Электромагнитный привод ударного действия

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 14326 2 КЗЗ/12, НО ГОС ПОД ф фСЕОИ(1 Щ,13 "ЧЩ, ГРц САНИ БРЕТ К АВТОРС ЕЛЬСТВ юл. У 39рного дел Н. А,Башо СССР 24.03,86.СССР 28.04.86. ю 3РСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт гоаАН КазССР(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 иустройство управления этимдвигателем, Электромагнитный двигатель содержит и силовых обмоток помещенных в магнитопроводы 2 и 3, обмотки ус432679 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 6 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 энер гии удара и уменьшение аксиальных размеров,На фиг.1 показан электромагнитныйдвигатель; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - Функциональная схема электромагнитного привода 10ударного действия; на фиг,4 - разрез А-А на фиг,3,Электромагнитный привод ударногодействия включает электромагнитныйдвигатель и устройство управленияэтим двигателем.Электромагнитный двигатель содержит силовые обмотки 1, 1 1 д1, каждая из которых имеет длину 1и заключена в магнитопровод, состоящий из цилиндрического ярма 2 закрытого с торцов полюсами, выполненнымив форме Фланцев 3. Обмотка 1, (д=1,2п,п), заключенная в магни-,топровод, представляет собой цилиндрический электромагнит,Обмотки 1; установлены на вертикальной немагнитной направляющей 4с постоянным шагом Ь. Внутри направляющей 4 расположен ФерромагнитныйЗОбоек 5, отношение длины Ь которого кшагу Ь обмоток больше единицы, номеньше двух, Боек 5 нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовидлины нижней проточки. Устроиство управления содержит концевые 8 и 9,промежуточные 10,1-10.пдатчики, вспомогательный датчик 11 положения бойка,датчик фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком инструмента и систему управления, сигналы для срабатывания которой поступают от датчиковналожения, Выполнение верхней проточки длиной большей, чем нижняя, приводит к увеличению времени прохода еепод датчиками положения, что увеличивает время действия обмоток на боеки, следовательно, энергию удара, 4 ил. 2ком 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 Р до максимального(Р, значений, определяемых соответственно начальным и и конечным о положениями бойка 5 т.е, определяемых максимальным изменением хода Йц бойка 5 т.е. Р =Р, +с 1 маМаксимальное изменение хода с 1 ццахес бойка зависит от назначения электромагнитного привода ударного действия и задается при его конструирова" нии, При использовании привода для отбойки .горных пород й ц задается порядка 50 мм, а при использовании этого привода в качестве электромагнитного сейсмоисточника с предварительным поджатием излучающей плиты с 1, задается порядка 20-30 мм,На концах бойка 5 выполнены нижняя со стороны хвостовика 6 и верхняя на противоположном конце этого бойка управляющие проточки, имеющие разную длину. Длина нижней проточки равна Р, т,е. равна расстоянию (воздушному рабочему зазору) между верхними торцами обмотки 1 и бойка 5 при нахождении последнего в начальном положе 1432679ниц а , те. равна минимальному рабочему зазору Г, обмотки 1 . Длина Рверхней проточки всегда больше длиныГ, нижней проточки. В данном устройстве длина верхней проточки выбранаравной длине 1 О силовой обмотки,т,е, Р =1 , но Р может принимать идругие значения, как большие, так именьшие длины 1 силовой обмотки,Глубина верхней и нижней управляющихпроточек колеблется в пределах 0,3 -2,0 мм. Дальнейшее увеличение глубины проточек приводит к значительномуснижению чувствительности использумых (трансформаторных) датчиков. Сдругой стороны известно, что электрические параметры таких датчиков улучшаются с уменьшением воздушных зазоров в их магнитной системе, Однакозазоры не делают меньше 0,3 мм, таккак технологические отклонения в размерах могут вызвать существенную не"симметрию и погрешность датчиков, Впредлагаемом устройстве управляющие25проточки выполнены одинаковой глубины, равной 1,0 мм,Кроме того, часть бойка 5 безверхней проточки длиной Р имеетдлину 1,-Р, не меньшую шага Ь обмоток 1 т.е. 1.-Р ЬЬ.йПри нахождении бойка 5 в положении о верхний торец этого бойка расположен от нижнего торца обмотки 1т,е. от нижнего ее конца, на расстоянии 1 , которое называется глубинойвнедрения бойка 5 в обмотку 1 , Принахождении бойка 5 в положенииглубина его внедрения в обмотку 1 равна 1 в "мак, =1 пв.Глубина 1 ц назы.- 40вается глубиной предварительного внедрения бойка в обмотку (обычно 1(025 04) 1.оВ предлагаемом устройстве глубина1предварительного внедрения бойка 455 в обмотку 1 равна 0,25 1. Но 1может принимать и другие значения вприведенных пределах ее изменения.Глубина внедрения бойка 5 в обмотку1 изменяется от минимального значения, равного 1 =. 