Электромагнитный привод ударного действия

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке электромагнитных машин ударного действия для горной, строительной и других отраслей народного хозяйства. Цель состоит в повьшении надежности и уменьшении габаритов, материалоемкости. Привод ударного действия содержит электромагнитный двигатель, содержащий обмотки 1, боек 5, совершающий возвратно-поступательное движение внутри направляющей 4. На концах бойка 5 выполнены управляющие проточки, каждая из которой имеет длину рабочего зазора второй снизу обмотки, определяемую конечным положением бойка. Датчики 8-11 положения бойка 5 установлены на направляющей 4 и выдают сигналы П .до - при нахождении бойка 5 вне зоны датчика , Upi - при его замыкании частью бойка 5 с проточкой, Uj ° замыкании частью бойка 5 без проточки . Схема управления выдает управляющий сигнал на управляющие обмотки двигателя в зависимости от сигналов датчиков. 4 ил. S л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

GOLDA ËÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ

РЕСПУБЛИК

„„SU, 1394

А1 (51)4 Н 02 P 7/62

«»

«. с с I

1 с, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 1г р 11 У 1а1 1г тг 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075139/24-07 (22) 28.04.86 (46) 07.05.88. Бюл. № 17 (71) Институт горного дела АН КазССР (72) В.И.Ляшков, С.И.Джансугуров, А.А.Козлов, А.А.Калашников, С.Х.Хачатурян и Н.А.Башкиров (53) 621.313.17 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1179512, кл. Н 02 P 7/62, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1352607, 1986. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД УДАРНОГО

ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке электромагнитных машин ударного действия для горной, строительной и других отраслей народного хозяйства. Цель состоит в повышении надежности и уменьшении габаритов, материалоемкости. Привод ударного действия содержит электромагнитный двигатель, содержащий обмотки 1, боек 5, совершающий возвратно-поступательное движение внутри направляющей

4. На концах бойка 5 выполнены управляющие проточки, каждая из которой имеет длину рабочего зазора второй снизу обмотки, определяемую конечным положением бойка. Датчики 8 — 11 положения бойка 5 установлены на направляющей 4 и выдают сигналы U go— при нахождении бойка 5 вне зоны датчика, U, — при его замыкании частью бойка 5 с проточкой, U z — при его замыкании частью бойка 5 без проточки. Схема управления выдает управляющий сигнал на управляющие обмотки двигателя в зависимости от сигналов датчиков. 4 ил.

1394388

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании электромагнитных молотов.

Цель изобретения состоит в повышении надежности, уменьшении габаритов и материалоемкости.

На фиг.1 показан электромагнитный двигатель; на фиг.2 — то же, продоль- 1О ный разрез; на фиг.3 — функциональная схема электромагнитного привода ударного действия; на фиг.4 — разрез А-A на фиг.1.

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

Электромагнитный двигатель содержит (фиг. 1,2,3) силовые обмотки 1. 1- 2п 1.2,...,1,.,, 1п, каждая из которых имеет длину 1 и заключена в магнитопровод, состоящий из цилиндрического .ярма 2, закрытого с торцов полюсами, выполненными в форме фланцев 3 тол- 25 щиной К. Обмотка 1; (i=1,2,...,n-1 n), заключенная в магнитопровод, представляет собой цилиндрический электромагнит длиной 1З=1 о+21.

Обмотки 1; (i=1 2,...,n-1,п) 30 (электромагниты) установлены на аертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом h. Внутри направляющей 4 расположен ферромагнитный блок 5, отношение длины L которого к шагу h обмоток больше 1, не меньше 2.

Боек 5 одним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком 6 инструмента 7. При этом другой торец бойка

5 расположен внутри обмотки 1.2. Меж-4О ду этим торцом бойка 5 и верхним торцом обмотки 1.2, т.е. ее концом, образован воздушный рабочий зазор (в дальнейшем - рабочий зазор). Величина этого рабочего зазора может из- 45 меняться в пределах от минимального

Гм„„до максимального F eddic значений, определяемых соответственно начальным А и конечным Б положениям бойка 5, т.е. определяемых максималь- о ным изменением хода йм „,бойка 5. Максимальное изменение хода д бойка зависит от назначения электромагнитного привода ударного действия и задается при его конструировании.

