Записка / Курс.Р_1.(ЭМК))
.doc
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Физические методы контроля»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
«Приборы и методы электромагнитного контроля»
Тема работы: Определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий
Выполнил студент гр. МПК-071
Руководитель:
НОВИКОВ В.А.
Могилев 2013
Содержание
-
Введение………………………………………………………………………
3
Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства…………………………………………………………………….
4
Выводы………………………………………………………………………..
12
Список литературы………………………………………………………….
13
Введение
Современное состояние производства в передовых странах мира предполагает наличие эффективных методов неразрушающего контроля. В настоящее время для обнаружения поверхностных и подповерхностных трещин в ферромагнитных изделиях (гибы труб, опоры и оси вагонов, лопатки турбин, кольца подшипников, несущие конструкции летательных аппаратов и т.д.) в основном применяют магнитопорошковый метод. Он хотя и позволяет получить наглядную картину распределения дефектов, однако требует тщательной и трудоемкой зачистки поверхности изделий. Это приводит к большим затратам при обнаружении нарушений сплошности металла.
Весьма перспективным методом неразрушающего контроля является магнитографический, имеющий высокую чувствительность по отношению к наиболее опасным дефектам – трещинам и стянутым непроварам. Однако он имеет не всегда высокую мобильность и недостаточно широкую область применения из–за массивности намагничивающих устройств, их громоздкости, необходимости зачастую изготовления дополнительных полюсных наконечников к электромагнитам, требования мощных источников питания. Значительным шагом вперед явился разработанный ранее на кафедре «Физические методы контроля» Белорусско-Российского университета способ магнитографического контроля изделий на наличие дефектов, в котором для намагничивания применяют постоянные магниты.
Постановка задачи
В курсовой работе необходимо определить параметры электромагнита намагничивающего устройства для магнитографического контроля ферромагнитных изделий.
Объект контроля выполнен из стали Ст3 с толщиной стенки 20 мм. Оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях составляет 1,7 Тл.
Определение параметров электромагнита намагничивающего устройства
Для начала строится кривая намагничивания материала контролируемого изделия. Кривая намагничивания стали Ст3 приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Кривая намагничивания материала изделия
Целью расчета является определение намагничивающей силы (IW) устройства для создания в изделии необходимой индукции.
Из рекомендаций [2], толщина полюсов намагничивающего устройства должна быть в 2-3 раза больше толщины намагничиваемого изделия. Если же толщина изделия 1…2 мм, то толщина полюсов – 10…20 мм.
Для изделия с толщиной стенки b=20 мм выберем толщину полюсов d=50 мм.
Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно, исходя из существующих разработок. Например, расстояние L между полюсами электромагнита – не менее 70 мм, высота h – не менее 100 мм.
Исходные данные, выбранные для расчета устройства по рекомендациям, приведенным выше:
с=200 мм; d=50 мм; h=110 мм; L=80 мм; =1 мм.
Схема намагничивающего устройства и его эквивалентная электрическая схема представлена ниже:
а - схема намагничивающего устройства; б - эквивалентная электрическая схема электромагнита
Рисунок 1.2 – Схема намагничивающего устройства
Из закона Кирхгофа следует:
, (1.1)
где- падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи .
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии в зазорах , в магнитопроводе :
(1.2)
Таким образом, после того, как подставлены данные, система принимает вид:
(1.3)
Строим кривую намагничивания материала изделия (она была представлена на рисунке 1.1).
С помощью выражения (1.2) и значений и , взятых с кривой намагничивания, строим зависимость , а затем зависимость в той же системе координат.
, (1.4)
где - напряженность поля в зазоре;
- толщина суммарного зазора;
(1.5)
С учётом выбранных параметров и выражений (1.4), (1.5) получаем зависимость :
Рисунок 1.3 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре и в изделии от магнитного потока в изделии
Затем на отдельном графике строится кривая падения магнитного напряжения в магнитопроводе в зависимости от протекающего в нем потока . После рассматривается сумма магнитных напряжений в магнитопроводе Uп:
(1.6)
Значения Вп и Нп определяют по кривой намагничивания материала магнитопровода. С учетом требований технического, технологического и экономического плана для магнитных приспособлений могут быть рекомендованы стали Ст.3, 10, 20 и сталь Армко [1]. В качестве материала магнитопровода выберем сталь 20.
Рисунок 1.4 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от потока в нем
Чтобы пересчитать в зависимости от , запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы
, (1.7)
где F- магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.
Так как отношение потоков и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям и , то:
; , (1.8)
где - магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.
( ), (1.9)
где - проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).
, (1.10)
где = 0,06 (м); (1.11)
ln(1+)=3,536; (1.12)
=0,141 (м). (1.13)
Подставим значения из формул (1.11), (1.12), (1.13) в (1.10) получим:
(Гн)
Из (1.7) и (1.8):
(1.14)
где получаем из (1.10) и (1.11):
RF – постоянная величина, Rу – тоже постоянно.
, (1.15)
где
, (1.16)
здесь - длина средней линии в изделии ( м);
и - соответствуют оптимальному режиму намагничивания.
.
Путем пересчета с использованием формулы (1.16) получают зависимость :
Рисунок 1.5 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии
Затем суммируя получают зависимость . Зная сечение изделия, строят вторую ось, т.е. аналогичную зависимость , где :
Рисунок 1.6 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от индукции в изделии
По известному значению оптимальной индукции Вопт =1,7 Тл в контролируемом сечении по рисунку 1.6 определяют .
U1 =5,5·103 А. Затем с учетом коэффициента заполнения Кз =0,4 и площади S окна, занимаемого витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d =1, 2, 3 мм):
, (1.17)
где - коэффициент заполнения окна,
d - диаметр провода,
S - площадь окна, занимаемого всеми витками катушки, равна приблизительно 80% от площади сердечника и определяется как:
, (1.18)
Таким образом:
витков, W2=489 витков, W3=217 витков.
Определяем величину тока в катушке по известной намагничивающей силе и числу витков:
I=, (1.19)
где U1 – оптимальное значение намагничивающей силы,
W – число витков.
Значения токов в катушке для разных диаметров провода получились:
I1 = 2,812 A; I2 = 11,249 A; I3 =25,311 A.
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
, (1.20)
где 0,651 (м).
Получим значения:
R1=27,549 Ом; R2=1,722 Ом; R3=0,34 Ом.
Теперь определим потребляемую мощность:
(1.21)
Мощность получилась для всех трех случаев одинаковой и составила 217,885 Вт.
Таким образом, можно сделать вывод, что потребляемые мощности не зависят от диаметра провода. Диаметр провода выбирают исходя из приемлемого числа витков катушки.
Выберем число витков катушки – 217 для провода диаметром 3 мм.
Выводы
В данной курсовой работе расчетным путем были определены параметры электромагнита намагничивающего устройства для объектов из стали Ст3 с толщиной стенки 20 мм.
Полученные параметры:
- толщина полюсов d=50 мм.
- расстояние L между полюсами электромагнита – L=80 мм;
- высота h=110 мм;
- ширина с=200 мм;
- толщина зазора - =1 мм;
- диаметр обмоточного провода 3 мм;
- число витков обмотки - 217.
Список литературы
1 Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 –”Приборы и методы контроля качества и диагностики”. / В.А. Новиков – Могилев: БРУ, 2008, - 28 с.
2 Фалькевич, А. С. Магнитографический контроль сварных соединений. / А.С. Фалькевич, М.Х. Хусанов – М.: Машиностроение, 1966, – 176 с.: ил.