 |
Разработка ученых Пермского Политеха упростит создание линейных двигателей для конвейеров и роботов-манипуляторов
Линейные двигатели приводят в движение станки, электрический транспорт и даже бионические протезы. Для перемещения по прямой линии им не нужны дополнительные механизмы, но иногда необходимо движение по кривой. Ученые ПНИПУ проанализировали три вида моделей линейного двигателя и выяснили, какой из них лучше справляется с поставленной задачей.
Линейные двигатели приводят в движение электрический транспорт, лифты высотных зданий, металлорежущее оборудование, транспортировочные конвейерные ленты, сваебойные молоты и даже бионические протезы. Их преимущество в том, что для перемещения по прямой линии не нужны дополнительные механизмы – шестерни, рейки или цепи. Но иногда при обработке деталей сложной формы, выполнении некоторых манипуляций в робототехнике, перекосах и неровностях движения необходимо перемещение по криволинейной траектории. Не каждая конструкция агрегата способна сделать это эффективно и без лишних колебаний. Ученые Пермского Политеха проанализировали три вида моделей линейного двигателя и выяснили, какой из них лучше всего справляется с поставленной задачей.
Статья опубликована в журнале «Электротехника», № 11, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Большинство традиционных двигателей основаны на преобразовании электрической энергии в процессе вращения подвижного поршня вокруг своей оси. Для изменения их скорости, силы и других параметров необходимо использовать механические передачи – зубчатые шестеренки, рейки и цепи. Это усложняет и утяжеляет конструкцию.
В линейных двигателях подвижная часть перемещается вдоль оси, то есть не вращается. Благодаря этому они преобразуют энергию непосредственно в движение по прямой без дополнительных механических передач. Это повышает надежность и снижает износ составляющих. При этом бывают ситуации, когда подвижная часть должна идти по искривленной линии или дуге, как это происходит, например, при обработке деталей сложной формы на станке или при выполнении действий роботизированной рукой.
Для таких случаев в некоторых линейных двигателях предусмотрен гибкий вторичный элемент – подвижный механизм, который может изгибаться или деформироваться в некоторых пределах. Сложность в том, что не каждая такая конструкция качественно справляется с нестандартной траекторией.
Ученые Пермского Политеха сравнили несколько вариантов линейного двигателя и выявили самый перспективный гибкий вторичный элемент. Анализ проводили путем создания в специальной программе двумерных моделей. За основу выбрали линейный четырехполюсный малогабаритный двигатель – он имеет небольшие размеры и широко применяется в механизмах, где требуется компактность, простота и надежность – в насосах, конвейерах и роботах-манипуляторах. Изучаемый элемент состоит из силикона, который позволяет ему изгибаться, и магнитных элементов – они взаимодействуют с магнитным полем статора, вызывая движение.
– Мы рассмотрели три варианта конструкции этого механизма. В первом – на подвижной части внутри силикона размещаются кольца из магнитомягкой стали, которая проводит магнитное поле. Взаимодействие этого поля и тока создает силу, которая перемещает подвижную часть в линейном двигателе. Вторым вариантом стало применение силикона, смешанного с магнитомягкой стружкой. Третий и наиболее простой вариант – удаление 1/3 материала вокруг шарнира, чтобы обеспечить большую гибкость, – комментирует Александр Плюснин, аспирант кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.
– Мы сравнивали модели по одному из главных критериев – тяговому усилию. Этот параметр показывает силу, которую двигатель создает для перемещения объекта. В программе моделирования мы построили графики для каждой конструкции и выявили средний показатель. Результаты показали, что наиболее эффективен вариант с использованием магнитомягких колец. Такой двигатель развивает наибольшее тяговое усилие – 4,38 Н против 3,58-3,63 Н. При этом он испытывает меньше колебаний, а значит сохраняет стабильность и плавность работы, – объясняет Денис Опарин, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.
Исследование ученых Пермского Политеха выявило наиболее перспективный вариант конструкции гибкого вторичного элемента для линейного двигателя, который способен эффективно работать на искривленных траекториях. Использование магнитомягких колец обеспечивает наибольшее тяговое усилие, меньшие колебания и, следовательно, более стабильную и эффективную работу. Разработка станет оптимальным решением для предприятий, где в производстве задействованы станки для обработки деталей, конвейерные ленты и роботы-манипуляторы.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 04:53, 17.01.2025
Количество просмотров: 502
Страна: Россия
| Разработка ученых Пермского Политеха позволит легче управлять двигателями насосов, станков, генераторов, ПНИПУ, 14:39, 28.03.2025, Россия |
436 |
| Синхронные двигатели незаменимы в промышленности. Их традиционное управление требует датчиков, уязвимых к вибрациям, помехам и высоким температурам, что приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые ПНИПУ предложили метод бездатчикового управления, который обеспечивает широкий диапазон скоростей, а статистические ошибки не превышают 1%. |
 |
| Взгляд из космоса: ученые Пермского Политеха рассказали, как работают спутники, ПНИПУ, 19:54, 27.03.2025, Россия |
120 |
| Эксперты Пермского Политеха рассказали о том, сколько их на орбите, в чем их преимущество перед наземными системами, как космические аппараты расширяют наши знания о Вселенной и дарят нам бесперебойный доступ в интернет, как человечество собирается справляться с растущей угрозой космического мусора и создается ли в России аналог «Starlink». |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как морозы влияют на свойства дорожных материалов, ПНИПУ, 19:42, 27.03.2025, Россия |
96 |
| Геосинтетики более 30 лет применяют в дорожном строительстве для повышения прочности и снижения затрат. Однако на морозе их свойства могут ухудшаться. Ученые Пермского Политеха выяснили, что после циклов заморозки и оттаивания многие геосинтетические материалы не теряют, а усиливают прочность (111,8–174,4% от исходной), повышая морозостойкость. |
 |
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как уменьшить токсичные выбросы авиационных двигателей, ПНИПУ, 17:00, 19.03.2025, Россия |
130 |
| Газотурбинные двигатели работают от сжигания топлива, которое нужно хорошо смешать с воздухом. В этом помогает подогрев, особенно важный для смесей с меньшим количеством топлива. Но в процессе выделяются токсичные газы. Ученые ПНИПУ выяснили, что, если подогревать топливо перед камерой сгорания двигателя, то выбросы угарного газа снизятся на 24%. |
 |
| Молодой ученый Алтайского ГАУ отмечен грамотой Президента России, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 12:35, 16.03.2025, Россия |
255 |
| На заседании коллегии управления по молодежной политике и реализации программ общественного развития Алтайского края состоялось награждение организаторов Всемирного фестиваля молодежи 2024 года, среди которых оказался магистрант Алтайского государственного аграрного университета Иван Лопатин |
|
|
|
