Электромагнитный привод ударного действия

(71) Институт горного дела(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЪЙ ПРИВОД УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ(57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить надежность привода, Основным преимуществом предлагаемого привода по сравнению с прототипом является более высокая надежность, полученная как за счет исключения возможности перегрева обмоток (ОБ) 2 - 5, т.е; за счет снабжения ОБ 2 - 5 датчиками - реле 18 - 21 температуры, так и за счет ста(цлизации моментов отключения двух верхних ОБ, т,е, отключения каждой из двух верхних ОБ по сигналам от отдельного датчика 42 - 46 положения, Стабильность моментов отключения ОБ полностью исключает вынужденные простои из-за подстройки времязадающих элементов, определяющих моменты отключения двух верхних ОБ в прототипе. Отсутствие вынуж.денных остановок повышает производительность труда, Преимуществом предлагаемого электропривода является и то, что в нем предусмотрены два режима работы -ручной и автоматический. При этом сущест-вует возможность регулирования энергии единичного удара, что очень важно в начальные моменты при забивке свай, шпунта либо в процессе дробления негабаритов.3 Причем при регулировании энергии удара оптимальность процесса управления сохраняется и при этом повышается надежность, т.к. используется один регулировочный элемент задающий время работы двух верхних ОБ (вместо двух в прототипе). 3 ил.Изобретение относится к горной промышленности, в частности к упоавляемым электромагнитным молотам, предназначенным для дробления негабаритов, и может быть использовано для управления электромагнитным двигателем возвратно-поступательного действия пои забивке свай, анкеров, шпунта,Известен электромагнитный привод ударного действия, содержащий электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода, боек, блок управления, источник питания обмоток с управлением от сигналов с контактного датчика, размещенного на втулке наголовника,Недостаток привода заключается в том, что в выбранном режиме работы электромагнитный двигатель имеет низкий КПД, а наличие контактного датчика снижает общую надежность привода.Известно устройство, в котором электромагнитный молот содержит размещенные одна над другой соосные электромагнитные катушки, разделенные диамагнитными фланцами и питающиеся каждая от своего источника, боек, верхняя часть которого расположена внутри катушки, датчики положения бойка, число которых равно числу катушек и которые подключены через согласующие блоки ксоответствующим входам источников питания катушек,Недостатком устройства является низкий КПД, так как включение первых двух катушек в момент удара приводит к значительным перегрузкам второй катушки и недоиспользованию первой,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электромагнитный молот, который содержит четыре размещенные одна над другой. соосные электромагнитные катуш ки, разделен н ые диамагнитными фланцами и питающиеся каждая от своего источника, боек, верхняя часть которого расположена внутри нижней катушки, три датчика положения бойка, блок согласования, осуществляющий переключения обмоток по сигналам с датчиков. Недостатком данного молота является низкая надежность, обусловленная отсутствием контроля температуры обмоток и нестабильностью моментов отключения двух верхних катушек. Отсутствие контроля температуры приводит к перегреву обмоток и сокращению срока службы электромагнитного двигателя, Нестабильность моментов отключения двух верхних обмоток обусловлена нестабильностью времязадающих цепей одновибраторов, определяющих длительность работы этих обмоток,Цель изобретения - повышение надежности привода за счет исключения возможного перегрева катушек и стабилизации моментов отключения двук верхних катушек 5 в режиме максимальной энергии удара,Поставленная цель достигается тем, чтопривод снабжен четырьмя датчиками - реле температуры обмоток, двумя датчиками