RU2217592C2

RU2217592C2 - Electromagnetic percussion mechanism

Info

Publication number: RU2217592C2
Application number: RU2001125798/03A
Authority: RU
Inventors: А.И. Афанасьев; С.Ф. Костенчук; бцев И.М. Р; И.М. Рябцев; В.И. Саитов; А.А. Чернышов
Original assignee: ОАО "Уралтурбо"
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: mining industry, road-building machinery. SUBSTANCE: electromagnetic percussion mechanism can be employed to break rocks, to separate slime formations in metal casting ladles, to activate working tools of cutter-loaders. Mechanism includes body made of ferromagnetic material, anchor-striker comprising two parts. One part is made of ferromagnetic material, the other part comes in the form of nonmagnetic current-conducting ring. Mechanism has induction coil and pulse current source and is equipped with enclosure with cover that carries exhaust valve, rear head on which butt valve box with suction valve is positioned. Anchor-striker has longitudinal grooves made in its outer surface which are matched with axial holes in nonmagnetic current-conducting ring on which front butt pressure valve is anchored. Longitudinal grooves forming closed conduits with enclosure shut off by cover from rear butt are made in outer surface of body. EFFECT: raised functional reliability of electromagnetic percussion mechanism. 4 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, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металлов, активизации рабочих органов горных машин и т.п.The invention relates to the field of mining and road-building engineering, in particular to electromagnetic shock mechanisms, and can be used to destroy rocks, separate slurry formations in ladles for casting metals, activate working bodies of mining machines, etc.

Известно устройство для образования скважин в грунте (Электромагнитные импульсные системы. Под ред. Н.П. Ряшенцева.-Новосибирск. ИГД СО АН СССР, 1989, с. 173), включающее корпус с наковальней, привод с электромагнитными катушками и якорь-ударник, выполненный составным по длине с чередующимися звеньями из ферромагнитного и немагнитного материала.A device for the formation of wells in the soil (Electromagnetic impulse systems. Ed. By N.P. Ryashentsev.-Novosibirsk. IGD SB AS USSR, 1989, p. 173), including a housing with a hard place, a drive with electromagnetic coils and an anchor-drummer, made integral along the length with alternating links of ferromagnetic and non-magnetic material.

Данное техническое решение обладает недостатком, заключающемся в низком кпд и, соответственно, в пониженной энергии единичного удара и повышенном нагреве при работе с частотой свыше 4 Гц (авт. свид. СССР 386092, Е 02 F 5/18, 1973).This technical solution has the disadvantage of low efficiency and, consequently, a lower energy of a single impact and increased heating when working with a frequency of more than 4 Hz (ed. Certificate of the USSR 386092, E 02 F 5/18, 1973).

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электромагнитный ударный механизм (патент РФ, 2096610, кл. 6 Е 21 С 3/16, Е 02 F 5/18, 1994), который содержит корпус с размещенной в нем индукционной катушкой и якорь-ударник. В передней части якоря-ударника расположены кольца из немагнитного токопроводящего материала.The closest solution in technical essence to the proposed technical solution is an electromagnetic shock mechanism (RF patent, 2096610, CL 6 E 21 C 3/16, E 02 F 5/18, 1994), which contains a housing with an induction coil located in it and drummer anchor. In the front part of the firing anchor are rings of non-magnetic conductive material.

Недостатком этого механизма является быстрый нагрев электромагнитной системы при работе на частотах выше 4 Гц, что приводит к перегреву механизма, снижению продолжительности включения [ПВ] и, в конечном счете, к снижению надежности механизма в целом. Этот недостаток связан с тем, что из-за активного сопротивления индукционной катушки и токопроводящих колец, а также магнитного сопротивления корпуса и якоря-ударника часть электромагнитной энергии преобразуется в тепло, что и приводит к перегреву механизма в целом.The disadvantage of this mechanism is the rapid heating of the electromagnetic system when operating at frequencies above 4 Hz, which leads to overheating of the mechanism, a decrease in the on-time [PV] and, ultimately, to a decrease in the reliability of the mechanism as a whole. This drawback is due to the fact that due to the active resistance of the induction coil and conductive rings, as well as the magnetic resistance of the body and the armature-striker, part of the electromagnetic energy is converted into heat, which leads to overheating of the mechanism as a whole.

Цель изобретения - увеличение времени нагрева электромагнитной системы до допустимых пределов и, соответственно, увеличение ПВ и надежности электромагнитного ударного механизма.The purpose of the invention is to increase the heating time of the electromagnetic system to the permissible limits and, accordingly, increase the PV and the reliability of the electromagnetic shock mechanism.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из корпуса, выполненного из ферромагнитного материала, якоря-ударника, индукционной катушки, задней головки и источника импульсного тока, якорь-ударник выполнен из двух частей:This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of a housing made of ferromagnetic material, an armature drummer, an induction coil, a rear head and a source of pulse current, the armature hammer is made of two parts:

ферромагнитной и из немагнитного токопроводящего кольца. При этом на якоре-ударнике с наружной стороны, соосно с аксиальными отверстиями в токопроводящем кольце, выполнены продольные пазы, на переднем торце якоря-ударника закреплен нагнетательный клапан; на торце задней головки установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном. С наружной стороны корпуса выполнены продольные пазы, образующие с кожухом замкнутые каналы, закрытые с заднего торца крышкой с установленным на ней выпускным клапаном.ferromagnetic and non-magnetic conductive ring. At the same time, longitudinal grooves are made on the anchor-drummer from the outside, coaxially with the axial holes in the conductive ring, a discharge valve is fixed at the front end of the anchor-drummer; at the end of the rear head there is a valve box with a suction valve. On the outside of the housing, longitudinal grooves are made, forming closed channels with the casing, closed at the rear end by a lid with an exhaust valve mounted on it.

