非晶带材磁性卷取辊吸附特性数值模拟.pdf

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1、2015年3月第41卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2015V01．41No．3http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001·5965．2014．0180非晶带材磁性卷取辊吸附特性数值模拟宋言明，杨洋+(北京航空航天大学机械工程与自动化学院，北京100191)摘要：卷取辊(TUR)是非晶带材自动化生产线中的一个关键

2、部件，卷取辊的起卷效率决定带材质量及生产效率．由于起卷过程中非晶带材运行线速度较高且受到不同的阻力，卷取辊需要提供足够的吸附力用来满足不同的阻力条件．根据带材生产工艺需求，设计出钕铁硼(NdFeB)永磁吸附型磁性卷取辊结构．利用有限元方法对不同起卷卷取步骤中的磁吸附特性进行分析，得到了磁性卷取辊在不同气隙下各个方向上的磁吸附力变化趋势云图和磁场分布．计算结果表明，气隙小于30mm时，在给定的空间范围内，磁性卷取辊磁吸附力能够克服各个阻力完成起卷卷取过程．最终，通过现场实验验证了不同气隙下的最大磁吸附力与仿

3、真结果变化趋势一致．关键词：非晶带材；永磁铁；卷取辊；吸附力；气隙中图分类号：V19；TF33文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)03-0472-07非晶带材以其优异的磁性能和物理特性被广泛地应用于电气行业和航空航天行业中¨。1．非晶带材是由熔融状态的合金液通过快速冷却凝固的方法制成的，冷却速度可以达到106℃／sH。51，其厚度为25～35“m¨1．非晶带材自动生产线主要由合金熔炼部分、制带部分和自动卷取部分组成．卷取辊是自动卷取部分的核心部件，其主要作用是在高速运行状态下对非晶带材进

4、行高速起卷和同步卷取，起卷成功率决定了生产线的生产效率．非晶带材工业化制取生产过程的线速度为30m／s左右¨1，采用何种吸附方式达到高速起卷目的是卷取辊设计过程中的一个关键问题．目前，非晶带材起卷方式为负压吸附方式，此吸附起卷方式噪声大、功耗高、成功率和生产效率较低．由于非晶带材是一种软磁金属材料¨1，可以采用磁力吸附方式实现卷取辊对非晶带材的吸附作用．近年来，磁力吸附方式被广泛地应用于爬壁机器人和管道机器人中∽。1¨，磁吸附力能够为机器人本体提供足够附着力．永磁电机¨2’1列及磁力轴承¨4。副是利用磁场

5、力支承载荷或悬浮转子的一种支承形式，在高速运行状态下具有较高的稳定性．由于磁场力具有较高的可靠性和稳定性，在非晶带材自动化生产线用卷取辊结构设计中，采用磁性卷取辊吸附实现非晶带材起卷的方式是可行的．本文通过对非晶带材生产工艺及薄带起卷过程进行受力分析，设计出永磁型磁性卷取辊结构．利用有限元方法建立不同起卷卷取模型分析磁性卷取辊的吸附特性，得到卷取辊的磁吸附力变化及磁场分布状态．最终，通过实验对比验证数值模拟的可靠性．同时，模拟实验证明磁性卷取辊能够达到自动化起卷的要求．1非晶带材起卷卷取条件图1所示为非晶

6、带材制备及卷取过程示意收稿日期：2014-04-03；录用日期：2014-04-22；网络出版时间：2014-05-1211：02网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．叭80．html作者简介：宋言明(1981一)，男，山东招远人，博士生，sym0823@163．com+通讯作者：杨洋(1962一)，男，陕西岐山人，教授，yang—mech@buaa．edu．ell，主要研究方向为自动机械装备设计与控制；f用格式：宋言明，杨洋．

7、非晶带材磁性卷取辊吸附特性数值模拟ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，4J0)：472·478．SongYM．YangY．Numericalsimulationofadsorptioncharacteristicsofmagnetictake-uprollforamorphousribbonC1]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41p)：472-478(inChinese)．第3期宋言明，等：非晶带材磁性卷取辊吸附

8、特性数值模拟473图，非晶带材的制备和自动卷取设备主要由中频炉、漏钢包、冷却铜辊、剥离喷嘴、卷取辊等组成．图1非晶带材制备及卷取过程示意图Fig．1Schematicofpreparationandtake—upprocessofamorphousribbon融化状态的合金母液从中频炉倒人保温状态下的漏钢包；合金母液通过漏钢包底部的喷嘴喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，瞬间凝固成固态非晶带材；成型的非晶带材与冷却铜辊同步旋转到剥离