SU1710720A1 - Электрическа машина ударного действи - Google Patents

Description

лые цилиндры. Внутри МП установлен диамагнитный боек 3 с проточкой, в которой установлен намагниченный в радиальном направлении посто нный магнит 4. При подаче электрического сигнала в схему управлени  магнитный поток замыкаетс  между последними парами полюсов секций 11 и 12 через дополнительные секции 14, и посто нный магнит начнет движение вверх, перемеща  за собой боек 3. Установка .секции 14 между полюсами секций 11 и 12 способст вует улучшению условий запуска. По мере прохождени  электромагнитом секций 12,

11 и 10 соответственно импульсы питающего тока будут последовательно подаватьс  в соответствующую обмотку. Это способствует быстрейшему разгону бойка 3 при холостом ходе. При достижении бойком 3 верхнего положени  импульсы питающего напр жени  измен ют пол рность питани  и магнит 4 движетс  вниз, увлека  за сэбой боек 3. При этом импульсы питани  по мере движени  бойка 3 подаютс  на соответствующие обмотки. Это способствует быстрейшему разгону бойка 3 и увеличивает КПД машины. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относитс  к горнойпромышленности , а именно к электромагнитным машинам ударного действи , и может быть использовано дл  отбойки угл  и породы в угольных шахтах, карьерах, а также на строительстве и других област х.

Известна электромагнитна  машина ударного действи , включающа  корпус со статорной Обмоткой, внутри которой расположен диамагнитный боек, в кольцевой проточке которого к ее торцам прикреплены упругие элементы, а в центре кольцевой проточки размещен кольцевой магнит.

Недостатком данной конструкции  вл ютс  сравнительно высокие потоки рассе ни  магнитного пол , так как статорна  обмотка не имеет магнитопровода. Следствием этого  вл етс  низка  эффективность его работы.

Известна электромагнитна  машина ударного действи , включающа  магнитопровод со статорной обмоткой, внутри которой находитс  боек из магнитопровод щего материала. Недостатком данной конструкции молотка  вл ютс  значительные габаритьг, особенно при необходимости повышени  энергетических параметров, так как в этом случае необходимо располагать в р д по ходу движени  бойка несколько статорных обмоток с магнитопроводамй . Однако при этом дл  обеспечени  нормального функционировани  магнитопровода, его секции необходимо располагать с интервалами друг относительно друга на рассто нии, примерно .равном продольным размерам бойка , что вызывает значительное увеличение габаритов молотка.

Более близкой по технической сущности  вл етс  конструкци  электромагнитной машины ударного действи , котора  содержит kopnyc с отдельными секци ми  внополюсного магнитопровода поперечного типа и статорными обмотками на секци х , а также боек, размещенный внутри магнитопровода.

Недостатком данной конструкции электрической машины ударного действи   вл ютс  сравнительно низкие энергетические

параметры.

При попытке повышени  энергетических параметров в данной конструкции, а именно бойка с диамагнитной и магнитной част ми, возникает техническое противоречие . Использование посто нного магнита ведет к росту энергетических параметров машины, это приводит к усложнению конструкции за счет усложнени  устройства коммутации , так как в данном случае требуетс 

подача в статорные обмотки двухпол рного питани . Кроме того, усложн етс  запуск машины в работу. Последнее обсто тельство обусловлено тем, что после отключени  питани  посто нный магнит занимает.пол;ожение равноееси  относительно полюсов какой-либо секции магнитопровода. Из этого состо ни  магнит очень трудно привести в движение, так как подача тока в ту же статорну.ю обмотку практически не дает эффекта , так же, как и подача тока в любую другую статорную обмотку любой соседней секции магнитопровода. Поэтому дл  приведени  в действие такой машины необходимо придать магниту начальную скорость

и сместить его из положени  равновеси . Это трудно осуществить без специальных устройств, значительно усложн ющих конструкцию .

изобретени   вл етс  повышение энергетических параметров при одновременном упрощении конструкции и улучшени  условий запуска в работу за счет австоматического перераспределени  магнитного потока между полюсами магнитопровода .

Указанна  цель достигаетс  за счет того , что молоток снабжен дополнительными бесполюсными секци ми поперечного типа и намагниченным в радиальном направлении посто нным магнитом, причем боек выполнен диамагнитным с проточкой, в котором размещен посто нный магнит, а дополнительные бесполюсные секции установлены между  внополюсными секци ми магнитопровода.

Кроме того, статорные обмотки размещены на полюсах магнитопровода.

На фиг.1 и 2 приведена конструктивна  схема электрической машины ударного действи ; на фиг.З - блок-схема системы управлени  ее работой вместе с диаграммой подачи напр жени  в секции статорной обмотки .

