RU2096610C1

RU2096610C1 - Electromagnetic striking mechanism

Info

Publication number: RU2096610C1
Application number: RU94044697A
Authority: RU
Inventors: А.И. Афанасьев; В.И. Саитов
Original assignee: Саитов Виль Ирхужеевич
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1997-11-20
Also published as: RU94044697A

Abstract

FIELD: rock crushing machinery. SUBSTANCE: this relates to mining and road-building machines and equipment used for crushing rock, road pavements, concrete articles, separating sludge formations from buckets, etc. Mechanism has body which accommodates induction coil. Body is covered at end sides by front and rear caps. Bores in body and cap function as guide members for armature-striker. Located in front part of armature-striker are rings made of non-magnetic material. Power supply to induction coil is effected from pulse current source. Armature-striker is made up of two parts: non-magnetic current conducting part and ferromagnetic part. This allows at passing of pulse current at initial moment to obtain maximal value of Lorentz force. After armature-striker passes half of free stroke path, it moves under action of Maxwell force. With that, Lorentz and Maxwell forces coincide in direction and this permits increase of mechanism efficiency and substantially increases energy of single strike. EFFECT: high efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области горного и дорожно-строительного машиностроения, а именно к электромагнитным ударным механизмам и может быть использовано для разрушения горных пород, дорожных покрытий, бетонных изделий, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металлов и т.п. The invention relates to the field of mining and road construction machinery, in particular to electromagnetic shock mechanisms and can be used to destroy rocks, road surfaces, concrete products, separation of sludge formations in ladles for metal casting, etc.

Известен электромагнитный ударный механизм, содержащий корпус из ферромагнитного материала, якорь-ударник, индукционную катушку, источник импульсного тока [1]
Данное техническое решение обладает недостатком, заключающимся в низком КПД и соответственно в пониженной энергии единичного удара. Это объясняется тем, что сила, втягивающая якорь-ударник (сила Максвелла), в начальный период движения, мала из-за большого рабочего зазора, что подтверждается известной закономерностью (Импульсный электромагнитный привод. Под ред. Н.П. Ряшенцева. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1988, с.163):
F = ΦJe/2δ,
где Φ магнитный поток, Вб;
J ток в индукционной катушке, А;
w число витков в индукционной катушке;
d начальный (рабочий) зазор, равный ходу якоря ударника, м.Known electromagnetic percussion mechanism, comprising a housing made of ferromagnetic material, an anchor drummer, an induction coil, a pulse current source [1]
This technical solution has the disadvantage of low efficiency and, accordingly, low energy of a single impact. This is because the force pulling in the anchor-striker (Maxwell force) in the initial period of movement is small due to the large working gap, which is confirmed by the known regularity (Pulse electromagnetic drive. Edited by N. P. Ryashentsev. Novosibirsk: IHD SB USSR Academy of Sciences, 1988, p.163):
F = ΦJe / 2δ,
where Φ is the magnetic flux, Wb;
J current in the induction coil, A;
w the number of turns in the induction coil;
d initial (working) clearance equal to the stroke of the drummer’s anchor, m

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус с наковальней, привод с электромагнитными катушками и якорь-ударник, выполненный составным по длине с чередующимися звеньями из ферромагнитного и немагнитного материала [2]
Недостатком этого механизма является низкий КПД, менее 0,5, а отсюда и сравнительно малая энергия единичного удара (Электромагнитные импульсные системы. Под ред. Н.П.Ряшенцева. Новосибирск. ИГД СО АН СССР, 1989, с. 173). Этот недостаток связан с тем, что якорь-ударник приводится в движение действием двух противоположно направленных сил: силой Лоренца, возникающей при взаимодействии изменяющегося электромагнитного поля индукционной катушки с индукционным током, наводимым этим полем в короткозамкнутых витках, и силой Максвелла, которая стремится удержать якорь-ударник в исходном положении.The closest solution in technical essence to the proposed technical solution is a device for the formation of wells in the soil, including a casing with an anvil, a drive with electromagnetic coils and an anchor-drummer, made integral along the length with alternating links of ferromagnetic and non-magnetic material [2]
The disadvantage of this mechanism is the low efficiency, less than 0.5, and hence the relatively low energy of a single impact (Electromagnetic impulse systems. Edited by N.P. Ryashentsev. Novosibirsk. IHD SB AS USSR, 1989, p. 173). This drawback is due to the fact that the anchor-striker is set in motion by the action of two oppositely directed forces: the Lorentz force arising from the interaction of the changing electromagnetic field of the induction coil with the induction current induced by this field in short-circuited turns, and the Maxwell force, which seeks to hold the anchor drummer in the starting position.

