Электромагнитный привод возвратно-поступательного движения

 

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬЙ ПРИВОД ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий двигатель, включающий в себя датчик положения якоря, катушки рабочего и холостого ходов, установленные на немагнитной направляющей , внутри которой помещ ены хвостовик инструмента и ферромагнитный якорь, на поверхности которого в зоне датчика положения выполнены коническая проточка и сопряженная с ней проточка постоянной глубины, и блок управления, содержащий два усилителя мощности, связанные с катущками двигателя, два компаратора, два элемента НЕ, два элемента И, триггер, источник опорного напряжения и задатчик энергии и частоты удара, соединенный с инвертирующим входом первого компаратора , к выходу которого подключены 5 -вход триггера и первый элемент НЕ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, вход первого усилителя мощности соединен с выходом второго элемента И, а вход второго усилителя мощности - с выходом первого элемента И, второй вход которого подключен к .выходу триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с третьим входом первого элемента И и выходом второго компаратора, к инвертирующему входу которого подсоединен источник опорного напряжения , а к неинвертирующим входам компараторов подключен датчик положения якоря, отличающ и и с я тем, что, с целью расi ширения области применения, привод снабжен дополнительным датчиком, (Л фиксирующим соприкосновение якоря и хвостовика инструмента, а в блок управления введены дополнительно триггер и элемент И, входами подключенный к дополнительному датчику и выходу второго элемента НЕ, а выходом - к S-входу дополнительОд ного триггера, R- вход которого СО соединен с выходом первого компаратора , а выход - с вторым входом СС второго элемента И. 2. Привод ПОП.1, отличающийся тем, что хвостовик инструмента выполнен ферромагнитным , а датчик фиксации соприкосновения якоря и хвостовика инструмента установлен на немагнитной направлянщей ниже катушки рабочего хода и содержит ферромагнитный полый цилиндр и две системы полюсных наконечников , причем полюсные наконечники первой системы расположены в зоне движения якоря и на них уста

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 02 P 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЗИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3698521/24-07 (22) 08.02.84 (46) 23.07.85, Вюл. 9 27 (72) В.И.Ляшков, С.И. Джансугуров, А,А. Козлов, А.И. Пикулькин и Л.А. Апалькова (71) Институт горного дела АН Казахской CCP (53) 621.313.04 (088.8) (56) Малов А.Т., Ряшенцев Н.П.

Электромагнитные молоты. Новосибирск, "Наука", 1979, с. 176-181.

Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3530186/24-07, кл. Н 02 P 7/62, 04.01.1983. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий двигатель, включающий в себя датчик положения якоря, катушки рабочего и холостого ходов, установленные на немагнитной направляющей, внутри которой помещены хвостовик инструмента и ферромагнитный якорь, на поверхности которого в зоне датчика положения выполнены коническая проточка и сопряженная с ней проточка постоянной глубины, и блок управления, содержащий два усилителя мощности, связанные с катушками двигателя, два компаратора, два элемента НЕ, два элемента И, триггер, источник опорного напряжения и задатчик энергии и частоты удара, соединенный с инвертирующим входом первого компаратора, к выходу которого подключены 5 -вход триггера и первый элемент НЕ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, вход первого усилителя мощности

„„SU„„1169130 А соединен с выходом второго элемента

И, а вход второго усилителя мощности — с выходом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, R -вход которого через второй элемент НЕ соединен с третьим входом первого элемента И и выходом второго компаратора, к инвертирующему входу которого под-соединен источник опорного напряжения, а к неинвертирующим входам компараторов подключен датчик положения якоря, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения, привод снабжен дополнительным датчиком, фиксирующим соприкосновение якоря и хвостовика инструмента, а в блок управления введены дополнительно триггер и элемент И, входами подключенный к дополнительному датчику и выходу второго элемента НЕ, а выходом — к S-входу дополнительного триггера, Я- вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход — с вторым входом второго элемента И.

2. Привод по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что хвостовик инструмента выполнен ферромагнитным, а датчик фиксации соприкосновения якоря и хвостовика инструмента установлен на немагнитной направляющей ниже катушки рабочего хода и содержит ферромагнитный полый цилиндр и две системы полюсных наконечников, причем полюсные наконечники первой системы расположены в зоне движения якоря и на них уста1169130 новлены обмотки возбуждения, а полюсные наконечники второй системы расположены в зоне хвостовика ин1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных машин ударного действия, предназначенных для уплотнения грунта, забивания свай, возбуждения сейсмоколебаний в верхних слоях коры, разрушения горных пород.

