RU2356643C2

RU2356643C2 - Electromagnetic vibration exciter

Info

Publication number: RU2356643C2
Application number: RU2006102776/28A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Костюк (RU); Анатолий Иванович КОСТЮК
Original assignee: Анатолий Иванович КОСТЮК
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2009-05-27
Also published as: RU2006102776A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: present invention relates to vibration engineering. The device has an electromagnet, an armature and stator casing, joined by a system of elastic members, consisting of extension-compression springs. Each of the springs is made in form of a bushing, in the middle of which there is a through spiral groove. The groove is made such that, the opening does not reach the butt-ends of the bushing, forming non-operating rings-flanges at the edges, to which the armature and the stator casing are attached. Adjustment loads are joined to the armature. The electromagnet is made in form of a solenoid and is attached to the stator casing. The moveable core of the solenoid is attached to the armature and enters into the solenoid at a certain distance. The optimum value of this distance is determined experimentally depending on the selected overall spring constant of the extension-compression springs and mass of the armature taking into account mass attached to it. The solenoid, the moveable core of the solenoid and the extension-compression springs are made with possibility of the armature oscillating about the stator casing in working mode with amplitude of more than 4 mm. The extension-compression springs can be cylindrically shaped or profiled.

EFFECT: increased amplitude of oscillation of the armature and stator case of the electromagnetic vibration exciter.

1 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях хозяйственной деятельности.The invention relates to vibration technology and can be used in various industries.

Известен по Авт. св. СССР 1122372 электромагнитный возбудитель колебаний, содержащий магнитопровод, соединенный с ним упругой связью и замыкающий его через воздушный зазор якорь, катушку возбуждения и устройство электропитания.Known for Auth. St. USSR 1122372 electromagnetic oscillation exciter containing a magnetic circuit connected to it by an elastic coupling and closing it through the air gap by an armature, excitation coil and power supply device.

Известен по Авт. св. СССР 1356136 электромагнитный вибратор, содержащий стержневой магнитопровод с тремя обмотками, каждая из которых размещена на одном из стержней, и ферромагнитный якорь, закрепленный на упругой системе, а также схему электропитания.Known for Auth. St. USSR 1356136 electromagnetic vibrator containing a core magnetic circuit with three windings, each of which is located on one of the rods, and a ferromagnetic armature mounted on an elastic system, as well as a power supply circuit.

Известен по Авт. св. СССР 1597233 электромагнитный вибровозбудитель, состоящий из размещенного в корпусе электромагнита и якоря, жестко связанного с ярмом, соединенным с корпусом двумя цилиндрическими пружинами, две плоские рессоры и опорный элемент, размещенный по центру ярма со стороны, противоположной электромагниту, причем один край каждой рессоры закреплен относительно корпуса, а другой касается опорного элемента.Known for Auth. St. USSR 1597233 electromagnetic vibration exciter, consisting of an electromagnet located in the housing and an armature rigidly connected to the yoke connected to the housing by two coil springs, two flat springs and a support element located in the center of the yoke from the side opposite the electromagnet, with one edge of each spring being fixed relative to housing, and the other concerns the support element.

Недостатки аналогов: высокий уровень шума, возникающего от соударения крайних витков, а также значительное рассеяние энергии при резонансных колебаниях, что обусловлено микросдвигами торцовых частей пружин относительно опорных плоскостей и соударением крайних витков. Кроме того, существенным недостатком аналогов является малая амплитуда относительных колебаний якорной и корпусной частей указанных устройств.The disadvantages of analogues: a high level of noise arising from the collision of the extreme turns, as well as significant energy dissipation during resonance vibrations, due to microshifts of the end parts of the springs relative to the reference planes and the collision of the extreme turns. In addition, a significant drawback of analogues is the small amplitude of the relative oscillations of the anchor and hull parts of these devices.

В качестве прототипа выбран электромагнитный вибровозбудитель, известный по Авт. св. СССР 622722, содержащий якорь с электромагнитом и корпус статора с ярмом, соединенные системой упругих элементов, состоящих из пружин растяжения-сжатия, каждая из которых выполнена в виде цилиндрической втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки-фланцы, к которым прикреплены якорь электромагнита и корпус статора.As a prototype of the selected electromagnetic vibration exciter known by Auth. St. USSR 622722, comprising an anchor with an electromagnet and a stator housing with a yoke, connected by a system of elastic elements consisting of tension-compression springs, each of which is made in the form of a cylindrical sleeve cut in the middle part by a through screw groove, and the groove is made so that the slot is not reaches the ends of the sleeve, forming inoperative turns-flanges along the edges to which the electromagnet armature and the stator housing are attached.

