RU2379422C1

RU2379422C1 - Electric hammer

Info

Publication number: RU2379422C1
Application number: RU2008115709/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Петрович Малахов (RU); Алексей Петрович Малахов; Дмитрий Борисович Бочков (RU); Дмитрий Борисович Бочков; Иван Сергеевич Патютин (RU); Иван Сергеевич Патютин
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2008115709A

Abstract

FIELD: building.

SUBSTANCE: electric hammer contains a body with a three-phase primary winding on its internal surface. The body comprises a floating a head anchor with a short-circuited conductive winding on its external surface. It also accommodates head anchor position sensors and a frequency-controlled supply and control system, a hatchway with shock-absorbers. The electric hammer is made of N primary bodies and startors respectively with bearings on their ends. There bodies in upper and lower parts have guides of the head anchor travel. Said bodies and guides are placed in the second body formed along the full length of the first bodies and guides with air gaps, The guides in upper and lower parts have the apertures connected with said gaps. The upper cover of the upper guide is provided with a spring shock-absorber, and in the upper and lower parts of the second body of the electric hammer there are sucking and discharge fans respectively. The frequency-controlled supply and control system can be connected to a storage battery.

EFFECT: ensured high reliability and improving efficiency.

Description

Изобретение относится к строительной промышленности и может быть использовано для забивки железобетонных свай, тяжелых металлических труб-свай в морское дно при возведении морских стационарных нефтяных льдоустойчивых платформ, в том числе и при подводных работах на больших морских глубинах или в качестве исполнительного элемента сверхмощных импульсных сейсмоисточников для невзрывных сейсморазведочных работ.The invention relates to the construction industry and can be used for driving reinforced concrete piles, heavy metal pipe-piles into the seabed during the construction of offshore stationary oil-resistant ice-resistant platforms, including underwater operations at great depths of the sea or as an actuator for heavy-duty impulse seismic sources for non-explosive seismic exploration.

Известен электромолот [авт.св. СССР №497405. Бюл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1975, №48], содержащий цилиндрический корпус - магнитопровод с полюсами и соосно установленными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитный боек, датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, систему электропитания и управления.Known electric hammer [ed. St. USSR No. 497405. Bull. "Discoveries. Inventions Industrial designs. Trademarks ”, 1975, No. 48], comprising a cylindrical body - a magnetic circuit with poles and coaxially mounted electromagnetic coils of forward and reverse motion, a guide tube, a ferromagnetic striker, sensors for upper and lower positions of the ferromagnetic striker, power supply and control system.

Недостатком такой конструкции электромолота является его низкий кпд, большое количество обмоточной меди для изготовления электромагнитных катушек, приводящее к значительному его удорожанию и низкой надежности в работе из-за плохих условий теплоотвода от силовых электромагнитных катушек.The disadvantage of this design of the electric hammer is its low efficiency, a large amount of winding copper for the manufacture of electromagnetic coils, which leads to a significant increase in its cost and low reliability due to poor heat removal conditions from power electromagnetic coils.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромолот [авт.свид. №58669], являющийся прототипом и содержащий оголовок, корпус с трехфазной статорной обмоткой по его внутренней поверхности линейного асинхронного электродвигателя, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения герметично установлен полый монолитный в нижней части ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности и шабот с амортизатором.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is an electric hammer [autosvid. No. 58669], which is a prototype and contains a head, a housing with a three-phase stator winding along its inner surface of a linear asynchronous electric motor, in which, with the possibility of reciprocating movement, a hollow ferromagnetic monolithic firing pin with a short-circuited conductive winding on its outer surface is hermetically sealed and shabot with a shock absorber.

Недостатком такого электромолота является его низкие кпд и надежность в работе из-за сложности конструкции и плохих условий охлаждения якоря-бойка и статора линейного электродвигателя.The disadvantage of such an electric hammer is its low efficiency and reliability in operation due to the complexity of the design and poor cooling conditions of the main armature and stator of a linear electric motor.

Задачей изобретения является повышение кпд электромолота и надежности его работы.The objective of the invention is to increase the efficiency of the electric hammer and the reliability of its operation.

