Электромагнитный привод ударного действия

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке электромагнитных:;машин ударного действия. Цель состоит в расширении диапазона регулирования частоты и энергии ударов и упрощении привода. Регулирование энергии и частоты ударов осуществляется изменением напряжения на шинах управляемого вентиля, что возможно в достаточно широких пределах, и дополнительной схемой, позволяющей отключить часть обмоток. Упрощение достигнуто за счет устранения элементов задержки в каждом канале управления . Изменение числа работакндих обмоток позволяет провести более точные исследования машин со свободным выбегом бойка. Эффективный режим работы автоматически поддерживается и при изменении различных параметров таких как нагрев обмоток и длительность переходного процесса в электромагнитах при коммутации в них тока. 5 ил. г (Л

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (59 4 Н 02 Р 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4041610/24-07 (22).24.03.86 (46) 15.11.87. Бюл. М 42 (71) Институт горного дела АН KasCCP (72) В.И.Ляшков,. С.И.Джансугуров, А.А.Козлов, А.А.Калашников, Н.А.Samкиров и Е.А.Жихорь (53) 621.313.17(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1053256, кл, Н 02 P 7/62, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1179512, кл. Н Ol P 7/62, 1985. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНИЙ ПРИВОД УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке электромагнитных::машин ударного действия. Цель состоит в расширении диапазона регулирования частоты и энергии ударов и упрощении привода. Регулйрование энергии и частоты ударов осуществляется изменением напряжения на шинах управляемого вентиля, что возможно в достаточно широких пределах, и дополнительной схемой, позволяющей отключить часть обмоток. Упрощение достигнуто за счет устранения элементов задержки в каждом канале управления. Изменение числа работающих обмоток позволяет провести более точные исследования машин со свободным выбегом бойка. Эффективный режим работы автоматически поддерживается и при изменении различных параметров

® таких как нагрев обмоток и длительность переходного процесса в электромагнитах при коммутации в них тока.5 ил. С.

52607

1

13

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при разработке электромагнитных молотов большой мощности.

1 ель изобретения — расширение диапазона регулирования частоты и энергии ударов и упрощение привода.

На фиг. 1 схематично показан электромагнитный делитель; на фиг.2то же, продольный разрез,.на фиг.3функциональная схема электромагнитного привода ударного действия; на фиг. 4 — разрез А-А на фиг, 1 (продольный разрез датчика контакта бойка с хвостовиком инструмента); на фиг ° 5 — разрез Б-Б на фиг. 1 (поперечный разрез датчика фиксации соприкосновения бойка с хвостовиком инструмента) °

Электромагнитный привод ударного действия включает электромагнитный двигатель; и устройство управления этим двигателем.

Электромагнитный двигатель содержит (фиг. 1 и 2) и силовых обмоток

1, каждая из которых имеет одну и ту же длину 1 и заключена в магнитопровод, состоящий иэ цилиндрического ярма 2, - закрытого с торцов полюсами, выполненными в форме фланцев 3 толщиной К. Обмотка 1, заключенная в магнитопровод, представляет собой цилиндрический электромагнит длиной

1 =1 +2К. !

Обмотки 1 (электромагниты) установлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом

h. Внутри направляющей 4орасположен ферромагнитный боек 5, отношение длины L которого к шагу h обмоток 1 больше единицы, но меньше двух,т.е. боек 5 имеет длину, большую шага обмоток 1, но меньшую двух шагов. Боек

5 нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком 6 инструмента 7, при этом верхний торец бойка

5 расположен внутри второй снизу обмотки 1. Между этим торцом бойка 5 и верхним торцом второй снизу обмотки 1, т.е. концом этой обмотки, образован рабочий зазор, величина которого может изменяться в пределах от минимального Г„„„ до максимального У„ „ значений, определяемых макс соответственно начальным А и конечным Б HBHHHBIIIHM положениями бойка

5, т ° е. определяемых максимальным изменением хода d,» бойка 5.

