میګنابینډ - د ډیزاین بنسټیز نظرونه
بنسټیز مقناطیس ډیزاین
د میګنابینډ ماشین د محدود وظیفې دورې سره د ځواکمن DC مقناطیس په توګه ډیزاین شوی.
ماشین د 3 اساسي برخو څخه جوړ دی: -
د مقناطیس بدن چې د ماشین اساس جوړوي او د بریښنایی مقناطیس کویل لري.
د کلیمپ بار چې د مقناطیس بیس قطبونو ترمینځ مقناطیسي جریان لپاره لاره چمتو کوي ، او پدې توګه د شیټ میټل ورک پیس بندوي.
د زنګ وهلو بیم چې د مقناطسي بدن مخکینۍ څنډې ته محور دی او د ورک پیس ته د ځړولو ځواک پلي کولو لپاره وسیله چمتو کوي.
مقناطیس - د بدن تشکیلات
د مقناطیس بدن لپاره مختلف تشکیلات ممکن دي.
دلته 2 دي چې دواړه د میګنابینډ ماشینونو لپاره کارول شوي دي:
په پورتني انځورونو کې خړ شوي سور کرښې د مقناطیسي فلکس لارې استازیتوب کوي.په یاد ولرئ چې د "U-Type" ډیزاین یو واحد فلکس لاره لري (1 جوړه قطبونه) پداسې حال کې چې "E-Type" ډیزاین 2 فلکس لارې لري (2 جوړه قطبونه).
د مقناطیس ترتیب پرتله کول:
د E-ډول ترتیب د U-ډول ترتیب څخه ډیر اغیزمن دی.
د پوهیدو لپاره چې دا ولې داسې کیږي لاندې دوه انځورونو ته پام وکړئ.
په ښي خوا کې د U-ډول مقناطیس یوه کراس برخه ده او ښي خوا ته د E-ډول مقناطیس دی چې د ورته U-ډولونو 2 سره یوځای کولو سره جوړ شوی.که چیرې هر مقناطیسي ترتیب د ورته امپریري بارونو سره د کویل لخوا پرمخ وړل کیږي نو په څرګنده توګه دوه چنده شوي مقناطیس (د E-ډول) به دوه چنده د کلیمپینګ ځواک ولري.دا د کویل لپاره دوه چنده فولاد هم کاروي مګر په سختۍ سره نور تارونه هم کاروي!(د اوږد کویل ډیزاین فرض کړئ).
(د اضافي تار لږ مقدار ته به اړتیا وي ځکه چې د کویل 2 دوه پښې د "E" ډیزاین کې نور هم جلا دي ، مګر دا اضافي د اوږد کویل ډیزاین کې مهم کیږي لکه د میګنابینډ لپاره کارول کیږي).
سوپر میګنابینډ:
د دې لپاره چې حتی ډیر پیاوړی مقناطیس رامینځته کړي د "E" مفهوم پراخه کیدی شي لکه د دې ډبل-E ترتیب:
3-D ماډل:
لاندې یو 3-D انځور دی چې په U-ډول مقناطیس کې د برخو اساسي ترتیب ښیې:
په دې ډیزاین کې مخکینۍ او شاته قطبونه جلا جلا ټوټې دي او د بولټ په واسطه د اصلي برخې سره نښلول شوي.
که څه هم په اصولو کې، دا به ممکنه وي چې د فولادو له یوې ټوټې څخه د یو ډول مقناطیسي بدن ماشین جوړ شي، نو بیا به دا ممکنه نه وي چې کویل نصب شي او په دې توګه کویل باید په حالت کې زخم شي (د ماشین شوي مقناطیس په بدن کې. ).
د تولید په حالت کې دا خورا مطلوب دی چې کویلونه په جلا توګه باد کړئ (په ځانګړي پخواني کې).په دې توګه د U-ډول ډیزاین په مؤثره توګه د جوړ شوي ساختمان حکم کوي.
