MAGNABEND - FUNDAMENTAJ DEzajnaj KONSIDEROJ
Baza Magneta Dezajno
La Magnabend-maŝino estas desegnita kiel potenca DC-magneto kun limigita devociklo.
La maŝino konsistas el 3 bazaj partoj: -
La magnetkorpo kiu formas la bazon de la maŝino kaj enhavas la elektro-magnetan bobenon.
La krampodrinkejo kiu disponigas padon por magneta fluo inter la polusoj de la magnetbazo, kaj tiel krampas la laman laborpecon.
La fleksa trabo kiu estas pivotita al la antaŭa rando de la magnetkorpo kaj disponigas rimedon por apliki fleksadforton al la laborpeco.
Magnet-Korpaj Agordoj
Diversaj konfiguracioj estas eblaj por la magnetkorpo.
Jen 2 kiuj ambaŭ estis uzitaj por Magnabend-maŝinoj:
La strekitaj ruĝaj linioj en la desegnaĵoj supre reprezentas la magnetflukvojojn.Notu ke la "U-speca" dezajno havas ununuran flupadon (1 paro de poloj) dum la "E-speca" dezajno havas 2 fluvojojn (2 paroj de poloj).
Komparo de Magneta Agordo:
La E-tipa agordo estas pli efika ol la U-tipa agordo.
Por kompreni kial ĉi tio estas tiel, konsideru la du desegnaĵojn sube.
Maldekstre estas sekco de U-tipa magneto kaj dekstre estas E-speca magneto kiu estis farita per kombinado de 2 el la samaj U-specoj.Se ĉiu magneta agordo estas movita per bobeno kun la samaj amperturnoj tiam klare la duobligita magneto (la E-speco) havos duoble pli da kramforto.Ĝi ankaŭ uzas duoble pli da ŝtalo sed apenaŭ pli da drato por la bobeno!(Suponante longan bobenan dezajnon).
(La malgranda kvanto de ekstra drato estus bezonata nur ĉar la 2 du gamboj de la bobeno estas pli dise en la "E" dezajno, sed tiu ekstra iĝas sensignifa en longa bobenodezajno kiel ekzemple uzita por la Magnabend).
Super Magnabend:
Por konstrui eĉ pli potencan magneton la "E" koncepto povas esti etendita kiel ekzemple tiu duobla-E-konfiguracio:
3-D modelo:
Malsupre estas 3-D desegnaĵo montranta la bazan aranĝon de partoj en U-speca magneto:
En tiu dezajno la Antaŭaj kaj Malantaŭaj poloj estas apartaj pecoj kaj estas alkroĉitaj per rigliloj al la Kernpeco.
Kvankam principe, eblus maŝini U-tipan magnetkorpon el ununura ŝtalo, tiam ne eblus instali la bobenon kaj tiel la bobenon devus esti bobenita surloke (sur la maŝina magnetkorpo). ).
En produktadsituacio estas tre dezirinde povi bobeni la bobenojn aparte (sur speciala formo).Tiel U-speca dezajno efike diktas fabrikitan konstruon.
Aliflanke la E-speca dezajno pruntedonas sin bone al magnetkorpo maŝinprilaborita de ununura ŝtalo ĉar antaŭfarita bobeno povas facile esti instalita post kiam la magnetkorpo estis maŝinprilaborita.Unupeca magnetkorpo ankaŭ funkcias pli bone magnete ĉar ĝi ne havas iujn ajn konstruinterspacojn kiuj alie reduktus la magnetan fluon (kaj tial la kramforton) iomete.
(La plej multaj Magnabends faritaj post 1990 utiligis la E-specan dezajnon).
Elekto de Materialo por Magneta Konstruo
La magnetkorpo kaj la krampo devas esti faritaj el feromagneta (magnetebla) materialo.Ŝtalo estas senkompare la plej malmultekosta feromagneta materialo kaj estas la evidenta elekto.Tamen ekzistas diversaj specialaj ŝtaloj disponeblaj, kiuj povus esti konsiderataj.