положения бойка, элементом 5 И, четвертым и 10 пятым элементами 2 И, третьим, четвертым,пятым и шестым ВЗ-триггерами, двухканальным инвертирующим буферным элементом с общим входом размещения, двумя неинвертирующими буферными элемента ми с двумя входами разрешения у каждогои переключателем, причем датчики - реле температуры размещены по одному в каждой обмотке, а их выходы, являющиеся первым, вторым, тре ьим и четвертым входами 20 блока управления, подключены к одноименным входам элемента 5 И, пятый вход которого подключен через кнопку "Стоп" к минусу источника, а выход связан с входом В третьего ВЯ-триггера, вход Б которого че рез первый контакт переключателя и кнопку"Пуск" подключен к минусу источника, прямой выход третьего триггера - к второму контакту переключателя, инверсный выход третьего триггера - к первому входу третье го элемента 2 И, к второму входу которогоподключен инверсный выход одновибратора, связанный через второй контакт переключателя с первыми входами первого, второго, четвертого, пятого элементов 2 И, 35 выходы которых подключены к В-входам одноименных ВЯ-триггеров, Я-входы первого и второго триггеров - к выходам соответственно первого и второго каналов первого буферного элемента, вход разрешения кото рого подключен к выходу третьего элемента2 И, Я-входы четвертого и пятого триггеров - к выходам соответственно второго и треть-.его буферных элементов, первые разрешающие входы которых подключены к выходу 45 шестого триггера, а вторые входы - к выходам первого и второго элементов НЕ соответственно, вход первого элемента НЕ связан с вторым входом четвертого элемента 2 И, вход второго буферного элемента - с 50 входом второго канала первого буферногоэлемента, вход третьего буферного элемента - с вторым входом первого элемента 2 И, второй вход второго элемента 2 И подключен к инверсному вьходу четвертого тригге ра, второй вход пятого элемента 2 И - к,Я-входу шестого В 5-триггера, вход В которого связан с Я-входом второго триггера и с выходом второго канала первого буферного элемента, причем выходы первого и второго датчиков положения, являющиеся пятым ишестым входами блока управления, подключены соответственно к входам первого и второго каналов первого буферного эле- . мента, выходы третьего и четвертого датчиков положения, являющиеся седьмым и восьмым входами блока управления - к входам первого и второго элементов НЕ соответственно, выход пятого датчика положения, являющийся девятым входом блока управления, подключен к 5-входу шестого триггера, а прямые и инверсные выходы первого, второго, четвертого и пятого триггеров являются выходами блока управления и функциональными входами "Пуск" и "Стоп" соответственно второго, первого, третьего и четвертого блоков питания обмоток.На фиг. 1 показан электромагнитный привод ударного действия с частичным разрезом электромагнитного двигателя; на фиг. 2 - схема устройства управления приводом; на фиг, 3 - временная диаграмма -работы электромагнитного привода ударного действия.Привод (фиг, 1) содержит линейный электромагнитный двигатель 1 с четырьмя одинаковыми по размерам обмотками 2-5 длиной 1,.разделенными диамагнитными фланцами 6 - 8 и заключенными в ферромагнитные корпуса 9-12 с ферромагнитными полюсами 13, 14 на внешних торцах крайних обмоток 2, 5, Обмотки, фланцы и полюса центрируются диамагнитной направляющей 15, внутри которой перемещается боек 16, ударяя по наголовнику (шаботу) 17.Каждая обмотка 2-5 имеет свой датчик- реле 18-21 температуры типа ДТР-ЗМ-УТ .и подключена к выходу своего блока 22 - 25 питания. В свою очередь каждый блок 22-25 питания состоит из силового тиристорного преобразователя.(управляемого выпрямителя) 26-29 и блока 30 - 33 управляющих синхроимпул ьсов, Каждый блок 22 - 25 питания имеет по два функциональных входа 34 - 41, которые являются и входами соответствующих блоков 30 - 33 синхроимпульсов. 