В прототипе решена задача снижения шума и рассеяния энергии, однако амплитуда колебаний якоря относительно корпуса статора недостаточна и определяется величиной воздушного зазора между Ш-образным магнитопроводом электромагнита и его ярмом. Как правило, в известных электромагнитных вибровозбудителях величина воздушного зазора в электромагнитах не превышает 4 мм, что ограничивает амплитуду относительных колебаний якоря и корпуса статора (стр.29-32 в книге: А.И.Белоусов, Г.Г.Рекус. Вибраторы с электромагнитным приводом. Обзор. М., 1970 (ЦНИИТЭстроймаш). Малая амплитуда колебаний якорной части отмечается как недостаток вибровозбудителей с электромагнитным приводом (стр.138 в книге: Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. М., “Машиностроение”, 1972). Малая амплитуда относительных колебаний якоря и корпуса статора является существенным недостатком электромагнитного вибровозбудителя, поскольку ограничивает величину силы инерции, создаваемой в рабочем режиме при колебаниях якоря и корпуса статора.The prototype solved the problem of reducing noise and energy dissipation, however, the amplitude of the armature relative to the stator housing is insufficient and is determined by the size of the air gap between the W-shaped magnetic circuit of the electromagnet and its yoke. As a rule, in known electromagnetic vibration exciters, the air gap in electromagnets does not exceed 4 mm, which limits the amplitude of the relative vibrations of the armature and stator housing (pages 29-32 in the book: A.I. Belousov, G.G. Rekus. Vibrators with electromagnetic drive.Review. M., 1970 (TsNIITEstroymash). The small amplitude of vibrations of the anchor part is noted as a lack of vibration exciters with an electromagnetic drive (p.138 in the book: Spivakovsky AO, Goncharevich IF Vibration conveyors, feeders and auxiliary devices. M., “Ma inostroenie ", 1972). The low amplitude of the relative vibration of the armature and stator housing is a significant drawback of the electromagnetic exciter as limits the inertia force generated during operation under vibrations of the armature and stator housing.

Задачей изобретения является увеличение амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора электромагнитного вибровозбудителя.The objective of the invention is to increase the amplitude of the relative oscillations of the armature and the stator housing of the electromagnetic vibration exciter.

Решение задачи достигается тем, что электромагнитный вибровозбудитель содержит электромагнит, якорь и корпус статора, соединенные системой упругих элементов, состоящих из пружин растяжения-сжатия, каждая из которых выполнена в виде втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки-фланцы, к которым прикреплены якорь и корпус статора, электромагнит выполнен в виде соленоида и прикреплен к корпусу статора, подвижный сердечник соленоида прикреплен к якорю и предварительно введен в соленоид на величину Х₀, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранных коэффициента суммарной жесткости пружин растяжения-сжатия и массы якоря с учетом присоединенных к нему масс, при этом к якорю присоединены регулировочные грузы, а соленоид, подвижный сердечник соленоида и пружины растяжения-сжатия выполнены с возможностью колебаний якоря относительно корпуса статора в рабочем режиме с амплитудой более 4 мм, пружины растяжения-сжатия могут иметь как цилиндрическую, так и фасонную форму.The solution to the problem is achieved by the fact that the electromagnetic vibration exciter contains an electromagnet, an anchor and a stator housing connected by a system of elastic elements consisting of tension-compression springs, each of which is made in the form of a sleeve cut in the middle part by a through screw groove, and the groove is made so that the slot does not reach the ends of the sleeve, forming inoperative turns-flanges on the edges to which the armature and the stator body are attached, the electromagnet is made in the form of a solenoid and is attached to the stator body, the movable core a nooid is attached to the anchor and pre-introduced into the solenoid by the value X ₀ , the optimal value of which is determined experimentally depending on the selected coefficient of the total stiffness of the tension-compression springs and the mass of the armature taking into account the masses attached to it, while adjusting weights are attached to the armature, and the solenoid , the movable core of the solenoid and the tension-compression springs are configured to oscillate the armature relative to the stator housing in an operating mode with an amplitude of more than 4 mm, the tension-compression springs can and et both cylindrical and contoured shape.

Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: существенно увеличить амплитуду относительных колебаний якоря и корпуса статора электромагнитного вибровозбудителя, что позволяет увеличить соответственно силу инерции, создаваемую в рабочем режиме при колебаниях якоря и корпуса статора. Это в конечном итоге приводит к увеличению амплитуды вынуждающей силы, создаваемой электромагнитным вибровозбудителем.The application of the proposed set of essential features allows you to get a new technical result: to significantly increase the amplitude of the relative oscillations of the armature and the stator body of the electromagnetic exciter, which allows you to increase accordingly the inertia generated in the operating mode when the armature and the stator body vibrate. This ultimately leads to an increase in the amplitude of the driving force created by the electromagnetic vibration exciter.

Анализ уровня техники в области машиностроения и вибрационной техники показал, что предложенная совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и таким образом, предлагаемое изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.The analysis of the prior art in the field of mechanical engineering and vibration technology showed that the proposed set of essential features is new, clearly does not follow from the prior art and thus, the present invention is new and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано устройство электромагнитного вибровозбудителя. Электромагнитный вибровозбудитель содержит электромагнит, выполненный в виде соленоида 1, якорь 2 и корпус статора 3. Соленоид прикреплен к корпусу статора. Якорь и корпус статора соединены между собой упругими элементами, состоящими из пружин растяжения-сжатия 4. Каждая из этих пружин выполнена в виде втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом. Паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки - фланцы 5, к которым прикреплены якорь и корпус статора. Подвижный сердечник 6 соленоида прикреплен к якорю и предварительно введен в соленоид на величиину Х₀. К якорю прикреплены регулировочные грузы 7. Электромагнитный вибровозбудитель закрыт кожухом 8.The invention is illustrated in the drawing, which shows the device of an electromagnetic vibration exciter. The electromagnetic exciter contains an electromagnet made in the form of a solenoid 1, an armature 2 and a stator housing 3. The solenoid is attached to the stator housing. The anchor and the stator housing are interconnected by elastic elements consisting of tension-compression springs 4. Each of these springs is made in the form of a sleeve cut in the middle by a through screw groove. The groove is made so that the slot does not reach the ends of the sleeve, forming non-working turns at the edges - flanges 5, to which the armature and the stator housing are attached. The movable core 6 of the solenoid is attached to the armature and previously inserted into the solenoid by a value of X ₀ . Adjusting weights are attached to the anchor 7. The electromagnetic exciter is closed by a casing 8.

Электромагнитный вибровозбудитель работает следующим образом. По катушке соленоида 1 пропускают пульсирующий или переменный ток. Возникающее при этом пульсирующее магнитное поле взаимодействует с ферромагнитным подвижным сердечником 6 соленоида 1. Это приводит к созданию пульсирующей силы тяги, втягивающей подвижный сердечник 6 в соленоид 1. Сила притягивает якорь 2 и корпус статора 3 один к другому, деформируя пружины растяжения-сжатия 4. В момент времени, когда ток и сила равны нулю, пружины растяжения-сжатия 4 отбрасывают друг от друга корпус статора 3 и якорь 2. Для согласования характеристик силы тяги и силы противодействия пружин растяжения-сжатия 4 подвижный сердечник 6 предварительно введен в соленоид 1 на величину Х₀, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранных коэффициента суммарной жесткости пружин растяжения-сжатия 4 и массы якоря 2 с учетом присоединенных к нему масс. В рабочем режиме, т.е. после присоединения корпуса статора 3 к рабочему органу вибрационной машины, колебательную систему настраивают с помощью регулировочных грузов 7 на режим резонансных колебаний. Исполнение электромагнита в виде соленоида 1, взаимодействующего с подвижным сердечником 6 удлиненной формы, позволяет существенно увеличить амплитуду относительных колебаний якоря 2 и корпуса статора 3. Закрепление соленоида 1 на корпусе статора 3 позволяет уменьшить динамическое воздействие на катушку соленоида, а также упростить задачу передачи электрического тока на вибрирующий якорь.Electromagnetic vibration exciter operates as follows. A pulsating or alternating current is passed through the coil of the solenoid 1. The pulsating magnetic field that arises in this case interacts with the ferromagnetic movable core 6 of the solenoid 1. This leads to the creation of a pulsating thrust pulling the movable core 6 into the solenoid 1. The force attracts the armature 2 and the stator housing 3 one to another, deforming tension-compression springs 4. At the point in time when the current and force are equal to zero, the tension-compression springs 4 cast away from each other the stator housing 3 and the armature 2. To coordinate the characteristics of the traction force and the reaction force of the tension-compression springs 4, the movable heart 6 chnik previously introduced into the solenoid 1 by an amount X _0, an optimum value is determined experimentally in dependence on the selected total stiffness coefficient tension-compression springs 4 and the mass of the armature 2 with the masses attached to it. In operating mode, i.e. after attaching the stator housing 3 to the working body of the vibrating machine, the oscillatory system is adjusted with the help of adjusting weights 7 to the mode of resonant vibrations. The design of the electromagnet in the form of a solenoid 1, interacting with a movable core 6 of an elongated shape, can significantly increase the amplitude of the relative vibrations of the armature 2 and the stator housing 3. Fixing the solenoid 1 on the stator housing 3 can reduce the dynamic effect on the solenoid coil, as well as simplify the task of transmitting electric current to the vibrating anchor.

