寬厚鋼板電磁起重系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1、<p>　　寬厚鋼板電磁起重系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：基于系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)思想，給出了寬厚鋼板電磁起重系統(tǒng)的組成原理，介紹了該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與單元設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題；重點(diǎn)論述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的約束條件、總體布局設(shè)計(jì)原則及其采取的措施、耐高溫專用線性電磁鐵的設(shè)計(jì)思路和電控子系統(tǒng)的工作原理；特別是在電磁起重技術(shù)領(lǐng)域引人了精確調(diào)磁的概念，并付諸于設(shè)計(jì)實(shí)踐中；同時(shí)給出了一個(gè)總體分布實(shí)例及其電磁鐵的

2、設(shè)計(jì)結(jié)果。 關(guān)鍵詞：電磁鐵；起重技術(shù)；寬厚板 寬厚鋼板在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中具有極為重要的地位；然而，在寬厚板起重技術(shù)的研究和應(yīng)用方面，我國(guó)還處在起步階段川。為滿足某特大工程項(xiàng)目的需要，基于系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)思想，作者對(duì)寬厚板起重系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行了較深人研究，并研制了寬厚板電磁起重系統(tǒng)的樣機(jī)。 寬厚板的特點(diǎn)是大而重。如外形尺寸13000mmx4900mmx50mm的鋼板，其重量達(dá)25t。一般的鋼材吊

3、運(yùn)，通常采用一個(gè)或幾個(gè)電磁鐵進(jìn)行起重。但對(duì)寬厚板而言，需要幾十個(gè)起重單元協(xié)同工作，而不是一堆電磁鐵的簡(jiǎn)單組合，由此給電磁起重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來一系列特殊問題，如電磁鐵的布局合理性，成組電磁鐵的選擇與協(xié)同工作，需滿足不同被吊物的磁力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)安全防護(hù)與故</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的約束條件 電磁起重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括總體設(shè)計(jì)和單元設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)包括目標(biāo)分析與分解、總體布局設(shè)計(jì)、電控原理確定等；單元設(shè)計(jì)

4、包括機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電磁鐵的設(shè)計(jì)、電控單元設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)電磁起重系統(tǒng)時(shí)，除了滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，應(yīng)重點(diǎn)考慮下述約束條件。 1)被吊物方面：①滿足最大載荷要求(即電磁鐵負(fù)載滿足要求)；②鋼板的最大、最小外形尺寸：長(zhǎng)x寬x厚；③鋼板的材質(zhì)(不同的材質(zhì)，其導(dǎo)磁率和飽和磁密不同影響吸力)；④鋼板的溫度(影響鋼材的導(dǎo)磁率及飽和磁密，鋼板的撓度增大)；⑤鋼板的撓度；⑥鋼板的表面質(zhì)量、氧化層厚度。 2)起重系統(tǒng)本身：①電

5、磁鐵的自重；②安全系數(shù)>2；③通電持續(xù)率60%；④系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間(吸放時(shí)間)<3s；⑤電磁鐵內(nèi)部溫升問題；⑥吊運(yùn)偏心問題(對(duì)正問題)<10%；⑦成組電磁鐵的共平面問題；⑧長(zhǎng)短掛梁的共用電控問題；⑨與掛梁的接口；⑩電控系統(tǒng)內(nèi)部干擾問題；@長(zhǎng)掛梁的伸縮問題；⑩起吊加速度及擾度突出邊的動(dòng)態(tài)壓力問題。 3)環(huán)境方面：①環(huán)境溫度；②外界干擾等。 4)其他方面：①突然斷電、整流器故障；②某一個(gè)電磁鐵出現(xiàn)故

6、障，等。 3 電磁鐵總體布局的原則 </p><p>　　綜合上述3方面的結(jié)果，同時(shí)考慮到板材規(guī)格的變化，進(jìn)而確定了電磁鐵的總體分布。例如，對(duì)鋼板(尺寸為：厚度5-50mm、寬度1.3^4.9m、長(zhǎng)度6.0-45.0m)的起吊，當(dāng)長(zhǎng)短掛梁凈起重量均為26t，其電磁鐵的總體分布如圖2所示，共采用17個(gè)電磁鐵。 4 電磁鐵的設(shè)計(jì) 1)專用電磁鐵設(shè)計(jì)寬厚板的起重通常

7、以單張進(jìn)行。由于常規(guī)電磁鐵的磁力特性是強(qiáng)烈非線性的[2]要從一疊鋼板中可靠地吸吊起單張鋼板，采用常規(guī)電磁鐵是不適宜的，為此需要設(shè)計(jì)專用電磁鐵。 額定載荷P的確定 P=Wmax/n(1) 式中：Wmax為被吊鋼板的最大重量；n為電磁鐵的個(gè)數(shù)。 安全系數(shù)K的確定 K=F/P(2) 式中F為單個(gè)電磁鐵的電磁力。 電磁力F的計(jì)算(3] 

8、F=B2A/(2μ0)(3) 式中：F為電磁力(N)；B為工作氣隙處的磁通密度(T)；A為有效吸附面積(m2)；μ0為真空中的磁導(dǎo)率(4πx10-7H/m)。</p><p>　　根據(jù)式(1),(2)，安全系數(shù)取2.5，就可以確定最大電磁力。根據(jù)式(3)，合理選擇B值，就能確定A值，這樣就對(duì)應(yīng)確定了線圈芯的截面尺寸。 為確保電磁鐵在高溫下能正常工作，對(duì)電磁鐵進(jìn)行了耐高溫設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)

9、在于既要把內(nèi)部線圈產(chǎn)生的電阻熱散發(fā)出去，又要阻止外部鋼板的熱量傳進(jìn)來。所采取的措施有：采用耐高溫的電磁線；增加導(dǎo)熱絕緣層和外部傳導(dǎo)熱阻斷層；采用防輻射隔熱層；加大散熱面積并設(shè)計(jì)了外部散熱風(fēng)道。 鑒于每次只吊運(yùn)單張鋼板，而鋼板規(guī)格的變化范圍很大，針對(duì)不同厚度的鋼板，電磁鐵需要輸出不同的電磁力，因此需要對(duì)電磁鐵進(jìn)行無級(jí)調(diào)磁。為此，提出了“精確調(diào)磁”的概念，并開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)無級(jí)精確調(diào)磁，對(duì)電磁鐵而言，其關(guān)鍵是在保證足夠