Такое исполнение ударного механизма обеспечивает циркуляцию воздуха внутри ударного механизма через якорь-ударник и токопроводящее кольцо и по наружной части корпуса. В процессе циркуляции воздух отбирает тепло, которое выделяется при работе механизма в индукционной катушке, токопроводящем кольце и в магнитопроводе.This design of the percussion mechanism provides air circulation inside the percussion mechanism through the anchor-drummer and the conductive ring and on the outside of the housing. In the process of circulation, air removes heat, which is released during the operation of the mechanism in the induction coil, the conductive ring and in the magnetic circuit.

На прилагаемых чертежах показаны: на фиг. 1 - общий вид электромагнитного ударного механизма, на фиг. 2 - разрез по А-А, на фиг. 3 - выноска II, на фиг. 4 - выноска I.The accompanying drawings show: in FIG. 1 is a general view of an electromagnetic impact mechanism; FIG. 2 is a section along AA, in FIG. 3 - callout II, in FIG. 4 - callout I.

Механизм содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором размещена индукционная катушка 2. В корпусе 1 установлены передний 3 и задний 4 полюсы. В передней части якоря-ударника 5 расположено кольцо 6 из немагнитного токопроводящего материала. С тыльной части корпус 1 закрыт задней головкой 7 с втулкой 8. В передней части корпуса 1 установлена распорная втулка 9 с втулкой 10. Втулки 8 и 10 служат направляющими для якоря-ударника 5. В передней головке 11, закрепленной на корпусе 1, установлен рабочий инструмент 12, зафиксированный стопором 13. На якоре-ударнике 5 выполнены продольные пазы 14 (фиг. 2), которые сопрягаются с аксиальными отверстиями 15 в токопроводящем кольце 6. На переднем торце этого кольца закреплен нагнетательный клапан 16, который поджимается к нему пружиной 17 (фиг. 3). На торце задней головки 7 установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном 18 (фиг. 4). На верхнем конце якоря-ударника 5 гайками 19 закреплен фланец 20, на который опирается возвратная пружина 21. Корпус 1 помещен в кожух 22, закрытый крышкой 23 с установленным на ней выпускным клапаном 24. Между задней головкой 7 и крышкой 23 установлен полый цилиндр 25. Питание индукционной катушки 2 осуществляется от источника импульсного тока 26.The mechanism comprises a housing 1 (Fig. 1), in which an induction coil 2 is placed. In the housing 1, there are front 3 and rear 4 poles. In front of the anchor-striker 5 is a ring 6 of non-magnetic conductive material. From the rear, the housing 1 is closed by a rear head 7 with a sleeve 8. In the front of the housing 1, a spacer sleeve 9 with a sleeve 10 is installed. The bushings 8 and 10 serve as guides for the anchor-drummer 5. In the front head 11 mounted on the housing 1, a working the tool 12, fixed by the stopper 13. On the anchor-striker 5 there are longitudinal grooves 14 (Fig. 2), which mate with the axial holes 15 in the conductive ring 6. At the front end of this ring, a pressure valve 16 is fixed, which is pressed against it by a spring 17 ( Fig. 3). At the end of the rear head 7, a valve box with a suction valve 18 is installed (Fig. 4). A flange 20 is fixed on the upper end of the anchor-striker 5 with nuts 19 and a return spring 21 is supported. Housing 1 is placed in a casing 22 closed by a cover 23 with an exhaust valve 24 mounted on it. A hollow cylinder 25 is installed between the rear head 7 and the cover 23. Power induction coil 2 is provided from a pulse current source 26.

Механизм работает следующим образом.The mechanism works as follows.

