本文關鍵詞： 電磁驅動 磁流體 流體力學 動力學 有限元分析 優(yōu)化設計　出處：《廣西科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：粉粒物料運輸車自動卸料系統(tǒng)所用的電磁驅動器,要求其驅動力較大,且安裝空間有限,這些條件決定了電磁驅動器的改進方向為驅動力更大、體積更小。電磁驅動器的性能特點主要體現(xiàn)在其驅動力、響應時間以及其尺寸和重量幾方面。對電磁驅動器的改進研究目的就是使其驅動力更大,尺寸更小,響應時間的需求則要滿足電磁驅動器安裝場合要求。電磁驅動器的尺寸設計方法已經比較成熟,但由于磁漏的不可避免,現(xiàn)有的電磁驅動器結構設計已經很難再提高其性能,需運用其他方法對電磁驅動器進行改進。磁流體即具有液體的流動性,又具有固體磁性材料的特性,將其加入電磁驅動器工作間隙的介質中,整個電磁驅動器磁路的磁阻就會降低,對磁路的利用率就會增加,電磁驅動器的性能就會大幅度提高。利用麥克斯韋吸力公式建立基本方程來建立電磁驅動器的數學模型,由吸力數學模型可得出電磁力與介質磁導率的關系以及在不同的介質磁導率下電磁力隨銜鐵位移的變化關系。電磁驅動器的響應時間則可利用動力學方程來計算,將動力學方程整合后輸出Matlab解出數值解即可得銜鐵位移與時間的關系圖,由此確定電磁驅動器的響應時間。同時由類似方程求解出未加入磁流體的電磁驅動器的銜鐵位移與時間的關系圖,可對比出帶磁流體的電磁驅動器的性能差別。利用有限元分析軟件Ansys對電磁驅動器進行有限元參數化分析。針對其他參數相同的電磁驅動器,當銜鐵與軛鐵之間的介質磁導率不同時,求解出響應的吸力大小,對數值計算結果進行復核。電磁驅動器的優(yōu)化設計將其體積作為目標函數,經過對電磁力及磁感應強度的公式推導,建立其體積優(yōu)化設計的數學模型,運用網格搜索法對電磁驅動器的尺寸結構進行優(yōu)化。通過對帶磁流體的電磁驅動器的數值模擬以及有限元分析,得出加入磁導率相對于空氣更大磁流體后,電磁驅動器的吸力會大幅度增加,同樣輸出力的加入磁流體的電磁驅動器相對于傳統(tǒng)電磁驅動器擁有更少的線圈匝數,故能達到減小裝置尺寸的目的,但加入磁流體的電磁驅動器的動作時間比較長,結構比較復雜。經過優(yōu)化設計后的電磁驅動器既能滿足其性能要求,又能符合體積最小的優(yōu)化設計準則。
[Abstract]:The electromagnetic driver used in the automatic unloading system of the powder material transport vehicle requires a large driving force and limited installation space. These conditions determine that the direction of improvement of the electromagnetic driver is more driving force. The performance of electromagnetic actuator is mainly reflected in its driving force, response time, size and weight. The purpose of improving electromagnetic driver is to make its driving force larger and its size smaller. The response time needs to meet the requirements of the electromagnetic actuator installation. The size of the electromagnetic driver design method has been more mature, but due to the inevitable flux leakage. The existing electromagnetic actuator structure design is difficult to improve its performance. Other methods should be used to improve the electromagnetic actuator. The magnetic fluid has not only the fluidity of liquid but also the characteristics of solid magnetic material. By adding it into the medium of the working gap of the electromagnetic actuator, the magnetoresistance of the whole magnetic circuit of the electromagnetic driver will be reduced, and the utilization ratio of the magnetic circuit will increase. The performance of electromagnetic actuator will be greatly improved. The mathematical model of electromagnetic actuator is established by using Maxwell's suction formula to establish the basic equation. From the mathematical model of suction force, the relationship between electromagnetic force and permeability of medium and the relation between electromagnetic force and armature displacement under different medium permeability can be obtained. The response time of electromagnetic actuator can be calculated by using dynamic equation. . The relationship between armature displacement and time can be obtained by solving the numerical solution by integrating the dynamic equation with Matlab. From this, the response time of the electromagnetic actuator is determined. At the same time, the relation diagram of armature displacement and time of the electromagnetic actuator without magnetic fluid is solved by the similar equation. The performance of electromagnetic actuator with magnetic fluid can be compared. The finite element parameterization analysis of electromagnetic actuator is carried out by using finite element analysis software Ansys, and the electromagnetic actuator with the same other parameters is analyzed. When the permeability of the medium between armature and yoke is different, the size of the response suction is calculated, and the numerical results are checked. The optimal design of the electromagnetic actuator takes its volume as the objective function. The mathematical model of the volume optimization design of electromagnetic force and magnetic induction intensity is established by deducing the formula of electromagnetic force and magnetic induction intensity. Through the numerical simulation and finite element analysis of the electromagnetic actuator with magnetic fluid, it is concluded that the magnetic permeability is larger than that of the air. The suction of the electromagnetic actuator will be greatly increased, the same output force with the addition of magnetic fluid electromagnetic driver has fewer coil turns than the traditional electromagnetic driver, so it can achieve the purpose of reducing the size of the device. However, the electromagnetic actuator with magnetic fluid has a long action time and a complex structure. The optimized electromagnetic actuator can not only meet its performance requirements, but also meet the optimal design criterion of minimum volume.
【學位授予單位】：廣西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH237

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本文編號：1475853