Электромагнитный ударник

СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИС 1 ИЧЕРЕСПУБЛИК 1 ИЗОБРЕТЕЛЬСТВУ Е ИСАНИ РСКОМУ С В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКЕЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56)Авторское свидетельство СССР М1134992, кл. В 25 О, Н 02 К 33/12.1983.Авторское свидетельство СССР М . 1327244. кл, В 25 О, Н 02 К 33/12, 1986, (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УДАРНИК (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к электрическому инстру 51)5 В 25 Р 17/24, Н 02 менту, Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД, Это достигается тем, что катушки прямого 2 и обратного 3 хода ударника выполнены в виде спирали соленоида из токопроводящей . ленты и спирали из изолирующей ленты 13 с перфорированной поверхностью и связанной с системой подачи охлаждающей жидкости, а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше площади ее остальной поверхности. 2 з.п,флы,1 ил,Изобретение относится к электротехнике, в частности к разработке и использовайию электромагнитных ударных узлов перфораторов и молотков для бурения горных пород, строительных материалов в горно-рудной, строительной промышленности Известны устройства для преобразования электрической энергии в ударно-механическую в электромагнитных ударниках 10 содержащие магнитопровод и катушки прямого и обратного хода бойка-ударника, На поверхности бойка одного из устройств выполнены продольные открытые пазы, а на одном из его торцов со стороны амортиза 15 тора на линии сопряжения цилиндрической и сферической поверхностей выполнена кольцевая канавка, Однако пазы снижают азродинамическое сопротивление движению бойка не 20 Другое известное устройство содержит 25 буфер-заглушку, роль которой состоит в том, что при движении бойка к буферу она предотвращает свободный выхлоп воздуха (газа) в атмосферу. Газ сжимается и придает байку дополнительный импульс при ходе 30 вперед, что повышает КПД. Недостаток устройства состоит в неизбежности строгого подбора силы тяги бойка к буферу. Разбаланс тяги и противодавле 35 ния газа может привести к снижению КПД и энергии единичного удара бойка о рабочий инструмент. Например, при уменьшении тяги катушка обратного хода снизится не только скорость обратного хода бойка, но и его 40 рабочий ход, энергия единичного удара и КПД,В рассмотренных устройствах намагничивающая сила, пропорциональная ампер- виткам, достигается при малои силе тока. Число витков при многослоевой укладке изолированного провода достигает нескольких сотен, Плотность тока в изолированном проводнике берется 5-10 Аlмм, но и в этом случае катушка требует охлажде 45 ния, И если витки и слои, примыкающие к 50 каркасу, еще как- то удается охладить, то глубинные витки катушек перегреваются, :что снижает и мощность и КПД электромагнитной системы (ЭМС). Кроме того, при многослоевой нэмотке 55 растут диаметры катушек, корпуса и рассеяние магнитных силовых линий.Цель изобретения - повышение удельной мощности и КПД электромагнитной системы ударника,значительно, и вместе с тем снижается прочность бойка, усложняется его изготовление, трение бойка о направляющую трубу .и одностороннее магнитное притяжение бойка к.трубе не устраняются,Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном ударнике, содержащем основание; корпус, коэксиэльно установленные в последнем боек, охваченный не- магнитной трубкой, катушку прямого и обратного хода ударника, магнитопровод, буфер-амортизатор и систему подвода охлаждающей жидкости, катушка прямого и обратногохода выполнена в виде спирали- соленоида из токопроводящей ленты и спирали из изолирующей ленты с перфорированной поверхностью., уложенной в межвитковые промежутки спирали соленоида и связанной с системой подвода охлаждающей жидкости, а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше площади ее остальной поверхности; катушка выполнена из двух частей с ферромагнитными токопроводами, установленными на ее торцах и между ее частями; а также тем, что ЭМ-ударник снабжен втулками скольжения, установленными между корпусом и основанием, а поверхность последнего - со стороны втулок скольжения немагнитная.