磁路計(jì)算與聚磁介質(zhì)研究

1、磁路計(jì)算與聚磁介質(zhì)研究碗選設(shè)備的磁路讓算任務(wù)可分為兩類:(1)、已知磁選設(shè)備選別空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度和各部分的幾何尺寸，求所需要磁勢(shì)的安匝數(shù)。(2)、已知設(shè)備磁勢(shì)的安匝數(shù)和各部分的幾何尺寸，求選別空閭所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁選設(shè)備的磁路計(jì)算任務(wù)通常是解決第一類問題。根據(jù)磁路計(jì)算的基本任務(wù)提出的要求和已知條件，選擇合適的計(jì)算公式，而 計(jì)算公式又和某些磁量和定律有關(guān)。表示某點(diǎn)磁場(chǎng)性質(zhì)的基本磁量是磁感應(yīng)強(qiáng)度b,磁通的連續(xù)性是磁場(chǎng)的一個(gè) 基本性質(zhì)，在磁路(等效磁路)的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)處，磁通的代數(shù)和等于零，即此公式稱為磁路計(jì)算第一定律。磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是b訥 (p 一磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率)。磁場(chǎng)強(qiáng)度和 電流以

2、安培環(huán)路定律聯(lián)系。沿任一閉合回路，各部分磁位降的代數(shù)和等于繞在該 回路上所有磁勢(shì)的代數(shù)和，即:式中：e肘一磁通，wb；a/wb；h-磁場(chǎng)強(qiáng)度，a/m；l-磁路各部分的長(zhǎng)度；i一產(chǎn)生磁勢(shì)線圈的電流，a;n線圈的匝數(shù)；此稱為磁路計(jì)算第二定律。3.1.2昭頭形狀的選擇周期式水平磁系髙梯度磁選機(jī)磁頭的設(shè)計(jì)磁極頭斷面為120x90,也就是說磁頭的截面為矩形，其長(zhǎng)和寬分別為120mm 和90mm,設(shè)定兩磯頭間距為90mm,同時(shí)還應(yīng)滿足以下條件：介質(zhì)高度，其尺寸的大小要考慮到處理量和分選效果的關(guān)系，磁介質(zhì) 高度越髙，處理量越大，但精礦沖洗不干凈反而會(huì)形成惡性循環(huán)，使分選效果變差。磁介質(zhì)的最高高度應(yīng)設(shè)定為11

3、0mm,這也是有效選別空間的高度。兩磁頭間距為90mm,由于磁頭的前面還有擋板，故介質(zhì)盒寬度應(yīng)為72mm,其長(zhǎng)度為80mm 即可，從而其有效選別空間全部確定。2）、當(dāng)鐵芯和磁極頭接近磁飽和時(shí)，應(yīng)能在磁極工作隙或磁介質(zhì)間產(chǎn)生符合 要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度。3）、鐵磁導(dǎo)體磁飽和出現(xiàn)的位置應(yīng)盡可能地靠近磁極頭，如果要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度較髙，磁飽和岀現(xiàn)的先后順序應(yīng)當(dāng)是：磁極頭一鐵芯一磁輒。4）、激磁線圈應(yīng)盡可能地靠近磁極工作隙，一方面可使磁路中磁感應(yīng)強(qiáng)度的 最大值向工作隙靠近；另一方面當(dāng)鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度較大時(shí)，可減少一些偏離鐵 芯軸向的磁通，以減少漏磁。3.1.3磁系設(shè)計(jì)及計(jì)算采用等效磁路法，它是基于磁路和電路之間存

4、在的相似性，用類似于電路的 網(wǎng)絡(luò)來模擬和等效于所計(jì)算的磁路，如圖313。己知條件：1、要求選別空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度為90000e（717ka/m）2、磁場(chǎng)總間隙為90mm,介質(zhì)盒的長(zhǎng)為80mm»寬為70mm,高為120mm,介質(zhì) 食與擋板的間隙為5mm,擋板的厚度為5mm。3、磁包角為30%弧度為0.523。4、鐵芯和磁轆尺寸lj=45mm ,l2=25mm » lj=l4=55mm , l5=45mm ；s|=s2=0.0108m2 >s3=s4=0>0135m2» s尸0.022in? 求磁路所需要的安匝數(shù)。磁路計(jì)算lrrtsrr;圖3-1磁路示意圖 圖

