Исследование и Разработка устройства контроля наличия посторонних металлических предметов в сырье и материалах горно-металлургического производства

В третьей главе выполнено аналитическое исследование и разработка чувствительного элемента для обнаружения металлических включений в руде. Разработана конструкция чувствительного элемента, выполнен расчет его электромагнитного поля, а также расчет и оптимизация размеров и формы экрана. Параметры электромагнитного поля являются определяющими при разработке чувствительного элемента, так как именно оно воздействует на контролируемую среду и металлический предмет. Таким образом, информация об этих параметрах позволяет провести предварительную оценку свойств чувствительного элемента, провести оптимизацию конструкции и разработать методику ее расчета. Расчет трехмерных полей, несмотря на развитие вычислительной техники, и численных методов, является сложной задачей. В связи с этим при выборе метода решения приняты некоторые допущения. При допущении, что поле рабочей области чувствительного элемента является квазистационарным, исследование его параметров можно проводить в статике одной из компонент, а поскольку в предлагаемой конструкции чувствительного элемента поле возбуждается обмоткой с током, целесообразно рассматривать магнитную компоненту. Поскольку линейные размеры чувствительного элемента в одном из измерений существенно больше, чем в двух других, и влиянием искажения поля на краях обмотки можно пренебречь то расчет поля датчика можно вести без учета одной из координат. Таким образом, задача значительно упрощается и сводится к расчету магнитного поля на плоскости. Следует выделить шесть основных методов расчета электромагнитного поля: базисный метод, метод конформных отображений, прямой метод, метод разделения переменных, метод конечных разностей и метод конечных элементов. Анализ этих методов с точки зрения их сложности, скорости расчета, точности полученных результатов, а также удобства их использования выявил, что в нашем случае наиболее приемлемым является использование метода конечных элементов. Был выполнен обзор программных комплексов для расчета полей, в основе которых лежит метод конечных элементов. В результате анализа этих комплексов установлено, что с точки зрения их возможностей, удобства использования, точности полученных результатов, а также других характеристик наиболее приемлемым является программный комплекс Elcut, разработанный отечественной компанией «ТОР» для компьютеров типа IBM PC. В результате проведенных выше исследований выявлено, что наиболее приемлемыми являются проходной и накладной типы датчиков. Исходя из этого, было проведено численное моделирование их магнитных полей при разном взаимном расположении обмоток с током. На рис. 3.1, 3.2 представлены эскизы конструкции датчиков и соответствующие им, при сделанных допущения, картины одного из рассчитанных вариантов поля датчика на плоскости XY. а) эскиз конструкции накладного датчика: A - A 1 – руда; 2 – металлический предмет; 3 - конвейерная лента; 4 – накладной датчик б) картина поля на плоскости XY Рис. 3.1 Эскиз конструкции накладного датчика и соответствующая ему картина поля на плоскости XY Анализ полученных результатов показал, что накладной датчик, в отличие от проходного, не обеспечивает необходимой глубины обнаружения металлических предметов и равномерности напряженности поля. Таким образом, установлено, что в условиях горно-обогатительного производства целесообразно использовать проходной датчик. а) эскиз конструкции проходного датчика: A - A 1 – руда; 2 – металлический предмет; 3 - конвейерная лента; 4 – проходной датчик б) картина поля на плоскости XY Рис. 3.2 Эскиз конструкции проходного датчика и соответствующая ему картина поля на плоскости XY Исходя из этого определено такое расположение обмоток с током, при котором обеспечивается необходимая равномерность напряженности поля, что позволяет получить наиболее равномерный уровень выходного сигнала. На рис. 3.3 представлены семейства кривых характеризующих изменение напряженности магнитного поля в различных точках плоскости XY для выбранной конструкции чувствительного элемента. Рис. 3. 3 Изменение напряженности магнитного поля в различных точках плоскости XY На работу чувствительного элемента существенное влияние оказывают внешние электромагнитные помехи, а также находящиеся в непосредственной близости металлоконструкции. Следовательно, для устранения воздействия электромагнитных помех и обеспечения требований по электромагнитной безопасности необходимо экранирование чувствительного элемента. В качестве материала экрана была принята нержавеющая сталь толщиной 1 . Площадь поверхности и положение экрана относительно обмоток чувствительного элемента определяются размерами экрана и оказывают непосредственное влияние на добротность колебательной системы датчика, а, следовательно, на амплитуду выходного сигнала. Таким образом, возникает задача выбора оптимальных размеров и формы экрана датчика. Анализировались экраны в форме цилиндра и параллелепипеда. Соответствующие им сечения экранов и задачи расчета электромагнитного поля на плоскости XY приведены на рис. 3.4., а варианты размеров экранов в табл. 3.1. Рис. 3. 4 Сечения экранов и задачи расчета электромагнитного поля датчика на плоскости XY при наличии экрана Таблица 3.1 Форма и размеры экранов проходного датчика Сечение экрана Экран Размеры экрана (см) Разомкнутый прямоугольник № 1 a=65, b=40 № 2 a=60, b=35 № 3 a=50, b=30 № 4 a=40, b=20 № 5 a=30, b=10 Разомкнутая окружность № 6 R=30 № 7 R=25 № 8 R=20 На основании проведенных расчетов построены кривые, характеризующие изменение напряженности поля при изменении формы и размеров экрана (рис. 3.5). Определены наиболее эффективные конструкции экранов (табл. 3.2.) Для определения степени отрицательного влияния на датчик металлоконструкций находящихся в непосредственной близости, была найдена напряженность поля непосредственно у поверхности выбранных экранов (табл. 3.3.). Рис. 3. 5 Изменение напряженности поля датчика для различных вариантов экрана в точках плоскости XY при Таблица 3.2 Коэффициенты экранирования для выбранных экранов Вид экрана Рассчитанные значения напряженности магнитного поля () Коэффициент экранирования экран №3 0.0021 123.08 экран №4 0.0018 139.13 экран №8 0.0020 128.50 Таблица 3.3 Напряженности поля у поверхности экранов Вид экрана Напряженность магнитного поля у экрана (А/м) экран №3 0.0038 экран №4 0.0062 экран №8 0.0036 Таким образом, с учетом рис. 3.5, в качестве оптимального выбран экран №3. На основании проведенных исследований определены конструкция чувствительного элемента, размеры и форма экрана. В четвертой главе выбраны критерии оценки чувствительности датчика, определен его выходной параметр выполнен анализ выходного сигнала в соответствии с выбранными критериями. Важным функциональным параметром датчика является его чувствительность. В публикациях и паспортных данных на устройства чувствительность определяют минимальной массой обнаруживаемого металлического предмета. Это не корректно, так как вихретоковый датчик реагирует на изменение площади поверхности металлического предмета и на изменение его положения относительно обмоток с током. С учетом этого, в работе для оценки чувствительности датчика введено использование изменения выходного сигнал в соответствии с указанными выше параметрами. На основании уравнения энергетического баланса установлено, что при питании обмоток датчика переменным током часть энергии расходуется на нагревание обнаруживаемого металлического предмета, при этом мощность потерь энергии определяется в соответствии с теоремой Умова-Пойнтинга. Эту энергию можно рассеять на некотором сопротивлении, вносимом в электромагнитную систему чувствительного элемента, что приводит к изменению тока и общей мощности электрической цепи датчика, равноценным введению в рабочую область его поля металлического предмета. Такое эквивалентное сопротивление принято нами за выходной параметр датчика - . В общем случае вносимое сопротивление имеет комплексный характер и включает активную и индуктивную составляющие. Однако исследования электромагнитных датчиков свидетельствуют о том что, что с увеличением от нуля частоты тока, питающего датчик, вначале преобладает индуктивная составляющая, затем – до частот единиц МГц активная и далее – вновь индуктивная. На основании экспериментальных исследований частота тока питающего датчик выбрана равной , поэтому анализ выходного сигнал проводился для активной составляющей вносимого сопротивления. На основании анализа электромагнитного поля получены статические характеристики вихретокового датчика: где: - нормированное значение эквивалентного вносимого сопротивления - максимальное значение эквивалентного сопротивления, - пространственная ось координат перемещения металлического предмета, перпендикулярная плоскости расположения обмоток рис. 3.2 , - пространственная ось координат смещения металлического предмета, в плоскости проходного сечения чувствительного элемента рис.3.2. При дифференцировании выходного сигнала по площади металлического предмета и по расстоянию его до обмоток датчика найдены соответствующие функции чувствительности датчика к приращению поверхности (,), к приращению по оси координат (, ), к приращению по оси координат (, ): , где – угловая частота переменного тока, питающего датчик, [], – абсолютная магнитная проницаемость, [], – удельная проводимость металла, [], - сила тока питающего датчик, [], – напряженность поля в точке с координатами (х,у), Соответствующие относительные чувствительности датчика к приращениям поверхности и к изменению положения от металлического предмета относительно обмоток с током имеют вид: На основании проведенных исследований получены аналитические зависимости, определяющие относительные чувствительности датчика к приращениям поверхности и к изменению расстояния от металлического предмета до обмоток с током.

