Электромагнитный привод ударного действия

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов различного назначения. Цель изобретения - повышение энергии удара путем повышения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка. Устройство содержит электромагнитный двигатель, включающий п силовых обмоток 1, заключенных в магнитопровод и расположенных на вертикальной направляющей 4, внутри которой установлен боек 5 с управляющей проточкой в средней части. Боек контактирует с хвостовиком 6 инструмента. Система управления включает датчики 8 положения бойка, датчик 9 фиксации контакта бойка с хвостовиком инструмента, 2(п+2) формирователей коротких импульсов , 2(п-1) элементов И, п+2 первых и п+1 вторых компараторов напряжения, два источника опорных напряжений, управляемый выпрямитель , п силовых ключей, п-1 элементов ИЛИ, n-1-входовой элемент ИЛИ, n-входовой элемент ИЛИ, RS-трнггер и систему управления выпрямителем, состоящую из блоков импульспо-фазового управления и задатчиков напряжений. Устройство позволяет увеличивать энера гию удара путем увеличения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка, что производится задатчиком напряжения . Это позволит сохранить высокуо эффективность использования энергетических возможностей обмоток электромагнитов , как при рабочем, TIK и при холостом ходе бойка без увеличения длины и массы двигателя. 2 ил. S ГО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ1АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕОЪЬЛИН

8/ 1 7 8 7

8л-/ 4-r 8л,S,„.,n."Z,n"

Фиг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

11РИ ГКНТ СССР

1 (21) 4430080/07 (22) 24.05.88 (46) 30,01.91. Бнл. Р 4 (71) Институт горного дела АН КазССР (72) В.И. Ляшков, А.А. Козлов, А.И, Лихатков и Н.А. Башкиров (53) 621.313.292(088.8) (56) Авторское свидетельство .СССР

У 1495947, кл. Н 02 P 7/62, 1 987. (54). ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД УДАРНОГО

ДЕЙСТВ1И (57) Изобретение относится к электротехнике и. может быть использовано при создании электромагнитных молотов различного назначения ° Цель изобретения †. повышение энергии удара путем повышения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка. Устройство содержит электромагнитный двигатель, включающий п силовых обмоток 1, заключенных в магнитопровод и расположенных на вертикальной направляющей 4, внутри которой установлен боек 5 с управляющей проточкой в средней части..

„„SU„„1624653 (51)5 Н 02 Р 7/62

Боек контактирует е хвостовиком 6 инструмента. Система управления включает датчики 8 положения бойка, датчик 9 фиксации контакта бойка с хвостовпком инструмента, 2(n+2) формирователей коротких импульсов, 2(n-1) элементов И, n+2 первых и n+1 вторых комнараторов напряжения, два источника опорных напряжений, управляемый выпрямитель, и силовых ключей, и-1 элементов KIN n-1-входовой элемент ИЛИ, и-входовой элемент ИЛИ, RS-триггер и систему управления выпрямителем, состоящую из блоков импульсно-фазового управления и задатчиков напряжений.

Устройство позволяет увеличивать энер- д гию удара путем увеличения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка, что производится задатчиком напряжения. Это позволит сохранить высокуа эффективность использования энергетичсских воз

1624653

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов раз-. личного назначения, преимущественно большои ударной мощности.

Цель изобретения — повышение энергии удара путем повышения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка.

На фиг.1 показано схематическое изображение двигателя, продольный разрез; на фиг, 2 " функциональная схема устройства управления.

Электромагнитный двигатель содержит (фиг.II длинноходовые силовые.об- 15

I. мотки 1 . (k--1,2,...,n-I,n), каждая из которых имеет длину 1 и заключена в магнитопровод, состоящйй из цилиндрического ярма 2, закрытого с торцов полюсами, выполненными в форме фланцев 3 толщиной Е. Обмотка 1;, (k=1,2, ...,п-1,n) заключенная в магнитопровод, представпяет собой цилиндрический электромагнит длиной 1 =1, +23, Обмо."Рки .11((Е1 р 2у ° ° ю п 1 у n) ус Я5 тановлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом h