При использовании привода для отбой55 ки горных пород д „„, задается порядка

50 мм, а при использовании этого привода в качестве электромагнитного сейсмоисточника с предварительным поджатием излучающей плиты d„„„, задается порядка 20-30 мм.

На концах бойка 5 выполнены управляющие проточки, каждая из которых имеет длину F „,, т.е. равную максимальному рабочему зазору обмотки 1.2 (фиг.2). Глубина этих проточек колеблется в пределах 0,3-2,0 мм. Дальнейшее .увеличение глубины проточек приводит к значительному снижению чувствительности используемых (трансформаторных) датчиков. С другой стороны известно, что электрические параметры таких датчиков улучшаются с уменьшением воздушных зазоров в их магнитной системе. Однако зазоры не делают меньше 0,3 мм, так как технологические отклонения в размерах могут вызвать существенную несимметрию и погрешность датчиков. В макете привода управляющие проточки выполнены глубиной в l 0 мм.

При нахождении бойка 5 в конечном положении Б его торец, расположенный внутри обмотки 1.2, находится от нижнего торца (конца) этой обмотки на расстоянии 1„, называемом глубиной предварительного внедрения бойка в обмотку. Обычно 1к,=(0,25-0,4)1О.

Рабочий зазор всех остальных обмоток при внедрении в них бойка 5 как снизу, так и сверху, а также рабочий зазор обмотки 1.2 при внедрении в нее бойка 5 сверху одинаков и равен Р „„,, т.е. равен максимальному рабочему зазору.обмотки 1.2 при внедрении в нее бойка 5 снизу. Величина этого максимального рабочего зазора "Г,„„св предлагаемом устройстве. равна 1О-1.„

=0,751о.

При нахождении бойка 5 в положении

А рабочий зазор обмотки 1.2 минималь мнк=Гммкс 1мам.

Кроме того, электромагнитный дви- гатель содержит нижний 8 и верхний 9 концевые датчики положения бойка 5, установленные соответственно ниже и выше обмоток 1,. (i=1,2,.. °,n-1,n), (n 1) промежуточных датчиков положения 10. 1, 10.2,..., 10п-2, 10п-1, установленных между обмотками 1; {i=

=1,2,. ° .,n-1,п), при этом расстояние между соседними датчиками 10.1, 10 ° 2, ..., 10 „, 10 „, равно шагу h обмоток, вспомогательный датчик l! поло жения, установленный на расстоянии шага

1 выше датчика 9,который установлен на

1394388 расстоянии шага h от датчика 10п-1. Ниже датчика 8 на направляющей 4 установлен датчик 12 фиксации контакта бойка 5 с хвостовиком 6 инструмента 7,состоящий (фиг.4,5) из ферромагнитного полого цилиндра 13 и двух идентичных систем съемных полюсов 14, каждая их которых содержит по 4 упомянутых полюса 14, расположенных в одной плоскости под 10 прямым углом друг к другу. Расстояние межцу плоскостями, в которых расположены полюса 14 1-й и 2-й систем, выбрано несколько большим максимального изменения хода и „„ бойка 5.

При нахождении бойка 5 в положении

А он находится под полюсами 14 1-й системы, а контактирующий с ним хвостовик 6 — под полюсами 14 2-й системы.

При нахождении бойка 5 в положении

Б он по-прежнему находится под полюсами 14 1-й системы, а контактйрующий с ним хвостовик 6 — по-прежнему под полюсами 14 2-й системы, т.е. полюса

14 1-й системы расположены в зоне движения бойка 5, а полюса 14 2-й системы — в зоне хвостовика 6. На фиг.4 показано промежуточное между А и Б положение бойка 5. На полюсах 14

1-й системы установлены обмотки 15 возбуждения, а на полюсах 14 2-й системы - выходные обмотки 16. Обмотки

15 возбужцения подключены к источнику переменного напряжения, а выходные обмотки 16 соединены между собой пос35 ледовательно так, что их сигналы суммируются. С выходных обиоток 16 снимается сигнал только при контакте бойка 5 с xBocTGBHKoM 6. 40

Расстояние от нижнего торца бойка

5 при нахождении последнего в положении Б до датчика 8 равно F

К обмоткам 1; (=1,2,...,n-1,n) полк чено устройство управления 45 (фиг.3), содержащее многоканальный, состоящий из и каналов, коммутатор этих обмоток, а также 2(n-1) двухвходовых элементов И 17,п элементов НЕ

18, 2(n+2) формирователей 19 коротких импульсов, (n+2) компараторов 20 нап50 ряжения, (n+1) компараторов 21 напряжения, источники опорных напряжений

U и U, причем U U,.

