RU2111847C1

RU2111847C1 - Impact-action electromagnetic machine

Info

Publication number: RU2111847C1
Application number: RU96117459A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Угаров; В.Ю. Нейман
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; impact-action machines. SUBSTANCE: machine has housing accommodating magnetic circuit with coil. Spring-loaded guide bushing with striker and return spring is arranged in magnetic circuit and is installed for axial displacement. Buffer and axle box with working tool are installed in guide bushing. Ring pole adjoins coaxially end face part of magnetic circuit at side of buffer and encloses guide bushing to provide passing of magnetic flux through striker and buffer. Cross section area of ring pole is smaller than that of magnetic circuit. Buffer is ferromagnetic. Ring pole can be made integral with magnetic circuit. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различных по назначению ударных устройств. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the construction of various purpose shock devices.

Известен электромагнитный молоток [1], содержащий корпус с рукояткой, установленные в корпусе соосно с ним электромагнит, сердечник-боек, размещенный в электромагните, рабочий инструмент и буферное устройство, выполненное в виде цилиндра, расположенного между электромагнитом и рукояткой, в котором установлен поршень со штоком. Known electromagnetic hammer [1], containing a housing with a handle mounted in the housing coaxially with an electromagnet, a core-striker located in an electromagnet, a working tool and a buffer device made in the form of a cylinder located between the electromagnet and the handle, in which a piston with stock.

Основным недостатком молотков такой конструкции является низкая удельная энергия удара за счет относительно невысокой скорости движения бойка. The main disadvantage of hammers of this design is the low specific impact energy due to the relatively low speed of the striker.

Известен также электромагнитный молоток [2], содержащий корпус, расположенный в нем рабочий инструмент, узел крепления рабочего инструмента, электромагнитный двигатель, выполненный в виде тяговой катушки с магнитопроводом и бойка, а также механизм возврата бойка, выполненный в виде подпружиненных толкателей. Also known is an electromagnetic hammer [2], comprising a housing, a working tool located therein, a mounting tool for a working tool, an electromagnetic motor made in the form of a traction coil with a magnetic circuit and a hammer, as well as a hammer return mechanism made in the form of spring-loaded pushers.

Однако недостатком известного электромагнитного молотка является также низкая удельная энергия удара за счет относительно невысокой скорости движения бойка. However, the disadvantage of the known electromagnetic hammer is also the low specific impact energy due to the relatively low speed of the striker.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитный молоток [3] , содержащий корпус с расположенной внутри тяговой катушкой, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения подпружиненную направляющую втулку с бойком с возвратной пружиной, буфером и буксой с рабочим инструментом. The closest in technical essence to the present invention is an electromagnetic hammer [3], comprising a housing with a traction coil located inside, mounted in the housing with axial movement, a spring-loaded guide sleeve with a striker with a return spring, buffer and axle box with a working tool.

К недостаткам электромагнитного молотка также следует отнести низкую удельную энергию удара за счет относительно невысокой предударной скорости бойка. The disadvantages of the electromagnetic hammer should also include low specific impact energy due to the relatively low pre-shock speed of the striker.

Энергия удара электромагнитного молотка по а. с, N 905049 может быть повышена до определенной степени за счет увеличения жесткости возвратной пружины бойка (якоря), что позволяет увеличить начальный ток трогания бойка и среднее значение тока за время его движения. С увеличением тока в цепи катушки возрастает предударная скорость якоря и его кинетическая энергия. Однако с повышением жесткости пружины увеличиваются потери, вызванные большими энергозатратами на деформацию жестких пружин в период рабочего хода. The energy of impact of an electromagnetic hammer on a. s, N 905049 can be increased to a certain extent by increasing the stiffness of the return spring of the striker (anchor), which allows to increase the initial starting current of the striker and the average current value during its movement. With increasing current in the coil circuit, the pre-shock velocity of the armature and its kinetic energy increase. However, with increasing spring stiffness, losses increase due to the large energy consumption for the deformation of the hard springs during the stroke.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в увеличении удельной энергии удара электромагнитной машины ударного действия. Поставленная задача решается тем, что электромагнитная машина ударного действия, содержащая корпус с размещенным в нем магнитопроводом с катушкой, установленную в магнитопроводе с возможностью осевого перемещения подпружиненную направляющую втулку с установленными в ней бойком с возвратной пружиной, буфером и буксой с рабочим инструментом, согласно изобретению снабжена кольцевым полюсом, выполненным с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу, примыкающим соосно к торцевой части магнитопровода со стороны буфера и охватывающим направляющую втулку для прохождения магнитного потока через боек и буфер, причем буфер выполнен ферромагнитным. The technical problem solved in the present invention is to increase the specific energy of impact of an electromagnetic impact machine. The problem is solved in that the electromagnetic percussion machine, comprising a housing with a magnetic circuit with a coil placed in it, mounted in the magnetic circuit with the possibility of axial movement of a spring-loaded guide sleeve with a striking spring with a return spring, a buffer and a axle box with a working tool, is equipped according to the invention an annular pole made with a smaller cross-sectional area with respect to the magnetic circuit, adjacent coaxially to the end of the magnetic circuit from side b fraud and covering the guide sleeve for the passage of magnetic flux through the hammer and the buffer, and the buffer is made ferromagnetic.