له بلې خوا د E-ډول ډیزاین ځان د مقناطیس بدن ته ښه ورکوي چې د سټیل له یوې ټوټې څخه ماشین شوي ځکه چې مخکې جوړ شوی کویل په اسانۍ سره د مقناطیس بدن ماشین کولو وروسته نصب کیدی شي.یو واحد ټوټه مقناطیسي بدن هم په مقناطیسي توګه ښه فعالیت کوي ځکه چې دا هیڅ ساختماني تشې نلري کوم چې په بل ډول به مقناطیسي جریان (او له همدې امله د کلیمپینګ ځواک) یو څه کم کړي.
(ډیری میګنابینډونه چې د 1990 وروسته جوړ شوي د E-ډول ډیزاین کار کوي).
د مقناطیسي ساختماني موادو انتخاب
د مقناطسي بدن او کلپبار باید د فیرو مقناطیسي (مقناطیس وړ) موادو څخه جوړ شي.فولاد تر ټولو ارزانه فیرو مقناطیسي مواد دي او څرګند انتخاب دی.په هرصورت دلته مختلف ځانګړي سټیلونه شتون لري کوم چې په پام کې نیول کیدی شي.
1) سیلیکون فولاد: لوړ مقاومت لرونکي فولاد چې معمولا په پتلو لامینیشنونو کې شتون لري او په AC ټرانسفارمرونو ، AC مقناطیسونو ، ریلونو او داسې نورو کې کارول کیږي.
2) نرم اوسپنه: دا مواد به د ټیټ پاتې کیدو مقناطیسي وړتیا ښکاره کړي کوم چې به د میګنابینډ ماشین لپاره ښه وي مګر دا په فزیکي توګه نرم دی چې پدې معنی به دا په اسانۍ سره غاښونه او زیانمن شي؛دا غوره ده چې د پاتې مقناطیسیزم ستونزه په بل ډول حل کړئ.
3) کاسټ اوسپنه: د رول شوي فولادو په څیر په اسانۍ سره مقناطیسي ندي مګر په پام کې نیول کیدی شي.
4) د سټینلیس سټیل ډول 416: د سټیل په څیر قوي مقناطیس نشي کیدی او خورا ګران دی (مګر ممکن د مقناطیس په بدن کې د پتلي محافظتي کیپینګ سطح لپاره ګټور وي).
5) د سټینلیس سټیل ډول 316: دا د فولادو غیر مقناطیسي مصر دی او له همدې امله په هیڅ ډول مناسب ندي (پرته له دې چې پورته 4 کې).
6) متوسط کاربن فولاد، ډول K1045: دا مواد د مقناطيس (او د ماشين نورو برخو) د جوړولو لپاره خورا مناسب دي.دا په مناسب ډول په چمتو شوي حالت کې سخت دی او دا ماشین هم ښه کوي.
7) د متوسط کاربن فولاد ډول CS1020: دا فولاد د K1045 په څیر خورا سخت ندي مګر دا خورا په اسانۍ سره شتون لري او پدې توګه ممکن د میګنابینډ ماشین جوړولو لپاره خورا عملي انتخاب وي.
په یاد ولرئ چې مهم ملکیتونه چې اړین دي عبارت دي له:
د لوړ سنتریت مقناطیس.(ډیری د فولادو الیاژ په شاوخوا 2 Tesla کې ډکیږي)
د ګټورې برخې اندازې شتون،
د ناڅاپي زیانونو مقاومت،
Machinability، او
مناسب لګښت.
متوسط کاربن فولاد دا ټولې اړتیاوې په ښه توګه فټ کوي.د ټیټ کاربن فولاد هم کارول کیدی شي مګر دا د ناڅاپي زیانونو په وړاندې لږ مقاومت لري.نور ځانګړي الیاژ هم شتون لري، لکه سوپرمینډر، چې د لوړ سنتریشن مقناطیسیت لري مګر د فولادو په پرتله د دوی خورا لوړ لګښت له امله باید په پام کې ونیول شي.
متوسط کاربن فولاد په هرصورت یو څه پاتې مقناطیزم نندارې ته وړاندې کوي کوم چې د یو ناورین لپاره کافي دی.(د پاتې مقناطیسي برخې برخه وګورئ).