Цель изобретения повышение КПД и соответственно энергии единичного удара электромагнитного ударного механизма. The purpose of the invention is to increase the efficiency and, accordingly, the energy of a single impact of an electromagnetic impact mechanism.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из корпуса, выполненного из ферромагнитного материала, якоря-ударника, индукционной катушки и источника импульсного тока, якорь-ударник выполнен из двух частей, одна из которых, расположенная внутри индукционной катушки, длиной, равной половине длины последней, состоит из изолированных друг от друга колец, выполненных из немагнитного материала с низким электрическим сопротивлением (например, меди), а вторая часть, длиной близкой длине катушки, выполнена из ферромагнитного материала. При этом граница между магнитной и немагнитной частями якоря-ударника в исходном положении располагается ниже середины катушки на расстоянии не менее чем одна десятая часть длины катушки. This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of a body made of ferromagnetic material, an armature drummer, an induction coil and a pulse current source, the armature hammer is made of two parts, one of which is located inside the induction coil with a length equal to half the length of the latter, consists of rings isolated from each other, made of non-magnetic material with low electrical resistance (for example, copper), and the second part, with a length close to the length of the coil, is made of ferromagnet th material. In this case, the boundary between the magnetic and non-magnetic parts of the firing armature in the initial position is located below the middle of the coil at a distance of not less than one tenth of the length of the coil.

Исполнение якоря-ударника из двух частей немагнитной токопроводящей и ферромагнитной позволяет при протекании в катушке импульсного тока в начальный момент времени, когда скорость изменения магнитного потока максимальна за счет возбуждения нескольких замкнутых контуров вихревых токов в каждом из изолированных колец, получить наибольшее значение силы Лоренца, т.е. начальный импульс для приведения в движение якоря-ударника. После прохождения якорем-ударником половины пути свободного хода, он разгоняется под действием силы Максвелла. При этом все время взаимодействия якоря-ударника с магнитным полем катушки векторы сил Максвелла и Лоренца совпадают по направлению. The execution of the striking armature from two parts of non-magnetic conductive and ferromagnetic allows, when the pulse current flows in the coil at the initial time, when the rate of change of the magnetic flux is maximum due to the excitation of several closed eddy current circuits in each of the isolated rings, to obtain the largest value of the Lorentz force, t .e. initial impulse for propelling the drummer armature. After the anchor striker has traveled halfway through the freewheel, it accelerates under the influence of the Maxwell force. Moreover, all the time of the interaction of the armature-striker with the magnetic field of the coil, the vectors of the Maxwell and Lorentz forces coincide in direction.

На чертеже показано устройство электромагнитного ударного механизма. The drawing shows an electromagnetic striking device.

Механизм содержит корпус 1, в котором размещена индукционная катушка 2. Корпус 1 закрыт с торцев передней крышкой 3 и задней крышкой 4. Расточки в корпусе 1 и крышке 3 являются направляющими якоря-ударника 5. В передней части якоря-ударника 5 расположены кольца 6 из немагнитного токопроводящего материала, электрически изолированные друг от друга. В тыльной части якоря-ударника 5 расположен фланец 7, на который опирается возвратная пружина 8. Фланец 7, в свою очередь, опирается на регулировочный винт 9. В центральной расточке передней крышки 3 расположен рабочий инструмент 10, зафиксированный шпонкой 11. Питание индукционной катушки 2 осуществляется от источника импульсного тока 12. The mechanism comprises a housing 1, in which an induction coil 2 is placed. The housing 1 is closed at the ends by the front cover 3 and the rear cover 4. The bores in the housing 1 and the cover 3 are guides of the firing pin 5. In the front of the firing pin 5 are located rings 6 of non-magnetic conductive material, electrically isolated from each other. A flange 7 is located in the back of the anchor drummer 5, on which a return spring is supported 8. The flange 7, in turn, is supported by an adjusting screw 9. In the central bore of the front cover 3, there is a working tool 10 fixed by a key 11. Power supply to the induction coil 2 is carried out from a pulse current source 12.