10 15 20 дится на наголовнике.17. При этом верхний торец бойка находится на уровне фланца 6 между обмотками 2 и 3. Датчик 43 расположен над датчиком 42 на расстоянии 3/41, а .25 датчик 44 - под датчиком 43 на расстоянииот последнего.Расстояние между датчиками 44 и 45равно 1/2 а между датчиками 45 и 46 - 1/21, и расположены они также друг над другом.30 Такое расположение датчиков обеспечивает оптимальный режим переключения обмоток и наибольший КПД электромагнитного привода ударного действия.Назначение датчиков 42 - 46 - выдача 35 сигналов о местоположении бойка 16, формирование же сигналов управления на включение того или иного блока 22 - 25 питания производит блок 47 управления по сигналам с датчиков 42 - 46. Функциональные .40 входы 34 - 41 блоков 22 - 25 питания являются выходами блока 47 управления, а выходы датчиков-реле 18 - 21 температуры и датчиков 42-46 положения бойка являются входами блока 47 управления, схема которого 45 представлена на фиг, 2. 50 55 Функциональные входы 34 - 37 являются входами "Пуск", Сигнал, поступающий на эти входы 34 - 37, разрешает подачу синхроимпульсов из блоков 30 - 33 к тиристорным преобразователям 26-29, т.е, размещает подачу напряжения с блоков 22 - 25 питания на обмотки 2 - 5 электромагнитного двигате- ля 1. Функциональные входы 38-41 являются входами "Стоп", Сигнал, поступающий на эти входы 38 - 41, запрещает подачу синхроимпульсов из блоков 30-33 к преобразователям 26 - 29, т,е, снимает напряжение с выхода блоков 22 - 25 питания и обмоток 2 - 5,В промежутке между наголовником 17 и полюсом 13 ни.ней обмотки 2 расположены по вертикали один над другим в отверстиях направляющей 15 пять датчиков 42 - .46 положения бойка, В качестве датчиков положения используются бескднтактные конечные выключатели типа КВП, на выходе которых появляется сигнал логической "1" в момент появления в зоне чувствительности датчиков металла. При отсутствии ме- талла на выходе датчиков логической "0".Таким образом, при движении бойка вверх на выходах датчиков 42-46 происходит изменение сигналов из "1" в "0", а при движении бойка вниз наоборот - из "0" в "1",. Нижний датчик 42 размещен вблизинижнего торца бойка 16, когда боек нахо. Этот блок содержит кнопки 48 "Пуск" и 49 ",Стоп", переключатель 50, шесть ЯЗ- триггеров 51 - 56 с низким активным уровнем для входов установки и сброса, пять элементов 2 И 57 - 61, элемент 5 И 62, двухка нальный инвертирующий буферный элемент с тремя состояниями на выходе ивходом 63 разрешения, два неинвертирующих буферных элемента 64, 65 с двумя входами разрешения у каждого и тремя состояниями выхода, два элемента НЕ 66, 67, одновибратор 68 с возможностью изменения длительности выходного импульса,осуществляемой потенциометром 69.Двухпозиционный сдвоенный переключатель 50 служит для задания двух различных режимов работы электропривода, При одном положении переключателя (фиг, 2), когда замкнуты контакты 2 и 3, устройство работает в режиме единичных ударов, т,е, при нажатии кнопки 48 "Пуск" совершается только один подъем бойка, а высота подьема и задается временным интервалом (импульсом) с одновибратора 68. Изменяя длительность выходного импульса одновибратора 68 потенциометром 69, можно плавно изменять высоту подъема бойка и в широком диапазоне 0Ь - - Ьмакс, где Плакс = 31, т.е, потенциометр 69 служит для плавной регулировки энергии единичного удара. В другом положении сдвоенного переключателя 50, когда замкнуты контакты 1 и 2, устройство работает в автоматическом (циклическом) режиме, т.е. после нажатия кнопки 48 "Пуск" боек будет совершать возвратно-поступательное движение с максимальной энергией удара (максимальная высота подъема бойка) до тех пор, пока не нажмем кнопку 49 "Стоп". Привод работает следующим образом, В момент включения боек находится в зоне чувствительности всех датчиков 42-46 . и на их выходах присутствует сигнал логической "1". Сдвоенный переключатель 50 находится в положении, когда обе пары его контактов 1 и 2 замкнуты. При нажатии .