Электромагнитный привод ударного действия

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов . Целью изобретения является увеличение энергии удара i уменьшение аксиальных размеров. Устройство содержит электромагнитньй двигатель и устройство управления этим двигателем . Электромагнитный двигатель содержит п силовых обмоток,, помещенных в магнитопроводы 2 и 3, обмотки усm i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1ц

К АBTÎPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЧФм j g

3

t0n-1

tot

t0.1

3 (21) 4140845/24-07 (22) 29.10.86 (46) 23.10.88. Бюл. Ф 39 (71) Институт горного дела

АН КазССР (72) В.И.Ляшков, В,К,Вороненко, А.А,Калашников, А.А.Козлов, Н.А.Башкиров и А.И.Лихатков (53) 621.313.17(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1352607, кл. Н 02 P 7/62, 24.03,86.

Авторское свидетельство СССР

У 1394388, кл. Н 02 P 7/62, 28.04.86.

„„SU„„14326?9 А1

15И 4 H 02 К 33/12, H 02 Р 7/62 (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов. Целью изобретения является увеличение энергии удара и уменьшение аксиальных размеров. Устройство содержит электромагнитный двигатель и

I устройство управления этим двигателем, Электромагнитный двигатель содержит и силовых обмоток,, помещенных в магнитопроводы 2 и 3, обмотки ус1432679 тановлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом. Внутри направляющей расположен ферромагнитный боек 5, который нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком 6 инструмента 7.

На концах бойка 5 выполнены нижняя со стороны хвостовика б и верхняя на противоположном конце этого бойка управляющие проточки. Длина нижней проточки равна воздушному рабочему, зазору между верхними торцами обмот; ки 1 и бойка 5 при нахождении последнего в начальном положении, Длина верхней проточки всегда больше

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов.

Цель изобретения — увеличение энергии удара и уменьшение аксиальных размеров.

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

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

Электромагнитный двигатель содержит силовые обмотки 1„, 1 . ..1 „, 1„, каждая из которых имеет длину 1 и заключена в магнитопровод, состоящий из цилиндрического ярма 2,,закрытого с торцов полюсами, выполненными в форме фланцев 3. Обмотка 1; (i

=*1,2,...,n-),n), заключенная в магни-. топровод, представляет собой цилиндрический электромагнит, Обмотки 1; установлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом h. Внутри направляющей 4 расположен ферромагнитный

ЗО боек 5, отношение длины L которого к шагу hобмоток больше единицы,,но меньше двух, Боек 5 нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовидлины нижней проточки. Устроиство управления содержит концевые 8 и 9,промежуточные 10,1-10.п-1 датчики, вспомогательный датчик )) положения бойка датчик фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком инструмента и систему управления, сигналы для срабатывания которой поступают от датчиков наложения, Выполнение верхней проточки длиной большей, чем нижняя, приводит к увеличению времени прохода ее под датчиками положения, что увеличивает время действия обмоток на боек. и, следовательно, энергию удара . 4 ил, 2 ком 6 инструмента 7. При этом верхний торец бойка 5 расположен внутри обмотки 1, Между этим торцом бойка 5 и верхним торцом обмотки 1, т.е. ее верхним концом образован воздушный рабочий зазор (в дальнейшем — рабочий зазор) ° Величина этого рабочего зазора может изменяться в пределах от минимального F до максимального (F, значений, определяемых соответственно начальным и и конечным а положениями бойка 5„ т.е. определяемых максимальным изменением хода d а бойка 5, т.е. F, =У, +d а„,.

Максимальное изменение хода d„ накс бойка зависит от назначения электромагнитного привода ударного действия и задается при его конструирова" нии, При использовании привода для отбойки .горных пород d ц„ 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 нижняя со стороны хвостовика б и верхняя на противоположном конце этого бойка управляющие проточки, имеющие разную длину. Длина нижней проточки равна F т,е. равна расстоянию (воздушному рабочему зазору) между верхними торцами обмотки 1 и бойка 5 при нахождении последнего в начальном положе1432679 нии а, т ° е. равна минимальному рабочему зазору F, обмотки 1 . Длина F верхней проточки всегда больше длины

Г, нижней проточки. В данном устройстве длина верхней проточки выбрана равной длине 1О силовой обмотки, т,е. Е =1, íî F может принимать и другие значения, как большие, так и меньшие длины 1 силовой обмотки, Глубина верхней и нижней управляющих проточек колеблется в пределах 0,3—

2,0 мм, Дальнейшее увеличение глубины проточек приводит к значительному снижению чувствительности использумых (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 предлагаемом устройстве управляющие

25 проточки выполнены одинаковой глубины, равной 1,0 мм, Кроме того, часть бойка 5 без верхней проточки длиной F имеет длину L-F<, не меньшую шага h обмоток 1;, т.е. 1.-F h.