Такое выполнейие электромагнитного ударника увеличивает теплоотвод с поверхности витков в 10-15 раз, что позволяет увеличить в заданных габаритах плотность тока, ампер-витки и магнитную напряженность в рабочем зазоре, снизить рассеяние магнитных силовых линий, потери на перемагничивание ферромагнитных деталей, устранить одностороннее магнитное притяжение бойка, уменьшить его трение и аэродинамическое сопротивление, В целом это повышает мощность и КПД электромагнитного ударника,На чертеже показан описываемый ударник,Электромагнитный ударник состоит из корпуса 1, катушек прямого 2 и обратного 3 хода, центрирующей трубы 4, бойка 5, буфера 6, хвостовика 7 буровой штанги. По торцам катушек размещены кольцевые ферромагнитные токопроводы 8, а в стыке между катушками-ферромагнитный токо- провод 9. Полое немагнитное основание (ось) 10 предназначена для поступательно- возвратного перемещения на. втулках 11 скольжения бойка и размещения смазки 12, Водопроводящая трубка 13 размещена внутри основания 10 и одним концом соединена с осевым отверстием в штанге для подачи водЫ в шпур, а другим - с выхлопным отверстием системы охлаждения катушек, Изоляторы 14-16 разделяют плюсовые токо- проводы 17 от корпуса, снабженного минусовым токоотводом 18, Соленоид пряюого хода прижат к торцу токоподвода 8 кольце1752544 перемещению бойка в трубке 4, посколькучасть охлаждающей воды направляетСя вместа соударений бойка с .хвостовиком ибуфером по тангенциальным сверлениям встенке трубы 4, выполненным с наклоном всторону хвостовика штанги с одной стороныи в сторону. буфера с другой стороны. Этавода идет на создание гидроциклонов, охлаждающих срезы соударяющихся деталей,и далее идет на выхлоп черезкольцевыепроточки и отверстия вцентраторе 19 и буфере 6. Центробежные силы прижимают водяную пленку гидроциклонов к стенке трубы4 и не препятствуют ходубойка,Конструктивные особенности направлены на получение максимальной напряженности аксиального магнитного поля наединицу дчины рабочего зазора между торцевыми срезами бойка и хвостовика штангипри уменьшении рассеяния радиальной составляющей силовых линий магнитного потока в торцах катушек .и- в паразитныхкольцевых воздушных зазорах между боко"вой поверхностью бойка, буфера и переднего центратора с одной стороны и торцамикатушек"с другой, а также на снижение потерь на перемагничивание ферромагнитныхдеталей устройства.Намотка водоохлаждаемого соленоидавыполнена голой, однослойной виток к витку спиралью из тонкой (0,5 мм) токопроводящей ленты, в межвитковые промежуткиотброй уложена другая спираль из тонкой0,25 мм) теплостойкой изолирующей лентыоверхность которой перфорирована отвер- .тиями с преобладанием площади отвертий над площадью неперфорированнойастиленты, так чтобы не менее 50-75оверхности проводника соприкасалась схлаждающей водой. При достаточно интенивном охлаждении водой плотность тока вроводнике измедйой ленты тблщиной 0,5м и сечением 2,5 мм при описанной изо 2яции витков достигает 150 А/мм (у известого 1=5,5 А/мм ) .При одинаковой для предлагаемого устойства и известного длине бойка и катуши, например 1=150 мм, число витков равнооответственно Я=200 витков в один ряд;=120 витков в 20 рядов.Поформуле Н=Ю 1=ЧЧ Л 1 Я напряженость на единицу длины катушкиИ/ ЛЯ 200 100 2,5 3333 /0 15 10, - 3333 А/см; зом При включении катушки 2 прямого хода 10 под действием электромагнитных сил боек перемещается в немагнитной трубке 4, скользя по основанию 10 в сторону буровой штанги, и наносит удар по ее хвостовику 7.В это время катушка прямого хода отключа-. 15 ется и включаегся катушка 3 обратного хода Под действием электромагнитных сил боек перемещается к буферу, сжимая воздух и вытесняя его частично через отверстия вбуфере, частично через зазор между бойком 20 и центрирующей трубкой 4, что смягчает удар бойка о буфер, В это время катушка обратного хода отключается, происходит отход бойка от буфера и включается катушка прямого хода и т,д, Переключение кату шек производится автоматически при переходе синусоиды через нуль. Выхлопное отверстие в буфере регулируется, чем частично изменяется ход бойка. Размещение бойка на основании 10 предотвращает тре ние его о стенки немагнитной трубки 4, снижает аэродинамическое сопротивлейие ходу к штанге и магнитное притяжение к . к трубке 4, а размещение смазки 12 во внутренней полости бойка позволяет осущест и вить смазку трущихся втулок 11 с скольжения, оси-основания 10 и препятст- с вует попаданию смазки с выхлопом в атмос- ч феру. Изоляторы 14-16 имеют достаточное и перекрытие во избежание замыкания по во о де и чрезмерного электролиза, корпус для до- с стижения электробезопасности имеет. и отрицательный потенциал и заземлен. Ох- м ладителем является техническая вода, пода- л ваемая под давлением в корпус со стороны 45 н катушки переднего хода. Пройдя по кольцевому зазору между изоляторами 15 и 16.