Дисковый электромагнитный механоактиватор (ЭДМА) представляет собой новый перспективный вид измельчающего оборудования для ресурсо- и энергосберегающих технологий переработки вторичного сырья. Принцип действия ЭДМА основан на нетрадиционном способе передачи механической энергии слою размольных элементов с использованием постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля [1, 2, 3].
Условием получения продукта с ровным гранулометрическим составом в узком диапазоне дисперсности при обработке в ЭДМА является равномерное распределение силовых нагрузок во всем объеме рабочей камеры [4, 5, 6, 7, 8, 9].
Для определения оптимальных параметров работы ЭДМА процесс электромагнитной механоактивации смоделирован в среде программного комплекса ANSYS [10]. При моделировании использован стационарный магнитный с открытыми границами трехмерный тип анализа.
Поле анализируемой магнитной системы – трехмерное. Расчет проведен методом скалярных магнитных потенциалов с использованием специально предназначенных для этого метода 8-узловых конечных элементов SOLID96, заполняющих все пространство внутри модели (и воздух, и магнитопровод, и объем, занимаемый намагничивающей обмоткой). Поскольку конечно-элементная сетка создавалась в режиме свободного построения, эти конечные элементы применяются в их частном виде – в форме тетраэдров (четырехгранников) с четырьмя узлами вместо восьми. Использована разновидность метода скалярного магнитного потенциала – дифференциальный скалярный потенциал (DSP).
При моделировании введены следующие допущения:
1) теоретически поле рассматриваемой системы простирается в бесконечность. Поэтому бесконечно протяженное пространство на модели ограничивается поверхностями сплошного круглого цилиндра. Конечные элементы типа INFIN, моделирующие границы, простирающиеся в бесконечность, не использованы;
2) связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в любой точке магнитопровода определена основной кривой намагничивания по индукции (В=f(Н)) [1] материала магнитопровода;
3) предполагаем, что магнитный поток параллелен вертикальным плоскостям симметрии zy и zx (это обеспечивается в методе скалярного магнитного потенциала по умолчанию) и перпендикулярен горизонтальной плоскости симметрии ху. Последнее обеспечено тем, что скалярный магнитный потенциал всех точек плоскости ху модели принят одинаковым и равны нулю;
4) на верхней горизонтальной и боковой цилиндрических внешних поверхностях модели поток имеет параллельное граничное условие.
В результате расчета определены скалярные магнитные потенциалы (MAG) всех узлов модели (в данном расчете 999999 узлов). Каждый узел модели имеет индивидуальный номер, по которому его можно найти на конечно-элементной модели.
После приложения нагрузок к узлам конечно-элементной модели был произведен расчет. В результате были получены градиентная и векторная картины поля, показывающие параметры электромагнитного поля в виде интенсивности значений индукции и направлений магнитных потоков во всем объеме ЭДМА. Также определены кривые изменения суммарной магнитной индукции по ширине, глубине и высоте рабочего объема (BWIDTH, BDEPTH, BUP) [10,11].
Результаты компьютерного моделирования ЭДМА дают возможность рассчитать силовое взаимодействие между размольными элементами активатора в любой точке рабочего объема. [1, 4, 7]
По результатам компьютерного моделирования ЭДМА [10,11] рассчитано силовое взаимодействие между размольными элементами активатора в любой точке рабочего объема по формуле [1, 9]:
. (1)
где μ – магнитная проницаемость размольных элементов; Н – напряжённость магнитного поля (принимающая значение Н1 – напряженность магнитного поля во внешней части камеры измельчителя – механоактиватора, Н2 – напряженность магнитного поля во внутренней части измельчителя – механоактиватора); R0 – радиус размольных элементов; φ – угол деформации структурной цепочки.
Спроектированные с помощь программного комплекса аппараты [1, 2, 3] обеспечивают получение продукта с ровным гранулометрическим составом в оптимальном диапазоне дисперсности [1, 7].