При нахождении бойка 5 в положении о верхний торец этого бойка расположен от нижнего торца обмотки 1 т.е. от нижнего ее конца, на расстоя- 35 нии 1, которое называется глубиной внедрения бойка 5 в обмотку 1, При нахождении бойка 5 в положении глубина его внедрения в обмотку 1 раве "макс = пв лу 1пв назы 40 вается глубиной предварительного внедрения бойка в обмотку (обычно 1„

=(0,25-, 0,4) 1о

В предлагаемом устройстве глубина

1 „ предварительного внедрения бойка 45

5 в обмотку 1 равна 0,25 1 . Но 1„ может принимать и другие значения в приведенных пределах ее изменения.

Глубина внедрения бойка 5 в обмотку

1 изменяется от минимального значе- 50 и ния, равного 1„ =.0,25 1,, до максимального значения, равного 0,25 1д +

+ d„ „ . Глубина внедрения бойка 5 в обмотки 1; снизу (при холостом ходе бойка) одинакова и равна 1 = 0,25:1 «55

+ d „ . Эти же обмотки 1, при внедрении в них бойка 5 снизу имеют одинаковый рабочий зазор, равный F, . Рабочий зазор обмотки l при внедрении в нее бойка 5 снизу может принимать значения от F, при нахождении бойка

5 в положении о, ло 1, +д„, „, при нахождении бойка 5 в положении b

Глубина внедрения бойка 5 в каждую из обмоток 1; (сверху при рабочем ходе бойка) в данном устройстве равна нулю, т.е. по каждой обмотке начинает протекать ток при совпадении нижнего торца бойка 5 и верхнего торца подключаемой обмотки 1; . Соответственно рабочий зазор всех без исключения обмоток 1, при внедрении в них бойка 5 сверху одинаков и равен длине F верхней управляющей проточ1 ки,а значит равен и длине 1 силовой обмотки 1; (фиг,2, положение 6 бойка 5), Кроме того, электромагнитный двигатель содержит нижний 8 и. верхний 9 концевые датчики положения бойка 5, установленные соответственно ниже и выше всех обмоток 1, промежуточных датчиков .положения 10, 10„...,, 10 „ 10 „,, установленных между обмотками 1;, при этом расстояние между соединенными датчиками 10.1, 10.2 по 10 „, 10„, равно шагу h обмоток, вспомогательный датчик 11 положения, установленный на расстоянии шага h выше датчика 9, который установлен на расстоянии шага h от датчика 10 „, . Датчики 8, 9, 10-, 10

10 „, 10 „, размещены на направляющей 4 симметрично относительно обмоток 1, Ниже датчика 8 на направляющей 4 установлен датчик 12 фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком 6 инструмента 7, состоящий из ферромагнитного полого цилиндра 13 и двух идентичных систем съемных полюсов

14, каждая из которых содержит по четыре упомянутых полюса 14, расположенных в одной плоскости под прямым углом друг к другу. Расстояние между плоскостями, в которых расположены полюса 14 1-й и 2-й систем, выбрано несколько большим максимального изменения хода d „ 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 он по-прежнему находится под полюсами 14 1-й системы, а контактирующий

1432679

55 с нпм хвостовик 6 — 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 g u F 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 возбуждения подключены к источнику переменного напряжения, а выходные обмотки 16 соединены между собой последовательно таким образом, что их сигналы суммируются. С выходных обмоток 16 снимается сигнал только при контакте бойка 5 с хвостовиком 6,при отсутствии этого. контакта датчик 12 сигнал не выдает.

Нижний концевой датчик 8 установлен от нижнего торца бойка 5, при нахождении последнего в начальном положении a, на расстоянии, равном 1.,, т,е. равном воздушному рабочему зазору между верхними торцами бойка 5 и обмотки 1, при нахождении бойка

5 в положении g

К обмоткам 1 подключено устрой1 ство управления, содержащее и-канальный коммутатор этих обмоток, а также

2(n-1) двухвходовых элементов И 17, и элементов НЕ 18, 2(n+2) формирователей 19 коротких импульсов (в дальнейшем формирователей 19),n+2 компараторов 20 напряжения, (и+1) компараторов 21 напряжения, источники опорных напряжений U, и П,, причем каждый канал коммутатора подключен к питающему выпрямителю U „ и содержит последовательно соединенный с обмоткой 1 силовой ключ 22 (1=1,2, ...,n-1,n) с входами отпирания и запирания. Силовые ключи 22< (i--1,2, ...,n-1,п) могут быть выполнены на тиристорах.!

