Добрый день.

Помогите рассчитать размеры соленоида, а точнее его магнитопровода?
Мне необходимо сделать соленоид у которого будет рабочий ход сердечника 2-3мм, но сила нужна до 100кг. Еще есть ограничение внешнего диаметра в 40мм.
Конструктив магнитопровода я придумал такой - К нижней части(дно) прикручиваем катушку частью от центра, вставляем конструкцию в трубу и роль сердечника выполняет верхняя часть(похожая на гвоздь).

Как рассчитать оптимальные параметры: a, b, c, d, j? Какие должны быть пропорции сердечника внутри катушки?

Вот то, "похожее на гвоздь" лучше, наверное, выполнить конусом. Усилие растет с увеличением площади зазора.
Это просто соленоид с заданным усилием, никаких там замедлений, постоянства усилия по ходу якоря не требуется?
100кГс при таком магнитопроводе в 40мм... пока кажется многовато. М-мм... давно такими не занимался, но попробую поискать. Кажется, оптимально длина к диаметру в районе 1.5. Где-то была шпаргалка с типовыми решениями и данными серийных соленоидов.
А питание от чего задумано?

Питание от четырех/шести пальчиковых батареек
А точнее от батареек будет пачка конденсаторов заряжаться, а с них уже я заберу импульс силой до 20А(может и больше). Импульс нужен не чаще чем раз в 15-30 сек. Длительность импульса задается микроконтроллером и лежит в пределах 5-250мс(4-200Гц). Причем чем реще удастся открыть клапан, тем тем меньше будет импульс.

Попробую объяснить принцип работы и вообще зачем такой он нужен.
Из резервуара с газом, требуется выпускать порции газа. Соответственно имеем клапан и разное давление и в зависимости от падения давления, сила удерживающая клапан меняется ль 20 до 100кг. Обычно клапан открывает механика. Но она сложна в настройке, а также настройки весьма ограниченны.

У буржуев такое работает по принципу электроударника. Там есть свои + и -. Я хочу попробовать суметь открыть клапан именно такой конструкцией.

М....м энергетика всего процесса несколько неожиданна... Вы уверены, что этих батареек достаточно?
Ладно, это можно уточнить позже.

Может стоит просто купить управляемый клапан?

Завалялась тут программка, может полезна будет...
Как то считал подобное, но по-моему для диам.40 100 кГ - многвато.

Да, нашел книгу Л.А. Казаков "электромагнитные устройства РЭА" "Радио и Связь" 1991
Прежде чем обсуждать детали конструкции, давайте обратим внимание, что приведенные там данные по серийным электромагнитам диаметром порядка 40мм неутешительны. Тяговые усилия из в районе 8-12кГс при ходе якоря 2мм. И необходимые мощности тоже 10-15Вт

А есть такой, который мне нужен?



Спасибо.



8-12кг/10-15Вт и это на постоянку с учетом что не перегреется и т.д.
Я могу отдать свой импульс(5-250мсек) мощностью 100-200Вт. При учете того что импульс не чаще чем раз в пол минуты и не 24 часа в сутки. А 100-200 раз в неделю.

Ориентировочная схемка питания


C R1, стабилитроном и конденсатором понятно. Поливик и R2 я подберу.
Какими должны быть R3 и D1?
Сопротивление катушки соленоида стараюсь сделать минимальным, дабы все работало от маленького напряжения. По факту сопротивления соленоида, выбираю напряжение питания.

Для грубой оценки (сверху) можно просто посчитать величину BH/2 = B²/2µ₀.
Это не только плотность энергии магнитного поля, но и давление пондеромоторных сил в среде.
Для поля 1 Тесла получается что-то около 4 кг на квадратный сантиметр, при 2 Теслах будет вчетверо больше, но такое поле уже не во всяком железе удаётся получить.
И проблема перегрева обмотки при длительной работе - тоже будет.

Простое "гвоздевое" железо мягкая сталь 10 сталь 20 вроде дает 1.5-1.7 Тл.
Но в таких размерах (40мм диаметр) даже 50кГ мне кажется проблематичным. Это площадь зазора должна быть 15-20см.кв, т. е под катушку ничего не остается.

