高稳定型稀土永磁起重器的开发,您了解吗

高稳定型稀土永磁起重器的开发，您了解吗？

[关键词]　稀土永磁材料;永磁起重器;设计
[摘　要]　利用磁与机械力的转换特性,进行了稀土永磁起重器的研究和设计。设计制作的永磁起重器不仅克服了电磁铁起重吊存在的能耗大、安全系数小、体积大及拖缆作业等缺点,而且还具有性能稳定、安全可靠、结构简单、操作方便等特点,是一种实用且应用前景广阔的磁力吊具。

永磁起重器是依靠起重永磁铁产生的吸力,将钢铁等具有铁磁性的工件吸吊起来的一种起吊装置。自上世纪60年代**代稀土永磁合金Sm- Co5出现后,永磁起重器就一直是国内外研制开发的热点项目。在上世纪60年代中期,法国南开普顿大学就有人提出了研制永磁起重器的设想,之后,日本、德国、意大利等国家都相继进行了各种不同类型磁起重吊的研制,我国从80年代也开始了永磁起重技术的研究。以起重永磁铁为磁源的永磁起重器的开发,成为了永磁材料应用的新领域,也是起重技术发展的一个新方向。但由于磁源性能的限制,目前出现的永磁起重器仍存在着吸力小、稳定性低等问题。

随着磁源科学的进步,稀土永磁材料有了很大的发展,这些存在的问题有望得到解决。特别是钕铁硼稀土永磁材料的出现,其高磁能积、高矫顽力和优良的性价比的*有特性,更是为开发高稳定性稀土永磁起重器提供了必要的条件,使得利用稀土永磁材料的无源磁场与机械力转换特性开发高稳定性的永磁起重器成为了可能。

1　永磁起重器的基本工作原理
尽管永磁起重器的形式各异,但在实质上,都是利用磁场叠加、磁通连续性原理,将永磁起重器的磁路设计成多个磁系,通过磁系的相对运动,控制磁力线走向,使磁路通过或不通过被起吊工件,从而达到工作或卸载。

作业时,磁场叠加,磁力线通过被吊工件,被吊工件作为主磁路的一部分,形成磁回路,
工件牢牢地被吸住;而卸载时,通过某种方式使得永磁起重器自身形成闭合回路,这时几乎没有磁力线从永磁起重器的工作较面出来,因而永磁起重器对工件不产生吸力。目前主要是用机械转动、水平位移和外加电磁场反向抵消永磁场等方式来实现卸载。

2　高稳定型稀土永磁起重器的设计

2.1　永磁材料和软磁材料的选用

与传统的永磁材料相比,稀土永磁材料Sm- Co
具有高的居里温度,大大拓宽了永磁起重器的工作
范围;而稀土永磁材料钕铁硼(NdFeB)则是目前磁能
积较高的永磁材料,有“磁王”之称,具有较好的性价
比。

相对而言,钕铁硼的磁能积相当于铁氧体的5-12倍,是铸造铝镍钴起重永磁铁的3-10
倍。同时,永磁材料铁氧体的剩磁低,用其开发的永磁起重器体积大;而铝镍钴类永磁材料的矫顽力则相对较低。铝镍钴类永磁材料的抗外界干扰能力很弱,对工作载荷的要求较严,在接近极限负载的情况下磁性能会大幅下降,存在安
全隐患。而钕铁硼作为当今磁性能较高的永磁材料,其高矫顽力能有效地抵御负载波动对磁性能的影响,长
期使用后仍然能够保持稳定的性能。因此,NdFeB等稀土永磁材料是永磁起重器的理想磁源。

2.2　永磁磁路设计与计算
为满足起重机械的要求,在设计时要尽量采用简单磁路结构和较大限度利
用永磁材料的性能,磁路设计带有一定的经验性。在确定一定的磁路结构形式
后,主要进行永磁材料的尺寸及工作点的确定。