کویل
کویل هغه څه دي چې مقناطیسي فلکس د برقی مقناطیس له لارې حرکت کوي.د دې مقناطیسي ځواک یوازې د حرکتونو شمیر (N) او د کویل اوسني (I) محصول دی.په دې توګه:
N = د ګرځیدو شمیر
I = په بادونو کې اوسنی.
په پورته فورمول کې د "N" بڼه د یو عام غلط فهم لامل کیږي.
په پراخه کچه داسې انګیرل کیږي چې د بارونو شمیر زیاتول به د مقناطیسي ځواک زیاتوالی ومومي مګر عموما داسې نه کیږي ځکه چې اضافي بدلونونه هم د جریان کموي، I.
یو کویل په پام کې ونیسئ چې د ثابت DC ولټاژ سره چمتو کیږي.که چیرې د حرکتونو شمیر دوه چنده شي نو د بادونو مقاومت به دوه چنده شي (په اوږده کویل کې) او پدې توګه به جریان نیمایي شي.خالص اغیزه په NI کې هیڅ زیاتوالی نلري.
هغه څه چې واقعیا NI ټاکي د هر وار مقاومت دی.په دې توګه د NI زیاتولو لپاره باید د تار ضخامت زیات شي.د اضافي بدلونونو ارزښت دا دی چې دوی اوسني کموي او له همدې امله په کویل کې د بریښنا ضایع کول.
ډیزاینر باید په پام کې ونیسي چې د تار ګیج هغه څه دي چې واقعیا د کویل مقناطیسي ځواک ټاکي.دا د کویل ډیزاین ترټولو مهم پیرامیټر دی.
د NI محصول اکثرا د کویل د "ایمپیر بدل" په نوم یادیږي.
څو امپیر بارونو ته اړتیا ده؟
فولاد د شاوخوا 2 Tesla د سنتریت مقناطیسي وړتیا څرګندوي او دا یو بنسټیز حد ټاکي چې څومره د کلیمپینګ ځواک ترلاسه کیدی شي.
د پورتني ګراف څخه موږ ګورو چې د 2 Tesla د فلکس کثافت ترلاسه کولو لپاره د ساحې ځواک اړین دی شاوخوا 20,000 ampere-turns په هر متر کې.
اوس، د یو عادي مګنابینډ ډیزاین لپاره، په فولاد کې د فلکس لارې اوږدوالی د یو متر په اړه 1/5 برخه ده او له همدې امله د سنتریت تولید لپاره (20,000/5) AT ته اړتیا لري، دا شاوخوا 4,000 AT دی.
دا به ښه وي چې د دې په پرتله نور ډیر امپیر بدلونه ولرئ ترڅو د سیتریشن مقناطیس ساتل کیدی شي حتی کله چې غیر مقناطیسي تشې (یعنې غیر فیرس ورک پیسونه) مقناطیسي سرکټ ته معرفي شي.که څه هم اضافي امپیر بدل یوازې د پام وړ لګښت کې د بریښنا د ضایع کیدو یا د مسو د تار لګښت، یا دواړه ترلاسه کیدی شي.په دې توګه یو جوړجاړي ته اړتیا ده.
د مګنابینډ عادي ډیزاینونه یو کویل لري چې د 3,800 امپیر بدل تولیدوي.
په یاد ولرئ چې دا ارقام د ماشین په اوږدوالي پورې اړه نلري.که چیرې ورته مقناطیسي ډیزاین د ماشین اوږدوالي په لړۍ کې پلي شي نو دا حکم کوي چې اوږد ماشینونه به د ګنډل شوي تارونو لږ بدلونونه ولري.دوی به نور ټول جریان راوباسي مګر د amps x بدلونو ورته محصول به ولري او د اوږدوالي په هر واحد کې به ورته کلیمپینګ ځواک (او ورته بریښنا تحلیل) ولري.
