RU2226302C1

RU2226302C1 - Electromagnet

Info

Publication number: RU2226302C1
Application number: RU2002122355/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Дмитриевич Костромин (MD); Александр Дмитриевич Костромин; Н.И. Ивашков (RU); Н.И. Ивашков; В.С. Юнгеров (RU); В.С. Юнгеров
Original assignee: ООО Научно-производственное предприятие "Подъемтранссервис"
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-03-27
Also published as: RU2002122355A

Abstract

FIELD: materials-handling machines, design of electric drives of shoe brakes. SUBSTANCE: D C electromagnet has frame carrying control coil, supporting flange with immobile stop and guiding bushing made of antifriction nonmagnetic material, flange with through hole, retractable armature with rod fixed by guiding bushing with stop and guiding bushing of cover against radial movements. Adjustable rest is anchored on section of rod protruding beyond external face surface of cover, springy deformed element is installed between it and external face surface of cover, concentric with rod. Additional load from its deformation together with load on rod of armature by spring of brake ensure total load which characteristic is parallel with tangent line to static traction characteristic in end position of armature and maximum value of total load is equal to 0.8-0.9 maximum load of static traction characteristic. EFFECT: diminished time of delay of armature and reduced dynamic load with closure of brake. 2 dwg

Description

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, в частности к конструкциям электроприводов колодочных тормозов подъемно-транспортных машин и механизмов.The invention relates to hoisting-and-transport mechanical engineering, in particular, to designs of electric drives of shoe brakes of hoisting-and-transport machines and mechanisms.

Известен электромагнит постоянного тока /1/, содержащий катушку управления, размещенную в цилиндрическом корпусе с центральным стержнем, на оси которого расположена немагнитная втулка, направляющая движение штока с консольно закрепленным якорем, имеющим форму диска и образующим с внешним и внутренним полюсами корпуса два плоских рабочих зазора. Электромагнит закрепляется на одном из рычагов колодочного тормоза, а возврат якоря в исходное положение осуществляется воздействием пружины и штоком тормоза на шток электромагнита.Known DC electromagnet / 1 /, containing a control coil located in a cylindrical body with a central rod, the axis of which is a non-magnetic sleeve that guides the movement of the rod with a cantilever armature having a disk shape and forming two flat working gaps with the outer and inner poles of the housing . The electromagnet is fixed on one of the levers of the shoe brake, and the anchor is returned to its original position by the action of a spring and the brake rod on the electromagnet rod.

Недостатком этого электромагнита является крутая статическая тяговая характеристика, значительно превышающая на большей части хода якоря усилие возвратной пружины тормоза. Это вызывает увеличение массы электромагнита, а при его отключении приводит к увеличению времени задержки якоря и значительным динамическим нагрузкам при замыкании тормоза /1, 3/.The disadvantage of this electromagnet is its steep static traction characteristic, which significantly exceeds the force of the brake return spring on most of the armature travel. This causes an increase in the mass of the electromagnet, and when it is disconnected, it leads to an increase in the delay time of the armature and significant dynamic loads when the brake closes / 1, 3 /.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электромагнит /2, 3/ постоянного тока, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом и направляющей втулкой из антифрикционного немагнитного материала, фланец с проходным отверстием, втяжной якорь со штоком, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа и направляющей втулкой крышки. Электромагнит закрепляется на одном из рычагов колодочного тормоза, а возврат якоря в исходное положение осуществляется воздействием пружины и штока тормоза на шток электромагнита.The closest technical solution, selected as a prototype, is an electromagnet / 2, 3 / DC, containing a housing with a control coil located in it, a support flange with a fixed stop and a guide sleeve of antifriction non-magnetic material, a flange with a through hole, a retractor anchor with a rod fixed from radial movements by the stop guide sleeve and the cover guide sleeve. The electromagnet is fixed on one of the levers of the shoe brake, and the anchor is returned to its original position by the action of a spring and the brake rod on the electromagnet rod.