Указанная задача достигается тем, что электромолот, содержащий основной корпус с элементарным статором с обмоткой по его внутренней поверхности линейного асинхронного электродвигателя, в котором с возможностью свободного перемещения установлен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положений якоря-бойка в основном корпусе электромолота, систему частотно-регулируемого питания и управления, оголовок с амортизаторами, и электромолот дополнительно снабжен N-1 элементарными статорами с основными корпусами, имеющими подшипники на своих концах и дополнительными корпусами с воздушными промежутками между этими основными и дополнительными корпусами, верхние и нижние элементарные имеют направляющие, также снабженные дополнительными корпусами, верхняя крышка верхней направляющей снабжена амортизатором в виде рессоры, а в верхнем и нижнем дополнительных корпусах электромолота установлены соответственно втяжной и вытяжной вентиляторы, система частотно-регулируемого питания и управления электромолота подключена к промышленной электросети, либо к соответствующей по напряжению аккумуляторной батарее, кроме того между амортизатором электромолота, нижним его торцом и оголовком помещен подвижный элемент между якорем-бойком и нижней направляющей якоря-бойка электромолота.This problem is achieved by the fact that the electric hammer containing the main body with an elementary stator with a winding along its inner surface of a linear induction motor, in which with a possibility of free movement there is a ferromagnetic striking pin with a short-circuited conductive winding along its outer surface, position sensors the main body of the electric hammer, a frequency-controlled power and control system, a head with shock absorbers, and the electric hammer are additionally equipped with an N-1 elementary stators with main housings having bearings at their ends and additional housings with air gaps between these main and additional housings, the upper and lower elementary ones have guides also equipped with additional housings, the upper cover of the upper guide is equipped with a shock absorber in the form of a spring, and in the upper and the lower additional cases of the electric hammer are equipped with exhaust and exhaust fans, a system of variable frequency power and electric hammer control Keys to the industrial mains, or a corresponding voltage of the storage battery besides elektromolota between the damper, the lower end face of its head part and the movable member is placed between the armature-striker armature and a lower guide-pin elektromolota.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого электромолота. Электромолот состоит из N основных корпусов 1, на чертеже приведен электромолот при N=2 с трехфазными обмотками элементарных статоров линейного асинхронного электродвигателя 2. Внутри данных элементарных статоров и корпусов с подшипниками 3, обеспечивающими воздушный зазор 4 элементарных статоров, установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ферромагнитный якорь-боек 5 с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой 6 и упрочненным наконечником 7. В верхнем элементе 8 дополнительного корпуса электромолота, состоящего из элементов 8, 9, 10, 11, установлены, как минимум, два датчика верхнего положения 12 и нижнего положения 13 якоря-бойка 5. Система частотно-регулируемого электропитания (не показана) с одной стороны подключена к промышленной электросети или аккумуляторной батарее, а с другой стороны - к трехфазным выводам статоров линейного электродвигателя, включенных последовательно или параллельно(не показано).The drawing shows a longitudinal section of the proposed electric hammer. An electric hammer consists of N main bodies 1, the drawing shows an electric hammer with N = 2 with three-phase windings of elementary stators of a linear asynchronous electric motor 2. Inside these elementary stators and housings with bearings 3, providing an air gap of 4 elementary stators, it is installed with the possibility of reciprocating ferromagnetic firing pin 5 with a short-circuited conductive winding 6 and a hardened tip 7. In the upper element 8 of the additional housing of the electric hammer, consisting of of elements 8, 9, 10, 11, at least two sensors for the upper position 12 and the lower position 13 of the anchor striker 5 are installed. The frequency-controlled power supply system (not shown) is connected on one side to an industrial power grid or battery, and with on the other hand, to the three-phase outputs of the linear motor stators connected in series or in parallel (not shown).

Основные корпусы 1 со статорами 2 и подшипниками 3 в верхних и нижних частях снабжены направляющими 14, 15 по длине хода якоря-бойка. В этих направляющих в верхней части выполнены отверстия 16, 17. Эти направляющие вместе с N корпусами статоров помещены в дополнительный корпус, выполненный из герметичных элементов 8, 9, 10, 11.The main buildings 1 with stators 2 and bearings 3 in the upper and lower parts are provided with guides 14, 15 along the stroke length of the anchor striker. Holes 16, 17 are made in these guides in the upper part. These guides, together with N stator housings, are placed in an additional housing made of sealed elements 8, 9, 10, 11.