د دندې سایکل
د وظیفې دورې مفهوم د برقی مقناطیس ډیزاین خورا مهم اړخ دی.که چیرې ډیزاین د اړتیا څخه ډیر د وظیفې دورې لپاره چمتو کړي نو دا غوره نه ده.د ډیر وظیفې دوره په طبیعي ډول پدې معنی ده چې د مسو نور تارونو ته به اړتیا وي (په پایله کې د لوړ لګښت سره) او/یا به د کلمپ کولو ځواک لږ شتون ولري.
یادونه: د لوړ وظیفې دورې مقناطیس به د بریښنا کم مصرف ولري پدې معنی چې دا به لږ انرژي وکاروي او پدې توګه به د چلولو لپاره ارزانه وي.په هرصورت، ځکه چې مقناطیس یوازې د لنډې مودې لپاره فعال وي نو د عملیاتو انرژي لګښت معمولا ډیر لږ اهمیت لري.په دې توګه د ډیزاین طریقه دا ده چې د بریښنا ضایع کول څومره چې تاسو کولی شئ د کویل د بادونو د ډیر تودوخې نه کولو په شرایطو کې لرې شئ.(دا طریقه د ډیری برقی مقناطیس ډیزاینونو لپاره عام ده).
Magnabend د شاوخوا 25٪ د نومونې دندې دورې لپاره ډیزاین شوی.
معمولا دا یوازې 2 یا 3 ثانیې وخت نیسي ترڅو یو کنډک جوړ کړي.مقناطس به بیا د 8 څخه تر 10 ثانیو پورې بند وي پداسې حال کې چې د کار پیس ځای په ځای شوی او د راتلونکي کنډک لپاره چمتو دی.که چیرې د 25٪ وظیفې دورې څخه تیر شي نو په نهایت کې به مقناطیس ډیر ګرم شي او د تودوخې اوور بار به سفر وکړي.مقناطیس به زیان ونه رسوي مګر باید د بیا کارولو دمخه شاوخوا 30 دقیقو لپاره یخ کولو ته اجازه ورکړل شي.
په ساحه کې د ماشینونو عملیاتي تجربې ښودلې چې د 25٪ وظیفې دوره د عادي کاروونکو لپاره کافي ده.په حقیقت کې ځینې کاروونکو د ماشین د اختیاري لوړ ځواک نسخو غوښتنه کړې کوم چې د کم وظیفې دورې په لګښت کې ډیر کلیمپینګ ځواک لري.
د کویل کراس - برخې ساحه
د کویل لپاره موجود کراس سیکشنل ساحه به د مسو تار اعظمي اندازه ټاکي کوم چې په کې نصب کیدی شي. موجود ساحه باید له اړتیا څخه زیاته نه وي، د اړتیا وړ امپیر بدلولو او د بریښنا ضایع کیدو سره مطابقت ولري.د کویل لپاره د ډیر ځای چمتو کول به په لازمي ډول د مقناطیس اندازه لوړه کړي او په پایله کې په فولاد کې د اوږد فلکس لارې اوږدوالی رامینځته کړي (کوم چې به ټول فلکس کم کړي).
ورته دلیل پدې معنی دی چې هر هغه کویل ځای چې ډیزاین کې چمتو شوی وي باید تل د مسو تار سره ډک وي.که دا ډکه نه وي نو دا پدې مانا ده چې د مقناطیس جیومیټري ښه کیدی شي.
د میګنابینډ کلیمپینګ ځواک:
لاندې ګراف د تجربې اندازه کولو لخوا ترلاسه شوی، مګر دا د نظري محاسبې سره په کافي اندازه موافق دی.
د کلیمپینګ ځواک په ریاضياتي توګه د دې فورمول څخه محاسبه کیدی شي:
F = ځواک په نیوټن کې
B = په ټیسلاس کې مقناطیسي فلکس کثافت
A = د قطبونو ساحه په m2 کې
µ0 = مقناطيسي تحول ثابت، (4π x 10-7)
د مثال په توګه موږ به د 2 Tesla د فلکس کثافت لپاره د کلیمپینګ ځواک محاسبه کړو:
په دې توګه F = ½ (2) 2 A/µ0
د واحد په ساحه (فشار) باندې د ځواک لپاره موږ کولی شو په فورمول کې "A" پریږدو.