1) Silicia Ŝtalo : Alta resistiveca ŝtalo, kiu estas kutime havebla en maldikaj laminadoj kaj estas uzata en AC-transformiloj, AC-magnetoj, relajsoj ktp. Ĝiaj propraĵoj ne estas postulataj por la Magnabend, kiu estas DC-magneto.
2) Mola Fero: Ĉi tiu materialo montrus pli malaltan restan magnetismon, kiu estus bona por Magnabend-maŝino sed ĝi estas fizike mola, kio signifus, ke ĝi estus facile difektita kaj difektita;estas pli bone solvi la restan magnetismon problemon alimaniere.
3) Gisfero: Ne same facile magnetigebla kiel rulita ŝtalo sed povus esti konsiderata.
4) Neoksidebla ŝtalo Tipo 416 : Ne povas esti magnetigita tiel forte kiel ŝtalo kaj estas multe pli multekosta (sed povas esti utila por maldika protekta kovra surfaco sur la magnetkorpo).
5) Neoksidebla Ŝtalo Tipo 316 : Ĉi tio estas nemagneta alojo de ŝtalo kaj tial tute ne taŭgas (krom kiel en 4 supre).
6) Meza Karbona Ŝtalo, tipo K1045 : Ĉi tiu materialo estas elstare taŭga por la konstruado de la magneto, (kaj aliaj partoj de la maŝino).Ĝi estas sufiĉe malfacila en la kondiĉo kiel provizita kaj ĝi ankaŭ funkcias bone.
7) Meza Karbona Ŝtalo tipo CS1020 : Ĉi tiu ŝtalo ne estas tiel malmola kiel K1045 sed ĝi estas pli facile havebla kaj tiel povas esti la plej praktika elekto por la konstruado de la Magnabend-maŝino.
Notu, ke la gravaj ecoj necesaj estas:
Alta saturiĝa magnetigo.(La plej multaj ŝtalalojoj saturas je ĉirkaŭ 2 Teslaoj),
Havebleco de utilaj sekciograndoj,
Rezisto al hazarda damaĝo,
Maŝinebleco, kaj
Racia kosto.
Meza karbona ŝtalo bone konvenas ĉiujn ĉi tiujn postulojn.Malaltkarbona ŝtalo ankaŭ povus esti uzata sed ĝi estas malpli rezistema al hazarda damaĝo.Ekzistas ankaŭ aliaj specialaj alojoj, kiel ekzemple supermendur, kiuj havas pli altan saturigan magnetigon sed ili ne estas konsiderataj pro sia tre alta kosto komparite kun ŝtalo.
Meza karbonŝtalo tamen elmontras iom da resta magnetismo kiu sufiĉas por esti ĝeno.(Vidu sekcion pri Resta Magnetismo).
La Bobeno
La bobeno estas kio movas la magnetigan fluon tra la elektromagneto.Ĝia magnetiga forto estas nur la produkto de la nombro da turnoj (N) kaj la bobena kurento (I).Tiel:
N = nombro da turnoj
I = kurento en la volvaĵoj.
La apero de "N" en la supra formulo kondukas al ofta miskompreniĝo.
Estas vaste supozite ke pliigi la nombron da turnoj pliigos la magnetigan forton sed ĝenerale tio ne okazas ĉar kromaj turnoj ankaŭ reduktas la kurenton, I.
Konsideru bobenon provizitan per fiksa DC-tensio.Se la nombro da turnoj estas duobligita tiam la rezisto de la volvaĵoj ankaŭ estos duobligita (en longa bobeno) kaj tiel la kurento estos duonigita.La neta efiko estas neniu pliiĝo en NI.