Максимальное изменение хода d„ „, бойка зависит от назначения электромагнитного привода ударного действия и задается при его конструировании. Предлагаемый электромагнитный привод ударного действия после установки его на податчике(не показан) можно использовать для отбойки крепких горных пород (руды), в этом случае d задается порядка

50 мм, а при использовании этого привода в качестве электромагнитного сейсмоисточника с предварительным поджатием излучающей плиты 6 а„ задается порядка 30 мм.

При нахождении бойка 5 в конечном положении Б его верхний торец, расположенный внутри второй снизу обмотки 1, находится от нижнего торца этой обмотки на расстоянии 1„, называемом глубиной предварительного внедрения бойка в обмотку (1„ минимальная глубина предварительного внедрения бойка 5 во вторую снизу обмотку 1, при которой боек 5 еще втягивается в эту обмотку при пропускании по ней тока.

При нахождении бойка 5 в начальном положении А глубина его предварительного внедрения в эту же обмотку 1 равна 1„ +d„ „ . Для электромагнитных молотов 1 =(0,25-0,4)1, . Оптимальным является включение обмотки именно в момент, когда предварительное внедрение бойка в обмотку как при рабочем, так и при холостом ходе равно 0,25 1 . Это условие в предлагаемом приводе не выполняется только при включении второй снизу катушки во время холостого хода, так как в это время положение бойка задано положением инструмента.

Кроме того, электромагнитный двигатель содержит нижний и (n+l) основных трансформаторных датчиков положения бойка 5, один из которых установлен ниже, а другой — выше всех обмоток 1 и которые являются соответственно нижним 8 и верхним 9 концевыми датчиками. Один датчик установлен выше верхнего концевого датчика 9 и является вспомогательным датчиком 10, остальные (и-1) датчиков установлены между обмотками 1 и являются промежуточными датчиками

11. Расстояние между соседними дат52607

55

:! 13 чиками 11, а также расстояние между (n-1)-м (верхним) датчиком 11 и датчиком 9 и расстояние между датчиками

9 и 10 равны шагу h обмоток. В электромагнитный двигатель введены также (n+1) .дополнительных трансформаторных датчиков положения бойка 5, из которых два, например датчики 12 и 13, являются дополнительными соответственно верхним концевым и вспомогательным датчиками и установлены на расстоянии 1"„, mm>e соответственно датчиков 9 и 10, остальные (и-1) датчиков, например дополнительные промежуточные датчики 14, установлены между обмотками 1, т.е. между обмотками 1 двигателя на расстоянии, равном максимальному рабочему зазору 1 „,„„ от каждого промежуточного датчика 11 установлен дополнительный промежуточный датчик 14, при этом расстояние между соседними датчиками 14 равно шагу h обмоток 1.

Нижний концевой датчик 8 установлен от нижнего (первого) дополнительного промежуточного датчика 14 íà расстоянии, равно шагу h обмоток 1.

На направляющей 4 ниже датчика 8 установлен датчик 15 контакта бойка

5 с хвостовиком 6.

Датчик 15 содержит (фиг.. 4 и 5) ферромагнитный полый цилиндр .16 и две идентичные системы съемных полюсов 17, каждая из которых содержит по четыре указанных полюса 17, расположенных в одной плоскости под прямым углом друг к другу, Расстояние между плоскостями, в которых расположены полюса 17 первой и второй систем, выбрано несколько большим мак/ симального изменения хода й„ бойка 5 (фиг. 2 и 4).

Таким образом, полюса 17 первой системы расположены в зоне движения бойка 5, а полюса 17 второй системы— в зоне хвостовика 6. На фиг. 4 показано промежуточное между А и Б положение бойка 5. На полюсах 17 первой системы установлены обмотки 18 возбуждения, а на полюсах 17 второй системы — выходные обмотки 19. Обмотки 18 возбуждения подключены к источнику переменного напряжения, а выходные обмотки 19 соединены между собой последовательно так, что их сигналы суммируются. С выходных обмоток 19 снимается сигнал только при контакте бойка 5 с хвостовиком 6.