Каждый канал коммутатора подключен к питающему выпрямителю U „,и содер-,.

55 жит последовательно соединенный с об" моткой 1; силовой ключ 22; (i=1,2, ...,n-1,n) с входами отпирания и запирания. Силовые ключи могут быть выполнены на тиристорах.

Каждый из входов отпирания ключей

22.1 и 22.2 связан с выходом одного элемента И 17, а каждый из входов отпирания остальных ключей 22; (1=3,4, ...,n-1) — с выходами двух элементов

И 17, кроме того, вход отпирания ключа 22.2 через формирователь 19 связан с датчиком 12 фиксации.

Каждый из датчиков 9, 10.1,10.2, ...,10„, 10,,, 11 подключен к инвертирующим входам своих компараторов

20 и 2 1. Датчик 8 подключен к инвертирующему входу своего компаратора

20. Неинвертирующие входы всех компараторов 20 и 21 связаны с положительными полюсами источников опорных напряжений соответственно U, и П .

Выходы всех компараторов. 20 через формирователи 19 связаны с входами запирания всех ключей 22; (i=1,2,..., п-1,п). Кроме того, каждый из выходов компараторов 20 датчиков 10.2, 10. 3, ...,10„, 10„, через элемент НЕ 18 связан с первыми входами элементов И

17 соответственно 22.2 и 22.3, 22.3 и 22 ° 4, ° . °,22п и 22„э 22„ i и 22„ ключей, выходы компараторов 20 датчиков 10 ° 1 и 9 через элементы ЙЕ 18 . связаны с первыми входами элементов

И 17 ключей соответственно 22, и 22 „.

Каждый из выходов компараторов 2 1 датчиков 10.2, 10.3,..., 10„, 10 „ через формирователь 19 связан с вторыми входами элементов И 17 соответственно 21.1 и 22.4, 2?.2 и 22 ° 5,...., 22„ и 2?„,, 22 „ и 22 „ ключей, выходы компараторов 21 датчиков 10. 1

10... 9 и 11 через формирователи 19 связаны с вторыми входами элементов

И 17 соответственно 22.3, 22,„, 22 „, и 22 „ключей.

Датчики 8, 9, 10. 1, 10. 2,..., 10 „,, 10„,, 11 установлены на направляющей

4, идентичны и представляют собой датчики трансформаторного типа с разомкнутым магнитопроводом, каждый из которых выдает сигнал Un при нахождении бойка 5 вне зоны этого датчика, U, при замыкании его магнитопровода частью бойка 5, имеющей проточку, и

Ugg при замыкании его магнитопровода частью бойка 5, не имеющей проточки.

Выходные сигналы U,и П по длительности равны времени замыкания магии топровода датчика частью бойка 5, со5 139438 ответственно имеющей проточку и не имеющей проточки.

Кроме того, при замыкании магнитопровода каждого датчика 10. 1, 10.2, ..., 10„, 10,, и датчика 9, частью

5 бойка 5 как имеющей проточку, так и не имеющей ее на выходе каждого элемента НЕ 18 появляется сигнал " 1".

Длительность этого сигнала равна

10 времени прохождения бойка 5 в.зоне датчика.

Сигналы U Do, U,, U > всегда имеют положительные значения, причем

Ug

Все датчики, за исключением датчиков 11 и 12 размещены симметрично относительно обмоток 1, (i=1,2,...,n« I,n) .

Все формирователи 19 идентичны и предназначены для создания импульсов малой длительности по сравнению с длительностью сигналов U» и U>>, Для пуска устройства служит выключатель 23, установленный в цепи пита- 25 ния U » датчика 12.

Устройство работает следующим образом.