په دې توګه فشار = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
دا 1,590,000 N/m2 ته راځي.
د دې لپاره چې دا د کیلوګرام ځواک ته بدل شي دا د g (9.81) لخوا ویشل کیدی شي.
په دې توګه: فشار = 162,080 kg/m2 = 16.2 kg/cm2.
دا په پورتني ګراف کې ښودل شوي صفر تشې لپاره د اندازه شوي ځواک سره خورا ښه موافق دي.
دا شمیره په اسانۍ سره د ماشین د قطب ساحې لخوا په ضرب کولو سره د ورکړل شوي ماشین لپاره ټول کلیمپینګ ځواک ته بدل کیدی شي.د 1250E ماډل لپاره د قطب ساحه 125 (1.4+3.0+1.5) = 735 cm2 ده.
په دې توګه ټولټال، صفر تفاوت، ځواک به وي (735 x 16.2) = 11,900 kg یا 11.9 ټن؛تقریبا 9.5 ټنه په هر متر مقناطیس اوږدوالی.
د فلکس کثافت او د کلیمپینګ فشار مستقیم تړاو لري او په لاندې ګراف کې ښودل شوي:
د عملی کلیمپینګ ځواک:
په عمل کې دا لوړ کلیمپینګ ځواک یوازې هغه وخت احساس کیږي کله چې ورته اړتیا نه وي (!) ، دا هغه وخت دی کله چې د فولادو پتلی ورک پیسونه ودرول شي.کله چې د غیر فولادو ورک پیسونو ودرول شي ځواک به لږ وي لکه څنګه چې په پورته ګراف کې ښودل شوي، او (یو څه په زړه پورې)، دا هم کم وي کله چې د فولادو فولادو کارپیسونه ودرول شي.دا ځکه چې د ګړندۍ کندې د جوړولو لپاره د کلیمپینګ ځواک ته اړتیا د وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ څخه ډیره ده.نو څه پیښیږي لکه څنګه چې موړ تیریږي د کلیمپبار مخکینۍ څنډه یو څه پورته کیږي پدې توګه د ورک پیس ته اجازه ورکوي چې وړانګې رامینځته کړي.
د هوا کوچنۍ تشه چې رامینځته کیږي د کلیمپینګ ځواک د لږ زیان لامل کیږي مګر هغه ځواک چې د وړانګو موقې رامینځته کولو لپاره اړین دی د مقناطسي کلیمپینګ ځواک په پرتله خورا ګړندی راټیټ شوی.پدې توګه یو باثباته وضعیت پایله ورکوي او کلیمپبار نه پریږدي.
هغه څه چې پورته تشریح شوي د موډل حالت دی کله چې ماشین د ضخامت حد ته نږدې وي.که چیرې یو حتی ګټی ورک پیس هڅه وشي نو البته د کلیمپبار به پورته شي.
دا ډیاګرام وړاندیز کوي چې که چیرې د کلیمپبار د پوزې څنډه د تیز پر ځای یو څه وړه شي، نو د موټ موډ لپاره د هوا خلا به کمه شي.
په حقیقت کې دا قضیه ده او په سمه توګه جوړ شوی میګنابینډ به د وړانګې څنډې سره کلیمپبار ولري.(د وړانګو لرونکی څنډه هم د تیزې څنډې په پرتله د ناڅاپي زیان لپاره خورا لږ خطر لري).
د بند د ناکامۍ حاشیه حالت:
که چیرې په ډیر ګنډه کاري پیس کې د ځړولو هڅه وشي نو ماشین به یې په ودرولو کې پاتې راشي ځکه چې کلیمپبار به په ساده ډول پورته شي.(خوشبختانه دا په ډراماتیک ډول نه پیښیږي؛ کلیمپبار یوازې په خاموشۍ سره پریږدي).