Датчики 11 и 14, расположенные между одними и теми же обмотками 1, образуют пару датчиков. Первая пара датчиков 1! и 14 расположена между первой снизу и второй обмотками 1, вторая — между второй и третьей обмотками 1, третья — между третьей и четвертой обмотками 1 и т.д. (и-1)-я

1ð пара датчиков 11 и 14 расположена между (n-1)-й и и-й обмотками 1.

Образовавшиеся пары промежуточных датчиков размещены симметрично относительно обмоток 1.

Датчики 9, 12 и 10, 13 образуют соответственно и-ю и (и+1)-ю пары датчиков, Датчик 11 (n-1)-й пары и датчик 12, а также датчик 14 (n-1)-й пары и датчик 9 расположены симмет20 рично относительной и-й обмотки 1.

Датчик 8 и датчик 11 первой пары расположены симметрично относительно первой обмотки 1.

Расстояние от нижнего торца бойка

5 (при нахождении последнего в положении Б) до датчика 8 равно Р„ „, а до датчика 11 первой пары датчиков равно шагу h обмоток 1.

Установленные на направляющей 4

30 датчики 8-14 идентичны и представляют собой датчики трансформаторного типа с разомкнутым магнитопроводом, которые выдают сигналы при замыкании их магнитопровода ферромагнитным бойком 5. Выхсдной сигнал любого из укаэанных датчиков по длительности равен времени прохождения бойка мимо этого датчика.

К обмоткам 1 подключено устройство управления, содержащее (фиг. 3)

40 многоканальный состоящий из и каналов коммутатор, а также (2n-3) первых

20 и (2n-3) вторых 21 двухвходовых элементов И, (и+1) элементов НЕ 22, (и+2) дополнительных элементов НЕ 23, 45 (n+2) формирователей 24 коротких импульсов и (n+2) дополнительных формирователей 25 коротких импульсов.

Каждый канал коммутатора соединен с шинами управляемого выпрямителя (не показан) и содержит последовательно соединенный с обмоткой 1 силовой ключ 26 с входами отпирания и запирания.

Обмотки 1 зашунтированы разрядными цепями 27, необходимыми для гашения энергии магнитного поля после отключения обмоток 1 от управляемого выпрямителя.

1352607

Датчик 15 контакта через дополнительный формирователь 25 связан с входом отпирания ключа 26 второго канала, первый промежуточный датчик

ll через элемент НЕ 22 и формировао тель 24 связан с входом отпирания ключа 26 третьего канала, каждый из

2,3,...(n-3),(п-2) промежуточных датчиков ll через элемент НЕ 22 и формирователь 24 связан с вторыми входами своих элементов И 20 и 21 первые входы которых связаны соответственно с 1 и 3, 2 и 4,...,(п-4) и (n-2), (n-3) и (n-1) промежуточными датчиками 11, а выходы — соответственно с,входами запирания всех ключей 26 и входами отпирания ключей

26 соответственно 4,5,...(п-1),п каналов. (n-1)-й промежуточный канал

11, концевой 9 и вспомогательный 10 датчики через свои элементы НЕ 22 и формирователи 24 связаны с вторыми входами своих элементов И 20, первые входы которых связаны соот- 25 ветственно с (п-2)-м, (и-1)-м промежуточными 1! и концевым 9 датчиками, а выходы — с входами запирания всех ключей 26.

Концевой датчик 8 через дополнительный элемент НЕ 23 и формирователь 24, а первый дополнительный промежуточный датчик 14 через дополнительные элемент НЕ 23 и формирователь 25 связаны с входами запирания всех ключей" 26, каждый из 2,3,... 35 (n-3), (п-2) дополнительных промежуточных датчиков 14 через дополнительные элемент НЕ 23 и формирователь 25 связан-- с вторыми входами своих элементов И 20 и 21, первые входы кото- 40 рых связаны соответственно с 3 и 1, 4 и 2,...,(n-2) и (n-4), (n-1) и (n-3) дополнительными промежуточными датчиками 14, а выходы — соответственно с входами запирания всех ключей 45