Недостаток конструкции электромагнита, выбранного в качестве прототипа, заключается в том, что его статическая тяговая характеристика, начиная с зазоров между стопом и якорем, равных 0,2-0,3 величины номинального хода якоря, значительно превышает усилие возвратной пружины тормоза. Это приводит при отключении электромагнита к увеличению времени задержки якоря и существенным динамическим нагрузкам при замыкании тормоза /1, 3/.The disadvantage of the design of the electromagnet selected as a prototype is that its static traction characteristic, starting with clearances between the stop and the armature equal to 0.2-0.3 of the nominal arm travel, significantly exceeds the force of the brake return spring. This, when the electromagnet is switched off, leads to an increase in the delay time of the armature and significant dynamic loads when the brake closes / 1, 3 /.

Предлагается электромагнит постоянного тока, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом и направляющей втулкой из антифрикционного немагнитного материала, фланец с проходным отверстием, втяжной якорь со штоком, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа и направляющей втулкой крышки, при этом на выступающем над наружной поверхностью крышки участке штока закреплен регулируемый упор, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки концентрично со штоком установлен упругий деформируемый элемент, дополнительная нагрузка (F_у) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_у), характеристика которой параллельна касательной статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9F_{2 макс}.A DC electromagnet is proposed, comprising a housing with a control coil located in it, a support flange with a fixed stop and a guide sleeve made of antifriction non-magnetic material, a flange with a through hole, a retractor arm with a rod fixed from radial movements by the stop guide sleeve and the cover guide sleeve, this, an adjustable stop is fixed on the stem section protruding above the outer surface of the lid, and concentrically with the rod between it and the outer end surface of the lid ohm installed resilient deformable member, the additional load (F _v) of the deformation which together with the load (F ₁₎ on the piston rod of the spring brake provide the overall load (F ₁ + F _y), the characteristic of which is parallel to the tangent static traction characteristic (F ₂₎ of the electromagnet in the final position of the anchor, and the maximum value of the total load (F _1max + F _{y max} ) = 0.8-0.9F _{2 max} .

Предлагаемый электромагнит отличается от прототипа тем, что на выступающем над наружной торцевой поверхностью крышки участке штока закреплен регулируемый упор, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки концентрично со штоком установлен упругий деформируемый элемент, дополнительная нагрузка (F_У) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_У), характеристика которой параллельна касательной к статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9F_{2 макс}.The proposed electromagnet differs from the prototype in that an adjustable stop is fixed on the stem portion protruding above the outer end surface of the cover, and an elastic deformable element is installed concentrically with the rod between the cover and the outer end surface of the cover, the additional load (F _U ) from deformation of which together with the load ( F ₁ ) on the rod from the spring of the brake provide a total load (F ₁ + F _Y ), the characteristic of which is parallel to the tangent to the static traction characteristic (F ₂ ) of the electromagnet in the final position anchor, and the maximum value of the total load (F _1max + F _{y max} ) = 0.8-0.9F _{2 max} .

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает значительное увеличение усилия, противодействующего тяговому усилию в конце хода якоря, что приводит при отключении катушки управления к соответствующему уменьшению времени задержки якоря и увеличению тока, при котором начинается отход якоря. Увеличение тока в катушке управления при обратном ходе якоря создает дополнительное электромагнитное демпфирование якоря и уменьшает динамические нагрузки при замыкании тормоза.Compared with the prototype, the proposed device provides a significant increase in the force that counteracts the pulling force at the end of the armature stroke, which, when the control coil is disconnected, leads to a corresponding decrease in the armature delay time and an increase in the current at which armature retreat begins. An increase in the current in the control coil during the return stroke of the armature creates an additional electromagnetic damping of the armature and reduces dynamic loads when the brake closes.

Сравнение заявляемого решения с другими известными решениями в данной области позволило выявить, что у заявляемого устройства появились новые свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “существенные отличия”.Comparison of the claimed solutions with other known solutions in this field revealed that the claimed device has new properties that do not match the properties of the known technical solutions, which allows us to conclude that it meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан разрез электромагнита, катушка управления выключена; на фиг.2 представлены: статическая тяговая характеристика электромагнита (F₂/F_Н), механическая характеристика пружинной нагрузки тормоза на шток якоря (F₁/F_Н), характеристика дополнительной нагрузки на шток якоря от упругого демпфируемого элемента (F_У/F_Н), характеристика общей нагрузки (F₁+ F_У)/F_Н в функции хода якоря (δ/δ_н), где F_Н и δ_Н - соответственно номинальные тяговое усилие электромагнита и ход якоря.Figure 1 shows a section of an electromagnet, the control coil is turned off; figure 2 presents: the static traction characteristic of the electromagnet (F ₂ / F _N ), the mechanical characteristic of the spring load of the brake on the armature rod (F ₁ / F _N ), the characteristic of the additional load on the armature rod from the elastic damped element (F _U / F _N ), the characteristic of the total load (F ₁ + F _У ) / F _Н as a function of the armature travel (δ / δ _н ), where F _Н and δ _Н are the nominal traction force of the electromagnet and the armature stroke, respectively.

