起重电磁铁的设计.docx

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起重电磁铁的设计

摘要

电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。

本课程设计主要讨论了直流盘式起重电磁铁机构的计算方法，特性以及它们的简单设计方法。

以电磁感应理论为核心根据直流电磁铁的起重特点，通过经验设计确定线圈的磁感应强度等参数，然后通过经验参数计算出电磁铁线圈的内径并确定线圈的高度，从而使吸力达到设计符合的要求。

电磁铁的线径以及线圈的高度参数是计算的重点并加以进一步讨论。

关键字：

电磁铁起重直流

1概述3

1.1直流盘式起重电磁铁4

1.2直流盘式起重电磁铁的特点4

2起重电磁铁原理4

2.1电磁感应原理4

2.2磁化曲线4

2.3电磁铁材料4

2.4电磁铁的吸合5

3直流盘式起重电磁铁图6

4起重电磁铁的设计7

4.1电磁铁的设计参数8

4.2起重电磁铁的计算8

6结论10

7参考文献12

一.概述

1.1直流盘式起重电磁铁

起重电磁铁，顾名思义，就是在工业领域应用的，作为用于冶金、矿山、机械、交通运输等行业吊运钢铁等导磁性材料或用作电磁机械手，夹持钢铁等导磁性材料。

电源通过控制部分给电磁铁输入直流电,电磁铁产生强大磁场并对铁磁性物质产生吸力,把电能转换为机械能,从而达到搬运各种铁磁性物料的目的。

1.2直流盘式起重电磁铁的特点

1、采用全密封结构，防潮性能好。

2、经计算机优化设计，结构合理、自重轻、吸力大、能耗低。

3、励磁线圈经特殊工艺处理，提高了线圈的电器和机械性能，绝缘材料热等级达到C级，使用寿命长。

4、普通型电磁铁的额定通电持续率由过去的50%提高到60%，提高了电磁铁的使用效率。

5、超高温型电磁铁采用独特隔热方式，其中被吸物温度有过去的600℃提高700℃，扩大了电磁铁的适用范围。

6、安装、运行、维护简便。

二.起重电磁铁原理

2.1电磁感应原理

当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。

磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。

为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。

但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。

如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。

另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。

否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去起重电磁铁应有的优点。

2.2磁化曲线

磁导体的磁导率不是常数，而是H值的非线性函数，

故磁导体的磁化曲线时非线性的，函数图如下图所示：

图2-1磁化曲线

2.3电磁铁材料

内部带有铁芯的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置叫做电磁铁。

通常制成条形或蹄形。

铁芯要用容易磁化，又容易消失磁性的软铁或硅钢来制做。

这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后就随之消失。

软磁材料：

软磁材料矫顽力小，磁导率高，剩磁也不大，所以磁滞现象不明显，常用的有：

电工纯铁，硅钢，高磁导率合金，高频软磁材料和非晶态软磁合金等

2.4电磁铁的吸合

要保证电磁铁可靠动作，在整个工作行程内，吸力均大于反力。

一般电磁铁均选择衔铁释放位置为设计点,在该点应保证吸力可以克服反力而使衔铁动作。

图2-2吸力反力特性曲线

有时需根据电磁铁的动作时间来确定电磁铁的类型，对于快速执行要求可达到3～4ms，如极化继电器。

对于慢速要求的可达300～500ms。

为了获得慢速要求，可采用带短路环的拍合式和吸入式。

三.直流盘式起重电磁铁图

3.1直流盘式起重电磁铁装置图

图3-1直流盘式起重电磁铁装置图

3.2磁路图

图3-2磁路图

四.起重电磁铁的设计．

4.1起重电磁铁的设计参数

用途：

专供起重生铁锭和中等尺寸废钢之用

型式：

园盘式

被吸物温度：

常温

通电持续率：

50％

环境温度：

To=-5℃~+40℃

线圈额定电压：

Ue=220V（直流）

最大额定电压：

Umax=1.05Ue

允许温升：

（H级绝缘）T=160℃

起重能力和某些限定数据：

电磁铁外半径R：

0.65m

自重：

≤3000kg

功率参考值：

11.1KW

起重能力：

生磁体或废钢1100kg

铸铁铁屑600kg

计算用等效衔铁厚度0.08m

4.2起重电磁铁的计算

（一）、电磁铁的原始数据

1、初始吸力QH=1100（公斤）

3、容许温升160（℃）

4、工作制：

长期工作制τ=1；短时工作制τ＜1；重复短时工作制τ＜1。

重复短时工作制还应给出接通时间或循环时间。

采取长期工作制。

5、电磁铁的工作电压。

（二）、初算

根据磁通最优密度曲线查表，磁感应强度B=3000

根据电磁吸力公式QH=π

（公斤）

（1）

由

（1）式得R1=

=55（cm）

（三）、初算线圈的总磁动势方程

表5-1内外磁极中心距与工作气隙的关系

内外磁极中心距

（cm）

等值工作气息（cm）

铸铁块或中等尺寸废钢

小块碎铁或铁屑

70~100

20~25

25~40

50~70

15~20

25~35

50以下

10~15

15~25

δ取0.35

F∑=

kct=2857

kct=1.2～1.55

试验表明，导磁体内磁动势占电磁铁总磁动势的10～25%，非工作气隙中的磁动势占总磁动势的5～10%，则材料选择最经济。

取磁导体中的磁势降为气隙磁势的18%,非工作气隙中的磁势降为气隙中磁势的10%,则

式中KCT=

=1.28

0.78=1-（10%+18%）

（三）、确定线圈长度和高度

LK=

=8.2cm

式中：

漆包线的电阻率ρθ=2.4×10-2Ωcm2/m漆包线90℃时电阻率

散热系数K=1.16×10-3W/cm2℃

fK-填充系数取0.48

表4-1fK填充系数

漆包线直径（mm）

手动绕线

自动绕线

0.1

0.44

0.38

0.15

0.495

0.2

0.535

0.48

0.3

0.54

0.4

0.57

对于比值

=

=0.82（线圈子的长高比，也叫窗口尺寸），如果吸力增大或行程减小，可减小此值。

线圈高度H=R2-R1=65-55=10（cm）

确定漆包线的直径

d=

=

=0.42（mm）

结论

本课程设计通过运用直流盘式起重电磁铁的概念及特点，通过电磁感应原理，将铁芯材料磁化将电磁能转化为机械能。

根据实际设计参数设计线圈的内径，高度和线径以达到实际需要。

通过改变线圈的长高比可以适应行程的变化。

参考文献

[1]夏天伟，丁明道．电器学．北京：

机械工程出版社，1999．

[2]杨儒贵．电磁场与电磁波．北京：

高等教育出版社，2003．

[3]王宝龄．电磁电器设计手册．北京：

国防工业出版社，1989．

[4]张冠生．电器理论基础．北京：

机械工业出版社，2002．

[5]方大千．高低压电器速查速算手册．北京：

中国水利水电出版社，2004．

[6]张节容．高压断路器原理和应用．北京：

清华大学出版社，2002．

[7]熊泰昌．真空开关电器．北京：

中国水利水电出版社，2002．