Длительных удержаний не будет. Главное чтобы дернул силой до 100кг.



Железо токарь само собой возьмет из кучи обрезков железяк. Максимум если попросить, магнитиком поводит, чтоб по своим субъективным оценкам выбрать самый магнит кусок.

По шпиенским фотографиям из-за границы, там диаметр внешний 35-40мм, длинна примерно 60мм, вес сердечника 9-20 граммов, сопротивление катушки 1,5 Ома. Принцип действия ударный. Внешний магнитопровод имеет больше функцию защиты катушки, чем магнитопровода(возможно он просто экран из алюминиевой трубки).

=====================

На шпиенских фото стоят по питанию два конденсатора по 22000*16.
Визуально они занимают 30мм*30мм*40мм*2шт = 72 см кубических, при 44000мкФ и токе 4,5*2А=9А
Я думаю что я наберу пачку SMD на две стороны печатной платы.
Например EEVFK0J332Q 3300мкФ, 6,3В, ток 1.1А, диаметр 12,5мм под поверхностный монтаж. На каждую из сторон платы поставлю я их по 10 штук и получу 3300*10*2=66000мкФ при токе (1,1*10*2)-%просадки на стабилитроне, в общем при том же объеме занимаемого места я получаю около 20 ампер.

Может, попробовать в таком случае Gauss Gun.. Вместо железа - алюминий или медь.
А что Вы делаете?

Диод нужно выбирать исходя из рабочего напряжения на обмотке и ее максимального тока. Резистор последовательно увеличивает быстродействие на отпускание. В предельном случае его вообще можно не ставить.
А насчет сопротивления обмотки, боюсь, батарейками напрямую не получится. Вам нужно от батареек зарядить накопительную емкость напряжением хотя бы вольт 50, а потом уже это подавать на клапан. Иначе, мощности не хватит.

Электро открывалку клапана для пневматической винтовки.



По диоду, если напряжение меньше 10вольт, а ток 20-40ампер. Диод шотки пойдет(25в/50А)? А при таких пораметрах, как подобрать резистор? Что за предельный случай.

Батарейки не напрямую и не через DC-DC преобразователь. Я схемку выше выкладывал.

Я думаю что закажу штук 10 конденсаторов EEUFM1A472L 4700мкФ/10В, у них максимальный рабочий ток 3,75А диаметр 12,5мм. Заряжать всю пачку буду через резистор. На выходе будет 9 вольт, а батарея 47000мкФ 37,5А. Должно хватить. А не хватит буду думать. У буржуев от батарейки работает, без преобразователя.

нужно принять во внимание, что диод этот будет работать в режиме очень редких импульсов и очень небольшой длительности. Поэтому, его можно брать на ток раз в 10 меньше предельного. В вашем случае 3-5 амперный.
Резистор, если Вас время отпускания в 10-20мс устроит, можно вообще не ставить. Это считается по току, сопротивлению обмотки и ее индуктивности. Энергия магнитного поля должна при выключении вернуться в обмотку и рассосаться через диод в тепло. Ток мы менять не можем, какой был в обмотке, такой и останется. А вот время его спада до нуля определится мощностью рассеивания. Если добавить резистор, то на нем упадет дополнительное напряжение. Вплеск на диоде будет более высоковольтным, но намного короче.
Конденсаторы запасают энергию квадратично от напряжения. Поэтому в размерах конденсатор, запасающий 1 Дж на 5 вольтах и на 50 отличаются очень заметно. К тому же, Вы не сумеете скоммутировать большой ток так же успешно , как меньший при большем напряжении.
Ладно, экспериментируйте...

Вот с расчетом конденсаторов, я пока завяз.

Да и с соленоидом. Кроме меня ни кто вроде не пытался так открывать клапан. У всех ударники.