Электромагнит постоянного тока содержит корпус 1 с расположенной в нем катушкой управления 2, опорный фланец 3 с неподвижным стопом 4 и направляющей втулкой 5 из антифрикционного немагнитного материала, фланец 6 с проходным отверстием, втяжной якорь 7 со штоком 8, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа 4 и направляющей втулкой 9 крышки 10, при этом на выступающем над наружной торцевой поверхностью крышки 10 участке штока 8 закреплен регулируемый упор 11, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки 10 концентрично со штоком 8 установлен упругий деформируемый элемент 12, дополнительная нагрузка (F_У) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток 8 от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_Н), характеристика которой параллельна касательной к статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря 7, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс + F_yмакс)=0,8-0,9 F_2макс.The DC electromagnet comprises a housing 1 with a control coil 2 located therein, a support flange 3 with a fixed stop 4 and a guide sleeve 5 of antifriction non-magnetic material, a flange 6 with a through hole, a retractor anchor 7 with a rod 8, fixed by the stop guide bush from radial movements 4 and the guide sleeve 9 of the cover 10, while an adjustable stop 11 is fixed on the portion of the rod 8 protruding above the outer end surface of the cover 10, and a concentrator is fixed between it and the outer end surface of the cover 10 Otherwise, with the rod 8, an elastic deformable element 12 is installed, the additional load (F _U ) from deformation of which together with the load (F ₁ ) on the rod 8 from the brake spring provides a total load (F ₁ + F _N ), the characteristic of which is parallel to the tangent to the static traction characteristic (F ₂ ) of the electromagnet in the final position of the armature 7, and the maximum value of the total load (F _1max + F _ymax ) = 0.8-0.9 F _2max .

Электромагнит работает следующим образом. При включении катушки управления 2 на якорь 7 начинают действовать электромагнитные силы. С момента, когда равнодействующая осевых составляющих электромагнитных сил преодолеет силы трения и нагрузку от пружины тормоза (F₁) на шток 8, начинается втягивание якоря 7 со штоком 8, связанным с приводом тормоза. Когда зазор между якорем 7 и стопом 4 уменьшится до значения δ_У=l_K-l_y, начинает деформироваться упругий элемент 12 и, в следствии этого, через упор 11 на шток 8 начинает действовать дополнительная нагрузка (F_У). В конечном положении якоря 7, когда деформация упругого элемента 12 Δl_y=δ_y, общая нагрузка на шток 8 от пружины тормоза и упругого элемента 12 достигает своего максимального значения (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9 F_{2 макс}. Достигнутое значительное увеличение нагрузки, противодействующей тяговому усилию в конце хода якоря 7 обеспечивает при отключении катушки управления 2 соответствующее уменьшение времени задержки якоря 7 и увеличение тока в катушке 2, при котором начинается отход якоря 7. Увеличение тока в катушке 2 при обратном ходе якоря 7 создает условия соответствующего дополнительного электромагнитного демпфирования якоря 7 и уменьшения динамических нагрузок при замыкании тормоза.The electromagnet operates as follows. When you turn on the control coil 2 to the anchor 7 begin to act electromagnetic forces. From the moment when the resultant of the axial components of the electromagnetic forces overcomes the friction forces and the load from the brake spring (F ₁ ) on the rod 8, the retraction of the armature 7 with the rod 8 connected to the brake drive begins. When the gap between the armature 7 and the stop 4 is reduced to a value δ _Y = l _K -l _y , the elastic element 12 begins to deform and, as a result, an additional load (F _Y ) begins to act on the rod 8 through the stop 11. In the final position of the armature 7, when the deformation of the elastic element 12 Δl _y = δ _y , the total load on the rod 8 from the brake spring and the elastic element 12 reaches its maximum value (F _1max + F _{y max} ) = 0.8-0.9 F _{2 max} Achieved a significant increase in the load that counteracts the pulling force at the end of the armature 7 travel provides, when the control coil 2 is switched off, a corresponding decrease in the delay time of the armature 7 and an increase in the current in the coil 2, at which the armature 7 begins to move. An increase in the current in the coil 2 during the reverse motion of the armature 7 creates the conditions of the corresponding additional electromagnetic damping of the armature 7 and the reduction of dynamic loads when the brake is closed.

