RU2099175C1

RU2099175C1 - Electromagnetic impact tool

Info

Publication number: RU2099175C1
Application number: RU95102728A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Нейман; Г.Г. Угаров
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1997-12-20
Also published as: RU95102728A

Abstract

FIELD: pulse processing of materials; particularly metal and tin working, roofing, cabinet work, stamping, braiding and other operations. SUBSTANCE: electromagnetic impact tool has immovable stator with excitation winding, cylindrical armature with disk portion and guide body mating the body and carrying armature retaining member. The guide body of the tool is made of ferromagnetic material and the armature retaining member is engageable with disk portion of the armature. This feature makes it possible to increase traction effort applied to the armature at the end of working stroke. EFFECT: increased specific energy of impact. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам ударного действия с электромагнитным приводом, применяемым для импульсной обработки материала, и может широко использоваться для производства слесарных, жестяных, кровельных, столярных, чеканных, а также операций клеймения и других работ. The invention relates to shock devices with an electromagnetic drive used for pulsed processing of material, and can be widely used for the production of locksmith, tin, roofing, carpentry, hammered, as well as stamping operations and other works.

Известен электромагнитный ударный инструмент, содержащий корпус с рукояткой, установленной в корпусе и подпружиненную относительно него в направлении рабочего хода подвижную рамку с бойком, размещенный в корпусе электромагнит, периодически взаимодействующий с рамкой, и цепь управления электромагнитом [1]
Недостатком этого устройства является низкая удельная энергия удара.Known electromagnetic percussion instrument, comprising a housing with a handle mounted in the housing and movable frame with a striker spring-loaded relative to it in the direction of the working stroke, an electromagnet placed in the housing, periodically interacting with the frame, and an electromagnet control circuit [1]
The disadvantage of this device is the low specific impact energy.

Известен электромагнитный пресс, содержащий установленный в станине электромагнит со статором, смонтированной в нем катушкой и якорем в виде цилиндра с плоской дисковой частью, возвратной пружиной и фиксаторами с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания [2]
К недостаткам указанного устройства необходимо отнести низкую удельную энергию удара и надежность, высокий уровень шума вследствие механического удержания якоря электромагнита.Known electromagnetic press containing an electromagnet installed in the frame with a stator, a coil and an armature mounted in it in the form of a cylinder with a flat disk part, a return spring and latches with adjusting screws to hold the armature during pulling [2]
The disadvantages of this device include low specific energy of impact and reliability, high noise level due to mechanical retention of the armature of the electromagnet.

Известен электропривод возвратно-поступательного движения для машин и механизмов ударного (импульсного) действия, содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов, снабжен, по крайней мере, одним установленным на неподвижной части двигателя удерживающим электромагнитом, полюс которого обращен к ферромагнитной торцевой части подвижного элемента, а также блоком формирования импульсов удержания [3]
Однако для указанного электропривода характерным недостатком является невысокое использование во времени активных материалов, обусловленное функционированием удерживающего электромагнита только на этапе трогания якоря, что снижает удельную энергию удара.Known electric reciprocating drive for machines and mechanisms of shock (pulse) action, containing a linear electromagnetic motor having a fixed part with windings and a ferromagnetic movable element, a control pulse generation unit connected to the windings and connected to its inputs, the pulse generator is equipped with at least one holding electromagnet mounted on the fixed part of the engine, the pole of which is facing the ferromagnetic end part of the movable element, and t as well as a holding pulse generation unit [3]
However, for the specified electric drive, a characteristic drawback is the low time use of active materials, due to the functioning of the holding electromagnet only at the stage of moving the armature, which reduces the specific energy of the impact.

Наиболее близким по назначению и технической сущности является электромагнитный привод пресса с устройством удержания якоря, содержащий цилиндрический статор с обмоткой возбуждения, примыкающий к статору направляющий корпус, выполненный из немагнитного материала, комбинированный якорь, состоящий из цилиндрической втяжной и притягивающейся дисковой части, возвратной пружины, устройства удержания якоря, расположенного в верхней части привода, представляющее собой цилиндрический электромагнит с внешним притягивающимся якорем, обмотка которого питается с помощью управляемого выпрямителя [4]
Однако известное устройство характеризуется также невысокой удельной энергией удара. Функционирование удерживающего электромагнита осуществляется только на этапе трогания якоря.The closest in purpose and technical essence is the electromagnetic drive of the press with the armature holding device, containing a cylindrical stator with a field winding, a guide body adjacent to the stator made of non-magnetic material, a combined armature consisting of a cylindrical retractable and attracting disk part, a return spring, a device holding the armature located in the upper part of the drive, which is a cylindrical electromagnet with an external attracting armature, winding which is powered by a controlled rectifier [4]
However, the known device is also characterized by a low specific impact energy. The functioning of the holding electromagnet is carried out only at the stage of moving the armature.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении удельной энергии удара электромагнитного ударного инструмента. The technical problem solved in the present invention is to increase the specific impact energy of an electromagnetic percussion instrument.