Внутри направляющей 4 расположен ферромагнитный боек 5, отношение длины

L..êoòoðoãî к mary b.oáìoòoê больше но меньше, 2. Боек 5 в нижнем положении нижним торцом контактирует с ферромагнитным ховстовиком .6 инструмента. При этом верхний торец бойка 5 расположен внутри обмотки 1. Управляющая проточка 7 на бойке 5 размещена в его средней части, имеет.постоянную глубину вдоль образующей этого бока, выполнена дпииой 1> удовлетворяющей условию

h-1о

2 "1 Îт Ь

Система управления двигателем содержит (фиг.2) датчики 8,82,...,8„„, 8, 2 положения бойка 5 (в дальнейmeM — датчики), датчйк 9 фиксации контакта бойка 5 с хвостовиком инструмента (в дальнейшем датчик фиксации). Система управления содержит также 2(n+2) формирователей 1.0: корот ких импульсов (в дальнейшем — форми- рователей 10), 2(n-1) элементов И 11, (n+2) первых 12 и (и+1) вторых 13 компараторов напряжения и источники опорных напряжений 11 и П, причем

Каждый канал коммутатора подключен к управляемому. выпрямителю. УВ и содержит последовательно .соединенный

4 с обмоткой 1 (М1,2, ° ° °,а-1,n) силовой ключ 14, (k=1„2,...,п-i,n) с входами отпирания и запирания, Система управления двигателем снабжена (n"1) элементами ИЛИ 15, (n-1)-входовым элементом ИЛИ 16, и-входовым элементом ИЛИ. 17, RS-триггером 18 и.системой управления выпрямителем УВ, состоящей из двух блоков

19 и 20 импульсно-фазового управления этим выпрямителем,, включающих задатчики 21 и 22 напряжения и связанных.своими входами с задатчиками напряжения 2! и 22 соответственно и с прямым и инверсным выходами триггера 18, а выходами - с управляемым выпрямителем УВ.

Вход отпирания ключа 14 связан с выходом своего элемента И Il и с первым входом и-входового элемента ИЛИ

17, а каждый из входов отпирания остальных ключей 14 к (1:=. 2,3,....,n-1.,n) связан с выходом своего элемента

ИЛИ 15, . Первые входы элементов ИЛИ 15 2, 3,...,п-1, п ключей связаны соответственно. с 1,2,...,(п-2),(п-1) входами (п-1)-входового элемента ИЛИ 16, а вторые входы этих же элементов ИЛИ связаны соответственно с 2,3,...,n-1, п входами и-входового элемента ИЛИ 17.

Первый вход элемента ИЛИ 15 ключа

14 через формирователь 10 связан с датчиком 9 фиксации, а второй вход этого же элемента KIII - с выходом своего элемента И 11.

Нервые и вторые входы элементов

ИЛИ 15 ключей 14,,14,,...,14п-1, 14п связаны с выходами своих соответственно первого и второго элементов

И 11 Выход (n-1)"входового элемента

ИЛИ 16 связан с R-входом триггера

18, а выход и-входового элемента

ИЛИ 17 " с S-входом этого. же тригге" ра, Датчик 8 подключен к инвертирующему входу своего компаратора 12 напряжения, а каждый из датчиков 8, 8,...,8. +,,8 подключен к инвертирующему входу своего компаратора 12 напряжения и к неинвертирующему входу caoего компаратора 13 напряжения, .Неинвертирующие входы всех компараторов 12 и инвертирующие входы всех .компараторов 13 .связаны с. положительными полюсами источников опорного напряжения соо =етственно U и

U2, Выходы всех компараторов 12 .че5 16 рез формирователи 10 связаны с входами запирания ключей 14„(1=1,2,... ...,п-1, и).