Остались вопросы:
Допустим наберу я пачку конденсаторов 47000мкФ с током в К/З 37,5А. Запитаю от шести пальчиковых АА(LR6). Для стабильности параметров, после резистора поставлю стабилитрон вольт на 8. Сделаю низкоомную катушку соленоида. Резонанс вроде у таких катушек в килогерцовом диапазоне, вроде можно не проверять. Допустим получится у меня сопротивление катушки(всей цепи) 0,4 Ома. Вытащу я с конденсаторов импульс 8 вольт 20 ампер(сколько это в джоулях?), вроде 160 ватт. Как посчитать на сколько разрядятся конденсаторы при такой нагрузке? Какая минимальная емкость мне нужна, и какой минимальный начальный ток?
Не факт что в моей конструкции хватит силы!? (наверняка)?
В конструкции с ударником, наверняка хватит силы. Только вот какие пропорции делать(катушки/соленоида), и самое главное я не понимаю какие пропорции самого сердечника(длинна и где его останавливать)? Еще плюс в конструкции с ударником, быстрое открытие клапана, а это мне и требуется.
Могу ли я сделать каркас катушки из латуни? Мне будет удобнее запаять один конец провода на нее. Импульс коротки, вихревые токи действуют малое время, нагреть не успеют, а жесткость выше и толщина меньше.
Есть ли примерные рекомендации по толщине внешних частей магнитопровода?
Что будет если у меня внешний магнитопровод будет тоньше чем надо?
Что будет если у меня внешний магнитопровод будет толще чем надо?
Надо ли стремиться к тому чтобы на катушке было больше витков? Как мне правильно поступить: напряжение маленькое, следовательно стоит делать катушку меньше ома, где то 0,1-0,4 Ома!? Тут я упрусь в количество витков, провод по любому придется брать толстый 0,5-1,0мм2. В тепло тоже не хотелось бы отдавать.

Если я возьму для конструкции с ударником длину катушки 50мм, внутренний диаметр 10мм, внешний 25мм. А по магнитопроводу верх низ по 8-10мм, а внешнию трубу на 40мм со стенкой 8мм. Центр сердечника буду тормозить между первой и второй третями длины катушки. Есть ли шанс у такой конструкции получить нужный мне результат?

Грубо говоря, семение магнитопровода должно быть примерно одинаковым по всей протяженности. Площадь керна должна быть равна полщади наружного магнитопровода. Индукция определится насыщением самой тонкой части, остальное работать не будет.
В электрической части нужно ТОЭ повторить. ток в катушке будет нарастать постепенно. Энергия поля E=(L* I^2)/2. Вот это должны конденсаторы отдать при срабатывании, плюс чисто омические потери при удержании. По индуктивности можно оценить время нарастания тока. Измерить вы ее сможете , пожалуй, только в готовом виде. Единицы генри должны получаться, впрочем, это для 27-вольтовых клапанов, низковольтный будет меньше.
Стабилитрон на конденсаторе - совершенно ненужная затея.
8 вольтх20ампер это 160 ватт. А в джоулях.... (стоит ли браться за эту работу?) Это определяет время в течение которого мощность потребляется. Типичное время срабатывания соленоида 10-15мс. Это значит, что только на срабатывание нужно отдать 2-2.5 Дж. удержание - считайте сами по необходимому времени.
Энергию в конденсаторах тоже. Помните, что далеко не вся энергия конденсатора будет использована. Вы можете допустить падение процентов на 15-20. Ниже - будет снижение тока в обмотке и усилие упадет.
Мне по-прежнему кажется, что затея нереальна. Может что-то в механике еще и можно исхитриться, но в электрической части проект явно неосуществим. так вот, напрямую от батареек.

Существующие варианты:
Это перевод статей. Винтовки очень дорогие. Их у этого производителя две и они не самые мощные из существующих.
Касательно наших умельцев.
А это коммерческий(как утверждает автор) вариант. Посему делиться он параметрами он не стал.
http://www.pcpspb.ru/1/8.htm
От автора:
Мне в почту иногда приходят одинаковые вопросы.
Постепенно буду писать ответы здесь.
1.Вопрос.
Чем электроударник лучше классического?

Ответ:
Он быстрее работает.
Что из этого следует хорошо показано на этой картинке.
И никамим злыми презлыми пружинами вы его не обгоните.)

