Устройство для образования механических колебаний

 

< >90149

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.07.79 (21) 2789081/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М.К .

Е 21 С 3/16

Гооудорственный комитет

СССР

Опубликовано 30.01.82. Бюллетень №4 (53) УДК 622.233. по девам нзобретеннй н открытий

Дата опубликования описания 05.02.8 т«(,(" тг««r:, -.. 1

g g Г„. ° т.;,:, j

«

- — «/Л

В. А. Гришин, В. С. Евсеев, В. И. Баскаков М. В,"."Гф (шир ( (72) Авторы изобретения

Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности Министерства угольной промышленности СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к устройствам для ударного разрушения горных пород и крепких углей с преобразованием электрической энергии в механическую энергию возвратно-поступательного движения и может быть использовано, например, в добычных и проходческих горных машинах.

Известны электрические устройства возвратно-поступательного движения, которые можно использовать в устройствах для ударного разрушения горных пород. Эти устройства имеют электромагнитную систему, перио- дически подключаемую к сети, а в качестве накопителя энергии используется ферромагнитный боек, который в одном направлении перемещается под действием силы электромагнитного притяжения, а в обратном направлении — под действием упругих элементов (1).

Указанные устройства возвратно-поступательного движения обладают низким

КПД, малой энергией единичного удара бойка и низкой надежностью из-за наличия кинетичееки соударяемых частей (бойка и рабочего органа). Эти недостатки ограничивают возможность использования известных электромагнитных устройств возвратно-поступательного движения, особенно для высокопроизводительных горных машин ударного действия, например, динамических угольных стругов. Поэтому указанные устройства получили применение лишь в ручных

5 ударных электроинструментах малой мощности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устрбйство для образования механических колебаний, которое позволяет осуществить накапливание электрической энергии и затем прямое электродинамическое преобразование электрического импульса в импульс силы. Устройство содержит элект родин а м ически и преобразователь энергии с обмотками статора и

15 якоря, жестко соединенного с рабочим органом. В качестве накопителя энергии этого устройства может быть применена конденсаторная батарея или индуктивный (магнитный) накопитель энергии (2).

Однако наличие отдельных накопителя энергии и электродинамического преобразователя значительно усложняет схему, увеличивает потери при переходе энергии из накопителя в преобразователь и, тем самым, снижает КПД, и ухудшает параметры меха901495

so

$S нического удара. Кроме того, это устройство имеет относительно низкую надежность вследствие неизбежных механических ударов якоря о корпус преобразователя в случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе.

Цель изобретения — снижение потерь энергии и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит датчик накопленной механической энергии и датчик положения -якоря, при этом обмотка якоря шунтирована посредством выключателя, в цепь управления которого последовательно включены указанные датчики.

Для полного преобразования накопленной магнитной энергии в механическую и для повышения надежности работы устройства за счет электродинамического торможения якоря в случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе в конце его хода электромагнитная система преобразователя выполнена многополюсной с равным полюсным шагом, при этом количество ампервитков обмоток статора и якоря одинаково, а направления витков якоря в смежных полюсах противоположны.

Благодаря этому необходимость в устройстве отдельного накопителя энергии исключается, а функции накопителя энергии одновременно выполняет обмотка и магнитная система статора преобразователя.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2— устройство, продольный разрез; на фиг. 3— разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4 — размещение обмотки якоря в кольцевом магнитном зазоре статора (узел 1 на фиг. 2).

Основным узлом устройства является электродинамический преобразователь, включающий многополюсный магнитопровод статора, выполненный из двух цилинд.рических частей 1 и 2, образующих кольцевой магнитный зазор, обмотку 3 статора и якорь с импульсной обмоткой 4.

Обмотка 4 якоря имеет круговые витки, которые запрессованы в изоляционный материал, размещены в кольцевом магнитном зазоре статора и перемещаются вместе с якорем поперек магнитного потока, образованного электромагнитной системой статора. В смежных полюсах магнитопровода направление магнитного потока в токе в ветках обмотки 4 якоря изменяется на обратное.

Электрическая схема устройства питает.ся от источника постоянного напряжения или, как показано на примере, от источника переменного напряжения через управляемый зарядный вентиль 5. Диод 6 обеспечивает протекание тока через обмотки 3 при закрытом зарядном вентиле 5.

Выключатель 7, шунтирующий обмотку

4 якоря, имеет в цепи управления последовательно включенные контакты датчика 8 наS

5О

5S го

25 зо

З5 копленной магнитной энергии, замыкающиеся при образовании заданного уровня магнитного потока энергии, в воздушном зазоре магнитопровода 1 и 2 и контакты датчика 9 положения якоря.