Каждый из выходов кампараторов 13 датчиков 8>,8,....,8 2,8 >, через сВОй формирователь 10 связан с вторыми входами двух элементов И 11 соответственно 14< и 14<, 142 и 14,..., 14я4и 14„,14 „, и 14< ключей и каждый из выходов компараторов 13 датчиков 8,8+,...,8„,8„, связан с первыми входами двух элементов И 11 соответственно 14 < и 14 з, 14 з и

144.,...,14я 2 и 14п!, 14п„< и !4 !т ключей. Выходы компараторов 13 датчиков 82,8»8<+< и 8n+2 через формирователи 10 связаны с вторыми входами элементов 11 соответственно 14>, 14„ 2, 14яз и 14п ключей и выход компаратора !3 датчика 8 2 связан с первым входом элемента И 11 ключа. 14!, а выход компаратора 13 датчика 8д связан с первым входом другого элемента И 11 ключа 14п, Для пуска устройства служит выключатель 23, установленный в цепи питания Un, датчика.9. Устройство работает следующим образом, Пусть, налример, в исходном состоянии устройства боек 5 занимает полажение А (фиг.!).. При этом он замыкает магнитопровады датчиков 8, 8 и 9. После замыкания выключате.— лем 23 цепи питания 1;и! датчика 9 г него снимается сигнал, который после формирователя .11 в виде короткогб импульса проходит через элемент

ИЛИ 16, поступает на R-вход триггера 18 и устанавливает последний в состояние "0". В результате в работу вступает блок 20 импульсиа-.фазового управления, сигнал с которого поступает на управляемый .выпрямитель УВ.

На обмотках 1 < (k 1,2,...,n-l,. n) появляется напряжение, величина которого устанацливается задатчиком 22 напряжения.

Одновременно сигнал .с датчика 9 после формирователя 10 в виде короткого импульса проходит через первый вход элемента KIN 15 ключа 14, поступает на вход отпирания этого ключа 14 и отпирает ега..По обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 втягивается этой обмоткой.

По мере втягивания вначале происходит замыкание магиитопровода датчиЮ

24653

6 ка 8 частью бойка 5, имеющей проточку, и уменьшение его сигнала, а затем боек 5 достигает конца этой

S обмотки, пройдя при этом расстояние

F< равное рабочему зазору обмотки !<.

В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика Зi и уменьшение его сигнала от U>< po U> . Это о приводит к появлению на выходе кампаратора 12, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 10 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей !4 . Ключ 142 запирается и обмотка !2 отключается. При этом оставшаяся энергия магнитного поля обмотки 12 рассеивается в разрядной. цепи, подключенной параллельно этой

20 обмотке, а боек 5 продолжает двигаться по инерции. Так как рассеяние энергии магнитного поля в других Обмотках 1 < прбизводится аналсгично, то упоминание Об этом при дальнейшем описании работы устройства будет опущено (разрядные цепи не показаны).

Двигаясь па инерции, боек 5 вначале верхней частью длино"l Z замыкает магнитопровод датчика Я, при этом его сигнал увеличивается, что влечет эа собой появление на выходе комнаратора 13, связанного с этим датчикам, а. значит, и на це.":;ых входах элементов И !l ключей 14, и 14з сиг35 нала "1", а затем боек 5 началом своей нижней части длиной Г замыкает магнитопровод датчика 8 . В эта вре2. мя расстояние между верхними торцами бойка 5 и обмотки 1> стало равным длине С нижней части этого бойка {рабочему зазору обмотки I ),. а сигнал датчика 8 в это время увеличивается.

Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 13, связанного с дат45 чиком 82, сигнала "1", который после формирователя 10 в виде короткого импульса проходит через открытый элемент И 11, через первый вход элемента ИЛИ 15 ключа 14 и поступает на вход отпирания ключа 14 . Последний отпирается, по обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По.мере втягйвания вначале происхОдит замыкание магнитОпрОВОда дятчи ка 8 частью бойка 5, имеющей проточку, и уменьшение его сигнала, а затем боек 5 достигает конца этой обмотки, пройдя при этом расстояние Я =1О, I

7 1624653 равное рабочему зазору обмотки 1 .

В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 8 и уменьшение его сигнала, Это приводит к появлению на выходе компаратора 12, связанного с этим. датчиком, сигнала "1", который после формирователя 10 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей 14 . Ключ

14 запирается и обмотка 1 отключау ется, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.

Двигаясь па инерции, боек 5 верхней частью замыкает магнитаправод датчика 8j и описанные выше процессы повторяются.

