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

目录

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，

B

H

μ

=,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。

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Q H =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Q H =π22

12

5000

R

B δ（公斤） （1）

由（1）式得R 1=

π

δ2

25000B Q H

=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

δ取0.35

F ∑=

π

δ

δ4.0B k ct =2857

k ct =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K CT =78

.01

=1.28

0.78=1-(10%+18%)

（三）、确定线圈长度和高度

L K =3

4

22105Y

K Kf F θτρθ-=8.2cm

式中：漆包线的电阻率ρθ=2.4×10-2Ωcm 2/m 漆包线90℃时电阻率 散热系数 K=1.16×10-3W/cm 2℃ f K -填充系数取0.48