Машина ударного действи  (фиг.1) содержит корпус 1, в нижней части которого находитс  пика 2. В корпусе 1 находитс  выполненный из диамагнитного материала боек 3, который имеет кольцевую проточку с установленным в проточке посто нным кольцевым магнитом 4, намагниченным в радиальном направлении. К торцам кольцевой проточки прикреплены упругие элементы 5 и 6, которые служат дл  демпфировани  возможных соударений посто нного магнита 4 с торцами кольцевой проточки бойка 3, выполненной в его диамагнитной части.

В корпусе 1 -имеетс  несколько продольных пазов, например четыре. В пазы 7-9 вставлен магнитопровод сложной формы, который состоит из нескольких  внополюрных секций, например, 10 - 12, а между  внополюсными секци ми наход тс  не внополюсные секции 13 и 14, которые представл ют собой простые полые цилиндры. Весь магнитопровод дл  уменьшени  потерь на вихревые токи выполнен из отдельных скрепленных затем вместе ферромагнитных пластин.

В задней части корпуса 1 дл  амортизации скорости бойка 3 при движении его на зад предусмотрена пружина 15, котора  смонтирована на крышке 16, закрывающей заднюю часть корпуса 1. Подача машины на забой осуществл етс  нажатием на корпус. Выполнение каждой отдельно вз той  внополюсной секции магнитопровода на при мере секции 12 {фиг.2). Секци  содержит ферромагнитные полюса 12,1 - 12.4, которые примыкают к кольцевому магнитопроводу , образующему между полюсами

магнитопровод щие перемычки 12.5 - 12.8. На полюса надеты катушки 12.9 - 12.12. Все катушки электрически соединены между собой в одну секцию статорной обмотки, котора  коммутируетс  в строго заданное врем  при движении бойка.

Электрическа  машина ударного действи  приводитс  в работу с помощью системы управлени . В систему управлени 

0 вход т секции 17 - 19 статорной обмотки, соединенные соответственно с выходами усилителей 20 - 22, служащими дл  обеспечени  надежной коммутации секции статорной обмотки, коммутатор 23 с трем 

5 выходами 24 - 26, которые подключены к входам соответствующих усилителей, RSтриггер 27, функциональный блок 28, датчик 29 положени  магнита 4 и блок 30 питани . Коммутатор 23 выполнен бесконтактным с

0 двум  входами: установочным 31 и информационным 32. К установочному входу 31 подключен выход RS-тиггера 27, а к информационному входу 32 подсоединен выход функционального блока 28. Вход RS-тригге5 ра 27 подсоединен к второму входу функционального блока 28, вход которого в свою очередь соединен с выходом датчика 29. Все указанные устройства запитаны от блока 30 питани .

0 Кроме того, приведена диаграмма (фиг.З) подачи напр жений U24, Uas и U26 в соответствующие секции статорной обмотки в зависимости от положени  посто нного магнита X относительно секций статорной

5 обмотки магнитопровода. При этом напр жение на секции на пр мом ходе показаны сплошной линией, а на обратном ходе пунктирной линией. Как видно из приведенной диаграммы подача напр жени  в секции статорной обмотки осуществл етс  на пр мом и обратном ходе бойка 3 в различных местоположени х посто нного магнита относительно соответствующих секций статорной обмотки магнитопровода. Это дела5 етс  дл  обеспечени  высокой т говой

характеристики посто нного магнита при

- его движении внутри магнитопровода как

при пр мом, так « при обратном ходе.

Основной задачей системы управлени 

0 помимо запуска машины в работу  вл етс  обеспечение, именно, высоких т говых характеристик посто нного магнита на пр мом и обратном ходе бойка. Достигаетс  это за счет датчика 29 положени , RS-триггера

5 27 и коммутатора 23. При этом датчик положени  устроен так, что на его выходе присутствует сигнал, пропорциональный положению магнита 4 относительно некоторой фиксированной точки магнитопровода . Такой точкой может быть, например.

проекци  плоскости, проход щей посередине  внополюсной секции 12 магнитопровода на линию движени  бойка. На диаграмме фиг.З эта точка обозначена О, а за положительное направление движени  бойка и посто нного магнита 4 условно выбрано движение снизу-вверх (ось ОХ).

При этом, условно, за координату посто нного магнита 4 выбрано положение проекции секущей его по центру образующей плоскости относительно О на оси ОХ.

Сигнал с выхода датчика 29 положени  на вход функционального блока 28. Послед-. НИИ представл ет собой бесконтактный автомат без пам ти. Блок 2 анализирует сигнал с выхода датчика 29. При этом на его выходе 33, соединенном с первым входом RS-триггера 27, по вл етс  сигнал, когда координата посто нного магнита пересекает О, а на его выходе 34, соединенном с вторым входом RS-триггера 27, по вл етс  сигнал, когда центр посто нного магнита пересекает Х4 в точности,соответствующей проекции на ось ОХ плоскости, проход щей через Середину секции 10 магнитопровода. На третьем выходе 32 функционального блока по вл ютс  координированные сигналы в те моменты времени, когда координата посто нного магнита принимает значени , равные Xi, Х2 и Хз. Причем Xi соответствует координате проекции на ось ОХ плоскости, отсто щей от нижней грани секции 12 магнитопровода менее, чем на половину длины образующей посто нного магнита: Х2 - проекции плоскости, проход щей посередине секции 11, а - проекции плоскости, отсто щей от верхней грани секции 10 магнитопровода менее, чем на половину длины образующей посто нного магнита. Более точно координаты Xi и Х4 выбираютс  при отработке параметров машины.