0,25 1 до максимального значения, равного 0,25 1 д ++ й, . Глубина внедрения бойка 5 вобмотки 1; снизу (при холостом ходебойка) одинакова и равна 1 = 0,25 1 +55+ й. Эти же обмотки 1, при внедрении в них бойка 5 снизу имеют одинаковый рабочий зазор, равный Р, . Рабочий зазор обмотки 1 при внедрении в нее бойка 5 снизу может приниматьзначения от Р, при нахождении бойка5 в положении о , ло 1, +д, , при нахождении бойка 5 в положении ЯГлубина внедрения бойка 5 в каждую из обмоток 1; (сверху при рабочем ходе бойка) в данном устройстверавна нулю, т,е. по каждой обмоткеначинает протекать ток при совпадении нижнего торца бойка 5 и верхнеготорца подключаемой обмотки 1; . Соответственно рабочий зазор всех без исключения обмоток 1, при внедрении вних бойка 5 сверху одинаков и равендлине Р верхней управляющей проточки,а значит равен и длине 1 силовойобмотки 1; (фиг,2, положение Ь бойка 5),Кроме того, электромагнитный двигатель содержит нижний 8 и верхний 9концевые датчики положения бойка 5,установленные соответственно ниже ивыше всех обмоток 1, промежуточныхдатчиков положения 10 101 О, 10установленных между обмотками 1;, при этом расстояние между соединенными датчиками 10,1,10,2 по 1 О, 10 , равно шагу Ь обмоток, вспомогательный датчик 11 положения, установленный на расстояниишага Ь выше датчика 9, который установлен на расстоянии шага Ь от датчи-.ка 10Датчики 8, 9, 101010, 10 , размещены на направляющей 4 симметрично относительно обмоток 1,Ниже датчика 8 на направляющей 4установлен датчик 12 фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком 6инструмента 7, состоящий из ферромагнитного полого цилиндра 13 и двухидентичных систем съемных полюсов14, каждая из которых содержит по четыре упомянутых полюса 14, расположенных в одной плоскости под прямымуглом друг к другу, Расстояние междуплоскостями, в которых расположеныполюса 14 1-й и 2-й систем, выбранонесколько большим максимального изменения хода Йбойка 5.При нахождении бойка 5 в положении о он находится под полюсами 141-й системы, а контактирующий с нимхвостовик 6 - под полюсами 14 2-й системы.При нахождении бойка 5 в положении 3 он по-прежнему находится под полюсами 14 1-й системы, а контактирующий35 40 45 50 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 о и Г 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 2сигнал не выдает.Нижний концевой датчик 8 установлен от нижнего торца бойка 5, при нахождении последнего в начальном положении 0 , на расстоянии, равном 1. т,е, равном воздушному рабочему зазору между верхними торцами бойка 5 и обмотки 1, при нахождении бойка 5 в положении дК обмоткам 1 подключено устрой 1ство управления, содержащее и-канальный коммутатор этих обмоток, а также 2(п) двухвходовых элементов И 17, и элементов НЕ 18, 2(п+2) Формирователей 19 коротких импульсов (в дальнейшем Формирователей 19),п+2 компараторов 20 напряжения, (и+1) компараторов 21 напряжения, источники опорных напряжений П, и П , причем каждый канал коммутатора подключен к питающему выпрямителю Пи содержит последовательно соединенный с обмоткой 1 силовой ключ 22 (1=1,2, ,п,п) с входами отпирания и запирания. Силовые ключи 22 (1.=1,2, ,п,п) могут быть выполнены на тиристорах.Каждый из входов отпирания ключей 22 и 22связан с выходом одного элемента И 17, а каждый из входов отпирания остальных ключей 22 (1.=3,4, ,п,п) - 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 инвертиру 5 10 15 20 25 30 ющему входу своего компаратора 20,Неинвертирующие входы всех компараторов 20 и 21 связаны с положительными полюсами источников опорных напряжений соответственно Б иВыходы всех компараторов 20 черезФормирователи 19 связаны с входамизапирания всех ключей 22,(ь=1,2п,п), Кроме того, каждый из выходов компараторов 20 датчиков 10,О 10, 10 , через элементНЕ 18 связан с первыми входами элементов И 17 соответственно ключей222 и 22, 22 з и 22,,22и2222и 22 , выходы компараторов 20 датчиков 10и 9 через элементы НЕ 18 связаны с первыми входами элементов И 17 ключей 22 и 22 соответственно. Каждый из выходов компараторов 21 датчиков 10, 1 О,,10, Очерез Формирователь 19связан с вторыми входами элементовИ 17 соответственно ключей 22и .22,22 и 2222 4 и 2222и 22,выходы компараторов 21 датчиков 10,10 9 и 11 через Формирователи19 связаны с вторыми входами элементов И 17 соответственно ключей 22,22 н22 ни 22,Датчики 8,9,1010,10 л ,1011 установлены на направляющей 4, идентичны и представляют собой датчикитрансФорматорного типа с разомкнутым магнитопроводом, каждый из которых выдает сигнал Б при нахождениибойка 5 вне зоны э;ого датчика, Пд,при замыкании его магнитопровода нижней проточкой бойка 5, Бв, - при замыкании его магнитопровода верхнейпроточкой бойка 5 и Б при замыканииего магнитопровода частью бойка 5,не имеющей проточек, Выходные сигналы Б Бп, и Б по длительностиравны времени замыкания магнитопровода каждого из упомянутых датчиковсоответственно нижней, верхней проточ -ками и частью бойка 5, не имеющейпроточек. По амплитуде сигналы Б , иБв равны,Кроме того, при замыкании магнитопровода каждого датчика 101010 , и датчика 9 частью бойка 5, какимеющей проточку, так и не имеющейее, на выходе соответствующего элемента НЕ 18 появляется сигнал "1",Длительность этого сигнала равнавремени прохождения бойка 5 в зоне432679 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 датчика (времени замыкания магнитопровода датчика бойком 5, СигналыЦвр, 0 Н, и П всегда имеют по -ложительцые значения, причем. рр с 1.1, . 