Kio vere determinas NI estas la rezisto per turno.Tiel por pliigi NI la dikeco de la drato devas esti pliigita.La valoro de ekstraj turnoj estas ke ili ja reduktas kurenton kaj tial la potencodissipadon en la bobeno.
La dizajnisto devas atenti, ke la dratmezurilo estas kio vere determinas la magnetigan forton de la bobeno.Ĉi tiu estas la plej grava parametro de bobena dezajno.
La NI-produkto ofte estas referita kiel la "amperturnoj" de la bobeno.
Kiom da Amperturnoj estas Bezonataj?
Ŝtalo elmontras saturigan magnetigon de ĉirkaŭ 2 Teslaoj kaj tio fiksas fundamentan limon pri kiom da krampa forto povas esti akirita.
De la supra grafikaĵo ni vidas, ke la kampa forto necesa por akiri fluon de 2 Teslaoj estas ĉirkaŭ 20 000 amperturnoj je metro.
Nun, por tipa Magnabend-dezajno, la fluvojlongo en la ŝtalo estas proksimume 1/5-a de metro kaj tial postulos (20,000/5) AT por produkti saturiĝon, tio estas proksimume 4,000 AT.
Estus bone havi multe pli da amperturnoj ol ĉi tio, por ke saturiĝmagnetado povus esti konservita eĉ kiam nemagnetaj interspacoj (t.e. ne-feraj laborpecoj) estas enkondukitaj en la magnetan cirkviton.Tamen kromaj amperturnoj povas nur esti akiritaj je konsiderinda kosto en potencdisipado aŭ kosto de kupra drato, aŭ ambaŭ.Tiel kompromiso necesas.
Tipaj Magnabend-dezajnoj havas bobenon kiu produktas 3,800 amperturnojn.
Notu, ke ĉi tiu figuro ne dependas de la longo de la maŝino.Se la sama magneta dezajno estas aplikita super gamo da maŝinlongoj tiam ĝi diktas ke la pli longaj maŝinoj havos malpli da turnoj de pli dika drato.Ili tiras pli da totala kurento sed havos la saman produkton de amperoj x turnoj kaj havos la saman kramforton (kaj la saman potencodissipadon) per unuo de longo.
Devo-Ciklo
La koncepto de devociklo estas gravega aspekto de la dezajno de la elektromagneto.Se la dezajno provizas pli da devociklo ol necesas, tiam ĝi ne estas optimuma.Pli da devociklo esence signifas ke pli da kupra drato estos bezonata (kun konsekvenca pli alta kosto) kaj/aŭ ekzistos malpli kramforto havebla.
Noto: Pli alta devociklo magneto havos malpli potenco disipado kio signifas ke ĝi uzos malpli energio kaj tiel estos pli malmultekosta funkcii.Tamen, ĉar la magneto estas ŝaltita dum nur mallongaj periodoj tiam la energikosto de operacio estas kutime rigardita kiel estante de tre malgranda signifo.Tiel la dezajna aliro estas havi tiom da potenco disipado kiel vi povas elturniĝi pri ne trovarmigo de la bobenoj de la bobeno.(Tiu aliro estas ofta al la plej multaj elektromagnetaj dezajnoj).
La Magnabend estas dizajnita por nominala devociklo de proksimume 25%.
Kutime necesas nur 2 aŭ 3 sekundoj por fari kurbiĝon.La magneto tiam estos malŝaltita dum pliaj 8 ĝis 10 sekundoj dum la laborpeco estas repoziciigita kaj vicigita preta por la sekva kurbo.Se la 25% devociklo estas superita tiam eventuale la magneto fariĝos tro varma kaj termika troŝarĝo stumblos.La magneto ne estos difektita sed ĝi devos esti lasita malvarmigi dum ĉirkaŭ 30 minutoj antaŭ ol esti uzata denove.
Funkcia sperto kun maŝinoj en la kampo montris, ke la 25% devociklo estas sufiĉe taŭga por tipaj uzantoj.Fakte iuj uzantoj petis laŭvolajn alt-potencajn versiojn de la maŝino, kiuj havas pli da krampa forto koste de malpli da ciklo.
