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  • http://www.jiangyujia.com 江门云梯车出租, 鹤山云梯车出租,新会云梯车出租    冗余加载式协同制动器电磁制动有限元分析方法?
    新闻分类:行业资讯   作者:admin    发布于:2020-11-044    文字:【】【】【

           江门云梯车出租, 鹤山云梯车出租,新会云梯车出租    冗余加载式协同制动器电磁制动有限元分析方法?     为验证理论计算的结果,需要根据电磁场基本理论对本文协同制动器设计的两个重点内容(即电磁力和电涡流)进行仿真分析。具体涉及到电磁力大小和方向、制动器及制动盘的磁密度分布、涡流制动力矩和涡流密度分布等内容。


         1 电磁力仿真分析: ANSYS Electronics Desktop 中的Maxwell 工具基于麦克斯韦方程组以及欧姆定律等基本定律的变形式,能够实现三维或二维的静动态、时频域磁场以及电场的有限元仿真分析。本文采用该软件中的Maxwell 3D 模块对所设计的协同制动器进行磁场仿真分析并着重研究通电线圈在制动器内部产生的电磁相互作用力的大小。



         1)建立仿真模型: 按照前文参数,采用三维绘图软件SOLIDWORKS 对磁力-液压冗余加载式摩擦-涡流协同制动器进行建模。由于协同制动器的结构较为复杂,因此在仿真分析时,为减小计算量,对制动器的结构进行简化,只保留制动钳、摩擦片、背板、制动盘、骨架以及铁芯等与磁路有关的主要部件。选择Solution  type 为Magnetostatic(静态磁场),将简化好的三维模型导入软件中。


         2)设置材料属性软件内部设有常用的材料库,使用者也能够自行定义其他材料。将线圈材料选择为copper 其相对磁导率μr=1;根据要求将骨架材料选择为aluminum,它的相对磁导率也为1,并设置其电导率为0;定义中芯材料为iron,定义背板和制动钳体材料为 steel,它们的相对磁导率会根据内部材料库中所对应的非线性B-H 曲线得出;定义制动盘材料为cast  iron,其相对磁导率为400;由于摩擦材料为课题组自制,新建材料为brake  pad,相对磁导率为362;气隙材料默认选择air,相对磁导率为1。在对每部分材料设置的同时,对其名称进行重命名并设置颜色。



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         3)设置激励条件和求解参数首先建立适当的坐标系,设置仿真几何模型的空间坐标Position 以及X、Y、Z 三个坐标轴的尺寸属性。为简化计算,本文布置了尺寸为425*450*400mm 的长方体空气域将协同制动器包裹住,并假定通电时磁力线分布在该区域内。协同制动器的磁场通过励磁线圈的激励形成,根据前文设计,八个线圈电流大小相同但通电方向可以变化。本文主要验证排斥力,因此将轴向相邻两个线圈的通电方向设置相反,同时保持关于制动盘两侧对称。依次给八个线圈分别添加激励电流并设置方向,value 值设为N*I;然后设置求解力,为直观看到制动盘两侧力的变化,设置Force1 和Force2 的动作对象分别为靠近制动盘两侧的线圈、骨架、背板及摩擦片;添加计算设置,误差百分数和最大迭代次数分别为0.01 和10;在工程的设计属性中设置线圈匝数N 和电流I,同时也要进行参数化设置,电流I=7.5A,匝数N=469,由于线圈镜像得到,只需设置一个即可;设置变量air_gap为一侧相邻线圈间的空气间隙,即代表斥力行程(位移)的大小,初始位移设置为0mm,根据模型结构,终止位移设置为2mm,步长设置为0.2mm,这样将有10 个点可以拟合成电磁力随位移的变化曲线。由于力的轴线方向与坐标系中的z轴平行,因此只需要将z轴的力设置为输出变量Y 即可,而变量X 设置为air_gap。



           4)网格划分和计算求解通过Maxwell 自动计算划分出高质量的自适应网格。设置完所有参数后,在仿真前进行有效性检查,无问题后开始冗余加载式协同制动器的电磁力和静态磁场仿真求解。



            5)结果分析求解结束之后便可以获得协同制动器电磁力和静态磁场仿真结果。其中电磁斥力随着靠近制动盘一侧的励磁线圈位移的变化曲线,蓝色和红色曲线分别代表表示制动盘两侧的电磁力变化,可以看到,两条曲线关于0 点对称良好,说明可以同时实现两侧的电磁加载;由于Force1 的动作对象设置为制动盘上侧的线圈、骨架、背板及摩擦片,由曲线上看,其值为负,说明其受力向下,方向为z轴负半轴方向,而Force2 的值为正,受力向上,方向为z轴正向,再次证明了两个动作对象都是受排斥力,验证了设计的合理性。以蓝色曲线为例,该曲线呈现了电磁力随位移先短暂增大后逐渐减小的趋势,在电磁力达到稳定后,由于距离越大,空气磁阻越大,单位面积的磁力线越稀疏,因此磁力随着距离的增加而逐渐变弱;电磁力在气隙为0.2mm 左右达到最大,最大值为134N>122.5N(液压力的20%),0mm 的初始值128N 也符合要求。改变励磁线圈的通电方向等其他设置模拟吸引力,发现几乎得到了相同的结果,因此电磁力的大小可以满足辅助加载的要求。对应的,协同制动器在初始位置不加载时的静态磁场分布图。可以看出,由于电流较大,作为激励源部分的线圈内铁芯位置的磁通密度最大,约为3.58T。整个制动钳体的磁通密度在0.0036T——0.29T 范围内,磁场变化率较大,而制动盘上的磁通密度在0.0003T ——0.156T 范围内,由摩擦区域向外逐渐变小,呈椭圆状向外扩散分布。由于为产生排斥力将相邻励磁线圈的通电方向设置相反,部分磁感线相互抵消导致穿过制动盘的磁感应强度较低,远小于在设计时按励磁线圈通电方向全部相同时的计算值。



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    点击次数:48  更新时间:2020-11-04  【打印此页】  【关闭
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