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摘要:系统集成的设计思想,给出了宽厚钢板电磁起重系统的组成原理,介绍了该系统的总体设计与单元设计中的几个关键问题;重点论述了系统总体设计的约束条件。总体布局设计原则及其采取的措施。耐高温专用线性电磁铁的设计思路和电控子系统的工作原理;特别是在电磁起重技术领域引人了精确调磁的概念,并付诸于设计实论文网践中;同时给出了一个总体分布实例及其电磁铁的设计结果。

关键字:电磁铁;起重技术;宽厚板

宽厚钢板在国民经济和国防建设中具有极为重要的地位;然而,在宽厚板起重技术的研究和应用方面,还处在起步阶段川。为满足某特大工程项目的需要,系统集成的设计思想,作者对宽厚板起重系统的技术方案进行了较深人研究,并研制了宽厚板电磁起重系统的样机。

宽厚板的特点是大而重。如外形尺寸13000mmx4900mmx50mm的钢板,其重量达25t。一般的钢材吊运,通常采用一个或几个电磁铁进行起重。但对宽厚板而言,需要几十个起重单元协同工作,而不是一堆电磁铁的简单组合,由此给电磁起重系统的设计带来一系列特殊问题,如电磁铁的布局合理性,成组电磁铁的选择与协同工作,需满足不同被吊物的磁力调节,系统安全防护与故障诊断,等等。作者就此进行了阐述。

1系统组成

起重电磁铁是以被吸物作为衔铁的一种直流电磁铁。将n台电磁铁通过电控系统有机地组合在一起,便形成了电磁起重系统。电磁起重系统的工作原理相对简单,工作时根据上层网络的指令,电控系统控制全部或部分电磁铁协同工作,达到吸放钢板的目的。

电磁起重系统由电磁铁。电控子系统和机械组件构成,如图1所示。电控主电路由PLC主控单元。变压器。可控整流模块和接触器组成。PLC主控单元通过控制可控整流模块实现电磁铁调磁,而各吸盘通断电选择由PLC控制接触器实现。由这些主电路构成调磁保磁控制屏和自动充电屏,加上免维护蓄电池组,构成了三位一体的电控子系统,该系统能自动切换。互为备用,能实现恒充。浮充。自动跟踪和自动调整。

图1电磁起重系统的组成

2系统设计的约束条件

电磁起重系统的设计包括总体设计和单元设计。总体设计包括目标分析与分解。总体布局设计。电控原理确定等;单元设计包括机械子系统的设计。电磁铁的设计。电控单元设计等。设计电磁起重系统时,除了满足技术指标的要求外,应重点考虑下述约束条件。

1)被吊物方面:①满足最大载荷要求(即电磁铁负载满足要求);②钢板的最大。最小外形尺寸:长x宽x厚;③钢板的材质(不同的材质,其导磁率和饱和磁密不同影响吸力);④钢板的温度(影响钢材的导磁率及饱和磁密,钢板的挠度增大);⑤钢板的挠度;⑥钢板的表面质量。氧化层厚度。

2)起重系统本身:①电磁铁的自重;②安全系数>2;③通电持续率60百分号;④系统的响应时间(吸放时间)<3s;⑤电磁铁内部温升问题;⑥吊运偏心问题(对正问题)<10百分号;⑦成组电磁铁的共平面问题;⑧长短挂梁的共用电控问题;⑨与挂梁的接口;⑩电控系统内部干扰问题;@长挂梁的伸缩问题;⑩起吊加速度及扰度突出边的动态压力问题。

3)环境方面:①环境温度;②外界干扰等。

4)其他方面:①突然断电。整流器故障;②某一个电磁铁出现故障,等。

3电磁铁总体布局的原则

根据被吊钢板的参数确定电磁铁的总体布局,基本原则是:用最少的电磁铁个数,安全可靠地满足起重要求,并确保板材的变形量最小。为此电磁铁总体布局设计从下述3方面展开:①进行力学分析。对薄板而言,电磁铁的分布适宜布置在长板材的爱里“点上;对厚板而言,电磁铁布置必须满足在布置间隔内对最重板的吸力要求。②分析国外同类产品的参数,如意大利TECNOMAGNETE公司。德国WALKER公司和美国STANVER公司的宽厚板电磁起重系统等。③用常规电磁铁作板材吸吊实验,通过实脸找出板材变形量与电磁铁分布间的规律。

综合上述3方面的结果,同时考虑到板材规格的变化,进而确定了电磁铁的总体分布。例如,对钢板(尺寸为:厚度5-50mm。宽度1。3^4。9m。长度6。0-45。0m)的起吊,当长短挂梁净起重量均为26t,其电磁铁的总体分布如图2所示,共采用17个电磁铁。

图2电磁铁的总体分布

综合上述3方面的结果,同时考虑到板材规格的变化,进而确定了电磁铁的总体分布。例如,对钢板(尺寸为:厚度5-50mm。宽度1。3^4。9m。长度6。0-45。0m)的起吊,当长短挂梁净起重量均为26t,其电磁铁的总体分布如图2所示,共采用17个电磁铁。

4电磁铁的设计

1)专用电磁铁设计宽厚板的起重通常以单张进行。由于常规电磁铁的磁力特性是强烈非线性的[2]要从一叠钢板中可靠地吸吊起单张钢板,采用常规电磁铁是不适宜的,为此需要设计专用电磁铁。

额定载荷P的确定

P=Wmax/n(1)

式中:Wmax为被吊钢板的最大重量;n为电磁铁的个数。

安全系数K的确定

K=F/P(2)

式中F为单个电磁铁的电磁力。

电磁力F的计算(3]

F=B2A/(2μ0)(3)

式中:F为电磁力(N);B为工作气隙处的磁通密度(T);A为有效吸附面积(m2);μ0为真空中的磁导率(4πx10-7H/m)。

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