В данном электромагнитном вибровозбудителе решена задача изобретения - достигнуто увеличение амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора. Задача изобретения решена за счет применения электромагнита в виде соленоида. Величина хода подвижного сердечника в соленоидных электромагнитах во много раз превышает величину воздушного зазора в электромагнитах с П-образным, Ш-образным или стержневым магнитопроводом. Например, величина хода якоря втягивающего реле, применяемого на автомобильных электростартерах, составляет величину порядка 15 мм (стр.116-121 в книге: Кальмансон Л.П. и др. Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобиля “Волга” ГАЗ-3110. Изд-во “Колесо”, М., 2000). Это более чем в 3 раза превышает величину воздушного зазора в известных электромагнитных вибровозбудителях.In this electromagnetic vibration exciter, the problem of the invention is solved - an increase in the amplitude of the relative oscillations of the armature and the stator housing is achieved. The objective of the invention is solved through the use of an electromagnet in the form of a solenoid. The magnitude of the stroke of the movable core in solenoid electromagnets is many times greater than the size of the air gap in electromagnets with a U-shaped, W-shaped or rod magnetic circuit. For example, the magnitude of the stroke of the retractor relay armature used on automotive electric starters is about 15 mm (pp. 116-121 in the book: Kalmanson L.P. et al. Repair, Operation and Maintenance Manual of the Volga GAZ-3110 Publishing House "Wheel", M., 2000). This is more than 3 times the size of the air gap in the known electromagnetic exciters.

Требование по величине амплитуды колебаний якоря относительно корпуса статора более 4 мм установлено в связи с тем, что при этих значениях преимущества предлагаемого электромагнитного вибровозбудителя перед прототипом становятся очевидными.The requirement for the magnitude of the amplitude of the oscillations of the armature relative to the stator housing more than 4 mm is established due to the fact that at these values the advantages of the proposed electromagnetic vibration exciter over the prototype become obvious.

Учитывая то, что практическое применение электромагнитов, выполненных в виде соленоидов, известно в технике, можно сделать вывод о том, что предлагаемый электромагнитный вибровозбудитель будет работоспособным.Given that the practical use of electromagnets made in the form of solenoids is known in the art, it can be concluded that the proposed electromagnetic vibration exciter will be operational.

Следовательно, предложенное изобретение промышленно применимо.Therefore, the proposed invention is industrially applicable.

Claims

An electromagnetic exciter containing an electromagnet, an anchor and a stator housing connected by a system of elastic elements consisting of tension-compression springs, each of which is made in the form of a sleeve cut in the middle part by a through screw groove, and the groove is made so that the slot does not reach the ends bushings, forming inoperative turns-flanges at the edges to which the armature and stator housing are attached, characterized in that the electromagnet is made in the form of a solenoid and attached to the stator housing, the movable core of the solenoid is attached It is bonded to the anchor and previously introduced into the solenoid by the value X ₀ , the optimal value of which is determined experimentally depending on the selected coefficient of the total stiffness of the tension-compression springs and the mass of the armature taking into account the masses attached to it, while adjusting weights are attached to the armature, and the solenoid the movable core of the solenoid and the tension-compression springs are configured to oscillate the armature relative to the stator housing in an operating mode with an amplitude of more than 4 mm, the tension-compression springs can have as both in form and in shape.