Пусть, например, в исходном состоянии устройства боек 5, контактирующий с хвостовиком 6, занимает начальное положение А (фиг.2). При этом он находится под полюсами 14 датчика 12, на которых установлены обмотки 15 возбуждения, а хвостовик 6 — под полюсами 14, на которых установлены вы- 35 ходные обмотки 16 (фиг.4). Находясь в положении А, боек 5 замыкает магнитопроводы датчиков 8, 10.1 и 12. Причем магнитопровод датчика 8 замыкается частью бойка, имеющей проточку.

После замыкания выключателем 23 цепи .питания Uhz датчика 12 (обмоток 15 возбуждения)с выходных обмоток 16, т.е. с датчика 12 снимается сигнал, который через связанный с ним форми рователь 19 поступает на вход отпирания ключа 22 ° 2 и отпирает его. По обмотке 1.2 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой. По мере втягивания боек 5 проходит расстояние 1 ц„, равное в данном случае рабочему зазору обмотки

1.2, и достигает конца этой обмотки.

В этот момент происходит размыкание магнитонровода датчика 8 частью бойка 5, имеющей проточку, и уменьшение его сигнала от UDt po U . Это приводит к появлению на выходе компара8, 6 тора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 19 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей 22; (i=1,2...n-1,п) . Ключ

22.2 запирается и обмотка 1.2 отключается. При этом оставшаяся энергия магнитного поля обмотки 1.2 рассеивается в разрядной цепи, подключеяной параллельно этой обмотке, а боек 5 продолжает двигаться по инерции (разрядные цепи не показаны).

Двигаясь по инерции, боек 5 передней частью, имеющей проточку, замыкает магнитопровод датчика 10.2, при этом его сигнал увеличивается от Б до U, что влечет за собой появлейие на вйходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "0" который, инвертируясь в элементе НЕ 18 поступает на первые входы элементов

И 17 ключей 22.2 и 22.3, а затем боек

5 задней частью, не имеющей проточки,. размыкает магнитопровод датчика 10. 1.

В это время боек 5 внедряется в обмотку 1.3 на глубину 1„ и расстояние между передним торцом бойка 5 и концом этой обмотки становится равным

Р„, „, а сигнал датчика 10.1 в .это время уменьшается от U>> до UD Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанного с датчиком

10.1, сигнала "1", который после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый элемент И 17 и поступает на вход отпирания ключа 22.3. Последний отпирается, по обмотке 1.3,начинает протекать ток и боек 5 втягивается этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F „„ и достигает конца обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 10.1 задней частью бойка 5, имеющей про" . точку, и уменьшение его сигнала от

Нл, до Ugq. Это приводит к появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала, который после формирователя 19 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей 22, (i=1,2,.... п-1,п). Ключ 2?.3 запирается и обмотка 1.3 отключается, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.

Двигаясь по инерции, боек 5 передней частью, имеющей проточку, замыкает магнитопровод датчика 10.3 и описанные процессы повторяются.

7 13943

Продолжая движение вверх, как под действием электромагнитных сил, действующих последовательно со стороны оставшихся обмоток, так и по инерции в промежутках отсутствия названных

5 сил, боек 5 в определенный момент времени достигает своего крайнего верхнего положения и останавливается, заканчивая обратный (холостой) ход. 10

Затем под действием силы тяжести боек 5 начинает движение .в обратную сторону, совершая прямой (рабочий) ход и в определенный момент времени задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопровод датчика 11 (это положение бойка 5 на фиг.2 обозначено через В). В это время боек

5 внедрился в обмотку 1п на глубину

1„ и расстояние между передним торцем бойка 5 и концом этой обмотки стало равным F „, а сигнал датчика

1 в это время уменьшается от U>< до

U <. Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 11, сигнала " 1", который после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый второй элемент И 17 и поступает на вход отпирания ключа 22я. Последний отпирается, по обмотке 1„ начинает протекать ток и.боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F Ä и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика

11 частью бойка 5, имеющей проточку, и уменьшение его сигнала от U g< до

U> . Это приводит к появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала, который после формирователя 19 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей 22, (i=1,2,...,n-1,п).

Ключ 22 запирается и обмотка 1 отключается, а боек 5 продолжает двигаться вниз по инерции и под действием силы тяжести.

Двигаясь вниз, боек 5 передней частью, имеющей проточку, замыкает магнитопровод датчика 10 „ и описанные процессы повторяются с той лишь разницей, что ключи 22; (i=1,2,..., п-2) отпираются через другие элементы55 И 17.

