RU2282029C2

RU2282029C2 - Electric hammer

Info

Publication number: RU2282029C2
Application number: RU2004128361/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Петрович Малахов (RU); Алексей Петрович Малахов; Владимир Николаевич Аносов (RU); Владимир Николаевич Аносов; Михаил Владимирович Глазырин (RU); Михаил Владимирович Глазырин
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-08-20
Also published as: RU2004128361A

Abstract

FIELD: mining and building, particularly to drive heavy metal or reinforced concrete piles.

SUBSTANCE: electric hammer comprises cylindrical body with three-phase winding located on inner body surface and tubular striking rotor slidably arranged in the body. The striking rotor is provided with excitation coils and short-circuited current-conducting rings located on outer striking rotor surface at poles thereof. The electric hammer has set-on weight installed on cylindrical surface thereof and connected to the surface and comprises striking rotor position sensors. Electric hammer has movable anvil block having case sealed to lower, inner part of cylindrical hammer body. The anvil block comprises damping chamber. High-pressure air chamber is defined by striking rotor cavities and cylindrical hammer body over the striking rotor and is connected to compressor by pipeline provided with check valve. Damping chamber of anvil block is communicated with ambient space through high-pressure safety valve, which in turn is linked to compressor through check valve. Lower part of anvil block has air-tightly installed cylindrical transmission power plate supported by anvil block case. Electric hammer also has power supply system, which controls three-phase winding of cylindrical body, and striking rotor excitation system.

EFFECT: increased reliability, improved electric hammer actuation and operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано при забивке тяжелых металлических труб-свай в морское дно при возведении морских стационарных нефтяных платформ или в качестве исполнительного элемента сверхмощных импульсных сейсмоисточников при сейсморазведочных работах на нефть и газ.The invention relates to the mining and construction industries and can be used for driving heavy metal pipe-piles into the seabed during the construction of offshore stationary oil platforms or as an actuating element for heavy duty pulsed seismic sources during oil and gas seismic surveys.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромолот, являющийся прототипом, который содержит корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью герметического перемещения установлен пустотелый якорь-боек с катушками возбуждения, камера повышенного давления воздуха, шабот, корпус которого герметично связан с корпусом электромолота, систему электропитания и управления трехфазной обмоткой корпуса и систему возбуждения якоря-бойка [А.С. №58669].Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is an electric hammer, which is a prototype, which contains a three-phase winding casing on its inner surface, in which a hollow anchor-striker with excitation coils, an increased air pressure chamber, dampers, are installed with the possibility of hermetic movement the casing of which is hermetically connected to the casing of the electric hammer, the power supply and control system of the three-phase winding of the casing, and the excitation system of the anchor-striker [A.S. No. 58669].

Недостатком такого устройства является низкая надежность, плохие условия пуска и плохая управляемость.The disadvantage of this device is the low reliability, poor starting conditions and poor handling.

Задачей изобретения является повышение надежности, улучшение условий пуска и улучшение управляемости электромолота.The objective of the invention is to increase reliability, improve start-up conditions and improve the controllability of the electric hammer.

Указанная задача достигается тем, что электромолот, содержащий корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью герметичного перемещения установлен пустотелый якорь-боек с катушками возбуждения, камеру повышенного давления воздуха, образованную полостями якоря-бойка и корпусом электромолота над якорем-бойком, шабот, корпус которого герметично связан с корпусом электромолота, систему электропитания и управления трехфазной обмоткой корпуса и систему возбуждения якоря-бойка, корпус электромолота выполнен цилиндрическим, а якорь-боек трубчатым, монолитным в нижней части короткозамкнутыми токопроводящими кольцами в его полюсах по внешней его поверхности, электромолот снабжен установленной на его цилиндрическом корпусе и связанной с ним пригрузочной массой, датчиками положений якоря-бойка, а шабот выполнен с амортизационной камерой в его нижней части, при этом камера повышенного давления воздуха связана трубопроводом с обратным клапаном с компрессором, корпус шабота герметично связан с нижней, внутренней частью цилиндрического корпуса электромолота и установлен с возможностью перемещения относительно нее, при этом амортизационная камера шабота связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления, который, в свою очередь, связан компрессором через обратный клапан, а амортизационная камера шабота в нижней ее части имеет опертую на корпус шабота цилиндрическую передаточную силовую пластину, установленную герметично относительно корпуса шабота.This task is achieved in that the electric hammer containing a three-phase winding casing on its inner surface, in which, with the possibility of hermetic movement, a hollow firing pin with excitation coils is installed, an increased air pressure chamber formed by cavities of the firing pin and the casing of the electric hammer above the firing pin , a shabot, the case of which is hermetically connected with the case of the electric hammer, the power supply and control system of the three-phase winding of the case and the excitation system of the anchor-striker, the case of the electric hammer it is filled with a cylindrical, and the anchor-striker is tubular, monolithic in the lower part with short-circuited conductive rings in its poles on its outer surface, the electric hammer is equipped with a loading mass mounted on its cylindrical body and associated with it, position indicators of the anchor-striker, and the scaffold is made with a shock absorber in its lower part, while the chamber of increased air pressure is connected by a pipeline with a non-return valve with a compressor, the housing of the Shabot is hermetically connected with the lower, inner part of the cylindrical the housing of the electric hammer and is installed with the possibility of movement relative to it, while the shock-absorbing chamber of the Shabot is connected to the external environment through a high-pressure safety valve, which, in turn, is connected by the compressor through the check valve, and the shock-absorbing chamber of the Shabot in its lower part has a Shabot supported on the housing a cylindrical transmission power plate mounted hermetically with respect to the housing.