5、3-2磁路等效電路圖心田3-3 一半硝路等效電路圖圖中符號(hào)：空氣路徑的磁阻;i_1鐵磁阻；& 一工作氣隙的磁阻；氏一未繞線部分鐵芯的磁阻；rb，rs-繞線部分鐵芯的磁阻；r5r9 輒鐵各部分的磁阻；re分選環(huán)和極頭的磁阻：rii，心2鐵芯和純鐵間的漏磁阻；r13轆鐵間結(jié)合處的漏磁阻；（1）、選別空間工作間隙消耗的磁位降57厶=717x103x0.045=32265 （at）（2）、磁極頭鳥處消耗的磁位降6® 4x10 7選別空間工作隙的磁導(dǎo)0.01080.045»3.01x10-7(/)選別空間的漏磁通是由g；2和g；組成（見圖34）通久分選空間上下邊緣的漏磁g；2

6、缶0.264如厶& (0表示磁包角)« 0.264x4x10" x 0.045 x 0.523。0.078 x 10" （h）分選空間左右邊緣的漏磁通g；（m磁極頭露出邊緣部分的高度）= 4x0'70.045x0.253nln(l +2x0.0250j345= 0.034x10(/7)磁極頭總漏磁導(dǎo)g； = g；2 + g；2= (0.078 + 0.034) xio"7= 0.112x10" (h)則磁極頭的總磁導(dǎo):go = g + g= (3.0u0.112)xl0-7= 3122x1(f7(h) 通過磁極頭妁處的磁通量=

7、3.122x10x 32265=0.01(wb)0.01'0x)108=0933(門査得工業(yè)純鐵材料的b-h曲線的表達(dá)式為：h = a© +al(bxlo) + a2(bxlo)2+a3(5xlo)3+a4(fixlo)4單位：h-a/m, b=t多項(xiàng)式系數(shù)：b = 0.41.4t 時(shí)：兔=209.28,如=-2.4521, a2 =-73.143x1()7,聽=38.78x10",血=18.938x10“1.4<b<1.85t 時(shí)：q =-18960.5, q=52029, a2 =33.671, a3 =-52.186, a. = 2.2064b&g

8、t;1.85t 時(shí);aq =-l 146xl04, ax =-1516.8xl03, a2 = -50592.8 > a3 = -606a, a4 = 39 那么磁極頭/?2處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：h2 = 209.28 一 2.4521(0.933 xlo)-0.73143(0.933 xlo)2 + 0.3878(0.933 xlo)318.938x1 o'3 (0.933x10/=580.41 (a/m)則磁極頭r2處消耗的磁位降u2為:5 = h 2 x l2= 580.41x0.025= 14.51(/47)(3) 、左右轆鐵心和心消耗的磁位降:_ 0.01/2 221 xlo

9、72=0228(7)則左右輒鐵r.和r,段的磁場(chǎng)強(qiáng)度為:比二9 =209.28-2.4521x(10x0.228)-0.73143x(10x0.228尸+ 0.3878 x(10x 0.228f + 0.0 j 88938 x (10 x 0.228)4-204.99 (a/m)左(右)輒鐵仏和凡消耗的磁位降和為:= 204.99* (0.045+ 0.025)= 14.35(")(4) 、則處的磁位降：ug=e +1/2+匕十匕= 32265 + 14.51 + 14.35 = 32293.86(")(5) 、鐵芯r3段上的磁位降： 首先在這里先要求出比漏磁導(dǎo)g; 2a、

10、g=“o(_ + )c ”竺2式中：&一磁軌和鐵芯厚度(150mm)b磁覘和鐵芯寬度(422mm)磁軌和鐵芯內(nèi)側(cè)而間的距離(136mm)2x150136 + 型422故有：g = 4xl0-?(+136=49,11x10 (h) 故 gn=gl2=49.11x0.025xl0-7=1.23x10 (h)那么 <t)u =gn=32293.86x1.23x10" =0.004( wb)4 "2+2% =0.01+0,008=0,018 (wb)則鐵芯3處消耗的磁位降0.0181.35x10-= 1.33(dh3 = 209.28 - 2.4521x10x1.33

11、-0.73143x(10xl.33)2+ 03878 x (10 x 1.33)- + 0.0188938 x (10xl.33)4=1567.62 (a/m)則吐詈0.018/2"221x10= 0.41 (t)h. = 209.28 一 2.4521x10x0.41-073143x(1 ox 0.41)2+ 0.3878 x (10 x 0.41)' + 0.0188938 x(10x 0.41)4 =218.67 (a/m)(6) 、則處的磁位降：fu(3u®+ hyly + hl-j 設(shè)定f-32000安匝則 ugf =32293.821567.62 x 0

