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 5–2. – С. 128–129.
15. Пуговкин П.Р., Беззубцева М.М. Модель образования сцепляющего усилия в ЭПМ // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 1987. – № 10. – С. 91.

Теория взаимодействия сферических ферромагнитных тел в магнитоожиженном слое является недостаточно разработанной. Между тем исследования последних лет [1, 2, 3, 4] показывают, что в магнитоожиженном слое ферротел можно создавать значительное по величине регулируемое силовое поле и осуществлять энергоэкономичные технологические процессы различного целевого назначения (электромагнитная механоактивация, перемешивание и т.д.) [5, 6, 7]. В процессе механоактивации при высоких скоростных и электромагнитных режимах работы может возникать эффект износа (намола) ферромагнитных элементов [8, 9]. В настоящее время на основании развития теории трения разработаны критерии прогнозирования эффекта намола [10, 11]. Правомерность их использования в проектном расчете промышленных типовых рядов электромагнитных механоактиваторов (ЭММА) требует проведения дополнительных исследований физико-механических процессов в контактной системе ферромагнитных элементов, происходящих под действием постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля.

Целью исследования является установление зависимости нормальных и тангенциальных сил взаимодействия между ферромагнитными элементами в структурных группах от величины индукции в зазоре между полюсами электромагнита.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования являются физико-механические процессы в рабочих объемах ЭММА при формировании диспергирующих нагрузок. Использованы экспериментально – статистические методы исследования.

Результаты исследования и их обсуждение

По существующей в настоящее время трактовке физических процессов, происходящих в рабочем объеме (или зазоре) аппаратов с магнитоожиженным слоем, в основу механизма передачи момента вращения слою ферротел положены электромагнитные силы [15]. Нами сформулирована новая точка зрения на механизм формирования силового (или сцепляющего) усилия между ферромагнитными элементами в аппаратах с магнитоожиженным слоем [12]. Полагаем, что передача момента осуществляется за счет сил трения, развиваемых в слое скольжения (или в зоне разрушения) структурных построений между ферротелами. Такая трактовка процессов в рабочем объеме исследуемых аппаратов согласуется с полученными экспериментальными данными, выполненными на макетах, моделирующих рабочий объем исследуемых аппаратов.

Эксперименты выполнялись на стенде «Электромагнит ФЛ-1», создающим регулируемое по величине и постоянное по знаку электромагнитное поле между полюсными наконечниками электромагнита (рис. 1). В процессе исследований на макетах, моделирующий рабочий объем (зазор), было установлено существование различных структурных построений из сферических ферротел. На рис. 2 представлены 6 таких структурных групп. Исследовали единичные структурные построения из стальных шариков различного диаметра d = 4, 5, 6, 7 мм и определяли силы взаимодействия в контактной системе между двумя сферическими элементами. В проведенных экспериментах «угол разрыва связок» θ0 является в действительности углом деформации структурных построений из ферротел [12]. Экспериментально установлено, что угол θ0 достигает величины 16–20 ° при индукции в рабочем зазоре (объеме) B = 0,3–0,4 Тл.

bez1.tif

Рис. 1. Схема экспериментальной установки «Электромагнит ФЛ-1»: 1 – сердечник с подвижными полюсами; 2 – обмотка управления; 3 – пластина со структурными построениями из ферромагнитных сферических элементов; 4 – динамометр; 5 – контрольный ферромагнитный сферический элемент с припаянной тягой; 6 – регулировочный реостат; А и V – амперметр и вольтметр в цепи обмотки управления

bez2.tif

Рис. 2. Структурные построения (I–VI) из ферромагнитных элементов в постоянном электромагнитном поле: 1, 2 – поверхности, ограничивающие рабочий объем; 3 – контрольный ферромагнитный шар; 4 – тяга, прикрепленная при помощи серебряной пайки к контрольному шару; Рτ – тангенциальная составляющая сил взаимодействия между сферическими ферротелами