Продолжая свое движение, боек 5 в конце рабочего хода наносит удар

88 8 по хвостовику 6 инструмента 7, производя при этом полезную работу, снова замыкает магнитопровод датчика 12 фиксации, и описанный цикл работы устройства повторяется.

В электромагнитных приводах ударного действия датчики положения бойка размещаются на направляющей и, следовательно, подвергаются ударным и вибрационным нагрузкам. Поэтому уменьшение количества датчиков положения в предложенном устройстве в 2 раза повышает надежность его работы, уменьшает габаритную длину и материалоемкость, упрощается конструкция устройства, его изготовление и сборка, уменьшается расход обмоточных материалов. При этом сохраняется высокая точность поддержания зфАективного режима работы электромагнитного привода и регулирование энергии и частоты ударов изменением питающего напряжения.

Формула изобретения

Электромагнитный привод ударного действия, содержащий электромагнитный двигатель, включающий и обмоток, ус» тановленных 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 в нижнем положении контактирует торцом с Аерромагнитным хвостовиком инструмента, при этом другой его торец расположен внутри второй снизу обмотки, и (n+2) датчиков, расположенных на немагнит ной направляющей с шагом, равным шагу обмоток, при этом нижний датчик установлен ниже низшей катушки на расстоянии, равном длине бойка, от верхнего торца второй снизу катушки, и датчик фиксации контакта бойка с хвостовиком инструмента, и блок управления, включающий коммутатор с каналами по числу обмоток, каждый из которых содержит последовательно соединенный с обмоткой ключ с входами отпирания и запирания, два Аормирователя коротких импульсов, кроме того, каналы первой и второй снизу обмоток содержат по элементу 2И, канал второй снизу обмотки содержит также элемент

НЕ, каждый i-канал, где 3 i < n-1, содержит дополнительно второй элемент

1 вертирующие входы которых соединены соответственно с источниками опорных напряжений, выход первого из упомянутых компараторов через формирователь коротких импульсов соединен с входами запирания ключей, а в i-каналах и п-канале, кроме того, через элемент

НЕ с входом первого элемента 2И своего канала и входом второго элемента

2И (i-1) канала, второй из упомянутых компараторов через формирователь коротких импульсов соединен с другим входом первого элемента 2И (i+1) канала и другим входом второго элемента 2И (i-2) канала, второй снизу датчик через хомпаратор и элемент НЕ соединен с входом элемента 2И первого канала, и-датчик соединен с инвертирующими входами двух компараторов, выход первого иэ которых через эле" мент НЕ соединен с одним входом второго элемента 2И.п-канала, выход второго компаратора через формирователь коротких .импульсов соединен с другим входом второго элемента 2И (n-1) канала, {п+1) .датчик подключен к инвертирующим входам двух компараторов, один из которых через формирователь коротких импульсов. соединен с входами запирания ключей, а выход второго компаратора через формирователь коротких импульсов соединен с другим входом второго элемента 2И п-канала. !

9 1394388

2И и элемент НЕ, à и-канал содержит дополнительно 4 формирователя коротких импульсов, второй элемент 2И и два элемента НЕ, при этом выходы одного формирователя коротких импульсов всех каналов и дополнительно двух формирователей й-канала соединены с входами запирания ключей всех каналов, а выходы элементов 2И соединены 1О с входами отпирания ключей соответствующих каналов, датчик фиксации контакта бойка с хвостовиком инструмента через формирователь коротких импульсов оединен с входом отпирания ключа15 второй снизу катушки, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности, уменьшения габаритов и материалоемкости, блок управления снабжен (2n+3) компараторами напряже-2О ния двумя источниками опорного напряжения, на концах бойка выполнены проточки,. каждая из которых имеет длину, равную максимальному расстоянию между верхними торцами второй снизу обмотки и бойка при наиниэшем положении последнего, обмотки расположены симметрично между сМежными датчиками, нижний датчик подключен к инвертирующему входу компаратора, выход которо- О го соединен с входом формирователя коротких импульсов, каждый иэ остальных датчиков соединен с инвертирующи,ми входами двух компараторов, неин-1

1394388

Составитель В.Алфимов

Редактор С.Патрушева Техред И.Моргентал Корректор А.Тяско

Заказ 2235/54 Тираж 583 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