В предлагаемой конструкции упругий деформируемый элемент 12 выполнен набором тарельчатых пружин или изготавливается из применяемых для изготовления буферных устройств сортов резины или полиуретана. Оптимальным вариантом выполнения предлагаемого устройства является вариант электромагнита со схемой, в которой предусмотрено закорачивание обмотки катушки 2 при ее отключении.In the proposed design, the elastic deformable element 12 is made of a set of Belleville springs or is made of rubber or polyurethane grades used for the manufacture of buffer devices. The optimal embodiment of the proposed device is the option of an electromagnet with a circuit, which provides for the short-circuiting of the coil of coil 2 when it is turned off.

Примером такого варианта является электромагнит со встроенным выпрямителем (диодным мостом). В данном варианте отключение электромагнита осуществляется разрывом цепи переменного тока на входе выпрямителя, при этом автоматически обеспечивается закорачивание обмотки катушки 2 при отключении электромагнита.An example of this option is an electromagnet with a built-in rectifier (diode bridge). In this embodiment, the electromagnet is turned off by breaking the AC circuit at the input of the rectifier, while the winding of the coil 2 is automatically shorted when the electromagnet is turned off.

Технические параметры оптимального варианта выполнения предлагаемого устройства и его характеристики получены при проведении сравнительных испытаний. В качестве прототипа принят электромагнит МПТ-317 /2, 3/ со статической тяговой характеристикой, близкой к характеристике F₂/F_Н, представленной на фиг.2 δ_Н=6 мм, F_Н=2300 Н, F₂ _max=3900 Н). Предлагаемая конструкция отличается от прототипа тем, что в соответствии с изобретением на штоке 8 закреплен регулируемый упор 11, а между ним и крышкой 10 концентрично со штоком 8 установлен упругий деформируемый элемент 12, состоящий из четырех шайб толщиной 3 мм (l_У=12 мм) из резины средней твердости. Жесткость упругого деформируемого элемента 12 с=800 Н/мм.Technical parameters of the optimal embodiment of the proposed device and its characteristics were obtained during comparative tests. As a prototype, an electromagnet MPT-317/2, 3 / with a static traction characteristic close to the characteristic F ₂ / F _N shown in Fig. 2 δ _H = 6 mm, F _N = 2300 N, F ₂ _max = 3900 N ) The proposed design differs from the prototype in that, in accordance with the invention, an adjustable stop 11 is fixed on the rod 8, and an elastic deformable element 12 consisting of four washers with a thickness of 3 mm (l _Y = 12 mm) is mounted concentrically with the rod 8 made of medium hard rubber. The stiffness of the elastic deformable element is 12 s = 800 N / mm.

Для максимальной пружинной нагрузки на шток 8 якоря 7 от испытательного стенда, имитирующего тормоз (F₁=2000Н, F_{1 макс}=2300Н) l_к=16,5 мм, Δl_y=δ_Н-(l_К-l_y)=1,5 мм, F_{y макс}=c.Δl_y=1200Н, (F_{y макс}+F_{1 макс})=3500Н=0,89 F_{2 макс}.For the maximum spring load on the rod 8 of the armature 7 from the test bench simulating the brake (F ₁ = 2000Н, F _{1 max} = 2300Н) l _к = 16.5 mm, Δl _y = δ _Н - (l _К -l _y ) = 1 , 5 mm, F _{y max} = c.Δl _y = 1200Н, (F _{y max} + F _{1 max} ) = 3500 Н = 0,89 F _{2 max} .