12、.055+218.67x 0,055-16000= 16392.1(/47) 鐵芯4處消耗的磁位降 gg (l3+l4)= 49.11xojlxlo-7 = 5.4x10") 12=g$ usk®"=16392.1x5.4x10" =0.0089(訕)5 = 5 + 2%=0.018+0.0178=0.0357 (wb)鐵芯4處的磁場(chǎng)強(qiáng)度0.0357'1.35x10 2=2.59 (t)由于鐵芯的材質(zhì)為工業(yè)純鐵，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度約為1.9t,故此時(shí)54=1.97血=1146x10" +1516.8xl04xl9-50592.8x(10x

13、l.9)2-606.4x(10x1,9)，十39x(10x1.9)4=18420.6 (a/m)二 0.0352x2.21xl0-2=0.808 (t)h. = 209.28 - 2.452 lx 10x0.808 - 0.73143x(10x 0.808)2 + 0.3878 x(10x 0808尸 + 00188938 x (10 x 0.808)° =426.98 (a/m)則處的磁位降= 16392.14-(18420.6 + 404.25) x 0.055 - 16000=1428,72 (at)u仃仏仏+0.217) +經(jīng)厶$ (厶j-表示軌板接合處的間隙，設(shè)為0.5mm

14、)“0設(shè)鳳=鳳=42698/加,b5 =fl6 =0.8087426.98(0.045 + 0.217) +2x0.8084-xlo'70.0005=468.13 (at)說明f值選擇偏低，應(yīng)重新假定f值。fu>a)j3r= uam3)+ 仏厶 +設(shè)f=339oo安匝數(shù)則 ug>=32293.86+1567.62x0.055+218.62x0.055-16950= 15442.1(/47)鐵芯4處消耗的磁位降g4=g (l3+l4)= 491x0.11x10= 5.4xl0-7(2f)% = g4 %®'=15442,lx5.4xl0'7=0.00

15、83( wb)o>4 =烏 + 2%=0.018+0.0166=0.0346 (wb)鐵芯4處的磁場(chǎng)強(qiáng)度0.0346 "1.35x10 =2.57 (t)同樣，由于鐵芯的材質(zhì)為工業(yè)純鐵，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度約為i.9t,故此時(shí)血=19h4 =-1146x104+1516.8x104x1.9-50592.8x(10x1.9)2- 606.4 x(10xl .9)' +39x(10x1.9)4-18420.6 <a/m)0.0346 2x2.21x10-2=0.785 (t)6 = 209.28 一 2.452 lxlox 0.785 - 0.73143 x (10 x

16、0.785)2+ 0.3878 x(10x 0785尸 +0.0188938x(1 ox 0.785)°-404.25 (a/m)則"處的磁位降=15442.1 + (18420.6 + 404.25) x 0.055 - 16950=-472.53 (at)ug=h5(厶+0217) +（厶3-表示純板接合處的間隙，設(shè)為0.5mm）設(shè)hs=hb=404.25a/m9 55 = 0.785tu/404.25 x (0.045 + 0.217) + 2-°-0.00054宀10"=462.19 (at)判斷:vf=二 104.82 33900=0.003

17、< e£稱為控制變量，一般取£*-0.01 a由計(jì)算可知，需要的磁勢(shì)安匝數(shù)為/n = 2f = 67800m討論：1）、從整個(gè)磁路計(jì)算町知，除鐵芯達(dá)到的磁感應(yīng)強(qiáng)度較離外，其它部分的場(chǎng)強(qiáng)均比較低，考慮到磁勢(shì)留有一定的余量，取0 = 68ooom。2）、為了提高磁極工作隙或磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁極頭面積收縮是有利的，而 且還可以避免鐵芯先飽和。極面奇度大，磁介質(zhì)的高度就大，對(duì)增加選分時(shí)間有 利，而極面寬度大，將有助于提髙磁選設(shè)備的處理能力。為保證磁極或磁介質(zhì)氣 隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁極面尺寸還應(yīng)滿足以下條件，即式中h-設(shè)計(jì)時(shí)在磁極工作隙應(yīng)達(dá)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度，oe；bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)

18、度，純鐵bs =20214kgs；一工作隙或等效工作隙之半，cm；7磁極面的等效半徑，cm：代入已知數(shù)值，有900（x14000。說明磁極面的設(shè)計(jì)符合要求3）、在磁路計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，鐵芯4處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于其它部位要大很多，達(dá)到了工業(yè)純鐵的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度bs約為1.9t。此時(shí)背景場(chǎng)強(qiáng)為0.9t,隨著勵(lì)磁電流的增加，鐵芯將會(huì)先于工作隙達(dá)到磁飽和。一般說來，鐵芯等效直徑越大，單位安匝數(shù)所能提供的磁通就越多。如鐵芯 長(zhǎng)度為l,鐵芯的截面積為s,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使：<1以便在磁極間的氣隙內(nèi)得到高的磁場(chǎng)強(qiáng)度在本磁路中，代入s, l得左邊的數(shù)值為0.84,還是滿足條件的，但為了不使鐵芯過快磁飽和，適當(dāng)?shù)脑?/p>