От источника импульсного тока 26 в индукционную катушку 2 подается импульсный ток. В катушке и в магнитопроводе, образуемом корпусом 1, полюсами 3 и 4, якорем-ударником 5, возникает переменное электромагнитное поле, которое при пересечении токопроводящего кольца 6 возбуждает в нем ЭДС индукции, которая прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. При этом в кольце 6 под действием ЭДС возбуждается электрический ток и в соответствии с законом Лоренца возникает сила, действующая на якорь-ударник 5, выталкивая его в направлении рабочего инструмента 12. Одновременно с этим на ферромагнитную часть якоря-ударника 5 действует сила Максвелла, которая при уменьшении рабочего зазора Д 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 12, постоянно прижатому к разрушаемой поверхности. Возврат якоря-ударника в исходное состояние (холостой ход) осуществляется под действием пружины 21, которая сжимается при рабочем ходе якоря-ударника. Далее рабочий цикл повторяется.A pulse current is supplied from the pulse current source 26 to the induction coil 2. In the coil and in the magnetic circuit formed by the housing 1, poles 3 and 4, the anchor-striker 5, an alternating electromagnetic field arises, which, when the conductive ring 6 intersects, induces an induction emf in it, which is directly proportional to the rate of change of the magnetic flux. In this case, an electric current is excited in the ring 6 under the influence of the EMF and, in accordance with the Lorentz law, a force arises that acts on the armature-striker 5, pushing it in the direction of the working tool 12. At the same time, the Maxwell force acts on the ferromagnetic part of the armature-striker 5, which with a decrease in the working gap, D increases significantly and continues to draw the upper ferromagnetic part of the armature-striker 5 into the coil 2 and give it additional kinetic energy. At the end of the stroke, the lower - the working part of the striker 5 strikes the working tool 12, constantly pressed against the surface to be destroyed. The return of the anchor-drummer to its original state (idle) is carried out under the action of a spring 21, which is compressed during the working stroke of the anchor-drummer. Next, the work cycle is repeated.

При рабочем ходе якоря-ударника 1 вниз объем камеры 27 увеличивается, давление в ней падает, при этом открывается всасывающий клапан 18, а нагнетательный клапан 16 закрыт, поэтому воздух из полости цилиндра 25 через всасывающий клапан 18 и канал 28 поступает в камеру 27 (фиг. 4). Одновременно с этим воздух из полости 29 через радиальные каналы 30, и 31 поступает в каналы 32 корпуса 1. Далее, проходя по кольцевому зазору между кожухом 22 и цилиндром 25 по каналам 33 и 34 через выпускной клапан 24, выбрасывается в атмосферу. При холостом ходе якоря-ударника 1 вверх всасывающий клапан 18 закрывается, а нагнетательный клапан 16 под действием повышенного давления, создаваемого в камере 27, открывается. Воздух из камеры 27 через каналы 14 и отверстия 35, клапан 18 и радиальный канал 36 (фиг. 3) поступает в полость 29. Так как объем камеры 27 многократно превышает объем полости 29, избыточный воздух, поступающий из камеры 27 в полость 29, по каналам 32, 33, 34 и через выпускной клапан 24 вытесняется в атмосферу. Таким образом обеспечивается циркуляция воздуха внутри ударного механизма через якорь-ударник и токопроводящее кольцо и по наружной части корпуса. В процессе циркуляции воздух отбирает тепло, которое выделяется при работе механизма в магнитопроводе и в токопроводящем кольце.During the working stroke of the anchor-striker 1 downward, the volume of the chamber 27 increases, the pressure in it drops, the suction valve 18 opens, and the discharge valve 16 is closed, therefore, air from the cylinder 25 through the suction valve 18 and the channel 28 enters the chamber 27 (Fig. . 4). At the same time, air from the cavity 29 through the radial channels 30, and 31 enters the channels 32 of the housing 1. Then, passing through the annular gap between the casing 22 and the cylinder 25 through the channels 33 and 34 through the exhaust valve 24, it is released into the atmosphere. When the armature of the striker 1 is idling up, the suction valve 18 closes, and the discharge valve 16 opens under the action of the increased pressure created in the chamber 27. Air from the chamber 27 through the channels 14 and openings 35, the valve 18 and the radial channel 36 (Fig. 3) enters the cavity 29. Since the volume of the chamber 27 is many times greater than the volume of the cavity 29, the excess air coming from the chamber 27 into the cavity 29 channels 32, 33, 34 and through the exhaust valve 24 is displaced into the atmosphere. This ensures the circulation of air inside the percussion mechanism through the anchor-drummer and the conductive ring and on the outside of the housing. In the process of circulation, air removes heat, which is released during the operation of the mechanism in the magnetic circuit and in the conductive ring.

Предлагаемое техническое решение позволяет в сравнении с прототипом увеличить время нагрева электромагнитной системы до допустимых пределов и, соответственно, увеличить допустимую продолжительность включения механизма и, как следствие, значительно повысить надежность электромагнитного ударного механизма.The proposed technical solution allows, in comparison with the prototype, to increase the heating time of the electromagnetic system to acceptable limits and, accordingly, to increase the allowable duration of the inclusion of the mechanism and, as a result, significantly increase the reliability of the electromagnetic shock mechanism.

Claims

An electromagnetic shock mechanism, comprising a housing made of ferromagnetic material, an anchor drummer, consisting of two parts, one of which is ferromagnetic, and the second is made in the form of a non-magnetic conductive ring, an induction coil and a pulse current source, characterized in that it is equipped with a casing with a cover, with an exhaust valve installed on it, a rear head, on the end of which a valve box with a suction valve is installed, while on the outer arm anchor there are longitudinal grooves mated to ialnymi holes in the nonmagnetic conductive ring at the front end of which is mounted a delivery valve and, on the outer side of the housing there are longitudinal grooves forming the channels with the housing closed, the closed rear end cap.