26 и входами отпирания ключей 26 соответственно 1,2,...,(п-4), (и-3) каналов. Дополнительные (n-1)-й промежуточный 14, концевой 12 и вспомогательный 13 датчики через свои до- 50 полнительные элементы НЕ 23 и формирователи 25 связаны с вторыми входами своих элементов И 21, первые входы которых связаны с дополнительными соответственно (n-2)-м, (п-1)-м про- 55 межуточными 14 и концевым 12 датчиками, а выходы — с входами отпирания ключей 26 соответственно.(n-2)-ro, (и-1)-Го п-РО каналов, Все формирователи 24 и 25 идентичны и предназначены для создания импульсов малой длительности по сравнению с длительностью импульсов любого из указанных выше датчиков.

Для пуска устройства служит выключатель 28, установленный в цепь питания U обмоток 18 возбуждения.

Электромагнитный привод ударного действия работает следующим образом.

Пусть, например, в исходном состоянии устройства боек 5 занимает начальное положение А (фиг, 2), При этом он находится под полюсами 17

f датчика 15,на которых установлены обмотки 18 возбуждения,a контактируюший с ним хвостовик 6 находится под полюсами 17, на которых установлены выходные обмотки 19 (фиг. 4), Находясь в положении А, боек 5 одновременно замыкает магнитопроводы датчика 8 и датчиков 11 и 14 первой пары. После замыкания выключателем 28 цепи питания

U обмоток 18 возбуждения с выходных обмоток 19, т.е, с датчика 15, снимается сигнал, который через связанный с ним формирователь 25 поступает на вход отпирания ключа 26 второго канала и отпирает его,,По обмотт ке 1 второго канала начинает протекать ток и боек 5 втягивается этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние У,„„„ (фиг. 2), равное. в данном случае длине рабочего зазора:второй снизу обмотки 1, и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание-магнитопровода датчика 8.

В момент размыкания магнитопровода датчика 8 через связанные с ним элемент HE 23 и формирователь 24 на вход запирания всех ключей 26 поступает сигнал, Ключ 26 второго канала запирается и обмотка 1 отключа-. ется. При этом энергия магнитного поля, созданного током обмотки 1, рассеивается в разрядной цепи 27 своего канала, а боек 5 продолжает дви- гаться по инерции. Расстояние энергии магнитного поля в других обмотках 1 производится аналогично.

Двигаясь по инерции, боек 5 своей передней частью последовательно замыкает магнитопроводы датчиков 11 и 14 второй пары датчиков, а затем своей задней частью размыкает магнитопровод датчика 11 первой пары дат1352607 чиков. В это время боек 5 внедрился в обмотку 1 третьего канала на глубину 1„ и расстояние между передним торцом бойка 5 и концом этой обмотки стало равным F„ (положение бойка 5 макс относительно обмотки 1 третьего канала в момент размыкания магнитопровода датчика 11 первой пары датчиков (на фиг. 2 показано пунктиром).

В момент размыкания магнитопровода датчика 11 первой пары датчиков через связанные с ним элемент НЕ 23 и формирователь 24 на вход отпирания ключа 26 третьего канала поступает сигнал. Ключ 26 отпирается, по обмотке 1 третьего канала начинает протекать ток и боек 5 втягивается этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F„ и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 14 этой же пары датчиков.

В момент размыкания магнитопровода указанного датчика 14 через связанные с ним элемент НЕ 23 и формирователь 25 на вход запирания всех ключей 26- поступает сигнал. Ключ 26 третьего канала запирается, обмотки

1 отключаются, а боек 5 продолжает двигаться по инерции, Затем боек 5 передней частью последовательно замыкает магнитопроводы датчиков 11 и 14 третьей пары датчиков, а затем задней частью размыкает магнитопровод датчика 11 второй пары датчиков, В это время боек

5 внедрился в обмотку 1 четвертого канала на глубину 1, и расстояние между передним торцом бойка 5 и концом этой обмотки стало равным F „.