19、加鐵芯的截面積是可行的。4）、險(xiǎn)馳所用的材料同樣為工業(yè)純鐵，一般選取磁覘的截面積為鐵芯截面積的1.4倍左右。在本磁路中，磁輒的截面積與鐵芯的截面積的比值為1.64»由于本論文設(shè)計(jì)的磁選機(jī)為水平砒系，工作時(shí)的背景場(chǎng)強(qiáng)較低，通常在0.5t左右，而由磁路計(jì)算可知，各部分磁轆的磁感應(yīng)強(qiáng)度均較低，故可以考慮降低磁覘的截面積，在截面高度不變的條件下，適當(dāng)減小馳板的厚度，這樣對(duì)提高磁選機(jī)的機(jī)重比是很有利的。3.1.4線圈匝數(shù)計(jì)算由于本實(shí)驗(yàn)型磁選機(jī)有效選別空間為：長(zhǎng)度：80mm 寬度：72mm 高度：110mm故其有效選別空間的體積為：110x80x72=633600?由上面的計(jì)算可知，取安匝數(shù)in

20、 = 2f = 680004t ,激磁線圈采用規(guī)格為 20x20x4,狀態(tài)為紫銅管繞制。20x20x4紫銅管截面積為256mm2,選擇 電流密度為6a/mm2左右,那么線圈的線電流為1500a。那么所需線圈的匝數(shù)為:nf 8000/1500=453 01取48匝繞制原則：48匝，分為4組，每組2層，每層6匝，6x2 = 12匝，12x4 = 48匝，釆用 <p20mm狀態(tài)為t®空心紫銅管磁選機(jī)線圈繞制尺寸如下:匝與匝之間預(yù)留1.5mm的絕緣層，則匝間尺寸的計(jì)算如下：6x (20+1.5) =129mm層間尺寸需預(yù)留3mm的絕緣層，則層間尺寸計(jì)算如下：2x (20+3) =46m

21、m極頭：135mm磁選機(jī)機(jī)體的幾個(gè)主要尺寸：橫向長(zhǎng)度：434mm縱向長(zhǎng)度：512mm髙度二518mm故本周期式水平磁系高梯度磁選機(jī)的的外形結(jié)構(gòu)圖即如圖35所示;前部純扶前部純扶脈型電機(jī)圖3-5周期式水平施系高梯度磁選機(jī)的的外形結(jié)構(gòu)3.2聚磁介質(zhì)磁場(chǎng)特性的數(shù)值模擬研究 3.2.1聚磁介質(zhì)的有限元計(jì)算模型利用有限元法的建立聚磁介質(zhì)數(shù)學(xué)模型的步驟可歸納為:1)把問題轉(zhuǎn)變?yōu)樽兎中问?）選定單元的形狀，對(duì)求解域作剖分3）構(gòu)造基函數(shù)或單元形狀函數(shù)4）形成有限元方程（ritz-galcrkin方程）（1）把電磁場(chǎng)問題轉(zhuǎn)變?yōu)樽兎中问娇紤]泊松方程的第一邊界問題加以研究:(3-1)d2u d2u 姿/ c片：u

22、= 0作泛函數(shù)j (u)：(3-2)j(u) = -(-aw,= j (-u).udxdy - j f.udxdy22 qq其中是laplace算符磐+骼利用格林公式，得到:f u)mdxdy =f 磴)2 + (訥嘶-陰udt其中n表示曲線邊界的單位法外向。若u滿足邊界條件，則j j(一m)泌婦j jk詈)2十(訝肪邊(3-3)(3-4)定義雙線性形式:曲)訂磴)2+(訥嘶由3-2、3-3、3-4,可將泛函數(shù)j(u)寫成：(3-5)(3-6)只要uehq). /ez2(fi),則j (u)有意義。此外還要滿足第一邊值條件3-1。 以下用h.q)表示耳(中一切滿足3-1的函數(shù)組成的子空間，則邊

23、值問題的求 解，就轉(zhuǎn)化為條件變分問題：求uh (q),使(3-7)</("+) =曲口 丿(")*.州(門)(2) 區(qū)域。的剖分對(duì)區(qū)邊區(qū)域q, 般采用三角形或四邊形劃分，將q分割成有個(gè)三角形或四 邊形之和，使不同的三角形或四邊形無重疊，且任一三角形或四邊形的頂點(diǎn)不屬 于其他三角形或四邊形的內(nèi)部，這樣就把。分割成三角形或四邊網(wǎng)。每個(gè)三角形 或四邊形成為單元，它的頂點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。屬于同一單元的二頂點(diǎn)稱為相鄰節(jié)點(diǎn)， 有公共邊的兩個(gè)三角形或四邊形稱為相鄰單元。為保證計(jì)算梢度，并適當(dāng)節(jié)約計(jì)算的工作量，在估計(jì)磁場(chǎng)較強(qiáng)及磁場(chǎng)變化較 大的地方，三角形或四邊形要取得小一些，其他地方則可適