Bobena Transsekca Areo
La sekca areo havebla por la bobeno determinos la maksimuman kvanton de kupra drato kiu povas esti konvenita enen. La areo havebla ne devus esti pli ol estas bezonata, kongrua kun postulataj amperturnoj kaj potenco disipado.Disponigi pli da spaco por la bobeno neeviteble pliigos la grandecon de la magneto kaj rezultigos pli longan fluan padlongon en la ŝtalo (kiu reduktos la totalan fluon).
La sama argumento implicas ke kia ajn volvaĵspaco estas disponigita en la dezajno ĝi ĉiam devus esti plena kun kupra drato.Se ĝi ne estas plena, tio signifas, ke la magnetgeometrio povus esti pli bona.
Magnabend Krampforto:
La suba grafikaĵo estis akirita per eksperimentaj mezuradoj, sed ĝi sufiĉe bone kongruas kun teoriaj kalkuloj.
La kramforto povas esti matematike kalkulita de ĉi tiu formulo:
F = forto en Neŭtonoj
B = magneta fluodenseco en Teslaso
A = areo de polusoj en m2
µ0 = konstanto de magneta permeablo, (4π x 10-7)
Ekzemple ni kalkulos la kramforton por fluodenseco de 2 Tesla:
Tiel F = ½ (2)2 A/µ0
Por forto sur unuopa areo (premo) ni povas faligi la "A" en la formulo.
Tiel Premo = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Ĉi tio eliras al 1.590.000 N/m2.
Por konverti ĉi tion al kilogramoj forto ĝi povas esti dividita per g (9.81).
Tiel: Premo = 162.080 kg/m2 = 16,2 kg/cm2.
Ĉi tio sufiĉe bone kongruas kun la mezurita forto por nula interspaco montrita sur la supra grafikaĵo.
Ĉi tiu figuro povas facile esti konvertita al totala kramforto por antaŭfiksita maŝino multobligante ĝin per la polusa areo de la maŝino.Por la modelo 1250E la polusa areo estas 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Tiel la totala, nul-interspaco, forto estus (735 x 16,2) = 11,900 kg aŭ 11,9 tunoj;ĉirkaŭ 9,5 tunoj por metro de magnetlongo.
Fluodenseco kaj Krampa premo estas rekte rilataj kaj estas montritaj grafike malsupre:
Praktika Kramforto:
En la praktiko tiu alta kramforto realiĝas nur kiam ĝi ne estas bezonata(!), tio estas dum fleksado de maldikaj ŝtalaj laborpecoj.Dum fleksado de neferaj laborpecoj la forto estos malpli kiel montrite en la supra grafikaĵo, kaj (iom kurioze), ĝi ankaŭ estas malpli kiam fleksado de dikaj ŝtallaborpecoj.Ĉi tio estas ĉar la kramforto necesa por fari akran kurbon estas tre multe pli alta ol tio necesa por radiuskurbo.Do kio okazas, kiam la kurbiĝo antaŭeniras, la antaŭa rando de la krampo levas iomete tiel permesante al la laborpeco formi radiuson.
La malgranda aerinterspaco kiu estas formita kaŭzas iometan perdon de kramforto sed la forto bezonata por formi la radiuskurbiĝon falis pli akre ol havas la magneta kramforto.Tiel rezultas stabila situacio kaj la krampo ne ellasas.
Kio estas priskribita supre estas la maniero de fleksado kiam la maŝino estas proksime de sia diklimo.Se oni provas eĉ pli dikan laborpecon, tiam kompreneble la krampstango leviĝos.
Ĉi tiu diagramo sugestas, ke se la nazrando de la krampo estis iomete radiusa, prefere ol akra, tiam la aerinterspaco por dika fleksado estus reduktita.