Для нижнего значения нагрузки на шток 8 от испытательного стенда (F₁=1200H, F_{y макс}=1500Н) l_к=15,5 мм, Δl_y=2,5 мм, F_{y макс}=2000Н, (F_{y макс}+F_{1 макс})=3500Н.For the lower value of the load on the rod 8 from the test bench (F ₁ = 1200H, F _{y max} = 1500N) l _k = 15.5 mm, Δl _y = 2.5 mm, F _{y max} = 2000 N, (F _{y max} + F _{1 max} ) = 3500N.

Регулировка упора 11 обеспечивает наладку размера l_к с учетом фактических размеров узлов и деталей электромагнита и заданной нагрузки пружины стенда (тормоза).Adjusting the stop 11 provides adjustment of the size l _to taking into account the actual dimensions of the nodes and parts of the electromagnet and the specified load of the spring of the stand (brake).

По итогам сравнительных испытаний в указанном диапазоне пружинной нагрузки стенда (тормоза) установлено, что оптимальный вариант предлагаемого устройства обеспечивает при отключении электромагнита уменьшение времени задержки якоря (t_зв) в 3-4 раза, увеличение тока начала отхода якоря в 2,4-5,0 раза, увеличение времени движения при обратном ходе якоря (t_дв) в 1,3-1,6 раза, уменьшение времени возврата якоря t_в=t_зв+t_дв в 1,32-1,6 раза, уменьшение энергии удара при замыкании тормоза в 1,5-2,5 раза.According to the results of comparative tests in the specified range of the spring load of the stand (brake), it was found that the optimal version of the proposed device provides when the electromagnet is turned off, the armature delay time (t _sound ) is reduced by 3-4 times, the current of the beginning of anchor departure is increased by 2.4-5, 0 times, an increase in the time of movement during the reverse course of the armature (t _dv ) by 1.3-1.6 times, a decrease in the time of return of the armature t _in = t _sv + t _{dv by} 1.32-1.6 times, a decrease in the impact energy at brake closure 1.5-2.5 times.

Таким образом экспериментально установлено, что предлагаемая конструкция обеспечивает электромагнитное демпфирование отхода якоря при отключении электромагнита разрывом цепи переменного тока на входе выпрямителя (диодного моста), питающего катушку управления, уменьшает время задержки якоря в 3-4 раза и снижает динамические нагрузки при замыкании тормоза в 1,5-2,5 раза.Thus, it was experimentally established that the proposed design provides electromagnetic damping of the armature departure when the electromagnet is disconnected by breaking the AC circuit at the input of the rectifier (diode bridge) supplying the control coil, reduces the armature delay time by 3-4 times and reduces the dynamic load when the brake is closed by 1 5-2.5 times.

Источники информацииSources of information

1. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. - М.: Машгиз, 1976, с.48-54, 143-149, 177-180.1. Alexandrov M.P. Brakes of hoisting machines. - M .: Mashgiz, 1976, p. 48-54, 143-149, 177-180.

2. Патент России №2082243, кл. МПК Н 01 F 7/08, 7/13, 7/16, 17.05.95.2. Patent of Russia No. 2082243, cl. IPC H 01 F 7/08, 7/13, 7/16, 05/17/95.

3. Костромин А.Д., Надеев А.Ф. Комплексное решение проблем электропривода колодочных тормозов ТКП 100, 200/100, 200, 300/200, 300. - Подъемно-транспортное дело, 1997, №1, с.22-25.3. Kostromin A.D., Nadeev A.F. A comprehensive solution to the problems of electric drive shoe brakes TKP 100, 200/100, 200, 300/200, 300. - Hoisting and transport business, 1997, No. 1, p.22-25.

Claims

A DC electromagnet comprising a housing with a control coil located therein, a support flange with a fixed stop and a guide sleeve made of antifriction non-magnetic material, a flange with a through hole, a retractor arm with a rod fixed from radial movements by the stop guide sleeve and the cover guide sleeve, characterized in that an adjustable stop is fixed on the portion of the rod protruding above the outer end surface of the cap, and a concentric is fixed between it and the outer end surface of the cap on to the rod is mounted a resilient deformable member, the additional load (F _y) of the deformation which together with the load (F ₁₎ on the piston rod of the spring brake allows the overall load (F ₁ + F _y), which characteristic is parallel to the tangent to the static traction (F ₂ ) the electromagnet in the final position of the armature, and the maximum value of the total load (F _{1 max} + F _{y max} ) is 0.8-0.9 F _{2 max.} .