24、當(dāng)?shù)厝〈笠恍?。為?使三角形或四邊形的三邊邊長(zhǎng)或四邊邊長(zhǎng)不致相差過大，三角形或四邊形由小到 大必須逐步過渡，區(qū)域剖分后，要將所有單元和節(jié)點(diǎn)分別按一定的順序編號(hào)。(3) 構(gòu)造基函數(shù)以典型的三邊形單元為例，見3-5三角形單元，在三邊形厶（1, 2, 3）上,要構(gòu)成一個(gè)n次完全多項(xiàng)式:困3-6三彌形單元(3-8)用它去插值逼近u （x, y）,因?yàn)槎囗?xiàng)式含有（m+1） （m+2）個(gè)待定系數(shù)，所以 在厶（1, 2, 3）上應(yīng)取得同樣個(gè)數(shù)的插值節(jié)點(diǎn)。n=l時(shí)，是一次多項(xiàng)式，插值節(jié)點(diǎn)數(shù)是3,取 （1, 2, 3）的三個(gè) 頂點(diǎn)為插值節(jié)點(diǎn)，用待定系數(shù)法，易得巳=厶“】+厶2“2+厶“3(3-9)此處（厶厶，厶

25、）是（x, y）的面積坐標(biāo)。n二2時(shí)，p'x,y）是二次多項(xiàng)式，插值節(jié)點(diǎn)數(shù)是&取 （1, 2, 3, 4）的四 個(gè)頂點(diǎn)及四邊中點(diǎn)為插值節(jié)點(diǎn)。用待定系數(shù)法，易得3£（兀刃=£匕（2厶-ix +%厶（3-10）其中的下表5, 6, 7, 8, 9依次是邊23, 43, 41 , 12的中點(diǎn),還可以構(gòu)成三次及髙次的lagrange型公式，但最常用的是一次和二次插值公式。（4）形成有限元方程確定了網(wǎng)絡(luò)剖分和單元形狀函數(shù)后，下一步就是形成有限元方程。有兩種途 徑形成有限元方程，若己經(jīng)按一定次序分別把節(jié)點(diǎn)和單元編號(hào)，第一種是工程界流行的方法，它從ritz法及單元形狀出發(fā)

26、，先形成單元?jiǎng)偠染仃?，然后由單元?jiǎng)?度矩陣疊加成總剛度矩陣。第二種方法是從galerkin法及節(jié)點(diǎn)基函數(shù)出發(fā)，直接 形成有限元方程。322二維靜態(tài)磁場(chǎng)ansys分析步驟(1) 二維靜態(tài)磁場(chǎng)計(jì)算方法的選擇矢量位方法(mvp)和標(biāo)量位方法(msp)是ansys支持的兩種基于節(jié)點(diǎn)的方 法。一般來說，對(duì)于大多數(shù)3-d靜態(tài)分析盡量使用msp,此方法將電流源以基元的 方式單獨(dú)處理，無需為其建立模型和劃分有限元網(wǎng)絡(luò)。而矢呈位方法中的每個(gè)節(jié) 點(diǎn)的自由度要比標(biāo)量位方法多，因?yàn)樗趚、y和z方向分別具有磁矢量位ax、ay、az。在載壓或電路耦合分析中還引入了另外三個(gè)自由度：電流(curr),電壓降(emf), 電

27、壓(volt)。2-d靜態(tài)磁分析必須采用矢量位方法。因?yàn)榇藭r(shí)主自由度只有az。 矢量位方法還可以應(yīng)用于3-d靜態(tài)、時(shí)諧和瞬態(tài)的磁場(chǎng)分析計(jì)算。因此，本文二 維帝態(tài)磁場(chǎng)模擬磁介質(zhì)的磁場(chǎng)特性采用矢呈位方法(mvp)。(2) 二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析的實(shí)體建模ansys為建立有限元模型提供了強(qiáng)大的功能，使工程技術(shù)人員可以方便、準(zhǔn)確 地根據(jù)物理系統(tǒng)建立模型，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，在ansys中, 建立有限元模型的方法有三種。實(shí)體建模方法此方法是最常用的方法。由于在ansys中，有限元模型的集合結(jié)構(gòu)和邊界條 件及所加載荷的定義與有限元網(wǎng)絡(luò)劃分是分開來進(jìn)行的，所以在ansys的前處理 器中可以用類似于