Для упрощения конструкции устройства целесообразно кольцевой полюс выполнять заодно с магнитопроводом. To simplify the design of the device, it is advisable to perform the annular pole at the same time with the magnetic circuit.

Такое конструктивное выполнение электромагнитной ударной машины позволяет повысить начальный ток трогания, среднее значение тока за время движения бойка и, следовательно, увеличить удельную энергию удара за счет повышения предударной скорости бойка. Such a constructive implementation of the electromagnetic impact machine allows you to increase the initial starting current, the average current during the movement of the striker and, therefore, increase the specific energy of the impact by increasing the pre-shock speed of the striker.

Характерной особенностью электромагнитных машин, в особенности работающих при относительно небольших рабочих воздушных зазорах и обладающих высокой индуктивностью цепи, является то, что время движения бойка значительно меньше времени нарастания тока в цепи обмотки до установившегося значения. Для ряда электромагнитных ударных машин данный недостаток устраняется за счет использования специальных устройств для удержания якоря, выполненных в виде механических защелок или электромагнитов (см., например, Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров, А. В. Львицын. Электромагнитные прессы. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. 215 с. или а. с. СССР N 821018. Электромагнитный пресс. Опубл. в БИ, 1981, N 14 или а. с. СССР N 1136294. Электропривод возвратно-поступательного движения. Опубл. в БИ, N 3, 1985). A characteristic feature of electromagnetic machines, especially those operating with relatively small working air gaps and having a high circuit inductance, is that the striker travel time is much shorter than the rise time of the current in the winding circuit to a steady state. For a number of electromagnetic impact machines, this drawback is eliminated through the use of special devices for holding the armature made in the form of mechanical latches or electromagnets (see, for example, N. P. Ryashentsev, G. G. Ugarov, A. V. Lvitsyn. Electromagnetic presses . - Novosibirsk: Nauka, Sib. Branch, 1989. 215 pp. Or a.s. of the USSR N 821018. Electromagnetic press.Published in BI, 1981, N 14 or a.s. of the USSR N 1136294. Electric drive back translational motion.Published in BI, N 3, 1985).

Однако применение дополнительных устройств в виде электромагнита значительно усложняет конструкцию ударной машины, требует дополнительной схемы питания, увеличивает габариты и массу. Использование механических защелок для удержания бойка вызывает дополнительный шум, а механическое взаимодействие снижает надежность подобных устройств. However, the use of additional devices in the form of an electromagnet significantly complicates the design of the percussion machine, requires an additional power circuit, increases the size and weight. The use of mechanical latches to hold the striker causes additional noise, and mechanical interaction reduces the reliability of such devices.

Увеличение начального тока трогания бойка за счет его удержания позволяет приблизить среднее значение тока за время движения к установившемуся значению тока цепи катушки, повысить среднее усилие на интервале рабочего хода бойка, его предударную скорость и как следствие удельную энергию удара. An increase in the initial starting current of the striker due to its retention makes it possible to bring the average current value during the movement closer to the steady-state value of the coil circuit current, to increase the average force in the interval of the striker’s stroke, its pre-shock speed and, as a consequence, the specific impact energy.

