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對帶式輸送機磁懸浮支撐力和皮帶張力的模型建立計算

根據帶式輸送機的結構特性,磁懸浮系統在輸送方向上的磁場分布情況是類似的,隻需要取輸送方向上單位長度的輸送帶和電磁體結構進行磁場力的分析計算即可。選取輸送方向長度為1m,磁懸浮支撐裝置呈瓦形結構,即呈圓弧狀。按照初步選定帶式輸送機的輸送帶型号和磁懸浮支撐永磁體的屬性,通過有限元分析法計算兩永磁體間的排斥力大小。

    從帶式輸送機的輸送帶整體結構來看,沿運輸方向橫截面的結構都是相同的,為了簡化模型和降低ANSYS求解的壓力,利用系統結構的對稱性。磁懸浮系統的橫截面磁路布置結構來建立二維磁場分析的模型,分析的單元類型為plane53單元。帶式輸送機的輸送帶和電磁體的永磁芯極化方向為徑向,因此需要先建立柱坐标系,這樣兩者的極化方向均結構圓弧的徑向,方向相反。

    帶式輸送機永磁體的加載主要是對永磁體周圍的空氣單元區添加磁通量平行和垂直條件,也就是對空氣單元外圍的面單元施加磁通量平行和垂直邊界條件,為了求解輸送帶的磁力大小,還需要分别對輸送帶和電磁體的永磁芯所有劃分的單元施加力的邊界條件,分别建立兩個永磁體的力邊界條件組件,以便在後處理時計算兩組件所受磁場力的大小。帶式輸送機永磁體間因不存在電流源,其磁斥力無法通過電場力來計算,需要采用虛功原理來求解。

    帶式輸送機完成載荷約束後,就可以求解磁懸浮系統的整個磁場強度的分布情況和輸送帶的受力情況,從求解的磁場強度和磁力線雲圖可以很直觀地看到磁懸浮系統磁路的分布情況。取帶式輸送機運輸方向1mm長輸送帶為計算對象,則2m寬輸送帶和物料在該二維平面内自重載荷為4.182N。顯然電磁場和永磁場所施加給輸送帶的線載荷完全能夠滿足輸送帶的承載要求。

    通過Maxwell應力張量法計算帶式輸送機張力得到的結果與理論計算的結果較為接近,通過虛功原理計算得到的結果有一點的偏差。但總體計算結果均能滿足帶式輸送機輸送帶的輸送要求,且存在一定的富餘,可以适當減小線圈的電流大小,降低能量損耗。帶式輸送機的輸送帶與瓦形電磁體接觸面上所受懸浮力的大小完全能夠滿足其上物料和自身重力承載的需要。

    所建立的柔性化處理後的帶式輸送機的整機虛拟樣機模型,根據上節對磁浮裝置磁場力的分析計算,輸送帶在豎直方向的受力情況可以看成始終是平衡狀态,即輸送帶和物料的綜合重力載荷與磁懸浮支撐電磁體的磁浮力載荷大小相等方向相反。在磁懸浮帶式輸送機的動力學分析中可以将磁懸浮支撐永磁體的結構簡化處理,直接将其定義為作用于輸送帶的均布載荷力,而輸送帶上的物料也同樣可以等效為相應的均布作用力。

責任編輯:東源機械

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帶式輸送機
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