Похожие:

	Иновационное развитие химической промышленности в россии христофорова... Приравниваются работы, опубликованные в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций и симпозиумов		А. А. Безымянных «О применении заемного труда и аутсорсинга на предприятиях... А. А. Безымянных «О применении заемного труда и аутсорсинга на предприятиях горно-металлургического комплекса России»
	Горная промышленность как элемент отечественной экономики акулова... Методическая разработка интегрированного урока географии и информатики в 8 классе		Технология газоочистки и использования вторичных энергоресурсов на...
	Технология газоочистки и использования вторичных энергоресурсов на...		Рабочая программа учебной дисциплины «Новые конструкционные материалы» Целью преподавания дисциплины дать представление о новых металлических и неметаллических конструкционных материалах, методах их получения,...
	Золотодобывающая промышленность как элемент иновационной экономики... Список литературы введение 3		Программы обучения, реализуемые в Пермском Национальном Исследовательском... Горное дело (Профили: Горные машины и оборудование; Маркшейдерское дело, Подземная разработка рудных месторождений; Электропривод...
	Конференция-конкурс проводится в два тура. 1 Приглашаем Вас принять участие во Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений, осуществляющих...		Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,...
	Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,...		"Сравнительное исследование общетоксического действия препаратов- " Сравнительное исследование общетоксического действия препаратов- "Тубавит" производства ОАО "Щелковский витаминный завод", РФ и "Рифакомб"...
	Тезисы докладов в электронном виде (по e-mail) объемом не более 1 страницы (приложение 3) Приглашаем Вас принять участие во Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений, осуществляющих...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Устройство и ремонт механического оборудования кранов металлургического производства»
	Литература Местом прохождения практики студента четвертого курса металлургического факультета группы ЗлМ-407 Рушкина П. И. являлся “Отдел информационных...		Рабочая программа дисциплины «Технологии производства иммунобиопрепаратов» Целью освоения дисциплины «Технологии производства иммунобиопрепаратов» является получение знаний о современных технологиях производства...