Продолжая движение вверх, как пад действием электромагнитных сил, действующих последовательно со стороны . оставшихся обмоток, так и по инерции

s промежутках отсутствия названных сил, боек 5 в определенный момент времени достигает своего крайнего верхнего положения и останавливается, 5 .заканчивая обратный (халастой) ход.

Затем под действием силы тяжести боек

5 начинает движение в обратную сторону, совершая прямой (рабачий) ход и в определенный момент времени началом сваей верхней части длиной Z замыкает магнитопровод датчика 8 „+ (эта положение бойка 5 обозначено через -Б). В .это время расстояние между нижними торцами бойка 5 и обмотки 1 стало равным длине Е верхней части этого бойка (рабочему. зазору обмотки 1 ), а сигнал датчика 8 + в это время увеличивается. Последнее приводит к появлению на выходе кампаратора 13, связанного с этим датчи/ кам, сигнала "11, который после формирователя 10 в виде короткого импульса проходит через открытый второй элемент И 11, через элемент ИЛИ 45

17, поступает на S- вход триггера 18 и устанавливает era в состояние "1".

В результате в рабату вступает блок

19..импульсно-фазового управления, сигнал с которого поступает на правляемый выпрямитель УВ. На обмотках. 1< (k=1 2,...,n-l,. n) появляется найряжение, величина которого устанавливается задатчиком 21 напряжения.

11 и 55

Одновременно этот же сигнал "1" на выходе кампаратора 13 датчик» 8„ после формирователя 10 в виде корот-. кого импульса проходит через тот же открытый второй элемент И 11, через другой вход элемента ИЛИ 15 ключа 14 я и поступает на вход отпирания этого ключа 14>, Последний отпирается, па обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться .этой обматкой.

По мере втягивания вначале происходит замыкание магнигапровода датчика 8 „+ частью бойка 5,. имеющей проточку, и уменьшение ега сигнала, а затем боек 5 достигает конца этой обмотки, пройдя при этом расстояние

Zl равное рабочему зазору обмотки 1>. В этот момент происходит размыкание магнитапровода датчика 8 и уменьшение его сигнала, Это приводит к появлению на выходе компаратора 12, связанного с этим датчиком, сигнала ."1", который"после формирователя 10 в виде короткого импульса по.ступает на входы запирания всех ключей 1.4 . Ключ 14 запирается и абмотб ка 1 отключается, а боек 5 продолжает двигаться вниз по инерции и под действием силы тяжести.

Двигаясь вниз, боек 5 нижней частью длиной Я замыкает магнитапровод датчика 8 „ и описанные выше процессы повторяются с тай лишь разницей, что ключи 18 < (k=1,2, ° .в,п-2,п-l) будут отпираться через другие {вторые} элементы И 11 и через другие входы соответствующих элементов ИЛИ 15, которые.не использовались при холостом. ходе бойка 5.

Продолжая свое движение, боек 5 в конце рабочего хода наносит удар по хвастовику б инструмента, производя при этом полезную работу, снова замыкает магнитопровад датчика 9 фиксации и описанный цикл работы устройства повторяется °

Для увеличения энергии удара увели п вают напряжение на обмотках

1, (k=1 2,...,n-l,n) при рабочем ходе бойка, что производится зацатчиком 21. напряжения. При этом напряжение на этих же обмотках при холостом ходе бойка 5 может оставаться неизменным, может быть уменьшено, увеличена, т.е. изменено не зависимо ат напряжения на этих же обмотках при рабочем ходе байка, Снабжение предложенного электромагнитного привода ударного действия упомянутыми выше функциональными элементами и выполнение .иных связей меж1624б53

10 ду ними и между функциональными

1 элементами, имеющимися в приводе IIoзволяет увеличить его энергию удара прн сохранении одинаковой более высокой эффективности использования энергетических вазможностей обмоток электромагнитов как при рабочем, так и при холостом ходе бойка без увели,чения длины и массы этого привода за счет повышения напряжения на силовых

10 обмотках при рабочем ходе бойка, а также расширить область использования привода, .Формула изобретения