Также замечено не только мной и не только на данной винтовке ,улучшение мощностных показателей при применении электроударника вместо механического.
Время выстрела меньше. Это значит что при нажатии на спусковой крючок, выстрел произойдёт быстрее нежели в механической системе. Что на деле означает - нужно меньше замирать во время прицеливания, просто ловишь цель "в крест" и нажимаешь спуск, а при этом все в прицеле качается после короткой пробежки и сбитого дыхания.

Я все равно буду пробовать собрать. Вот только вопрос что получиться ))

Так. за страты поветря бороться стоит.
Идея понятна, только как ее реализовать? А Вы уверены, что там 100кГс? Что там за давление и площадь клапана?
Когда-то много стрелял.... Мне трудно представить, что 100кГ можно выдать спусковым крючком даже при всяких рычажных механизмах.
Ага, картинка развернулась через 15 минут... 15-16 атмосфер давление?
Картинки нужно ужимать по правилам. Откорректируйте пожалуйста..

У меня нет кнопки отредактировать 18 пост.

Пожалуйста замените картинки на эти:



По порядку - Принцип действия современной пневматики:
Пружинопоршневая(переломки) - не рассматриваем.
С предварительной накачкой(от резервуара с СО2 или Воздуха) - вот это и рассмотрим.
В случае с СО2(60 атм при 25-30 градусах) газ сразу подается к клапану.
В случае с воздухом, воздух проходит через редуктор. Скажем если резервуар накачан на 300-350 атм, то редуктор настроен на меньшее давление, например на 200-250 атм. Это дает возможность получить стабильные результаты на рабочем давлении.
Клапан открывается механическим ударником. Обычно это металлический цилиндр 20-100 гр, который разгоняет пружина. Спусковой механизм отпускает ударник, тот бьет по штоку клапана, клапан открывается.
В механике долго мучаются с подбором веса ударника и жесткостью пружины.

Электроударник, по своей сути это однокатушечный ГаусГан ))

В случаи с электроударником, можно отказаться от редуктора. Пользуясь датчиком давления(как это сделано в иностранном варианте) регулировать длительность открытия клапана.

При давлении в 300 атм на шток клапана диаметром 6,5мм, сила давления на шток клапана будет 99,54921721кг. При 250 атм , 82,95768101кг. При 200 атм , 66,36614481 кг. При 60 атм(СО2), 19,90984344 кг.

Т.е. если ход штока 2 мм, а усилие 1000Н, то имеем работу 2 Дж? 50-граммовый ударник до 10м в секунду разогнать? Это на каком расстоянии? Если ход его в соленоиде будет ...20мм, скажем, то ... считаем время и усилие. Не намного проще электромагнита?

Я просто параллельно еще с кучей всего разбираюсь. Я когда эскизик новый сделаю, скину его сюда, вам для критики!?
Провода для намотки катушки для экспериментов достал такие: 0,35м, 0,49мм, 0,95мм, 1,5мм. Думается мне, что надо пробовать последние два.

А по ходу сердечника, как лучше я не знаю. Проще ставить его в начале катушки. Сложнее ставить на половину вынув из катушки. Совсем сложно сделать вынесенным за пределы катушки.
По поводу веса: ударник все равно будет ходить по штоку клапана, а значит будет в виде цилиндра с отверстием и навряд ли наберет вес в 50г. Скорее граммов 20-30.

Насколько в действительности форма катушки влияет на разгон сердечника? И если я собираюсь тоже разгонять сердечник, то какой формы лучше мне его брать?

Я так понял. что на рисунке - схемы магнитных систем ударника? Все они вроде бы неэффективны.
Насколько видел - делают обычный соленоид без стопа. После прохождения якорем (бойком) середины катушки ток выключают, потому что дальше начнется торможение.
Усилие в таком соленоиде малое, но ход большой и за счет этого боек разгоняется до высокой скорости. Что-то, где-то еще было написано про часть бойка из алюминия. Алюминий вытесняется из магнитного поля....
Завтра попробую что-то поискать в старых шпаргалках...

Это из ветки строителей ГаусГанов. Мол программа в зависимости от конфигурации катушки выдала такую разницу эффективности.