Сущность изобретения заключается в удержании бойка электромагнитными силами на начальном этапе его движения за счет установки кольцевого полюса и его расположения относительно магнитопровода, бойка и буфера. На начальном этапе движения бойка кольцевой полюс способствует перераспределению части основного магнитного потока, который замыкается через боковую и частично через торцевую поверхности бойка со стороны буфера, создавая тем самым усилие в нерабочем зазоре, образованном торцевыми поверхностями бойка и буфера. По мере нарастания усилия в рабочем воздушном зазоре происходит срыв бойка и ускоренное его перемещение. Жесткость возвратной пружины бойка при этом выбирается минимальной из условия обеспечения гарантированного возврата его в исходное положение, что снижает потери, связанные с дополнительными энергозатратами на деформацию возвратной пружины в период рабочего хода. The essence of the invention is to hold the striker with electromagnetic forces at the initial stage of its movement by installing the annular pole and its location relative to the magnetic circuit, striker and buffer. At the initial stage of the striker movement, the annular pole contributes to the redistribution of part of the main magnetic flux, which closes through the side and partially through the end surfaces of the striker from the buffer side, thereby creating a force in the non-working gap formed by the end surfaces of the striker and the buffer. As the effort grows in the working air gap, the striker breaks down and its movement is accelerated. The stiffness of the return spring of the striker is chosen to be the minimum one from the condition of ensuring its guaranteed return to its original position, which reduces the losses associated with additional energy consumption for the deformation of the return spring during the stroke.

На фиг. 1 представлена электромагнитная ударная машина, продольный разрез; на фиг. 2 продольный разрез электромагнитной ударной машины, соответствующей максимальной энергии удара. In FIG. 1 shows an electromagnetic impact machine, a longitudinal section; in FIG. 2 is a longitudinal section through an electromagnetic impact machine corresponding to maximum impact energy.

Машина ударного действия (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенным в нем магнитопроводом 2 и укрепленной внутри катушкой 3, направляющую втулку 4, установленную с возможностью осевого перемещения внутри магнитопровода 2 и подпружиненную относительно него пружиной 5. В направляющей втулке 4 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения боек 6 с возвратной пружиной 7. В передней части направляющей втулки 4 жестко закреплена букса 8, которая одновременно является полюсом электромагнитной машины и установлено запорное устройство 9, обеспечивающее предварительное поджатие пружины 5. В задней части направляющей втулки 4 с возможностью осевого перемещения установлен ферромагнитный буфер 10 с предварительно поджатой буферной пружиной 11, удерживаемой запорным элементом 12. Ферромагнитный буфер 10 установлен с возможностью контактирования по его максимальной площади поверхности с торцевой нерабочей частью бойка 6 Соосно к торцевой части магнитопровода 2 со стороны ферромагнитного буфера 10 жестко примыкает кольцевой полюс 13, выполненный из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу. Внутренний диаметр кольцевого полюса 13 равен внешнему диаметру направляющей втулки 4. В буксу 8 устанавливается хвостовик 14 рабочего инструмента 15, с которым взаимодействует боек 6. The impact machine (Fig. 1) comprises a housing 1 with a magnetic circuit 2 placed inside it and a coil 3 fixed inside, a guide sleeve 4 mounted axially movable inside the magnetic circuit 2 and spring loaded relative to it by a spring 5. In the guide sleeve 4, it is mounted with the possibility of return - progressive movement of the strikers 6 with a return spring 7. In the front of the guide sleeve 4, the axle box 8 is rigidly fixed, which at the same time is the pole of the electromagnetic machine and a locking device is installed o 9, providing preliminary preload spring 5. In the rear of the guide sleeve 4 with the possibility of axial movement of the ferromagnetic buffer 10 is pre-pressed buffer spring 11 held by the locking element 12. The ferromagnetic buffer 10 is installed with the possibility of contacting on its maximum surface area with an end non-working part of the striker 6 Coaxially to the end of the magnetic circuit 2 from the side of the ferromagnetic buffer 10 is rigidly adjacent to the annular pole 13 made of ferromagnetic material with a smaller cross-sectional area with respect to the magnetic circuit. The inner diameter of the annular pole 13 is equal to the outer diameter of the guide sleeve 4. In the axle box 8, the shank 14 of the working tool 15 is installed, with which the hammer 6 interacts.

Электромагнитная машина ударного действия работает следующим образом. An electromagnetic shock machine operates as follows.