28、cad建槐型的方法建設(shè)實(shí)體模型，然后在實(shí)體模型上進(jìn)行邊界 定義和施加載荷。系統(tǒng)對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分產(chǎn)生由節(jié)點(diǎn)和單元組成的有限元 模型，這時(shí)邊界定義轉(zhuǎn)移到有限元模型上。在這種方法所建實(shí)體模型上可以進(jìn)行 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。直接建模這種方法是在詢處理器中直接定義節(jié)點(diǎn)位莊和單元的大小.形狀和連通性， 從而直接建立有限元模型。由于這種建模方法比較繁瑣，而且又不能進(jìn)行自適應(yīng) 網(wǎng)格劃分，所以在實(shí)際中除了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小模型和線模型以外極少采用這種方法。直接輸入cad模型這種方法通過ansys的強(qiáng)大接口傳入cad模型作為ansys的實(shí)體模型，然后 網(wǎng)格化生成有限元模型。在本課題中使用的是實(shí)體建模方法。實(shí)體建模方法

29、又可以分為兩類：一類是 自底向匕的建模方法，另一類是自下而上的建模方法。由于本課題進(jìn)行的是二維 靜態(tài)磁場(chǎng)的有限元分析，所以在實(shí)體模型中最高級(jí)的圖元為面，表示的實(shí)際物體 的某一截面。創(chuàng)建實(shí)體模型的方法是自底向上的實(shí)體建模方法。(3) 二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析的求解類型和坐標(biāo)系的選擇在單根磁介質(zhì)周圍的磁場(chǎng)分布模型中，由于其軸向長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫截面的線長(zhǎng), 可忽略其兩端的邊緣效應(yīng)，而理想化為二維場(chǎng)，選擇其截面來進(jìn)行分析。系統(tǒng)包 括磁介質(zhì)和空氣，屬于靜磁場(chǎng)問題。求解器采用magetostatic solver,坐標(biāo)系采 用直角坐標(biāo)系。(4) 二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析的單元類型在ansys進(jìn)行有限元分析時(shí)，需要定義使用到的

30、單元類型，然后根據(jù)單元類 型來配合不同實(shí)常數(shù)產(chǎn)生材料類型，然后用材料類型對(duì)不同的二維或三維區(qū)域給 予定義。在二維靜態(tài)分析的二維模型中，常用二維單元來描述實(shí)際中三維物理系統(tǒng)。 ansys/emag模塊提供了一些用于2-d靜態(tài)磁場(chǎng)分析的單元，見表3-1表3-1越場(chǎng)單元類型分類分類單元形狀或特征自由度plane13四邊形，4節(jié)點(diǎn)或三角形，3最多可達(dá)每節(jié)點(diǎn)4個(gè)*可以是磁矢勢(shì)節(jié)點(diǎn)(az)、位移.溫度或時(shí)間積分電勢(shì)plane53四邊形，8節(jié)點(diǎn)或三角形，6最多可達(dá)每節(jié)點(diǎn)4個(gè)：可以是磁矢勢(shì)實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)(az)、時(shí)間積分電勢(shì)、電流或電動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)場(chǎng)單元infin9線形，2節(jié)點(diǎn)磁欠勢(shì)(az)infin1o四邊形，4節(jié)點(diǎn)

31、或8個(gè)節(jié)點(diǎn)雄矢勢(shì)(az).電勢(shì)、溫度本文計(jì)算采用plane53, plane53用于模擬二維磁場(chǎng)。單元由8個(gè)節(jié)點(diǎn)定義， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)有4個(gè)自由度«plane53以磁向量勢(shì)能方程為基礎(chǔ)，多用于低頻磁場(chǎng)分析。(5) 二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析的材料屬性的指定在設(shè)過單元類型后，還帚要根據(jù)實(shí)際的物理系統(tǒng)的材料及參數(shù)來設(shè)置材料屬 性，本文分析的ansys有限元分析中有：空氣、導(dǎo)磁材料?？諝獾牟牧蠎?yīng)設(shè)宜為 相對(duì)磁導(dǎo)率為1. 0。導(dǎo)磁材料如果是線性的，應(yīng)設(shè)置其相對(duì)率為murx. mbry. murz； 如果是非線性的，則應(yīng)設(shè)置b-h曲線。本文研究的導(dǎo)磁材料為導(dǎo)磁不銹鋼，需用 b-h曲線。3.2.3聚磁介質(zhì)磁場(chǎng)特