Я вообще начинаю запутываться.

Вопросы:
- Каркас катушки в моем случае делать только из не металлов или латунь пойдет?
- Где фиксировать сердечник в момент удара? То что середина сердечника не должна дойти середины соленоида - это понятно.
- Есть ли смылол скруглять грани магнитопровода? Делать повороты не квадратными, а больше напоминающим форму магнитного поля?

хм.. А какая она, форма поля? Я не знаю...

Я тоже не знаю. В учебниках круглая/овальная. Ни разу не видел чтоб рисовали квадратной/прямоугольной.
А судя по картинке с моделируемыми формами катушки, предположил что скругленный магнитопровод сможет помочь!?

Как то вот так мне это представляется: Ударник - черный, бьет по шляпке болта - голубой, который вкручивается в шток клапана.

Такие вещи лучше моделировать, например в FEMM.
Делается последовательный численный расчет силы притяжения ударника в зависимости от положения на оси, затем ускорения, скорости, перемещения.

Я читал о FEMM. Очень хотел попробовать, а у меня не запустились обе версии 4,0 и 4,2. Говорит что не хватает ML32I2.DLL. Может кто пришлет этот файл на serj-777САБАКАinbox.ru У меня винда семерка. Еще там не понятно как пользоваться этим языком, описывающем задачу, но с этим я думаю что разбирусь.

femm не требуется эта dll. Возможно femm на семерке не идет в принципе, не пробовал.
Указанная dll находится в Инете с полпинка.
Это dll от пакета Mathematica ( Wolfram R.)

А, вот эта картинка понятнее. На первой только половинки соленоида и я не понял идеи.
да, приблизительно так ударные ЭММ и делают.

Для работы на W7 требуется. Не допер поискать в инете. Скачал, закинул в папку с программой и все запустилось. Ну теперь осталось понять как в ней работать)))




))))))))))))))))
Как примерно делают я догадывался. Но вот после того как в универе препод по физике и профессор РТ кафедры спасовали..............

PS Буду вкуривать FEMM4.2 А так фиг кто весе тайны выдаст. Мазайка потихоньку складывается.

Ни фига не понял как ей пользоваться

Может кто то вкратце обрисует порядок действий для работы с этой программой?

- выбрать расчетную проблему;
- нарисовать геометрию ( ручками или скриптом Lua);
- обозначить материалы и условия на границах;
- запустить расчет;
- анализировать.

Примеры есть.

Дальше - изучение скриптового языка Lua в расширении к FEMM и автоматизация вышеуказанного одиночного расчета.

Пока вот что у меня получается:





Слева будет вдергиваться сердечник.
Справа катушка изнутри крепится винтом М4(резьба в крышке не показана).
Корпус магнитная сталь, та что токарю под руку попадется.
Каркас катушки из латуни. На каркас запаяю один конец катушки.
Сечение провода около одного миллиметра.

Образует короткозамкнутый виток.

У меня на соленоид всего один импульс длительностью 100 млсек в минуту.

Как это отразится?

КПД будет 0.0001. Вся основная энергия импульса замкнется в этот виток.
По теме - посмотрите на Gauss Gun, там делают пропил в трубочке. Я бы начал с классического гаусгана с накопителем на высоковольтной емкости. Энергетика будет на порядки больше, и катушка на порядки проще сделанная из чего угодно.

А если я не буду запаивать один конец на каркас латунной катушки, даже корпус соленоида не заземлю? Просто через полевик замкну на емкостя?

Хотя начинаю понимать... Надо делать из диэлектрика, тогда не будет этого эффекта.

По поводу низковольтного привода клапана, может посмотреть на катушку в автомобильном инжекторе? Как у неё со скоростью срабатывания? Вроде процесс быстрый и управляется всего от 12 вольт

Спасибо за совет. Они кстати по схемам иногда через резистор ставятся, т.е. могут работать и не от 12, а меньше.









А я ведь в первых постах первый эскиз по такому же принципу строил.
Тут такая дилемма - выбить шток с разгона легким сердечником или вытаскивать с места более сложной конструкцией сердечника.