Механизм работает следующим образом. The mechanism works as follows.

От источника импульсного тока 12 в индукционную катушку 2 подается импульсный ток. Возникающее в катушке переменное электромагнитное поле при пересечении колец 6 возбуждает в них ЭДС индукции, прямо пропорциональное скорости изменения магнитного потока. При этом в кольцах 6 под действием ЭДС возбуждается электрический ток и в соответствии с законом Лоренца возникает сила, действующая на кольца 6, передающаяся на якорь-ударник 5, выталкивая его в направлении рабочего инструмента 10. Одновременно с этим на ферромагнитную часть якоря-ударника 5 действует сила Максвелла, которая при уменьшении рабочего зазора с l_хода до 1/4 l_хода существенно возрастает и продолжает втягивать верхнюю ферромагнитную часть якоря-ударника 5 в катушку 2 и сообщать ему дополнительную кинетическую энергию, в конце рабочего хода нижняя рабочая часть ударника 5 ударяет по рабочему инструменту 10, постоянно прижатому к разрушаемой поверхности. Возврат якоря-ударника в исходное положение осуществляется пружиной 8. Далее рабочий цикл повторяется. В исходном положении верхняя плоскость токопроводящих колец 6 должна располагаться ниже геометрической поперечной оси индукционной катушки 2 на расстояние не менее одной десятой части длины катушки l_k. Регулирование исходного положения якоря-ударника 5 осуществляется регулировочным винтом 9.A pulse current is supplied from the pulse current source 12 to the induction coil 2. The alternating electromagnetic field arising in the coil when crossing the rings 6 excites an induction emf in them, which is directly proportional to the rate of change of the magnetic flux. In this case, an electric current is excited in the rings 6 under the influence of the EMF and, in accordance with the Lorentz law, a force arises that acts on the rings 6 and is transmitted to the firing pin 5, pushing it towards the working tool 10. At the same time, to the ferromagnetic part of the firing pin 5 the Maxwell force acts, which, with a decrease in the working gap from the l _stroke to 1/4 l _stroke , increases significantly and continues to draw the upper ferromagnetic part of the armature-striker 5 into coil 2 and give it additional kinetic energy, at the end of the work of the move, the lower working part of the striker 5 strikes the working tool 10, constantly pressed against the destructible surface. The return of the anchor-drummer to its original position is carried out by the spring 8. Next, the working cycle is repeated. In the initial position, the upper plane of the conductive rings 6 should be located below the geometric transverse axis of the induction coil 2 at a distance of at least one tenth of the length of the coil l _k . Regulation of the initial position of the anchor-drummer 5 is carried out by the adjusting screw 9.

Предлагаемое техническое решение позволяет, в сравнении с прототипом, существенно повысить КПД механизма и, как следствие, значительно увеличить энергию единичного удара механизма при прочих равных условиях. The proposed technical solution allows, in comparison with the prototype, to significantly increase the efficiency of the mechanism and, as a result, significantly increase the energy of a single impact of the mechanism, ceteris paribus.

Claims

An electromagnetic percussion mechanism, comprising a housing made of ferromagnetic material, an anchor drummer, an induction coil and a pulse current source, characterized in that the anchor drummer is made of two parts, one of which, located inside the induction coil, is half the length of the coil, consists of of rings made of non-magnetic material with low electrical resistance, and the second part, a length close to the length of the coil, is made of ferromagnetic material.