Экспериментальное исследование электромагнита постоянного тока, используемого в приводе механизма ножа петельного полуавтомата

Принцип работы электромагнитов основан на использовании сил взаимодействия ферромагнитного тела с магнитным полем, создаваемым электрическим током. Пригодность электромагнита для использования в определенном механизме можно оценить по его электромеханической статической характеристике, которая представляет собой зависимость электромагнитной силы, действующей на якорь, от координаты положения якоря для различных неизменных значений напряжения, приложенного к обмотке. Ординатой точки статической характеристики является максимальная сила, приложенная к заторможенному в соответствующем положении якорю. Статическая характеристика позволяет определить максимальные значения сил, которые может развить данный электромагнит при заданном значении напряжения.

В автоматизированном приводе швейных машин используются электромагниты постоянного тока. В ходе лабораторных испытаний петельного полуавтомата с микропроцессорным управлением была зафиксирована нестабильная работа механизма ножа с электромагнитным приводом: в отдельных сериях испытаний не происходило прорубания материала. Проведен эксперимент по снятию статической характеристики электромагнита ЭУ720302УХЛ4 (ход 18 мм, сила 40 Н). Задачи исследования:

• -    экспериментальное определение величины движущей силы электромагнита в зависимости от хода его штока,

• -    влияние материала штока на величину движущей силы электромагнита.

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки

К столу 1 четырьмя болтами крепится электромагнит 2. Шток 3 электромагнита вставлен в отверстие стола. При выключенном электромагните его уровень совпадает с уровнем поверхности стола. Балка 4 закрепляется консольно на столе с помощью болта 6 и шайбы 8. Высота ее установки регулируется сменой набора калибров 7 разной толщины. На поверхности балки наклеены тензодатчики 5, которые с сопротивлениями, вмонтированными в усилитель, образуют сбалансированный мост. Усилитель электрических сигналов "Топаз" 11 с блоком питания "Агат" 12 и самописец Н327-3 13 обеспечивают формирование и регистрацию электрических импульсов. Питание электромагнита осуществляется от блока питания В-24 9 с использованием двухпозиционного переключателя 10. Устройства 9, 11, 12, 13 питаются от сети переменного тока напряжением 220 В.

Перед экспериментом была проведена тарировка тензометрической балки с помощью динамометра. Схема тарировки представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Схема тарировки

В процессе статического нагружения датчиков получена их статическая характеристика и построен тарировочный график, представленный на рисунке 3. Найдена тарировочная функция (1):

Р(А) =7*А,                                        (1)

где Р- усилие, развиваемое электромагнитом (Н); А- отклонение луча на осциллограмме (мм).

После тарировки проводился эксперимент:

• -    с помощью набора калибров выставлялась высота балки, ограничивающая ход штока электромагнита (высота менялась от 0 до 18 мм с интервалом в 2 мм);

• -    с помощью переключателя включался электромагнит и выдерживался во включенном состоянии приблизительно 3-4 с.

Необходимое число опытов, позволяющих избежать случайной ошибки, принималось равным 10. Балка под действием внешней силы- удара штоком электромагнита при его включении, перемещалась и совершала затухающие колебательные движения. Регистрация процесса осуществлялась с помощью самописца Н327-3 на бумагу при скорости её протяжки 250 мм/с.

Рисунок 3 - Тарировочный график

На рисунке 4 приведен образец осциллограммы. Участок 1 соответствует выключенному состоянию электромагнита; участок 2 - времени срабатывания электромагнита, участок 3 -включенному состоянию электромагнита. Величина отклонения луча на осциллограмме пропорциональна усилию, развиваемому электромагнитом при заданном ходе штока.

Рисунок 4 - Образец осциллограммы

Эксперимент был проведен для электромагнита с металлическим штоком и с деревянным штоком. Результаты эксперимента были расшифрованы с помощью тарировочного графика. Реальная картина изменения усилия, развиваемого электромагнитом в зависимости от хода штока, представлена в виде графиков на рисунке 5. Результаты эксперимента сведены в таблицу 1.

Рисунок 5 - Результаты эксперимента

Таблица 1

Ход штока h, мм	Средняя амплитуда А i , мм		Усилие на штоке P, Н
	деревянный шток	металлический шток	деревянный шток	металлический шток
2	12,2	9	85,4	63
4	14,5	11	101,5	77
6	13	12,5	91	87,5
8	12,5	10	87,5	70
10	12,3	9	86,1	63
12	14,4	9	100,8	63
14	16,3	9	114,1	63
16	20,4	12,3	142,8	86,1
18	36,5	20	255,5	140

По результатам эксперимента можно сделать выводы:

• -    усилие электромагнита возрастает с увеличением хода штока;

• -    электромагнит развивает усилие с неметаллическим сердечником в 1,8 раза больше, чем с металлическим;

• -    усилие, развиваемое электромагнитом с деревянным штоком, в конце хода превысило паспортное значение в 6,2 раза, с металлическим штоком - в 3,5 раза.

Рекомендуется для стабилизации процесса прорубания петель регулировать положение электромагнита механизма ножа по высоте таким образом, чтобы прорубание петли происходило при максимальном ходе штока. В электромагните механизма ножа использовать неметаллический шток.