Продолжая свое движение, боек 5 в

4б конце рабочего хода наносит удар по .инструменту 7, снова замыкает магни-: топровод датчика 15 контакта и описанный цикл работы электромагнитного привода ударного действия повто50 ряется.

Регулирование энергии и частоты ударов в предлагаемом приводе осуществляется эа счет изменения напряжения на шинах управляемого выпрями-

-г теля, что возможно в достаточно широких пределах. Схема устройства позволяет отключить часть обмоток, то снижает энергию и частоту ударов.

Упрощение привода достигается за

В момент размыкания магнитопровода датчика ll второй пары датчиков через связанные с ним элемент НЕ 22, формирователь 24 и открытый элемент

И 21 на вход отпирания ключа 26 четвертого канала поступает сигнал.

Ключ 26 отпирается, по обмотке 1 четвертого канала начинает протекать ток. При протекании тока по обмотке

1 четвертого канала боек 5 втягивается этой обмоткой.

Двигаясь по инерции, боек 5 передней частью последовательно замыкает магнитопроводы датчиков 11 и 14 следующей пары датчиков и описанные выше процессы повторяются.

Продолжая свое движение вверх как под действием электромагнитных сил, действующих последовательно со сто5 роны оставшихся обмоток 1, так и по инерции в промежутках- отсутствия указанных сил, боек 5 в определенный момент времени достигает своего крайнего верхнего положения и останав1 ливается, заканчивая обратный (холостой) ход. Это положение бойка на фиг. 2 обозначено через В. Затем нод действием силы тяжести боек 5 начинает движение в обратную сторону, совершая прямой рабочий ход, и в определенный момент времени задней частью размыкает магнитопровод датчика 13. В это время боек 5. внедрился в обмотку 1 п-го канала на глубину

1„ и расстояние между передним торцом бойка 5 и концом этой обмотки стало равным Р„„„

В момент размыкания магнитопровода датчика 13 через связанные с ним

Z5 элемент HE 23 формирователь 25 и открытый элемент И 21, на вход отпирания ключа 26 п-ro канала поступает сигнал. Ключ 26 отпирается,: по обмотке 1 -ro канала начинает протекать ток и боек втягивается этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние Р„ак и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода

З5 датчика 10 через связанные с ним элемент НЕ 22, формирователь 24 и открытый элемент И 20, на вход запирания всех ключей 26 поступает сигнал. Ключ 26 ц -го канала запирается, обмотка 1 отключается, а боек продолжает двигаться вниз по инерции и под действием силы тяжести, 1352607

50 счет устранения элементов задержки в каждом канале управления. Изменение числа работающих обмоток позволяет. провести более точные исследования машин простого действия, со свободным выбегом бойка, двойного действия и многокаскадных машин, В предлагаемом электромагнитном приводе эффективный режим работы автоматически поддерживается и при изменении различных его параметров (нагрев обмоток, длительность переходных процессов в электромагнитах при коммутации в них тока, угол наклона двигателя, скорость бойка), при регулировании энергии и частоты ударов, расширений диапазона регулирования этих параметров.