که څه هم که د خښتې بار یوازې د مقناطیس د ځړولو ظرفیت څخه یو څه لوی وي نو عموما څه پیښیږي دا دی چې کنډک به شاوخوا 60 درجې ته لاړ شي او بیا به د کلیمپبار شاته حرکت پیل کړي.د ناکامۍ په دې حالت کې مقناطیس کولی شي یوازې د ورک پیس او د مقناطیس بستر ترمینځ د رګونو په رامینځته کولو سره په غیر مستقیم ډول د زنګ وهلو بار سره مقاومت وکړي.
د لفټ آف له امله د ناکامۍ او د سلیډینګ له امله د ناکامۍ تر مینځ د ضخامت توپیر عموما ډیر نه وي.
د لیفټ آف ناکامي د ورک پیس له امله ده چې د کلیمپبار مخکینۍ څنډه پورته پورته کوي.د کلیمپبار په مخکینۍ څنډه کې د کلیمپینګ ځواک اساسا هغه څه دي چې دا مقاومت کوي.په شا څنډه کې کلیمپ کول لږ اغیز لري ځکه چې دا هغه ځای ته نږدې دی چیرې چې کلیمپبار محور کیږي.په حقیقت کې دا د ټول کلیمپینګ ځواک نیمایي برخه ده چې د پورته کیدو مقاومت کوي.
له بلې خوا سلیډنګ د ټول کلیمپینګ ځواک لخوا مقاومت کیږي مګر یوازې د رګ له لارې مقاومت کوي نو حقیقي مقاومت د ورک پیس او مقناطیس د سطحې تر مینځ د رګونو په مقدار پورې اړه لري.
د پاکو او وچو فولادو لپاره د رګونو مجموعه کیدای شي د 0.8 په څیر لوړه وي مګر که چیرې غوړ شتون ولري نو دا ممکن د 0.2 په څیر ټیټ وي.معمولا دا به په منځ کې یو داسې ځای وي چې د ضعف ناکامي حالت معمولا د سلیډنګ له امله وي، مګر د مقناطیس په سطحه د رګونو زیاتوالي هڅې د ارزښت وړ ندي موندل شوي.
د ضخامت ظرفیت:
د E-ډول مقناطیس بدن لپاره 98mm پراخ او 48mm ژور او د 3,800 ampere-turn coil سره، د بشپړ اوږدوالی موډل ظرفیت 1.6mm دی.دا ضخامت دواړه د فولادو او المونیم شیټ باندې تطبیق کیږي.د المونیم په شیټ کې به لږ کلیمپینګ وي مګر د دې د ځړولو لپاره لږ تورک ته اړتیا لري نو دا په داسې ډول معاوضه کوي چې د دواړه ډوله فلزاتو لپاره ورته ګیج ظرفیت ورکړي.
د بیان شوي موډل ظرفیت په اړه باید ځینې احتیاطونه شتون ولري: اصلي یو یې دا دی چې د شیټ فلز تولید ځواک په پراخه کچه توپیر کولی شي.د 1.6mm ظرفیت په فولادو باندې تطبیق کیږي چې تر 250 MPa پورې د حاصل فشار سره او په المونیم باندې د حاصل فشار سره تر 140 MPa پورې.
په سټینلیس سټیل کې د ضخامت ظرفیت شاوخوا 1.0mm دی.دا ظرفیت د ډیری نورو فلزاتو په پرتله د پام وړ کم دی ځکه چې سټینلیس فولاد معمولا غیر مقناطیسي وي او لاهم د مناسب لوړ حاصل فشار لري.
بل عامل د مقناطیس د حرارت درجه ده.که چیرې مقناطیس ته اجازه ورکړل شي چې ګرم شي نو د کویل مقاومت به لوړ وي او دا به د دې لامل شي چې دا د ټیټ امپریري حرکتونو او ټیټ کلیمپینګ ځواک سره لږ جریان راوباسي.(دا اغیزه معمولا خورا معتدل وي او احتمال نلري چې د دې لامل شي چې ماشین خپل مشخصات نه پوره کوي).
په نهایت کې ، د مقناطیس کراس برخه پراخه شوې وي نو د قوي ظرفیت میګنابینډونه رامینځته کیدی شي.