32、性的數(shù)值模擬結(jié)果分析為了研究不同直徑聚磁介質(zhì)的磁場(chǎng)特性，選擇直徑為15血、2mm、2. 5mm、3mm 的圓形介質(zhì)棒進(jìn)行數(shù)值模擬，以0.3t為背景場(chǎng)強(qiáng)，得到磁力線分布、磁通密度、 磁場(chǎng)強(qiáng)度等值圖，見圖3-79。ccixxm；msyooieri oolmfe 8h25 c4£2>l ca22x dhaxnv u.0 01 « 2cw 小,” g m如 r9vn:w *71 !tm«l.45u*03e3 .47m*-«11 «i盲 -u0ht5 -w14i4 v <*a“r>wck mr24mjuux l«.a *t ,

33、 ：o10 2x：h；349<ca1 5x7t：c«i >m m -ia2 i a。i na <ot2s】jc<q； .2918-) 44<0r ut1-9j .侮<t03 們4871 v8 4106$ .03125 >134301141s .ollut 4g "hu 3mh c<uqt3 0u2的m>t> 85w i ；q：cmo cal >xst：'：m vt* !m5y3-ve u5 4171-4 k0 w” "x； 4mc-0)5<zz-o3 ,kw3 兀 xy) ilw-01

34、 w、” m104x .0c1us cuu3dt5.0«4lm0卯2 .0»3x«an" «2us l心2 sw圖37不同直徑介質(zhì)棒在磁場(chǎng)中的磁力線分布糅擬圖分析3-7可以發(fā)現(xiàn)：磁力線經(jīng)過不同直徑的聚磁介質(zhì)棒時(shí)，向聚磁介質(zhì)彎曲并收縮，聚磁介質(zhì)內(nèi)部磁力線密度明顯大于外部；磁力線在進(jìn)入聚磁介質(zhì)時(shí)幾乎與聚磁介質(zhì)表面垂直，這是因?yàn)榫鄞沤橘|(zhì)的導(dǎo)磁率明顯大于空氣的導(dǎo)磁率；在 背景場(chǎng)強(qiáng)方向距磁介質(zhì)一定距離后，磁力線趨于平直，并恢復(fù)到原狀。i amtl mat "閃 1w、,ikcw. »xunc4rrm-iwfk |am» n&

35、gt;r>«irfvrri f)vir»m«c zmi¥>53 g ”ngsn,4 rur “ 17r»2umal klunot rv» -tzlht-2mfin ijlmfe9mrvm«h bh1xx9 irnoiik rat ”:ee m/imt'cvexqcctrcrr*i»7* .9hwn :a. p*y 4 2110x*!u14l圖38不同直徑介質(zhì)棒在磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度等值圖圖39不同直徑介質(zhì)棒在磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)在度等值圖圖3-8和3-9為4種不同直徑的圓形介質(zhì)棒在磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)

36、強(qiáng) 度等值圖，圖中數(shù)據(jù)單位分別為特斯拉（t）和安每米（a/m）。從圖389可以 看出：在距介質(zhì)棒表面相同的測(cè)試點(diǎn)，碗場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著介質(zhì)棒直徑的 增加逐漸變??；僉磁場(chǎng)主要集中于介質(zhì)棒的上下部區(qū)域，對(duì)于單根介質(zhì)棒而言， 有效捕集面積隨著貞徑的增加逐漸變大。0.6ss05距聚磁介質(zhì)衷面距離/臨圖3-10距聚稅介質(zhì)表而的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值由圖3t0可以看出：磁感應(yīng)強(qiáng)度隨距聚磁介質(zhì)距離的增大而降低，而且介質(zhì) 棒截面半徑越小，衰減的越快。所以，截面半徑小的聚磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度 和磁場(chǎng)強(qiáng)度雖然高，但作用深度小。3.3聚磁介質(zhì)盒的設(shè)計(jì)由于本周期式水平磁系高梯度磁選機(jī)有效選別空間為長(zhǎng)80mm、寬72m

37、m、高110mm,而聚磁介質(zhì)盒的尺寸即為有效選別空間的尺寸。聚磁介質(zhì)作為磁選機(jī)的關(guān)鍵部位它的規(guī)格、形狀以及耐磨性和它在分 選空間的充填率決定著選別效率的髙低，以前的高梯度磁選機(jī)聚磁介質(zhì)采用的是 普通低碳鋼鋼板網(wǎng)，現(xiàn)在采用的多是耐磨耐腐蝕的導(dǎo)磁不銹鋼鋼棒，其材料性能 如下：& = 1.6t、he = 4.07oe ,維氏硬度為26】。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，磁選所處理物料的顆粒粒度往往是不均勻的，若采用同一規(guī) 格尺寸的聚磁介質(zhì)（即gradh不變），如果提高背景磁場(chǎng)強(qiáng)度h,雖然加強(qiáng)了對(duì)粒 徑較小目的礦物顆粒的回收，但粒徑較大目的礦物顆粒受到的磁力更大，很容易 形成磁性堵塞，影響礦物的分選效果，且勵(lì)磁