Поставленная задача решается тем, что электромагнитный ударный инструмент так же, как и прототип содержит неподвижный статор с обмоткой возбуждения, цилиндрический якорь с дисковой частью, примыкающий к статору направляющий корпус с элементом удержания якоря. Кроме того, в отличии от прототипа он снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала, а элемент удержания якоря установлен с возможностью взаимодействия с дисковой частью якоря. The problem is solved in that the electromagnetic percussion instrument, like the prototype, contains a fixed stator with an excitation winding, a cylindrical armature with a disk part, a guiding body adjacent to the stator with an armature holding element. In addition, in contrast to the prototype, it is equipped with a guide body made of ferromagnetic material, and the armature holding element is installed with the possibility of interaction with the disk part of the armature.

Дисковая часть якоря при этом расположена между торцовой частью статора и элементом удержания таким образом, что любое перемещение якоря вызывает изменение сопротивления магнитной цепи и пути замыкания потока удерживающего магнита. The disk part of the armature is located between the end part of the stator and the retention element in such a way that any movement of the armature causes a change in the resistance of the magnetic circuit and the path of closing the flow of the holding magnet.

Такое выполнение электромагнитного ударного инструмента позволяет повысить тяговое усилие на конечном участке движения якоря, а следовательно, увеличить предударную скорость якоря и энергию единичного удара. На начальном этапе трогания якоря, с целью повышения тока трогания, элемент удерживания используется для удержания якоря, а на конечном этапе движения для создания дополнительного усилия в рабочем воздушном зазоре электромагнитного двигателя. This embodiment of the electromagnetic percussion instrument allows to increase traction in the final section of the armature movement, and therefore, increase the pre-shock speed of the armature and the energy of a single impact. At the initial stage of moving the armature, in order to increase the starting current, the holding element is used to hold the armature, and at the final stage of movement to create additional force in the working air gap of the electromagnetic motor.

В данном ударном инструменте также не исключена возможность использования в качестве элемента удержания электромагнита, например броневого цилиндрического с магнитопроводом III-образного типа. In this percussion instrument, the possibility of using an electromagnet as a retention element of an electromagnet, for example, an armored cylindrical with an III-type magnetic circuit, is also possible.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электромагнитный ударный инструмент в исходном положении якоря с элементом удержания, выполненном на постоянном магните; на фиг. 2 то же в положении якоря, близком к конечному. In FIG. 1 shows the proposed electromagnetic percussion instrument in the initial position of the anchor with a holding element made on a permanent magnet; in FIG. 2 the same in the position of the anchor close to the final.

Электромагнитный ударный инструмент содержит электромагнитный двигатель 1, имеющий неподвижный статор 2 с размещенной внутри обмоткой возбуждения 3 и комбинированным якорем 4, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, установленный в торцовой части статора 2 промежуточный полюс 5, возвратную пружину 6 и боек 7. An electromagnetic percussion instrument comprises an electromagnetic motor 1 having a fixed stator 2 with an excitation winding 3 located inside and a combined armature 4 made in the form of a cylinder with a flat disk part, an intermediate pole 5 installed in the end part of the stator 2, a return spring 6 and a striker 7.

Ударный инструмент также содержит примыкающий к статору 2 направляющий корпус 8, выполненный из ферромагнитного материала, с размещенным внутри элементом удержания, состоящим из постоянного магнита 9 и удерживающего его фланца 10, соединенного при помощи резьбового соединения с регулировочной фигурной втулкой 11, зафиксирова6ной от осевого смещения упорным кольцом 12 и крышкой 13. The percussion instrument also contains a guide body 8 adjacent to the stator 2, made of ferromagnetic material, with a retaining element located inside and consisting of a permanent magnet 9 and its holding flange 10, connected by a threaded connection to the adjusting shaped sleeve 11, which is fixed against axial displacement by a thrust ring 12 and cover 13.

Удержание якоря 4 обеспечивается за счет взаимного магнитного притяжения дисковой части якоря 4, расположенной внутри направляющего корпуса 8, и постоянного магнита 9, также расположенного внутри направляющего корпуса 8. Постоянный магнит 9 и фланец 10 жестко связан между собой и ограничены от осевого смещения за счет резьбового соединения с фигурной втулкой 11 таким образом, что любое изменение координаты положения якоря 4 не изменяет первоначальное положение элемента удержания, осевое смещение которого можно изменять только при помощи поворота фигурной втулки 11. The retention of the armature 4 is ensured by the mutual magnetic attraction of the disk part of the armature 4, located inside the guide body 8, and the permanent magnet 9, also located inside the guide body 8. The permanent magnet 9 and the flange 10 are rigidly interconnected and limited from axial displacement due to the threaded connection with the figured sleeve 11 so that any change in the coordinate position of the armature 4 does not change the initial position of the holding element, the axial displacement of which can only be changed using Orochi shaped sleeve 11.

Для повышения технологичности устройства статор 2, полюс 5 и направляющий корпус 8 могут быть выполнены за одно из единого ферромагнитного материала. To improve the manufacturability of the device, the stator 2, the pole 5 and the guide housing 8 can be made for one of a single ferromagnetic material.