1 р, = Бр, . 13П вВсе Формирователи 19 идентичны ипредназначены для создания импульсовмалой длительности,Для пуска устройства служит выключатель 23, установленный в цепипитания Б, датчика 12,Устройство работает следующим образом,Пусть, например, в исходном состоянии устройства боек 5, контактирующий с хвостовиком 6, занимает начальное положение о (Фиг.2). При этом оннаходится под полюсами 14 датчика 12,на которых установлены обмотки 15возбуждения, а хвостовик 6 - под полюсами 14, на которых установлены выходные обмотки.16 (фиг,4), Находясьв положении д, боек 5 замыкает магнитопроводы датчиков 8, 10 и 12После замыкания выключателем 23 цепипитания Б, датчика 12 (обмоток 15возбуждения) с выходных обмоток 16,т,е. с датчика 12, снимается сигнал,который через связанный с ним Формирователь 19 поступает на вход отпирания ключа 22 и отпирает его. Пообмотке 1 начинает протекать токи боек 5 начинает втягиваться этойобмоткой,По мере втягивания боек 5 проходит расстояние, равное в данном случае рабочему зазору обмотки 1 и достигает конца этой обмотки, В этотмомент происходит размыкание магнитопровода датчика 8 нижней проточкойи уменьшение его сигнала от Б , доБ , Зто приводит к появлению на выЭрходе компаратора 20, связанного сэтим датчиком, сигнала "1", которыйпосле формирователя 19 в виде короткого импульса поступает ца входы запирания всех ключей 22, 1=1,2п,п). 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 двигатьсяпо инерции, Так как рассеяние энергии магнитного поля в других обмотках производится аналогично, то упоминание об этом при дальнейшем описании работы устройства опущено,8Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопровод датчика 0, при этом его сигнал увеличивается от 0 до П 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 22 з, а затем боек 5 задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопровод датчика 10 . В это время боек 5 внедряется в обмотку 1 з на глубину 1и расстояние между верх. ним торцом бойка 5 и концом этой обмотки равно Р, а сигнал датчика 10 в это время уменьшается от П доПоследнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 1 О, сигнала "1", который после Формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый элемент И 17 и поступает на вход отпирания клича 221, Последний отпирается, по обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.По мере втягивания боек 5 проходит расстояние Г и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 10, нижней проточкой и уменьшение его сигнала от Б, до Бр, что приводит к.появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 19 ввиде короткого импульса поступает на входы запирания всех, ключей 22, (.=1,2п,п), Ключ 22 запирается и обмотка 1 отключается, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопровод датчика 1 Оз 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 прямой9 1 А 326 (рабочий) ход, и в определенный мО- мент времени задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопрово,ц датчика 11 (фиг.2, положение гг ). 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) становится равным Г, т.е. равно длине 10 1 обмотки 1, а сигнал датчика 11 ов это время уменьшается от Б до Ь , Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 11, сигнала "1", кото рый после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый второй элемент И 17 и поступает на вход отпирания ключа 22 и Последний отпирается, по обмотке 1 20 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.По мере втягивания боек 5 проходит расстояние Г , большее расстояния Р, каторое он проходит через25 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 Б до Б. . Э"о0приводит к появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала "1", который после формирователя 19 в виде короткого импуль-до са поступает на входы запирания всех ключей 22, (3.=1,2и,и), Ключ 22запирается 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, (1=1,2и, и) 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 12 10фиксации и описанный цикл работы устройства повторяетсяВыполнение 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 позволяютувеличить энергию удара этого привода при одновременном уменьшении его аксиального размера.Формула изобретенияЭлектромагнитный 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 управляющие 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, (и) промежуточных датчиков и датчик фиксации соприкосновения бойка с хвостовиком инструмента, о т л и ч а ю щ и й с я 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.