Целью изобретения является расширение области применения электромагнитного привода.

На фиг. 1 изображен двигатель; на фиг. 2 — двигатель при начальном положении инструмента, продольный разрез; на фиг. 3 — двигатель при крайнем верхнем положении якоря, продольный разрез; на фиг. 4— двигатель при конечном положении инструмента, продольный разрез; на фиг. 5 — датчик фиксации соприкосновения,якоря и хвостовика инструмента, продольный разрез; на фиг.6датчик, поперечный разрез; на фиг.7— функциональная схема блока управления; на фиг. 8 — схема датчика фиксации соприкосновения.

Электромагнитный привод содержит силовые катушки рабочего 1 и холостого 2 ходов, установленные на немагнитной направляющей 3, внутри которой находится ферромагнитный якорь 4, одним концом входящий в катушку 2 холостого хода, а другим концом контактирующий с ферромагнитным инструментом 5, который частью своей длины находится в направляющей 3, на боковой поверхности якоря 4 вдоль образующей имеется проточка 6 переменной глубины, переходящая в проточку 7 постоянной глубины, проточка 6 имеет длину,. не меньшую расстояния от конца якоря

4, входящего в катушку 2 холостого хода, до наиболее удаленного от проточки 6 конца этой катушки 2, при условии совпадения другого конца якоря 4 с ближайшим к инструструмента и на них установлены выходные обмотки, соединенные через выпрямитель с пороговым элементом. менту 5 концом катушки 1 рабочего хода (фиг. 3), датчик 8 и дополнительный датчик 9 фиксации соприкосновения якоря 4 и хвостовика ин5 струмента, установленные на направ, ляющей 3 соответственно между си-. ловыми катушками 1 и 2 и ниже катушки 1, задатчик 10 энергии и частоты ударов, компараторы 11 и 12 напряжения, элементы НЕ 13 и 14, . элементы И 15 — 17, триггеры 18 и 19 усилители 20 мощности, источник 21 опорного напряжения.

Датчик 8 трансформаторного типа имеет разомкнутый магнитопровод, который замыкается якорем 4. При этом образуется воздушный зазор между магнитопроводом датчика. 8 и якорем 4, величина которого изменя20 ется при движении якоря от макси,мального значения, соответствующе;го замыканию магнитопровода датчика 8 боковой поверхностью якоря 4, имеющей проточку 7 постоянной глубины (фиг. 2), до минимального, соответствующего замыканию магнитопровода датчика 8 боковой поверхностью якоря 4, не имеющей проточки (фиг. 3) ° При этом величина вы30 ходного сигнала датчика 8.изменяется соответственно от минимального до максимального значения, т.е. с уменьшением упомянутого воздушного зазора сигнал датчика 8 уве3 личивается и наоборот.

Дополнительный датчик 9 трансформаторного типа содержит. ферро- магнитный сердечник в форме полого цилиндра 22 с немагнитными ос нованиями 23,, две идентичные системы 24 полюсных наконечников, каждая из которых-содержит по четыре съемных полюсных наконечника 24, расположенных в одной плоскости под прямым углом друг к другу и установленных в сквозные ступенчатые отверстия, выполненные на бо1169130 ковой стенке цилиндра 22, и в отверстия в направляющей 3. Расстояние между плоскостями, в которых расположены полюсные наконечники

24 первой и второй систем, выбрано не меньшим технологического хода Ь инструмента 5, определяемого начальным А и конечным В положениями последнего. Конец якоря 4, контактирующий с инструментом 5„ находится 10 под полюсными наконечниками 24 первой системы, а инструмент 5— под полюсными наконечниками 24 второй системы, При этом часть инструмента 5, находящаяся между полюсными наконечниками 24 обеих систем, имеет длину, не меньшую технологического хода L инструмента 5.