кнопки 48 "Пуск" (фиг, 2) на прямом выходе КЯ-тригера 51 устанавливается "1", которая поступает на первые входы элементов 2 И 58 - 61 и разрешает им передачу уровня сигналов, имеющихся на вторых входах. Одновременно на инверсном выходе триггера 51 устанавливается "0", который через элемент 2 И 57 поступает на вход разрешения буферного элемента 63 и разрешает этому элементу передачу входных сигналов с инверсией по каждому из каналов. При этом уровень "1" с датчика 42, пройдя через первый канал элемента 63, станет уровнем "0" и установит триггер 52 в "1", а уровень "1" с датчика 43, пройдя второй канал элемента 63, установит триггер 53 в "1" и сбросит в "0" триггер 56, разрешая работу буферных элементов 64, 65, Прямые выходы триггеров 53, 52 подключены к входам 34, 35 "Пуск" блоков 30, 31 синхроимпульсов в блоках 22, 23 питания обмоток 2, 3 (фиг, 1), На выходе тиристорных преобразователей 26, 27 появляется напряжение И 2, ИЗ и по обмоткам 2, 3 протекает ток 12,3 (фиг. 3), создавая электромагнитную силу тяги, под действием которой боек 16 начинает движение вверх. При подъеме бойка на высоту Ь 3/4(расстояние между датчиками 42 и 43) навыходе датчика 43 установится "0" (на 3-входе триггера 53 установится "1"), который,5 пройдя буферный элемент 64, устанавливает триггер 54 в "1", Работа буферного элемента 64, имеющего два входа разрешения,была подготовлена "1" от датчика 44 черезинвертор 66, а так.се "0" с выхода триггера10 56,Одновременно с установкой триггера 54в "1" происходит сброс триггера 53 в "0"путем подачи низкого уровня с инверсноговыхода триггера 54 через элемент 2 И 59 на15 Р-вход триггера 53, При этом на прямомвыходе триггера 53 устанавливается "0", ана инверсном "1", т,е, сигнал "1" с входа 34"Пуск" снимается и подается на вход 38"Стоп", что означает отключение тиристор 20 ного преобразователя 26 и снятие напряжения с обмотки 2, Установка триггера 54 в "1"возбуждает вход 36 "Пуск" блока 32 синхроимпульсов в блоке 24 питания обмотки 4. Навыходе тиристорного преобразователя 2825 появляется напряжение И 4, и по обмотке 4протекает ток 4, Боек под действием силытяги обмоток 3 и 4 продолжает движениевверх,При подъеме бойка на высоту и3/4130 на выходе датчика 44 установится "0", который через инвертор 66 поступает "1" наодин из входов разрешения буферногоэлемента 64 и переводит последний в состояние с очень большим выходным сопро 35 тивлением (состояние Е), Низкий уровень сдатчика 44 сбрасывает триггер 52 через элемент 2 И 58 и устанавливает триггер 55 в "1"через буферный элемент 65, работа которого была подготовлена с одной стороны "1"40 от датчика 45 через инвертор 67, а с другойстороны "0" с выхода триггера 56. Сбростриггера 52 означает установку с входа 35"Пуск" блока 31 синхроимпульсов и возбуждает вход 39 "Стоп", В результате преобра 45 зователь 27 в блоке 23 питания обмо-ки 3выключится и обмотка 3 обесточится. Установка в "1" триггера 56 означает работу входа 37 "Пуск" блока 33 синхроимпульсов вблоке 25 питания, т.е, включение преобра 50 зователя 29 и появление на его выходе напряжения И 5, а в обмотке 5 тока 5, Боек поддействием силы тяги от токов в обмотках 4и 5 поднимается выше.Когда боек достигает высоты и2 1/455 на выходе датчика 45 устанавливается "0"который через элемент 2 И 60 сбрасываеттриггер 54 в "0", а через элемент НЕ 67запрещает буферному элементу 65 передачу сигналов, т.е, элемент 65 переходит всостояние с очень большим выходным со5 10 15 20 25 ЗО 40 45 50 55 противлением (состояние Е), Сброс триггера 54 означает установку "1" на его инверсном выходе, т,е, на входе 40 "Стоп" блока 32 синхроимпульсов в блоке 24 питания обмотки 4. Этот сигнал запретит работу преобразователя 28, и обмотка 4 обесточится, Боек движется под действием силы от тока 15 в обмотке 5. Наличие полюса 14 существенно повышает тяговое усилие обмотки 5, что позволяет ей одной осуществлять дальнейший подъем бойка,Когда боек достигает высоты й2 3/4 с на выходе датчика 46 устанавливается "0", который через элемент 2 И 61 сбрасывает триггер 55 и устанавливает триггер 56 в "1", подтверждая тем самым переход буферных элементов 64, 65 в состояние 7, Сброс триггера 55 означает установку "1" на его инверсном выходе, т,е, на входе 41 "Стоп" блока 33 синхроимпульсов в блоке 25 питания обмотки 5. По этому сигналу преобразователь 29 отключится и обмотка 5 обесточится, Боек, совершив свободный выбег за счет сил инерции, остановится на высоте смаке = 31, а затем под действием силы тяжести падает вниз.