Анализ результатов исследования позволил решить задачу по определению нормальной силы взаимодействия РN между сферическими ферротелами в постоянном электромагнитном поле. Измеряя величину bezzub01.wmf (усилие), развиваемое взаимодействием одной пары сферических ферротел при радиальном магнитном поле (в пространстве между двумя коаксиальными цилиндрами), можно, зная величину коэффициента трения f пары 2-х сферических ферротел, определить силы РN при различных значениях индукции в магнитном поле, в котором осуществляется их механическое взаимодействие:

bezzub02.wmf,

где f – коэффициент трения одной пары ферротел.

Данные экспериментальных исследований в виде графических зависимостей усилия взаимодействия одной пары ферротел в структурной группе от величины индукции в моделируемом рабочем объеме bezzub03.wmf представлены на рис. 3, 4, 5 и 6.

bez3.tif

Рис. 3. Зависимость тангенциальной силы взаимодействия между ферромагнитными шарами диаметром d = 7 мм в структурной группе от индукции в зазоре между полюсами электромагнита

bez4.tif

Рис. 4. Зависимость тангенциальной силы взаимодействия между ферромагнитными шарами диаметром d = 6 мм в структурной группе от индукции в зазоре между полюсами магнита

bez5.tif

Рис. 5. Зависимость тангенциальной силы взаимодействия между ферромагнитными шарами диаметром d = 5 мм в структурной группе от индукции в зазоре между полюсами электромагнита

bez6.tif

Рис. 6. Зависимость тангенциальной силы взаимодействия между ферромагнитными шарами диаметром d = 4 мм в структурной группе от индукции в зазоре между полюсами электромагнитамагнита

bez7.tif

Рис. 7. Зависимость тангенциальной составляющей сил взаимодействия между ферромагнитными элементами от индукции в рабочем зазоре (объеме) В при высоте рабочего зазора (объема) М: 1 – М = 0,25 мм; 2 – М = 0,5 мм; 3 – М = 1,5 мм

 

 

В слое ферромагнитных тел рабочего объёма при наличии магнитного поля и смещении одной из поверхностей имеет место 4 возможных вида нарушения фрикционной связи: пластическое оттеснение ферротел, упругое деформирование материала ферротел, разрушения плёнок, покрывающих поверхности твёрдых тел, разрушение основного материала ферротел. Учитывая неоднородность и дискретность фрикционных контактов, тангенциальная составляющая силы взаимодействия между ферротелами в слое разрыва структур (между плоскостями) Pτ равна сумме элементарных сил трения ∆τ, возникающих на отдельных площадках касания. Зависимость тангенциальной составляющей сил взаимодействия между ферромагнитными элементами от индукции в рабочем зазоре (объеме) исследована на модели рабочего зазора (объема) ЭММА для статических испытаний. Тангенциальная составляющая силы взаимодействия в слое ферротел определена при оптимальном значении коэффициента объемного заполнения ферромагнитной составляющей рабочего объема Kv = 0,4 [13]. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 7.

Анализ экспериментальных данных позволил сформулировать общий подход к качественной и (с известными допущениями) к количественной оценке сил взаимодействия между ферротелами, развивающихся под действием сил магнитного поля и механических сил от двигателя, приводящего во вращение подвижную часть устройства, моделирующего электромагнитный механоактиватор [12].

Заключение

Полученные результаты позволяют установить значение нормальной и тангенциальной сил взаимодействия между сферическими ферротелами в постоянном электромагнитном магнитном поле и проанализировать характер в преобладающих деформаций. Результаты исследований имеют практическое значение для вычисления критериев прогнозирования эффектов намола при проектировании типовых рядов ЭММА [14].


Библиографическая ссылка

Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАГНИТООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ФЕРРОТЕЛ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 7-2. – С. 191-195;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6991 (дата обращения: 25.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074