При удержании ударной машины за корпус 1 (фиг. 1) магнитопровод 2 с кольцевым полюсом 13 под действием усилия пружины 5 поджат к направляющей втулке 4 со стороны ферромагнитного буфера 10, а боек 6 занимает среднее положение между торцевыми частями магнитопровода 2. При подаче импульса тока на катушку 3 боек 6 замыкает магнитный поток и остается неподвижным поскольку находится в положении магнитного равновесия. Для приведения ударной машины в рабочее положение необходимо приложить усилие к корпусу 1 путем его нажатия (фиг. 2). В результате перемещения магнитопровода 2 относительно направляющей втулки 4 в направлении буксы 8 в магнитной цепи образуется рабочий воздушный зазор и боек 6 начинает совершать возвратно-поступательные движения, нанося удары по хвостовику 14 рабочего инструмента 15. When holding the percussion machine by the housing 1 (Fig. 1), the magnetic circuit 2 with the annular pole 13 is pressed against the guide sleeve 4 by the force of the spring 5 from the side of the ferromagnetic buffer 10, and the hammer 6 occupies the middle position between the end parts of the magnetic circuit 2. When a current pulse is applied on the coil 3 of the strikers 6 closes the magnetic flux and remains stationary since it is in the position of magnetic equilibrium. To bring the percussion machine into working position, it is necessary to exert force on the housing 1 by pressing it (Fig. 2). As a result of the movement of the magnetic circuit 2 relative to the guide sleeve 4 in the direction of the axle box 8, a working air gap is formed in the magnetic circuit and the striker 6 starts to reciprocate, striking the shank 14 of the working tool 15.

Для получения максимальной энергии удара необходимо увеличить силу нажатия на корпус 1, что будет соответствовать положению магнитопровода 2 относительно направляющей втулки 4 и положению кольцевого полюса 13 относительно нерабочей части бойка 6 и ферромагнитного буфера 10, приведенному на фиг.2. При подаче импульса тока на катушку 3 поток, проходящий через магнитопровод 2, будет замыкаться через боковую и частично через торцевую нерабочую поверхности бойка 6, проходя через кольцевой полюс 13 и ферромагнитный буфер 10. В начальный момент времени нарастания импульса тока в обмотке 3 электромагнитное усилие в нерабочем зазоре, образованном плоскими торцевыми поверхностями нерабочей части бойка 6 и ферромагнитного буфера 10, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре и боек 6 стоит на месте. По мере нарастания тока в катушке 3 и потока в магнитной цепи кольцевой полюс 13 насыщается, что приводит к ослаблению роста электромагнитного усилия в нерабочем зазоре. В момент времени, когда усилие в рабочем зазоре превысит усилие удержания бойка 6, произойдет его отрыв и ускоренное перемещение в направлении хвостовика 14 рабочего инструмента 15. После нанесения удара импульс тока в катушке 3 прекращается и боек 6 совершает холостой ход под действием усилия возвратной пружины 7 в сторону ферромагнитного буфера 10, который гасит остаток кинетической энергии холостого хода бойка 6. Далее цикл повторяется. Изменение усилия нажатия на корпус 1 позволяет регулировать энергию удара электромагнитной машины в широких пределах. To obtain maximum impact energy, it is necessary to increase the pressing force on the housing 1, which will correspond to the position of the magnetic circuit 2 relative to the guide sleeve 4 and the position of the annular pole 13 relative to the inoperative part of the striker 6 and the ferromagnetic buffer 10 shown in Fig.2. When a current pulse is applied to coil 3, the flow passing through the magnetic circuit 2 will be closed through the lateral and partially through the end non-working surface of the striker 6, passing through the annular pole 13 and the ferromagnetic buffer 10. At the initial instant of the rise of the current pulse in the winding 3, the electromagnetic force the non-working gap formed by the flat end surfaces of the non-working part of the striker 6 and the ferromagnetic buffer 10 exceeds the force in the working air gap and the striker 6 is in place. As the current in the coil 3 and the flux in the magnetic circuit increase, the annular pole 13 becomes saturated, which leads to a weakening of the increase in the electromagnetic force in the inoperative gap. At a point in time when the force in the working gap exceeds the holding force of the hammer 6, it will break and accelerate in the direction of the shank 14 of the working tool 15. After striking, the current pulse in the coil 3 stops and the hammer 6 idles due to the force of the return spring 7 in the direction of the ferromagnetic buffer 10, which extinguishes the remainder of the kinetic energy of the idling of the striker 6. Next, the cycle repeats. Changing the pressing force on the housing 1 allows you to adjust the impact energy of the electromagnetic machine in a wide range.

Claims

1. An electromagnetic percussion machine, comprising a housing with a magnetic circuit with a coil placed in it, a spring-loaded guide sleeve mounted in the magnetic circuit with the possibility of axial movement, with a striking spring with a return spring, a buffer and an axle box with a working tool, characterized in that it is equipped with an annular a pole made with a smaller cross-sectional area relative to the magnetic circuit, adjacent coaxially to the end part of the magnetic circuit on the side of the buffer and covering the guide w bushing for the passage of magnetic flux through the unit, and a buffer, wherein the buffer is configured ferromagnetic.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the annular pole is made integral with the magnetic circuit.