В элементах 8 и 11 дополнительного корпуса установлены соответственно втяжной 18 и вытяжной 19 вентиляторы. Фланец 20 нижней направляющей якоря-бойка через амортизатор 21 опирается на фланец 22 оголовка 23. Кроме того, оголовок 23 имеет амортизаторы 24 в верхней части и 25 в его нижней части. На амортизатор 25 в оголовке 23 устанавливается забиваемая свая 26. В верхней части направляющей 14 в верхней ее крышке 27 установлена рессора 28. Между направляющими 4, 5, основными корпусами 1 и дополнительным корпусом выполнены воздушные промежутки 29, 30, 31, 32. Схема электропитания с аккумуляторной батареей и системой частотно-регулируемого управления снабжена пультом дистанционного управления (не показано). Управление электромолотом осуществляется с помощью микроконтроллера по кабелю, радио или по оптическому каналу (не показаны). В нижней части электромолота между якорем-бойком, направляющей 15, амортизатором 21 и оголовком 23 подвижно установлен подвижный элемент 33.In the elements 8 and 11 of the additional housing, retractor 18 and exhaust 19 fans are installed, respectively. The flange 20 of the lower guide anchor-striker through the shock absorber 21 rests on the flange 22 of the head 23. In addition, the head 23 has shock absorbers 24 in the upper part and 25 in its lower part. A shock pile 26 is installed on the shock absorber 25 in the head 23. A spring 28 is installed in the upper part of the guide 14 in its upper cover 27. Air gaps 29, 30, 31, 32 are made between the guides 4, 5, the main bodies 1 and the additional body. with battery and variable frequency control system equipped with a remote control (not shown). The electric hammer is controlled using a microcontroller via cable, radio or optical channel (not shown). In the lower part of the electric hammer between the anchor-striker, the guide 15, the shock absorber 21 and the head 23 movably mounted movable element 33.

Устройство работает следующим образом. Электромолот оголовком 23 с фланцами 22 и амортизаторами 24, 25 устанавливается копром на забиваемую сваю 26, дополнительный корпус электромолота из элементов 8, 9, 10, 11 с фланцем 20 направляющей 15 опирается на амортизатор 21 и оголовок 23.The device operates as follows. An electric hammer with a head 23 with flanges 22 and shock absorbers 24, 25 is mounted in a pile on a driven pile 26, an additional electric hammer body of elements 8, 9, 10, 11 with a flange 20 of a guide 15 rests on a shock absorber 21 and a head 23.

При подаче питающего напряжения необходимой, переменной во времени частоты от системы частотно-регулируемого управления на статоры 2 с корпусами 1, в воздушном зазоре создается бегущее магнитное поле в соответствии с законом V=2τf, где τ - полюсное деление статорной обмотки (м); f - частота тока питания статора (1/с). Эта скорость м/с взвода якоря-бойка 5, создающая бегущее магнитное поле, создает тянущее усилие в соответствии с законом F=BLI, и якорь-боек начинает перемещаться в верхнее положение. При подходе якоря-бойка к датчику верхнего положения 12, этот датчик выдает сигнал системе управления на реверс и начало торможения якоря-бойка. Одновременно с электрическим торможением при максимальном ходе якоря-бойка он касается амортизатора 28 в верхней крышке 27 направляющей 14. Идет интенсивное электрическое и механическое торможение якоря-бойка. Последнее увеличивает кпд электромолота, так как этот параметр при малых и особенно нулевых скоростях практически равен нулю, а механическое торможение значительно повышает КПД электромолота. После торможения путем непрерывного увеличения частоты питания статора 2 от частотно-регулируемой системы с выполнением необходимых ограничений на величины токов и соответственно усилий идет интенсивный разгон якоря-бойка до ударной скорости, которая обычно лежит в диапазоне 4-6 м/с.When applying the required voltage, the frequency variable in time from the frequency-controlled control system to the stators 2 with buildings 1, a running magnetic field is created in the air gap in accordance with the law V = 2τf, where τ is the pole division of the stator winding (m); f is the frequency of the stator supply current (1 / s). This speed m / s cocking of the anchor striker 5, creating a traveling magnetic field, creates a pulling force in accordance with the law F = BLI, and the anchor striker begins to move to the upper position. When the anchor-striker approaches the upper position sensor 12, this sensor gives a signal to the control system to reverse and the beginning of braking of the anchor-striker. Simultaneously with electric braking at maximum stroke of the anchor-striker, it touches the shock absorber 28 in the top cover 27 of the guide 14. There is intense electrical and mechanical braking of the anchor-striker. The latter increases the efficiency of the electric hammer, since this parameter at low and especially zero speeds is practically zero, and mechanical braking significantly increases the efficiency of the electric hammer. After braking, by continuously increasing the frequency of supply of the stator 2 from a frequency-controlled system with the necessary restrictions on the magnitude of the currents and, accordingly, the forces, the armature-striker is intensively accelerated to a shock speed, which usually lies in the range of 4-6 m / s.