На чертеже изображен предлагаемый электромолот с исполнительным органом в виде линейного синхронного двигателя.The drawing shows the proposed electric hammer with an executive body in the form of a linear synchronous motor.

Электромолот состоит из цилиндрического корпуса 1 с трехфазной обмоткой 2. В цилиндрическом корпусе электромолота с возможностью герметичного перемещения установлен трубчатый 3, монолитный в нижней части 4 якорь-боек с катушками возбуждения 5 и короткозамкнутыми токопроводящими кольцами 6 в его полюсах. Катушки возбуждения и короткозамкнутые токопроводящие кольца на чертеже изображены одной штриховой линией по внешней поверхности якоря-бойка. В камере повышенного давления 14 электромолота введены датчики верхнего 7 и нижнего 8 положений якоря-бойка. Система частотно-регулируемого электропитания (на чертеже не показана) подключена к трехфазному вводному устройству 9. Питание катушек возбуждения 5 подается гибкими проводами от зажимов 10. Регулируемая система питания катушек возбуждения якоря-бойка на чертеже также не показана. В верхней части электромолота показана пригрузочная масса 11, связанная с цилиндрическим корпусом электромолота. В электромолот введена камера 14 повышенного давления воздуха, образованная верхней камерой 13 якоря-бойка и камерой 14 цилиндрического корпуса электромолота. Эти камеры связаны трубопроводом 15 через обратный клапан 16 с компрессором (компрессор на чертеже не показан). Нижняя часть цилиндрического корпуса электромолота 17 через амортизирующие прокладки 18 установлена на корпус шабота 19. Верхняя часть шабота установлена внутрь нижней части цилиндрического корпуса электромолота 17 с возможностью герметичного перемещения относительно него. Амортизационная камера шабота 20 связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления 21, который, в свою очередь, связан с компрессором (на чертеже не показан) через обратный клапан 22, а амортизационная камера 20 в нижней части имеет передаточную силовую пластину 23, установленную герметично относительно корпуса шабота 19, опертую на его корпус и на обрабатываемый объект (сваю, негабарит, излучающую плиту). Шабот в нижней части имеет направляющую 24 и трубопровод 25, а между якорем-бойком 3 и шаботом 19 выполнена вакуумная камера 26.The electric hammer consists of a cylindrical body 1 with a three-phase winding 2. In the cylindrical body of the electric hammer with the possibility of hermetic movement, a tubular 3 is installed, monolithic in the lower part 4 of the anchor-striker with excitation coils 5 and short-circuited conductive rings 6 in its poles. Excitation coils and short-circuited conductive rings in the drawing are shown by one dashed line along the outer surface of the striker. In the high-pressure chamber 14 of the electric hammer, sensors of the upper 7 and lower 8 positions of the striking armature are introduced. A frequency-controlled power supply system (not shown in the drawing) is connected to a three-phase input device 9. Power supply to the excitation coils 5 is supplied by flexible wires from the clamps 10. An adjustable power supply system of the excitation coils of the armature-striker is also not shown in the drawing. In the upper part of the electric hammer, a loading mass 11 is shown connected with the cylindrical body of the electric hammer. A chamber 14 of increased air pressure is introduced into the electric hammer, formed by the upper chamber 13 of the anchor-striker and the chamber 14 of the cylindrical body of the electric hammer. These chambers are connected by a pipe 15 through a non-return valve 16 to a compressor (the compressor is not shown in the drawing). The lower part of the cylindrical body of the electric hammer 17 through the shock absorbing pads 18 is mounted on the housing of the Shabot 19. The upper part of the shabot is installed inside the bottom of the cylindrical body of the electric hammer 17 with the possibility of tight movement relative to it. The shock-absorbing chamber Schabot 20 is connected to the external environment through a high-pressure safety valve 21, which, in turn, is connected to the compressor (not shown in the drawing) through a check valve 22, and the shock-absorbing chamber 20 in the lower part has a transfer power plate 23 installed tightly relative to the body, the Shabot 19, supported on its body and on the workpiece (pile, oversized, radiating plate). The Schabot at the bottom has a guide 24 and a pipe 25, and between the anchor-striker 3 and the Shabot 19 a vacuum chamber 26 is made.