38、電耗也大；而降低背景磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí), 雖勵(lì)磁電耗降低，但對(duì)于粒徑較小目的礦物顆粒，由于其所受磁力過小而得不到 有效回收，使微細(xì)粒礦物損失嚴(yán)重。聚磁介質(zhì)棒多絲徑組合是根據(jù)待回收礦物的粒度組成來確定介質(zhì)尺寸，使二 者之間達(dá)到一個(gè)適宜的匹配關(guān)系，通過逐漸降低介質(zhì)尺寸，來提高磁場(chǎng)梯度，增 加細(xì)粒目的顆粒的磁力，使逐漸變小的細(xì)粒目的顆粒得以被捕收。即采用粗細(xì)磁 介質(zhì)組合搭配來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒度磁性礦物產(chǎn)生適宜的回收磁場(chǎng)梯度，粗介質(zhì)用以捕收粗粒弱磁性礦物，逐漸降低介質(zhì)尺寸以增加分選腔中的磁場(chǎng)梯度，增加磁場(chǎng) 力，從而大幅度提高微細(xì)粒級(jí)中的弱磁性礦物捕集率，達(dá)到消除磁性產(chǎn)品的磁包 裹，磁夾雜，提高精礦品位，增加微細(xì)粒

39、弱磁性礦物的回收率。為了比較介質(zhì)棒直徑組合方式以及充填率對(duì)選別的影響，共制作了以下6個(gè)介質(zhì),其絲徑尺寸、充填率及排列類型如下圖311所示,ni667 262fi 1d令0 qcb)2mm充填率12%頁排(a)2mm充填率】0%直排三 廠(c)2mm充填車14%直排(d) <p2mm充填率16%直排$9easaee«tm ssab 妙字 ga止0oe0$o_eeo*eeoqee&eex> eq&e*!sss!s$a$n*$ss?i xtga白 oetljo egei-i? eeos§g§a-eos§e8axsoeet (hkxj

40、hti 二 dgrhhm蛋t§0<tfkmvee$e<m 0o00：of:oaao。& od0護(hù) 一/<=?.r l ty1- <<«<.tu.!:wceeeo4uoc4>oe 7<go?:o0:6o0(e)2+1.5mm充填率20%交叉宜排(f) 03+1.5mm充填率25%交叉直排圖311貝科介質(zhì)盒的設(shè)計(jì)圖3.4周期式水平磁系高梯度磁選機(jī)的參數(shù)測(cè)定 341背景場(chǎng)強(qiáng)與激硏電流的關(guān)系測(cè)定將髙斯計(jì)的探頭垂直置于有效分選區(qū)的中心位置，由于分選區(qū)間距較小，且 極頭的截面積寬度大于分選區(qū)的寬度，漏磁較小，故可以認(rèn)為其在選別空間

41、內(nèi)是 均勻磁場(chǎng)，測(cè)試點(diǎn)如圖342：高斯計(jì)的型號(hào)為：ht201數(shù)字高斯計(jì)，探頭放好后，接通勵(lì)磁電流，其大小 分別為 300a, 600a. 900a、1200a、1500a、1800a、2100a,其產(chǎn)生的背景場(chǎng)強(qiáng)如表3-2所示:表32背景場(chǎng)強(qiáng)與勵(lì)磁電流的關(guān)系勵(lì)磁電流（a）3006009001200!50018002100勵(lì)確電壓（v）】,83.14.2536.57.99.2背景場(chǎng)強(qiáng)（mt）182354516630760859910漏破系數(shù)00040.170.280.320.400.55則勵(lì)磁電流i與分選空間背景場(chǎng)強(qiáng)b之間的關(guān)系曲線圖如下:圖3】3勵(lì)磁電流1與分選空間背景場(chǎng)強(qiáng)b的關(guān)系總結(jié)：由所測(cè)的結(jié)果可知，當(dāng)勵(lì)磁電流為1500a時(shí)，分選空間獲得的背雖場(chǎng) 強(qiáng)為0.76t,而設(shè)計(jì)值是0.9t,測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值是有點(diǎn)偏差的，原因主要是 在作磁路計(jì)算時(shí)只考慮了鐵輒和磁極消耗的磁勢(shì)，未考慮線圈空隙與磁極間非工 作隙所