При проходе якоря-бойка через датчик нижнего положения 13 вновь подается сигнал в систему управления электромолотом на новое переключение, но с некоторым запаздыванием. Ферромагнитный якорь-боек в это время через амортизаторы 24, 25 передает энергию ударного импульса на оголовок 23 и забиваемую сваю 26. Свая погружается в грунт, а корпус электромолота вместе со статорами и направляющими опускается на амортизатор 21. Якорь-боек 5 за счет упругости амортизаторов 24, 25, упругих свойств забиваемого грунта и самой сваи 26 получает скорость «отскока». Эта скорость обычно составляет 20-30% от ударной скорости, что практически соответствует скорости взвода бойка в верхнее положение. Этот процесс исключает процесс циклического пуска электромолота, что также значительно повышает его энергетические характеристики. После «отскока» якоря-бойка от оголовка системой частотно-регулируемого управления вновь включается статор элсктромолота и его цикл работы повторяется. Введение подшипников 3 и направляющих 14, 15 и подвижного элемента 33 в нижней части основного корпуса улучшает надежность работы электромолота, а установка вентиляторов 18 и 19 в дополнительном корпусе, состоящем из элементов 8, 9, 10, 11, еще более увеличивает интенсивность охлаждения электромолота, что еще более повышает его надежность и увеличивает продолжительность включения. Такое выполнение электромолота обеспечивает полное выполнение поставленной задачи по повышению кпд и надежности путем улучшения работы подшипниковых узлов, лучшего охлаждения и облегчения периодических режимов торможения в верхнем положении якоря-бойка. Конструктивно электромолот может быть выполнен цилиндрическим, плоским, или квадратным. Статоры могут выполняться соединенными параллельно или последовательно электрически и механически. Электропитание таких статоров может осуществляться либо от одного, либо от нескольких частотно-регулируемых электроприводов, работающих синхронно и синфазно.When the anchor-striker passes through the low position sensor 13, the signal is again sent to the electric hammer control system for a new switch, but with some delay. The ferromagnetic striker at this time through the shock absorbers 24, 25 transfers the energy of the shock pulse to the head 23 and the driven pile 26. The pile is immersed in the ground, and the electric hammer body together with the stators and guides are lowered to the shock absorber 21. The anchor striker 5 due to the elasticity of the shock absorbers 24, 25, the elastic properties of the driven soil and the pile 26 itself receives the speed of "rebound". This speed is usually 20-30% of the impact speed, which practically corresponds to the speed of cocking the striker to the upper position. This process eliminates the process of cyclic start-up of the electric hammer, which also significantly increases its energy characteristics. After the “bounce” of the anchor-striker from the tip, the frequency-controlled control system again turns on the electric hammer stator and its cycle of work is repeated. The introduction of bearings 3 and guides 14, 15 and the movable element 33 in the lower part of the main body improves the reliability of the electric hammer, and the installation of fans 18 and 19 in an additional housing consisting of elements 8, 9, 10, 11, further increases the cooling intensity of the electric hammer, which further increases its reliability and increases the duration of inclusion. This embodiment of the electric hammer ensures the complete fulfillment of the task to increase efficiency and reliability by improving the operation of bearing assemblies, better cooling and facilitating periodic braking modes in the upper position of the anchor-striker. Structurally, the electric hammer can be made cylindrical, flat, or square. Stators can be connected in parallel or in series electrically and mechanically. The power supply of such stators can be carried out either from one or from several frequency-controlled electric drives operating synchronously and in phase.

По такой конструктивной схеме можно создавать электромолоты с массами бойков до 100-200 т.According to this design scheme, it is possible to create electric hammers with masses of strikers up to 100-200 tons.

Кроме того, электромолот по предлагаемой схеме обладает полной экологической чистотой и может эксплуатироваться в чистых акваториях морей, океанов.In addition, the electric hammer according to the proposed scheme has complete environmental cleanliness and can be operated in the clear waters of the seas and oceans.

Claims

An electric hammer containing a main body housed in an additional housing with a three-phase winding of an elemental stator of a linear asynchronous electric motor, bearings mounted on the ends of the main housing, a ferromagnetic armature-striker with a short-circuited conductive winding along its outer surface, freely moveable, position sensors ferromagnetic striking anchor in the main body of the electric hammer, head with shock absorbers, a system of variable frequency power and control, characterized in that the electric hammer is made with at least two main buildings with elementary stators, while the upper and lower main buildings are provided with guides along the stroke length of the ferromagnetic striking armature, and the additional housing is made of sealed elements, each of which is concentric mounted relative to the main buildings, the upper and lower guides with the formation of air gaps between them, while the upper guide is made with a cover with a spring shock absorber for action with a ferromagnetic striker, in the elements of the additional housing concentrically placed relative to the upper and lower guides, there are suction and exhaust fans, respectively, holes are made in the upper and lower parts of the upper and lower guides, while the lower guide flange rests on the head flange through a shock absorber, in the lower part of the electric hammer between the ferromagnetic striker, the lower guide, the shock absorber and the tip, the guide rail is movably mounted ement, and system variable frequency power supply and control industrial elektromolota connected to the mains or to a battery voltage.