Формула изобретения

Электромагнитный привод ударного действия, включающий электромагнитный двигатель, содержащий и обмоток, установленных с постоянным шагом на вертикальной немагнитной направляющей, внутри которой расположен ферромагнитный боек, отношение длины которого к шагу обмоток больше- единицы, но меньше двух, и который нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком инструмента, при этом верхний торец бойка расположен внутри второй снизу обмотки, нижний и n+I основных датчиков положения, расположенных на указанной направляющей с шагом, равным шагу обмоток, при этом нижний датчик расположен ниже нижней обмотки, и блок управления, содержащий управляемый выпрямитель и соединенный с его выводами и-канальный коммутатор обмоток, каж-. дый канал которого содержит соединенный последовательно с обмоткой силовой ключ с входами отпирания и запирания, при этом первый канал, подключенный к нижней обмотке, включает в себя также два формирователя коротких импульсов, элемент НЕ, каждый i-й канал, где 2 i<(n-2), включает в себя также формирователь коротких импульсов, элемент НЕ и.четыре элемента 2И, (п-1)-й канал включает в себя также формирователь коротких импульсов, элемент НЕ и два элемента 2И, а и-й канал, подключенный к верхней обмотке, включает в себя также два формирователя коротких импульсов, два элемента НЕ и два элемента 2И элемент НЕ каждого i-го канала связан входом с соответствующим датчиком положения, а выходом через формирователь коротких импульсов — с одними входами двух элементов 2И, другие входы которых связаны соответственно с датчиками (-1)-го и (i+1)-ro каналов, вьгход одного из элементов 2И соединен с входом отпирания ключа (i+2)-ro ка-, нала, элемент НЕ первого канала соединен входом с соответствующим основным датчиком, а выходом через формирователь коротких импульсов — с входом отпирания ключа третьего канала, три верхних датчика через элементы НЕ и формирователи коротких импульсов подключены к одним входам элементов 2И, другие входы которых соединены соответственно с (п-2)-м, (n-1)- м, и-м основными датчиками положения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты и энергии ударов и упрощения привода путем устранения элементов задержки, в него дополнительно- введены датчик контакта бойка с хвостовиком инструмента, п+1 дополнительных датчиков положения, каждый из которых образует с соответствующим основным датчиком положения симметричную относительно соседних обмоток пару и установлен вьппе него на расстоянии, равном максимальному расстоянию между верхними торцами второй снизу обмотки и бойка при наинизшем положении последнего, нижний датчик положения установлен íà том же расстоянии от нижнего торца бойка при наинизшем положении последнего, в первый канал управления введены дополнительно два формирователя коротких импульсов и два элемента НЕ„ в каждый i-й канал — формирователь коротких импульсов и элемент НЕ, в (п — 1)-й канал— формирователь..коротких импульсов и элемент НЕ, в и-й канал — два элемента НЕ, два формирователя коротких импульсов и два элемента 2И, при этом входы запирания ключей всех каналов соединены и подключены к выходам вторых и третьих элементов 2И i-x каналОв, через последовательно сое55 диненные элементы НЕ и формирователи коротких импульсов — к нижнему и первому дополнительному датчикам, выходу первого элемента 2И (п-1)-го канала и выходам первого и второго

ll 1 элементов 2И и-го канала, связанных входами с и-м и (n+1)-м" основными датчиками, датчик контакта бойка с хвостовиком инструмента через формирователь коротких импульсов подключен к входу отпирания ключа второго канала, выход четвертого элемента 2И

i-ro канала соединен с входом отпирания ключа (i-1)-го канала, один . вход соединен с дополнительным датчикцм положения (i-1)-ro канала, другой вход — с одним входом третьего элемента 2И и через последовательно соединенные элемент НЕ и формирователь коротких импульсов — с дополнительным датчиком положения, соединенным с другим входом третьего элемента 2И (i-1)-ro канала и другим входом четвертого элемента

352607

1г

2И (i+1)-го канала, (n-!)-й. дополнительный датчик положения соединен с вторыми входами. третьих элементов

2И (n-2)-ro и п-го каналов и через последовательно соединенные элемент

НЕ и формирователь коротких импульсов с входом второго элемента 2И, и-й и (и+1)-й дополнительные датчики положения через последовательно соединенные элементы НЕ и формирователи коротких импульсов подключены к одним входам соответственно третьего и четвертого элементов 2И и-го .канала ° другие входы которых подключены к (n-1)-му и п-му дополнительным датчикам положения, а выходы — к входам отпирания ключей соответственно (†!) — го и м — го кана.ЛОВ юг «юг «14 г «741 «141

1352607

Л77 71ЛУЛ77 Р Л170 I7 Л7Ю7 У 2 2

1352607

17 фиг5

Составитель В.Алфимов

Редактор А.Лежнина Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 5573/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4