На расстоянии и = 3/41 до удара на выходе датчика 43 появляется "1", а после инверсии буферным элементом 63 - "О",который сбросит триггер 56 в "0" и установит триггер 53 в "1", т.е. включит преобразователь 26 блока 22 питания через вход 34 "Пуск" блока 30 синхроимпульсов, На выходе блока 22 питания появляется нэпряжение И 2, и по обмотке 2 течет ток 2, В момент удара на выходе датчика 42 происходит смена сигнала из "0" в "1". Этот сигнал, пройдя буферный элемент 63, инвертируется и устанавливает триггер 52 в"1", которая, через вход 35 "Пуск" блока 31 синхроимпульсов в блоке 23 питания запускает преобразователь 27, На выходе блока 23 питания появляется напряжение ИЗ, а в обмотке 3 - ток 3,Боек после удара поднимается так же, как было описано рансе. Далее циклы повторя ются, Остановка электро п ри вода. и роизводится нажатием кнопки 49 "Стоп", При этом происходит сброс триггера 51, т,е. на его прямом выходе появляется "0", который через контакты переключателя 50 и элементы 2 И 58 - 61 сбрасывает в "0" триггера 52 - 55, а "1" с инверсного выхода триггера 51 через элемент 2 И 57 запрещает работу буферного элемента 63, т,е. переводит его в состояние Е, Остановка привода произойдет и тогда, когда в одной из обмоток 2 - 5 сработает один из датчиков-реле 18 - 21 температуры. При этом контакты датчика замкнутся и сигнал низкого уровня поступит на один из четырех входов схемы 5 И 62 и сбросит триггер 51. Это произойдет, когда температура одной из,обмоток превысит 140 С,Если сдвоенный переключатель 50 находится в положении, когда обе пары его контактов 2 и 3 замкнуты (фиг, 2), то при нажатии кнопкиПуск" осуществляется запуск одновибратора 68, При этом его прямой выход разрешает работу элементам 2 И 58 - 61 и подготавливает. триггеры 52 - 55, снимая с их В-входов низкий уровень, Одновременно инверсный выход одновибратора 68, на котором установился временно "0", черезэлемент 2 И 57 разрешает работу буферного элемента 63, т,е, сигналы с датчиков 42, 43, инвертируясь, запускают триггеры 52, 53 и далее протекают те же самые процессы, что и в циклическом режиме, описанном раньше. Процесс переключения обмоток и подъем бойка будут продолжаться до тех пор, пока существует имйульс на выходе одновибратора 68, т,е, если длительность этого импульса г, равна времениподьема бойка на высоту Ьчакс = 31, то работа привода при подъеме бойка протекает так же, как описано раньше, но при этом после времени ги = т привод придет в исходное состояние и после падения бойка для его следующего подъема нужно будет опять нажать кнопку 48 "Пуск" и т.д,Если же длительность импульса 7 и одновибратора меньше времени т подъема бойка на высоту и = 2 3/41, то как только окончится импульс, на прямом выходе одновибратора установится "О", который запретит работу элементов 2 И 59 - 61 и сбросит в "0" триггеры 52 - 55, а инверсный выход одновибратора 68 через элемент 2 И 57 своей "1." запрещает работу буферного элемен га 63, т.е, после окончания действия импульса происходят те же процессы, что и при нажатии кнопки "Стоп" в циклическом режиме. При работе привода в режиме единичного удара изменением длительности импульса с.