Конструктивно датчик положения якоря содержит подвижный контакт, закрепленный на якоре, и неподвижный — на статоре.

Замыкание контактов происходит при наличии нагрузки на рабочем органе 10 и перемещении жестко связанного с ним якоря внутрь устройства. В случае отсутствия нагрузки на рабочем органе 10 якорь выдвигается под действием пружины 11 и контакты датчика 9 будут находиться в разомкнутом состоянии.

Выключатель 7 может быть выполнен на бесконтактных полупроводниковых приборах, например, по известной схеме на двух параллельно соединенных тиристорах, в силовую цепь одного из которых включен конденсатор с обратной подзарядкой. Датчики энергии и положения якоря также могут выполняться на бесконтактных полупроводниковых и магнитных приборах. В качестве датчика энергии может быть использовано токовое реле, включенное в обмотку статора преобразователя.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть переменного напряжения в обмотке 3 будет возрастать и протекать ток по цепи: напряжение сети, управляемый зарядный вентиль 5, датчик 8 энергии, обмотка 3 статора, размыкающийся контакт выключателя 7. При увеличении тока в электромагнитной системе накопителя статора будет возрастать магнитная энергия, равная где Ф вЂ” магнитный поток;

-ток в обмотке 3 статора;

cd количество витков обмотки 3.

При обратном напряжении сети ток в обмотке 3 замыкается через шунтирующий диод 6. При достижении заданного тока (заданного уровня энергии Рн ) срабатывает датчик 8 магнитной энергии, который своими контактами в цепи управления вентилей 5 отключает питание сети и подготавливает цепь управления выключателя 7 к включению.

В случае наличия нагрузки,и прижатия ударного устройства к забою рабочий орган 10 и жестко соединенный с ним якорь переместятся по направлению внутрь электромагнитной системы примерно на половину полюсного шага. Контакты датчика положения якоря замкнутся и включат цепь управления выключателя 7, который своими силовыми контактами выключит шунтирующую цепь обмотки 4 якоря и через эту импульсную обмотку 4, обладающую малым

901495 сопротивлением, будет протекать ударный ток благодаря запасенной магнитной энергии по цепи: обмотка 3 статора, обмотка 4 якоря, диод 6, датчик 8 энергии.

При прохождении импульсного тока через обмотку 4, которая размещена в воздушном зазоре магнитопровода 1 и 2, возникает механический удар, передаваемый на рабочий орган 10 к разрушаемой горной породе, т. е. запасенная в воздушном зазоре магнитная энергия перейдет в механическую энергию для разрушения горной породы.

Магнитная энергия, преобразованная в механическую, равна р Ф ° 1 (с) и где i - ток в обмотке 4 якоря, и — количество витков обмотки 4.

Условием полного преобразования накопленной магнитной энергии в механическую является равенство Р„ = Р„, или при общем магнитном потоке Ф ампервитки обмотки статора и якоря должны быть равны.

В случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе в результате разрушения горной породы, в конце его хода, возникают силы обратного электродинамического торможения якоря за счет многополюсного исполнения электромагнитной системы устройства. Благодаря наличию пружины 11, выталкивающей якорь, контакты датчика 9 положения якоря остаются разомкнутыми и поэтому работа устройства в холостую (без нагрузки на рабочем органе 10) исключается. Регулирование энергии удара производится изменением уставок датчика 8 энергии.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает эффективную и безопасную работу добычных и проходческих горных машин в угольных шахтах, позволяет снизить Ъ вес и размеры горных машин, эксплуатационные расходы и энергозатраты на 1 т добычи полезных ископаемых.

Формула изобретения

Устройство для образования механических колебаний, преимущественно для разрушения горных пород, содержащее электродинамический преобразователь энергии с обмотками статора и якоря, жестко соединенного с рабочим органом, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь энергии и упрощения конструкции, устройство до-. полнительно содержит датчик накопленной механической энергии и датчик положения якоря, при этом обмотка якоря шунтирована посредством выключателя, в цепь управления которого последовательно включены указанные датчики.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электромагнитная система преобразователя выполнена многополюс ной с равным полюсным шагом, при этом количество ампервитков обмоток статора и якоря одинаково, а направления витков якоря в смежных полюсах противоположны.

Источники информации, 30 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 425279, кл. Н 02 К 33/12, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 475580, кл. G 01 V l/14, 1966 (прототип).

A -A

Узел 7

Составитель В. Махаева

Редактор Ю. Ковач Техред А. Бойкас Корректор А. Ференц

Заказ 2324 34 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4