Датчик 8 установлен от начала проточки 7 постоянной глубины на расстоянии, равном расстоянию конца якоря 4, контактирующего с инструментом 5, до ближайшего к нему конца катушки 1 рабочего хода, а оставшаяся часть проточки 7 постоян- 5 ной глубины имеет длину, не меньшую технологического хода L инструмента 5. На каждом полюсном наконечнике 24 первой системы размещено по одной обмотке 25 возбуждения, которые подключены к источнику переменного напряжения (не показан) таким образом, что создаваемые ими в контактирующих якоре 4 и инструменте 5 магнитные потоки имеют одина-35 ковые направления. На каждом полюсном наконечнике 24 второй системы размещено по одной выходной обмотке 26, которые соединены последовательно таким образом, что их сиг- 40 налы суммируются и через выпрямительный мост 27, на выходе которого имеется конденсатор 28, подключены к пороговому элементу — триггеру Шмитта 29. Последний формирует 45 сигнал, снимаемый с выходной обмотки дополнительного датчика 9, в прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности сигнала выходной обмотки датчика 9 и кото- 50 рый подается на второй вход элемента

И 17.

Четыре разомкнутые магнитные цепи, каждая из которых состоит из полюсных наконечников 24 обеих сис- 55 тем и из ферромагнитного цилиндра

22, одновременно замыкают в момент удара контактирующие якорь 4 и инструмент 5. Поэтому при подаче переменного напряжения на обмотки 25 воз буждения сигнал на выходных обмотках

26, т.е. сигнал на выходе дополнительного датчика 9, появляется в моменты контакта якоря 4 с инструментом 5. В иные моменты времени между якорем 4 и инструментом 5 возникает воздушный зазор, магнитное сопротивление которого значительно больше магнитного сопротивления ферромагнитных участков магнитных цепей. Поэтому сигнал на выходе датчика 9 при отсутствии контакта якоря с инструментом практически равен нулю. Следовательно, на протяжении всего технологического хода L инструмента 5 сигнал на выходе датчика 9 появляется в момент удара якоря 4 по хвостовику инструмента 5.

Задатчик 10 энергии и частоты ударов связан с инвертирующим входом компаратора 11, источник 21 опорного напряжения связан с инвертирующим входом компаратора 12, Неинвертирующие входы обоих компараторов 11 и 12 связаны с датчиком 8.

Выход компаратора 11 связан с входом элемента НЕ 13 и с S-входом триггера 18, а выход компаратора

12 — с входом элемента НЕ 14 и с третьим входом элемента И 15> выход элемента НЕ 13 связан с первым входом элемента И 16 и с первым входом элемента И 15, а выход элемента HE

14 — с R-входом триггера 18, выход которого связан с вторым входом элемента И 15, выходы элементов И 15 и 16 связаны с усилителями 20 мощности катушек рабочего

1 и холостого 2 ходов, выход допол нительного триггера 19 соединен с вторым входом элемента И 16, Квход триггера 19 соединен с выходом компаратора 11, à S-вход этого триггера 19 соединен с выходом дополнительного двухвходового элемента

И 17, первый вход которого соединен с выходом элемента НЕ 14, а второй вход — с дополнительным датчиком 9.

Задатчик 10 содержит источник 30 опорного напряжения и подключенный к нему потенциометр 31, с помощью которого можно изменять величину напряжения, подаваемого на инвертирующий вход компаратора 11 в пределах от минимального значения

1169130

30

В это же время сигнал датчика 8 меньше напряжения, подаваемого с задатчика. 10 на инвертирующий вход . 45 компаратора 11. Поэтому на выходе последнего будет сигнал "0", который, инвертируясь в элементе НЕ 13 поступает через открытый элемент

И 16 на усилитель 20 мощности и включает катушку 2 холостого хода.

Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкой. По мере втягивания якоря 4 никаких изменений в управлении приводом не происходит до тех пор, по- И ка магнитопровод датчика 8 замыкается проточкой 7 постоянной глу бины. Начиная с момента замыкания (несколько большего опорного напря жения источника 21) до максимального (несколько меньшего максимального сигнала датчика 8). Источники

21 и 30 не показаны.

Сигнал датчика 8 при любом значении воздушного зазора всегда имеет

% положительное значение, а минимальное его значение всегда несколько 1п меньше величины опорйого напряжения источника 21. Глубина внедрения якоря 4 в катушку 2 холостого хода в исходном состоянии привода увеличена на величину технологического хода L инструмента 5.

Устройство работает следюущим образом.

В исходном состоянии привода (фиг. 2) инструмент 5 находится в 2(} начальном положении (это положение на фиг. 5 обозначено через А) и контактирует с якорем 4. При этом магнитопровод датчика 8 замыкается боковой поверхностью якоря 4, имею- 25 щей проточку 7 постоянной глубины.