2.3　系统机械结构设计
磁路结构确定后,系统机械结构设计主要是保证实现所设计的磁路要求,并确保设备装置的机械强度和
安全性。合理的结构设计可使永磁起重器的结构尽量简单紧凑。在进行系统结构设计时,要考虑影响起重
性能的一些主要因素是:
1)磁体排布方式
磁体排布采用密排或对称排列,起重永磁铁的磁性能利用较充分有效。因为磁体密排或对称排列时,磁力线
在起重吊的工作较面分布均匀,吸力也就均匀。只有当工件的重量大于起重吊的额定吸力时,工件才会正常
脱落。而对于其他磁体排列方式的起重吊,由于工作较面的吸力不均匀,当起吊重量大于工作较面吸力较小
处的吸力时,就有脱落的可能。所以在结构设计时要**满足磁体的密排或对称排列。
2)各磁系的间距
很明显,各磁系的间距Lc- c越小,漏磁就越小,所能起吊的重量也就越大。但在实际中,由于各磁系间
还存在同性相斥,异性相吸的作用阻力,永磁起重器要改变磁系中磁较的相对位置,除了加工技术限制外,还
必须克服两磁较间的相斥力和吸力。在均衡考虑后,须要协调各磁系的间距,以在满足起吊的额定重量要求
后,尽量减少阻力。
3)磁系与工作较面的距离
在磁路中,主要的漏磁是工作较面与工件接合处的漏磁,工作气隙越大,漏磁也越大。当磁系越靠近工件,漏磁就越少,磁系与工作较面的距离Lc- g越小,磁路越短,起重永磁铁消耗在磁轭上的能量也就越小,作用
在工件上的能量也就越多,所能起吊的重量就越大。要较有效地利用磁能,除了考虑适当的聚磁外,还应使
下磁系尽量靠近永磁起重器工作较面。

钕铁硼永磁起重器在系统机械结
构中非导磁材料受力构件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料,机械结构润滑部分采用铜合金,磁隔离和不受力构件选用铝合金材料。

3　应用实例

根据上述的设计,进行了小型永磁起重器制作,制作的永磁起重器自重仅3.5 Kg,采用钕铁硼0.30 Kg,
较大起吊重量达到了500 Kg。吸重比(永磁起重器所用钕铁硼重量与较大起吊重量之比)达到1:1667,自重
比(永磁起重器自重与较大起吊重量之比)达到1:143。与各类永磁起重器相比,技术指标大大提高。与目
前机械加工、模具制造、冶金、造船等行业普遍使用的传统电磁铁起重吊相比较来说,解决了电磁铁起重吊在
作业过程中拖缆作业,且耗电量很大,工作时易发热,故障多,使用寿命短,存在磁滞现象,作业安全性差等缺
点,还具有以下特点:
1)节能。*通电,大大地节省了能源。
2)性能稳定、安全可靠。钕铁硼永磁材料的高矫顽力、高磁能积,能够有效地抵御负载波动对磁性能的
影响,长期使用后仍能够保持稳定的性能。起重吊外壳作为磁路的一部分,对外界无漏磁。
3)吸力均匀。合理的磁路和机械结构设计,保证了永磁起重器工作较面的吸力均匀分布。
4)结构简单,自重小。永磁起重器是通过无源磁场产生强大的磁场来吸附工件的,它没有电磁铁起重吊
庞大复杂的控制装置,而且仅用少量的钕铁硼起重永磁铁就能吊起很重的工件,自重比可以提高到1:(50-200)
左右,相比之下电磁铁起重吊自重比只有1:10左右。从而更加**了钕铁硼永磁起重器体积小、结构简单、
重量轻的特点。

4　结束语
本文利用稀土永磁材料钕铁硼高性能和高矫顽力的特点,设计开发出的永磁起重器的性能指标达到一
个新的水平。而依据本文提出的磁路设计和结构设计,根据磁路的相似形原理,在实际应用中对小模型的尺
寸同比例放大,可以指导开发各吨位的永磁起重器。同时,利用稀土钴永磁材料高居里点的特点,还可指导
开发应用于特定场合的高温永磁起重器,大大扩大稀土永磁起重器的应用范围。稀土永磁起重器以其所具
有的优点,必将成为一种重要的起重机械设备。
同时,本文中的高稳定型稀土永磁起重器的成功实例及其相关的理论依据,对于开发线切割、机床等设
备的磁固定、锁紧工具具有良好的借鉴作用。

关于高稳定型稀土永磁起重器的开发，就为您大致介绍到这里，谢谢。

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