и р омыв торец токоподвода 8, вода по наруж- к ному и внутреннему кольцевым зазорам с между соленоидом 2 и изоляторами 15 и 16, 50 М/ а также межвитковым зазорам соленоида, образованным перфорациями в изолирую- н щей ленте, снимает тепло с катушки и далее идет через зазор между кольцом 9 и трубой 4 в полость соленоида катушки обратного 55 хода, охлаждает его и через отверстие в корпусе и соединительный шланг подается к трубе 13 для промывки шпура, Охлаждение водой торцов бойка, буфера и хвостовика штанги не препятствует свободному 5вым токопроводом 9, раскрепленным в корпусе установочными болтами, а соленоид обратного хода прижат к торцу кольца 9 при закреплении крепежными болтами флянца буфера 6 к корпусу,Буровая штанга вставляется хвостовиком в передней центратор 19,Устройство работает следующим обраЯ Ь Я 120 5,5 9,9 435 6 А/ 0,15 1021752544 где Я, Я , - сечение обмоточного провода,1,мм.Таким образом, имеется увеличение напряженности рабочего зазора в 6,7 рэз.В конструкции известного устройства многослоевая намотка катушек увеличивает длину силовых линий магнитного поля между бойком и средним слоем намотки, что снижает интенсивность магнитного потока, в том.числе в рабочем зазоре,Переход на однослоевую намотку катушек и постановка боковых 8 и центрового 9 ферромагнитных концентраторов позволяютснизить величину кольцевых зазоров между бойком и средним слоем катушки в 6-8 раз, уменьшить рассеяние магнитных силовых линий в 3-4 раза. Согласно расчета электромагнитов дпя конкретного примера имеем 1 (г+о ю Составитель И.ЕфремовРедактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк Заказ 2722 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Проиэводственйо-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 К=3,8 раз;где г=1,9 см - радиус внутреннего отверстия концентратора;гк =3,5 см - внутренний радиус корпуса;1 У = 0,6 см - зазор между концентратором и бойком на одну сторону.и =1,6 см - разница в радиусах витка (в средней части) и бойка,Катушки предлагаемого устройства расположены аксиально, намотаны в одну сторону и к их концам .подводятся положительный, а к месту соединения катушек отрицательный полюсы источника питания, .При этом встречное магнитное поле, образующееся на стыке торцов катушек, усиливает радиальную составляющую силовых линий в зазоре между концентратором 9 и бойком, что в 3-4 раза снижает потери на перемагничивэние стали корпуса, бойка и других ферромагнитных деталей при переключении катушек, упрощает их изготовление изсортов обычной стали. Проверка макета предложенного энергонасы щенного электропе рфоратора(ЭНЭП) позволила получить результаты: намагничивающая сила (ампер-витки) )И/5 250 х 200= 50000, магнитный поток ф = 0,06Вб, скорость бойка при массе 9м с-12 м/с, энергия единичного удара 324 Дж.10Расчетные параметры превышают показатели гидроперфораторов "СОР" "Секота",(200-250 Дж) пневмоперфораторов ПК,ПК(100 Дж) и показатели макета прототипа (60-70 Дж),формула изобретения1. Электромагнитный ударник, содержащий основание, установленный на немкорпус, коэксиально установленные в последнем боек, охваченный немагнитной20трубкой, катушку прямого и обратного ходаударника, магнитопровод, буфер-амортизатор, размещенный на одном из торцов бойка, и систему подвода охлаждающейжидкости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с25целью повышения удельной мощности иКПД, катушка прямого и обратного ходаударника выполнена в виде спирали-соленоида из токопроводящей ленты и спиралииз изолирующей ленты с перфорированнойповерхностью, уложенной в межвитковые30промежутки спирали-соленоида и связанной с системой подвода охлаждающей жидкости, а площадь перфорированнойповерхности изолирующей ленты больше35площади ее остальной поверхности.2. Ударник по п.1, о тл и ч а ю щ и й с ятем; что он снабжен кольцевыми ферромагнитными токопроводами, катушка прямогои обратного хода выполнена из двух частей,40а ферромагнитные токопроводы установлены на ее торцах и между ее частями,3, Ударник по п,1, о т и и ч а ю щ и й с ятем, что он снабжен втулками скольжения,установленными между корпусом и основа 45нием, а поверхность последнего со сторонывтулок скольжения немагнитная,