В .этом случае сигнал датчика 8 несколько меньше опорного напряже-. ния источника 21. Поэтому на выходе компаратора 12, а значит и на третьем входе элемента И 15 будет сигнал "0", который, инвертируясь в элементе НЕ 14, поступает на К-вход триггера 18, переводя его в состояние "0", и на первый вход дополнительного элемента И 17, на второй вход которого в это же время поступает сигнал с дополнительного датчика 9. В результате этого дополни-! тельный триггер 19 переходит в сос- 40 тояние "1" и на второй вход элемента И 16 поступает сигнал. магнитопровода датчика 8 проточкой

6 переменной глубины,. величина сигнала датчика 8 начинает увеличиваться, превышает опорное напряжение источника 21, что приводит к появлению на выходе компаратора 12, а значит и на третьем входе элемента

И 15 сигнала "1", который, инвертируясь в элементе НЕ 14, снимает с

R-входа триггера 18 и с первого входа элемента И 17 сигнал "1", а затем превышает и напряжение задатчика 10. После этого íà S-входе . триггера 18 и R-входе триггера 19 появляется сигнал "1", последний переходит в состояние "0", а триггер 18 — в состояние "1". На втором входе элемента И 15 появляется сигнал "1". Одновременно снимаются сигналы с первого входа элемента

И 16 и с первого входа, элемента И 15.

Катушка .2 холостого хода выключается, а якорь 4 продолжает движение вверх но инерции до полной остановки в крайнем верхнем положении (фиг.3). После этого под действием собственного веса якорь 4 начинает движение вниз, совершая рабочий ход и последовательно проходя в обратном порядке упомянутые ста-. дии. При этом, начиная с входа конической проточки в зону датчика 8, его сигнал начинает уменьшаться и становится меньше напряжения задатчика 10. Начиная с этого момента, на выходе компаратора 11 снова появляется сигнал "0", который, инвертируясь в элементе НЕ 13, поступает через открытый элемент И 15 на усилитель 20 мощности и включает катушку 1 рабочего хода. Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкой.

Происходит дальнейшее уменьшение сигнала датчика 8 и при достижении якорем 4 конца катушки 1 рабочего хода магнитопровод датчика 8 снова начинает замыкаться проточкой 7 постоянной глубины. При этом сигнал датчика 8 снова становится меньше опорного напряжения источника 21.

Поэтому на выходе компаратора 12 и на третьем входе элемента И 15 снова появляется сигнал "О", который, инвертируясь в элементе НЕ 14, переводит триггер 18 в состояние

"0" и поступает на первый вход элемента И 17. Поскольку в это время

1169130

O отсутствует сигнал на втором входе этого элемента И 17, то переключения триггера 19 не происходит. СлеФ довательно, не происходит и включение катушки 2 холостого хода. Якорь

4 продолжает двигаться вниз по инерции и в определенный момент времени наносит удар по инструменту 5.

В момент удара происходит контакт якоря 4 с хвостовиком инструмента 5.

В результате этого на второй вход элемента И 17 поступает сигнал.

Триггер 19 переходит в состояние

"1" и через элемент И 16 проходит сигнал, подключающий катушку 2 холостого хода к усилителю 20.мощности. Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкол и.описанные выше процессы повторяются с той разницей, что при последующих ударах якоря по инструменту последний, в зависимости от податливости обрабатываемого объекта,.воспринимает удар якоря,, находясь в каком-либо другом месте в пределах технологического хода L инструмента. б

Для изменения энергии и,частоты ударов достаточно потенциометром

31, подключенным к источнику

30 опорного напряжения, изме5 нить величину напряжения задатчика 10.

В предлагаемом приводе независи1р мо от податливости обрабатываемого объекта осуществлен экономичный режим работы. Это достигнуто, с одной стороны, устранением раннего, до нанесения удара по инструменту, 15 включения катушки холостого хода °

Включение катушки холостого хода производится в момент нанесения удара по иснтрументу на,протяжении всего технологического хода инстру2р мента. Это значительно расширяет область применения ударного электромагнитного привода, уменьшает нагрев его обмоток, следовательно при допустимом нагреве увели25 чивает продолжительность включения привода и его производительность, 1169130

1169130

1!69130

Фиа8

Редактор А. Сабо

Заказ 4627/52 Тираж 646 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5.0

I

t

Составитель В. Алфимов

Тех р ед Ж. Ка с т елев ич Корректор Л. Бескид

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4