Каждый из входов отпирания ключей

22 и 22 связан с выходом одного элемента И 17, а каждый из входов отпирания остальных ключей 22Ä (i=3,4, ...,n-l,n) — с выходами двух элементов И 17, кроме того, вход отпирания ключа 22 через формирователь

19 связан с датчиком 12 фиксации .

Каждый из датчиков 9,10,10

10 „, 10 „, подключен к инвертирующим входам своих компараторов 20 и

21. Датчик 8 подключен к инвертиру5

30 ющему входу своего компаратора 20.

Неинвертирующие входы всех компараторов 20 и 21 связаны с положительными полюсами источников опорных напряжений соответственно Б„ и !!

Выходы всех компараторов 20 через формирователи 19 связаны с входами запирания всех ключей 22 (i=1,2,..., п-l,n). Кроме того, каждый из выходов компараторов 20 датчиков 10>, !

О ...,,10 „, 10 „, через элемент

НЕ 18 связан с первыми входами элементов И 17 соответственно ключей

22 и 22, 22з и 22, ° ° °,22 „ и

22 „,, 22, и 22 „, выходы компараторов 20 датчиков 10 „ и 9 через элементы НЕ 18 связаны с первыми входами элементов И 17 ключей 22 и 22> соответственно. Каждый из выходов компараторов 21 датчиков 10, 10, °

10 „ » !О „ через формирователь 19 связан с вторыми входами элементов

И 17 соответственно ключей 22 и .22, 22 и 22,..., 22 „4 и 22 „, 22 „, и 22„, выходы компараторов 21 датчиков 10„, 10> 9 и 11 через формирователи

19 связаны с вторыми входами элементов И 17 соответственно ключей 22»

22, q 22н и ?2 .

Датчики 8,9,10„10...,10 л,10„, .

11 установлены на направляющей 4, ицентичны и представляют собой датчики трансформаторного типа с разомкнутым магнитопроводом, каждый из которых выдает сигнал U о при нахождении бойка 5 вне зоны э;ого датчика, Uz„, при замыкании его магнитопровода нижней проточкой бойка 5, Un, — при замыкании его магнитопровода верхней проточкой бойка 5 и U при замыкании его магнитопровода частью бойка 5, не имеющей проточек, Выходные сигналы Uf),, UQf и Б по длительности равны времени замыкания магнитопровода каждого из упомянутых датчиков соответственно нижней, верхней проточ— ками и частью бойка 5, не имеющей проточек. По амплитуде сигналы U u

Un равны, Кроме того, при замыкании магнитопровода каждого датчика 10,,10

10 „., и датчика 9 частью бойка 5, как имеющей проточку, так и не имеющей ее, на выходе соответствующего элемента НЕ 18 появляется сигнал "1", Длительность этого сигнала равна времени прохождения бойка 5 в зоне

1432679

5 l0

30

55 датчика (времени замыкания магнитопровода датчика бойком 5), Сигналы

UD U н, Н„, и 1!и, всегда имеют лов ложительные значения, причем

U» U, П, = Н,-U U

Все формирователи 19 идентичны и предназначены для создания импульсов малой длительности.

Для пуска устройства служит выключатель 23, установленный в цепи питани, U „датчика 1 2.

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 выходные обмотки.lб (фиг.4). Находясь в положении q,,боек 5 замыкает магнитопроводы датчиков 8, 10 и 12,, После замыкания выключателем 23 цепи питания Un датчика 12 (обмоток 15 возбуждения) с выходных обмоток 16 т.е. с датчика 1?, снимается сигнал, который через связанный с ним формирователь 19 поступает на вход отпирания ключа 22 и отпирает его. По обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 прохо. дит расстояние, равное в данном случае рабочему зазору обмотки 1 и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 8 нижней проточкой и уменьшение его сигнала от U, до

Б . Зто приводит к появлению на выЭо ходе компаратора 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,..., п-1,n). Ключ 22 запирается и обмотка 1 отключается. При этом оставшаяся энергия магнитного поля обмотки 1 рассеивается в разрядной цепи, подключенной параллельно этой обмотке, а боек 5 продолжает двигаться по инерции. Так как рассеяние энергии магнитного поля в других обмотках производится аналогично, то упоминание об этом при дальнейшем описании работы устройства опущено, 8

Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопровод датчика !О,, при этом его сигнал увеличивается от U до U что влечет за собой появление на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "0, который, инвертируясь в элементе НЕ 18, поступает на первые входы элементов И 17 ключей

22 и 22з, а затем боек 5 задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопровод датчика 10 . В это время боек 5 внедряется в обмотку 1 на глубину 1я и расстояние между верхним торцом бойка 5 и концом этой обмотки равно F(а сигнал датчика 10 в это время уменьшается от П до

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

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F< и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 10 нижней проточкой и уменьшение его сигнала от U>, до Б, что приводит к.появлению на выходе компара-. тора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 19 ввиде короткого импульса поступает на входы запирания всех, ключей 22, (i=1,2,...,n-l,n), Ключ

22 запирается и обмотка 1 отключается, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.

Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопровод датчика 10 и описанные процессы повторяются.

Продолжая свое движение вверх как под действием электромагнитных сил, действующих последовательно со стороны оставшихся обмоток, так и по инерции в промежутках отсутствия названных сил боек 5 в определенный момент времени достигает своего крайнего верхнего положения и останавливается, заканчивая обратный (холостой) ход. Затем под действием силы тяжести боек 5 начинает движение в обратную сторону, совершая прямой

9 l i326 (рабочий) ход, и в определенный момент времени задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопрово,ц датчика 11 (фиг.2, положение 1г ) .

В зто время нижний торец бойка 5 и верхний торец обмотки 1 совпадают и расстояние между нижними торцами бойка 5 и обмотки 1 (ее концом) стаг новится равным Г, т.е. равно длине 1U

1 обмотки l a сoи г нHа л nдатчика 11 о в это время уменьшается от U до

Ь, Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 11, сигнала "1", кото- 1ч рый после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый второй элемент И 17 и поступает на вход отпирания ключа 22п„

Последний отпирается, по обмотке 1 2р начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F. большее расстояния F каторое он проходит через 25 эту же обмотку при холостом ходе, и поэтому в момент достижения конца обмотки 1„ он приобретает под действием электромагнитной силы большую скорость, по сравнению с его ско," ЗО ростью в момент достижения конца обмотки 1» при холостом ходе.

В этот же момент происходит размыкание магнитопровода датчика 11 верхней проточкой и, следовательно, уменьшение его сигнала от U po U. . Э".о 33 приводит к появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 19 в виде короткого импуль-щ са поступает на входы запирания всех ключей 22, (i=1 2,...,n-l,n) Ключ

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

Двигаясь вниз, боек 5 нижней проточкой замыкает магнитопровод датчика 10„,и описанные процессы повторяются с той лишь разницей, что ключи

22, (i=1 2,...,n-2, п-1) отпираются через другие (вторые) элементы И 17, которые не использовались при холостом ходе бойка:

Продолжая свое движение, боек 5 в конце рабочего хода наносит удар по хвостовику 6 инструмента 7, производя при этом полезную работу, снова замыкает магнитопровод датчика ) 2

10 фиксации и описанный цикл работы устройства повторяется„

Выполнение в предлагаемом электромагнитном приводе ударного действия управляющих проточек разной длины, причем выполнение верхней проточки длиннее нижней, выполнение по длине нижней проточки, равной рабочему зазору между верхними торцами бойка и второй снизу обмотки, при нахождении бойка в начальном положении, а также установка нижнего концевого датчика на таком же расстоянии от нижнего торца бойка при его нахождении в начальном полонении позволяют увеличить энергию удара этого приво да при одновременном уменьшении его аксиального размера.

Формула изобретения

Электромагнитный привод ударного действия, включающий электромагнитный двигатель, содержащий и силовых 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 одним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком инструмента, при этом другой его торец расположен внутри второй снизу обмотки с образованием воздушного рабочего зазора между этим торцом бойка и верхним тор. цом этой обмотки, на концах ферромагнитного бойка выполнены управляюшие проточки, причем иинняя проточка выполнена длиной, равной воздушному рабочему зазору второй снизу обмотки, и систему управления, содержащую нижний и верхний концевые датчики положения бойка, установленные соответственно ниже и выше всех обмоток, вспомогательный датчик положения бойка, (n-1) промежуточных датчиков и датчик фиксации соприкосновения бойка с хвостовиком инструмента, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии удара и уменьшения аксиального размера, верхняя управляющая проточка бойка выполнена длиной, большей, чегл нижняя управляющая проточка, а нижний концевой датчик установлен на расстоянии от нижнего торца бойка, при нахождении последнего в нижнем положении, равном воздушному рабочему зазору второй снизу обмотки.

1432679

Х Щ fq f0Z ф Ч / tn-2 0n-Z in-re -(<

Фиг. Ф

Составитель В.Лавров

Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Редактор Н,Лазаренко

Заказ 5457/50

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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