15 ! г

Электромагнитный привод ударного действия, включающий электромагнитный двигатель,. содержащий и силовых обмоток, .установленных с пастаян— ньэм шагом на вертикальной немагцитной направляющей, внутри которой распало— жен ферромагнитный боек с управляющей проточкой„ контактирующей торцом с ферромагнитным хвостовикам инструмента, при этом другой ега торец расположен внутри второй снизу обмотки, а отношение длины бойка к IIIary. обмоток больше 1, но меньше 2, и систему 30 управления двигателем, содержащую

n+2 датчиков положения бойка, расположенных на направляющей с шагам, равным шагу обмоток, и cHI-1метрична между последними, датчик 11иксации контакта бойка с хвостовикам инструмента, лри этом первый датчик положения установлен ниже нижней обмотки, «аммутатор с каналами по числу обмоток, каждый из которых подключен к IIIIraiuIIIeму выпрямителю и содержит последовательно соединенный с обмоткой силовой ключ с входами отпирания и запирания, а также 2(n+2) формирователей коротких импульсов, 2(n-l.") двухвхадавых элементов И, и+2 первых и и+1 вторых . компараторов напряжения и два источника опорных напряжений, при этом вход отпирания 1-го ключа связан с выходом своего элемента И, каждый датчик положения подключен к инвертирующему 50 входу своего первого кампаратора, выходы первых компаратарав всех каналов через формирователи коротких импульсов связаны с выходами запирания всех ключей, выходы вторых компарата ров 2-го, п-га, и+1-ro, п+2-го датчиков через формирсватели коротких импульсов связаны с вторыми входами эле4 ментов И соответственно З-го, п-2-го, п-1-ro n-го ключей, неинвертирующие входы первых компараторов связаны с положительным полюсом первого источника опорного напряжения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения энергии удара путем повышения напряжения на обмотках при рабочем ходе бойка, система управления снабжена п-1 двухвходовыми элементами ИЛИ, и-1 и и-входовыми элементами

ИЛИ, RS-триггером и системой управления выпрямителем, при этом каждый.из выходов вторых компаратаров З-го,... ...,n-1-ro датчиков через свой формирователь коротких импульсов связан с вторыми входами двух элементов И соответственно 1-ro и 4-га,...,n-3-го и п-кл1очей, каждый из выходов вторых компараторов З-го, ° ° .,n-га датчиков связан с первыми входами двух элементов И соаветственна 2 .и 3,... ...,n-1 и-га ключей, каждый из датчиков положения, за исключением первого, подключен к цеинвертирующему входу своего второго компаратора, выход

2-га кампаратара 2-га датчика связан с первым входом элемент» И 1-го ключа, а выход 2-гo компаратара и+1-га датчика — с первым входом другого элемента И п-Iа ключа, инвертирующие входы всех вторых компаратарав связаны с положительным »omocoii II onoi"o исГочпика апо!энаго нап!эяжеппя, Вход ot пирания 1-го ключа связан с первым входом и-входонаго элемента ИЛИ, а каждый из входов отпирания ключей остальных каналов связан с выходом своего =ëåìåíòà ИЛИ, первые входы элементов ИЛИ 2,...,II-го ключей связаны соответственно с 1,...,n-1 входами и-1-вхада1эаго .элемента ИЛИ, а вторые входы этих же элементов ИЛИ свяэаны соответственно с 2„...,n входами п-вхадовага элемента ИЛИ, первый вход элемента 1ПМ 2-го ключа через формирователь .коротких импульсов связан с датчиком фиксации, а второй вход этого же элемента ИЛИ связан с выходом своего элемента И, первые и вторые входы элементов ИЛИ остальных ключей связаны с выходами своих соответственно первого и второго элементов И, выход и-входового элемента ИЛИ вязан с R-входом

RS-триггера, а выход и-входавога элсI мента ИЛИ - с S-входом того же триггера, выходы которого связаны с вха- .

1б24653

vugg.г

Составитель В. Смирнов

Редактор Т. Лазоренко Техред Л.Олийнык Корректор М. ШаРоши

Заказ 201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101 дами.системы управления выпрямителем, выполненной на управляемых вентилях и состоящей из двух блоков импульснофазового управления, включающих задатчики напряжений и связанных выходами с управляемым выпрямителем„ причем управляющая. проточка размещена в средней части. бойка и имеет длину, большую полуразности шага обмоток и длины обмотки, но меньшую шага обмоток,