Efektive ĉi tio estas kaj ĝuste farita Magnabend havos krampon kun radiusa rando.(Radiza rando ankaŭ estas multe malpli inklina al hazarda damaĝo kompare kun akra rando).
Marĝena Reĝimo de Kurbiĝo-Fiasko:
Se kliniĝo estas provita sur tre dika laborpeco tiam la maŝino malsukcesos fleksi ĝin ĉar la krampo simple leviĝos for.(Feliĉe tio ne okazas en drameca maniero; la krampo simple lasas iri trankvile).
Tamen se la fleksa ŝarĝo estas nur iomete pli granda ol la fleksadkapacito de la magneto, tiam ĝenerale kio okazas estas ke la kurbiĝo daŭrigos diri proksimume 60 gradojn kaj tiam la kramstango komencos gliti malantaŭen.En tiu reĝimo de fiasko la magneto povas nur rezisti la fleksan ŝarĝon nerekte kreante frikcion inter la laborpeco kaj la lito de la magneto.
La dikecdiferenco inter malsukceso pro defluo kaj malsukceso pro glitado estas ĝenerale ne tre multe.
Levmalsukceso ŝuldiĝas al la laborpeco levigante la antaŭan randon de la krampostango supren.La krampoforto ĉe la antaŭa rando de la krampo estas ĉefe kio rezistas tion.Krampo ĉe la malantaŭa rando havas nur malmulte da efiko ĉar ĝi estas proksima al kie la krampo estas pivotita.Fakte ĝi estas nur duono de la totala kramforto kiu rezistas defluon.
Aliflanke glitado estas rezistita per la totala kramforto sed nur per frikcio tiel la fakta rezisto dependas de la frikciokoeficiento inter la laborpeco kaj la surfaco de la magneto.
Por pura kaj seka ŝtalo la frikciokoeficiento povas esti same alta kiel 0.8 sed se lubrikado ĉeestas tiam ĝi povus esti tiel malalta kiel 0.2.Tipe ĝi estos ie intere tia ke la marĝena reĝimo de kurbfiasko estas kutime pro glitado, sed provoj pliigi frikcion sur la surfaco de la magneto estis trovitaj ne esti indaj.
Dika Kapacito:
Por E-tipa magnetkorpo 98mm larĝa kaj 48mm profunda kaj kun 3,800 amper-turna bobeno, la plenlonga fleksadkapacito estas 1.6mm.Ĉi tiu dikeco validas por ambaŭ ŝtalo kaj aluminio.Estos malpli da krampo sur la aluminio-folio, sed necesas malpli da tordmomanto por fleksi ĝin, do ĉi tio kompensas tiel, ke ĝi donas similan mezurilkapaciton por ambaŭ specoj de metalo.
Necesas ekzisti kelkaj avertoj pri la deklarita fleksadkapacito: La ĉefa estas, ke la rendimentforto de la lado povas varii vaste.La 1.6mm kapacito validas por ŝtalo kun rendimentostreĉo de ĝis 250 MPa kaj por aluminio kun rendimentostreso ĝis 140 MPa.
La dika kapacito en neoksidebla ŝtalo estas ĉirkaŭ 1.0mm.Tiu kapacito estas signife malpli ol por la plej multaj aliaj metaloj ĉar rustorezista ŝtalo estas kutime nemagneta kaj tamen havas sufiĉe altan rendimentostreson.
Alia faktoro estas la temperaturo de la magneto.Se la magneto estis permesita iĝi varma tiam la rezisto de la bobeno estos pli alta kaj tio en victurno igos ĝin tiri malpli kurenton kun sekvaj pli malaltaj amperturnoj kaj pli malalta kramforto.(Tiu efiko estas kutime tre modera kaj verŝajne ne kaŭzos, ke la maŝino ne plenumas siajn specifojn).
Finfine, pli dika kapacito Magnabends povus esti faritaj se la magneta sekco fariĝis pli granda.