Электромагнитный ударный инструмент работает следующим образом. An electromagnetic percussion instrument operates as follows.

В исходном положении якорь 4 удерживается усилием F_уп под действием магнитного потока φ_уп, создаваемого постоянным магнитом 9 (фиг. 1). При подаче импульса тока на обмотку возбуждения 3 в магнитной цепи двигателя 1 возбуждается магнитный поток φ_эм под действием которого в рабочих воздушных зазорах δ₁ и δ₂ создается соответствующее усилие, действующее на якорь и равное F_эм F_б1 + F_б2. Начиная с момента времени, когда разность F F_эм F_уп станет положительной, происходит отрыв якоря 4 от элемента удержания. Поскольку усилие удержания F_уп резко уменьшается по координате χ происходит ускоренное перемещение якоря в сторону бойка 7. При подходе дисковой части якоря 4 к промежуточному полюсу 5, в момент времени, когда сопротивление воздушного зазора Rδ₂< Rδ₂, происходит перераспределение потока, созданного постоянным магнитом и изменение контура его замыкания (фиг. 2 поток φδ_2π). Следовательно, на конечном интервале перемещения в рабочем воздушном зазоре d₂ к якорю приложено усилие, вызванное действием двух составляющих магнитных потоков: φ_эм и φδ_2π, равное по величине f = φδ₂+φδ_2π. Создаваемое двигателем 1 электромагнитное усилие к моменту подхода якоря 4 к бойку 7 будет составлять F_эм= Fδ₁+Fδ₂+Fδ_2π, что позволяет повысить кинетическую энергию якоря в сравнении с известным устройством при таких же массогабаритных показателя. Это приводит к повышению удельной энергии удара электромагнитного ударного инструмента. При отключении импульса тока якорь 4 под действием отскока и усилия возрастной пружины 6 возвращается в исходное положение. Величина усилия удержания якоря 4 определяется площадью примыкания его дисковой части к устройству удержания, а также может изменяться путем установки немагнитных прокладок между дисковой частью и магнитом.In the initial position, the anchor 4 is held by the force F _UP under the action of the magnetic flux φ _UP created by the permanent magnet 9 (Fig. 1). When a current pulse is applied to the field winding 3 in the magnetic circuit of motor 1, a magnetic flux φ _{em is} excited under the action of which a corresponding force is created in the working air gaps δ ₁ and δ ₂ , acting on the armature and equal to F _em F _b1 + F _b2 . Starting from the point in time when the difference FF _em F _yn becomes positive, the anchor 4 breaks away from the holding element. Since the holding force F _yn decreases sharply along the coordinate χ, the armature accelerates toward the striker 7. When the disk part of the armature 4 approaches the intermediate pole 5, at the moment when the air gap resistance is Rδ ₂ <Rδ ₂ , the flow created by the constant magnet and a change in the circuit of its closure (Fig. 2 flux φδ _2π ). Consequently, a force is applied to the armature over a finite displacement interval in the working air gap d ₂ caused by the action of two components of magnetic fluxes: φ _em and φδ _2π , which is equal in magnitude to f = φδ ₂ + φδ _2π . The electromagnetic force created by engine 1 at the moment of anchor 4 approaching the striker 7 will be F _em = Fδ ₁ + Fδ ₂ + Fδ _2π , which allows to increase the kinetic energy of the armature in comparison with the known device with the same mass and size indicators. This leads to an increase in the specific impact energy of the electromagnetic percussion instrument. When you turn off the current pulse, the armature 4 under the action of the rebound and the efforts of the age of the spring 6 returns to its original position. The magnitude of the retention force of the anchor 4 is determined by the area of abutment of its disk part to the retention device, and can also be changed by installing non-magnetic gaskets between the disk part and the magnet.

С целью регулирования энергии удара в устройстве предусмотрена механическая регулировка при помощи фигурной втулки 11, при повороте которой по резьбовому соединению передается линейное перемещение фланцу 10 и якорю 4 в сторону уменьшения или увеличения рабочих воздушных зазоров, причем максимальный рабочий зазор соответствует максимальной энергии удара. In order to control the impact energy, the device provides mechanical adjustment with the help of a figured sleeve 11, during rotation of which a linear movement is transmitted through the threaded connection to the flange 10 and the armature 4 in the direction of decreasing or increasing the working air gaps, and the maximum working gap corresponds to the maximum impact energy.

Claims

1. An electromagnetic percussion instrument comprising a fixed stator with field winding, a cylindrical armature with a disk part, a guide body adjacent to the stator with an arm holding element and an arm return spring, characterized in that the guide body is made of ferromagnetic material, and the arm holding element is mounted with the ability to interact with the disk part of the anchor.

2. The tool according to claim 1, characterized in that the anchor retention element is made in the form of an annular permanent magnet.

3. The tool according to claim 1, characterized in that the anchor retention element is made in the form of an electromagnet.