Устройство работает следующим образом. Вначале электромолот шаботом 19 его нижней частью устанавливается передаточной силовой пластиной 23 с помощью направляющей 24 на забиваемую сваю. Компрессором через обратный клапан 22 и трубопровод 25 в амортизационную камеру 20 подается сжатый воздух повышенного давления. Этим повышенным давлением весь электромолот поднимается над сваей на величину хода амортизационной камеры 20. Эта операция выполняется для исключения разрушения верхнего конца сваи при ее забивке. Затем от компрессора через обратный клапан 16 и трубопровод 15 в камеры 13, 14 якоря-бойка и верхней части цилиндрического корпуса электромолота также подается воздух повышенного давления. Давление в камерах 13 и 14 выбирается таким, чтобы оно создавало усилие на сечение якоря-бойка 3, меньшее усилия, равного весу цилиндрического корпуса электромолота и весу пригрузочной массы 11. Затем подается трехфазное переменное напряжение на трехфазное вводное устройство 9, производится частотный асинхронный пуск синхронного двигателя. При достижении заданной скорости якорем-бойком 3 в соответствии с выражением v_синхр=2τf, где: τ - полюсное деление (м), f - частота тока питания статора 2 (Гц), подается возбуждение постоянного тока на зажимы 10 в полюсные обмотки якоря-бойка и он с заданной синхронной скоростью поднимается вверх. При подходе якоря-бойка к датчику верхнего положения 7 одновременно отключается возбуждение постоянного тока с зажимов 10 и питание переменной частоты с зажимов трехфазного вводного устройства 9. Якорь-боек 3 силой своей тяжести и силой повышенного давления камер 13, 14 тормозится и затем интенсивно разгоняется в обратном направлении и наносит удар по шаботу 19, который воздействует на забиваемую сваю через амортизационную камеру 20, на силовую передающую пластину 23, лежащую на верхнем конце сваи в момент удара, интегрируя ударный импульс во времени, предохраняя ее от разрушения. Длительность ударного импульса и его амплитуда связаны соотношением:

, где t - длительность ударного импульса (с), F - сила ударного импульса (Н), m - масса якоря-бойка, v - предударная скорость якоря-бойка. Сила и длительность удара рассчитываются исходя из необходимых значений для забивки свай и может подбираться величиной свободного хода шабота 19 и давления воздуха в амортизационной камере 20. При проходе верхнего торца якоря-бойка через датчик нижнего его положения 8, через некоторое время задержки, чтобы использовать отскок якоря-бойка от сваи, вновь включается переменное напряжение на статоре 2 и подается возбуждение на якорь-боек с зажимов 10. Использование эффекта отскока значительно облегчает процессы пуска электромолота. Обычно скорость отскока составляет 15-20% ударной скорости, которая практически равна скорости подъема якоря-бойка в верхнее положение, что исключает тяжелые пусковые процессы после каждого удара и значительно повышает КПД рабочего процесса электромолота. На этой синхронной скорости якорь-боек взводится вверх и цикл работы повторяется. Этот КПД в предлагаемом изобретении достигает величин 0,9-0,95, практически таких же, как и в обычных вращательных синхронных машинах против КПД прототипа, не превышающего 0,6-0,65. Введение амортизационной камеры улучшает надежность работы электромолота и не разрушает забиваемую сваю, введение короткозамкнутых колец на полюсах якоря-бойка улучшает его условия пуска, а введение датчиков положения значительно улучшает управляемость электромолота при любых условиях забивки, т.е. поставленная задача в предлагаемой конструкции полностью выполняется.The device operates as follows. Initially, the electric hammer with a shabot 19, its lower part, is installed by the transmission power plate 23 with the help of the guide 24 on the driven pile. The compressor through the check valve 22 and the pipe 25 in the shock-absorbing chamber 20 is supplied with compressed air of high pressure. With this increased pressure, the entire electric hammer rises above the pile by the amount of travel of the cushioning chamber 20. This operation is performed to prevent destruction of the upper end of the pile when it is driven. Then from the compressor through the non-return valve 16 and the pipe 15 in the chambers 13, 14 of the anchor-striker and the upper part of the cylindrical body of the electric hammer, high pressure air is also supplied. The pressure in the chambers 13 and 14 is selected so that it creates a force on the cross section of the anchor-striker 3, less than the force equal to the weight of the cylindrical body of the electric hammer and the weight of the loading mass 11. Then, a three-phase alternating voltage is supplied to the three-phase input device 9, and a frequency asynchronous synchronous start is performed engine. When the set speed is reached by the anchor-striker 3 in accordance with the expression v _sync = 2τf, where: τ is the pole division (m), f is the frequency of the stator supply current 2 (Hz), DC excitation is applied to terminals 10 in the pole windings of the armature striker and he with a given synchronous speed rises. When the anchor-striker approaches the upper position sensor 7, the DC excitation from the clamps 10 and the variable frequency power from the clamps of the three-phase input device 9 are simultaneously turned off. in the opposite direction and strikes against the shotgun 19, which acts on the driven pile through the shock-absorbing chamber 20, on the power transmission plate 23 lying on the upper end of the pile at the time of the impact, integrating the shock pulse into Yemeni, protecting it from damage. The duration of the shock pulse and its amplitude are related by the relation:

, where t is the duration of the shock pulse (s), F is the strength of the shock pulse (N), m is the mass of the striking armature, and v is the shock velocity of the striking armature. The strength and duration of the impact are calculated on the basis of the necessary values for driving the piles and can be selected by the freewheeling of the shutter 19 and the air pressure in the shock absorption chamber 20. When the upper end of the anchor-striker passes through its lower position sensor 8, after some delay time, to use the rebound anchor-striker from the pile, the alternating voltage on the stator 2 is turned on again and excitation is applied to the anchor-striker from clamps 10. Using the rebound effect greatly facilitates the processes of starting an electric hammer. Typically, the rebound speed is 15-20% of the impact speed, which is almost equal to the speed of the anchor-striker lifting to the upper position, which eliminates heavy starting processes after each impact and significantly increases the efficiency of the electric hammer working process. At this synchronous speed, the firing pin is cocked up and the work cycle repeats. This efficiency in the present invention reaches values of 0.9-0.95, almost the same as in conventional rotary synchronous machines against the efficiency of the prototype, not exceeding 0.6-0.65. The introduction of a shock-absorbing chamber improves the reliability of the electric hammer and does not destroy the hammered pile, the introduction of short-circuited rings at the poles of the fastening anchor improves its starting conditions, and the introduction of position sensors significantly improves the controllability of the electric hammer under any driving conditions, i.e. the task in the proposed design is fully implemented.

Claims

An electric hammer comprising a housing with a three-phase winding along its inner surface, in which a hollow firing pin with excitation coils is installed with the possibility of hermetic movement, an air pressure chamber formed by cavities of the firing pin and the casing of the electric hammer above the firing pin, a shabot whose casing is hermetically sealed connected to the housing of the electric hammer, the power supply and control system of the three-phase winding of the housing and the excitation system of the armature-striker, characterized in that the housing of the electric hammer is made cylindrical kim, and the anchor striker is tubular, monolithic in the lower part with short-circuited conductive rings in its poles on its outer surface, the electric hammer is equipped with a loading mass mounted on its cylindrical body and associated with it, position indicators of the anchor-striker, and the scabbot is made with a shock absorber in its lower part, while the high-pressure chamber is connected by a pipeline with a non-return valve to the compressor, the housing is sealed against the lower, inner part of the cylindrical body of the electric it is installed with the possibility of moving relative to it, while the shock-absorbing chamber of the Shabot is connected to the external environment through a high-pressure safety valve, which, in turn, is connected to the compressor through a check valve, and the shock-absorbing chamber of the Shabot in its lower part has a Shabot supported on the housing a cylindrical transmission power plate mounted hermetically with respect to the housing.