одновибратора 68 с помощью потенциометра 69 можно регулировать высоту подьема бойка, э следовательно, и энергию удара,Формула изобретения Электромагнитный привод ударного действия, содер кащий электромагнитный двигатель с четырьмя обмотками, разделенными диамагнитными фланцами и соосно размещенными одна над другой на диамагнитной направляющей, внутри которой установлен с возможностью перемещения ферромагнитный боек, верхняя часть которого расположена внутои нижней обмотки, а нижняя часть бойка установлена с возмож 1745920 12ностью взаимодействия с шаботом наголовника, расположенные друг над другом в промежутке между наголовником и нижней обмоткой три датчика положения бойка, источник питания, четыре блока для питания обмоток с двумя функциональными входами "Пуск" и "Стоп" в каждом, которые подключены к выходам блока управления, содержащего кнопки "Пуск", "Стоп", два ВЯ-триггера, одновибратор, два элемента 2 И, выходы которых подключены к В-входам первого и второго В 5-триггеров, и два элемента НЕ, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения надежности за счет. исключения возможности перегрева обмоток и стабилизации моментов отключения двух верхних обмоток, он снабжен четырьмя датчиками-реле температуры обмоток, двумя датчиками положения бойка, элементом 5 И, третьим, четвертым и пятым элементами 2 И, третьим, четвертым, пятым и шестым ВЯ-триггерами, двухканальным инвертирующим буферным элементом с общим входом разрешения, двумя неинвертирующими буферными элементами с двумя входами разрешения у каждого и переключателем, причем датчики-реле температуры размещены по одному в каждой обмотке, а их выходы, являющиеся первым, вторым, .третьим и четвертым входами блока управления, подключены к одноименным входам . элемента 5 И, пятый вход которого подключен через кнопку "Стоп" к минусу источника питания, а выход связан с В-входом третьего ВЗ-триггера, Я-вход которого через первый контакт переключателя и кнопку "Пуск" подключен к минусу источника питания, прямой выход третьего триггера подключен к второму контакту переключателя, инверсный выход третьего триггера подключен к первому входу третьего элемента 2 И. к вто.рому входу которого подключен инверсный выход одновибратора, связанный через второй контакт переключателя с первыми входами первого, второго, четвертого, пятого элементов 2 И, выходы которых подключены к В-входам одноименных ВЯ-триггеров, Я- входы первого и второго триггеров подключены к выходам соответственно первого и5 второго каналов первого буферного элемента, вход разрешения которого подключен к выходу третьего элемента 2 И, Я-входы четвертого и пятого триггеров подключены к выходам соответственно второго и третьего10 буферных элементов, первые разрешающие входы которых подключены к выходу шестого триггера, а вторые входы - к выходам первого и второго элементов НЕ соответственно, вход первого элемента НЕ связан с15 вторым входом четвертого элемента 2 И, вход второго буферного элемента связан с входом второго канала первого буферного элемента, вход третьего буферного элемента связан с вторым входом первого элемен 20 та 2 И, второй вход второго элемента 2 И . подключен к инверсному выходу четвертого триггера, второй вход пятого элемента 2 И подключен к Я-входу шестого ВЗ-триггера, В-вход которого связан с Я-входом триггера25 и с выходом второго канала первого буферного элемента, причем выходы первого и второго датчиков положения, являющиеся пятым и шестым входами блока управления, подключены соответственно к входам пер 30 вого и второго каналов первого буферного элемента, выходы третьего и четвертого датчиков положения, являющиеся седьмым и восьмым входами блока управления, подключены к входам первого и второго элеЭ 5 ментов НЕ соответственно, выход пятого датчика положения, являющийся девятым входом блока управления, подключен к Я- входу шестого триггера, а прямые и инверсные выходы первого, второго, четвертого и40 пятого триггеров являются выходами блока управления и функциональными входами "Пуск" и "Стоп" соответственно второго,. первого, третьего и четвертого блоков питания обмоток,451745920 актор В.Дан ект и ГКНТ ССС Производственн Заказ 2373 ВНИИПИ оставитель А.Кадышеехред М,Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5 ский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10