Устройство RS-триггера 27 может быть любым, отвечающим лишь алгоритму работы таких устройств. Сигнал на его выходе принимает значение; 0 (или 1)и запоминаетс , когда на одном его входе по вл етс  информационный сигнал, и сигнал на его выходе мен ет свое значение на противоположное и запоминаетс , когда по вл етс  информационный сигнал на другом его входе . Таким образом, RS-триггер 27 осуществл ет формирование сигнала пр мого и обратного хода..

По своему устройству это бесконтактный автомат с пам гью. Наличие на его входах 31 и 32 сигналов от RS-триггера 27 и функционального блока 28 делает функционирование коммутатора 23 однозначным.

Электрическа  машина ударного действи  работает следующим образом.

Запуск машины в работу рсуществл ет с  подачей электрического питани  в схему его управлени . В перирд запуска машины в работу посто нный магнит находитс  полюсами точно напротив одной из  внополюсных секций магнитопровода вследствие большой силы прит жени  посто нного магнита к ферромагнитному материалу магнитопровода , котора  стремитс  уменьшить

0 зазор между полюсами ближайшей секции и посто нным магнитом до минимума. При запуске одновременно запитываютс  усилители 20 - 22, коммутатор 23. RS-триггер 27. функциональный блок 28 и датчик 29

5 положени  посто нного магнита. RS-триггер 27 может при этом самоустановитьс  в любое из положений, соответствующее пр мому или обратному ходу бойка.

Например, рассмотрим работу машины

0 при установлении RS-триггера 27В пол ожение , соответствующее обратному х,64у бойка (фиг.1), Предположим, дл  определённо сти, что посто нный магнит 4 до запуска в работу находилс  напротив секции 12, i

5 т.е. в точке с координатой О. При Г1одаче питани  датчик 29 фиксирует п оложение посто нного магнита в О и передает сигнал Об этом в функциональный блок 28. Последний сигналом на выхо/;е 33 подтверждает сорто0  ние RSлpиггepa 27, соответствующее обратному ходу бойка, а сигналом на выходе 32 дает команду коммутатору 23. Последний , анализиру  сигнал информации с В1хода 31 об установлении обратного хода бойка и

5 сигнал с входа 32, включает через усилитель 21 напр жение на обмотку секции 11 магнитопровода . При этом все усилители подают на свои обмотки однопол рное напр жение , но выбранное по знаку пол рности та0 КИМ образом, чтобы создавать магнитный поток в магнитопроводе соответствующего направлени  (фиг.1и 2). Так как в первый момент воздушный зазор между полюсами 11.1 - 11.4 больше воздушного зазора между полюсами 11.1, 12.1, 11.2 - 12,...,11.4 12 ,4, что обеспечиваетс  выбором конструктивных размеров, то основна  часть магнитного потока; замыкаетс  именно между последними парами указанных полюсов через дополнительные секции магнитопровода , что создает устойчивую силу прит жени  посто нного магнита 4 по направлению к секции 11.

Посто нный магнит 4 начинает движение вверх, по ходу которого он выбирает зазор в кольцевой проточке бойка 3 и упи раетс  в упругий элемент 6. через который перемещает вверх боек 3.

При движении посто нного магнита вверх происходит изменение величин воздушных зазоров. Так воздушные зазоры между полюсами 11.1 и 11,4 уменьшаютс , а воздушные зазоры между парами полюсов 11.1 - 12.1,...,11.4 - 12.4 сначала уменьшаютс , а затем увеличиваютс . Это автомати чески приводит к перераспределению ;магнитного потока, который в значительной степени замыкаетс  так, как показано на фиг.2. Однако н.а направление т гового усилен;и  со стороны посто нного магнита перераспределение потока практически не отражаетс , так как и в этом случае взаимодействие линий магнитного пол  вызывает необходимое силовое воздействие по направлени1р вверх. Следовательно,, наличие дополнительной бесполюсной секции 14 магнитопровода между  внополюсными секци ми 12 и 11 позвол ет за счет автоматиче ского перераспределени  магнитного потока сначала между продольно располо же нными, а затем и поперечно расположен1ЧЫМИ соседними полюсами без изменени  знака питающего напр жени  организовать устойчивую силу т ги посто нного магнита 4, даже в тот момент времени, когда он находитс  в покое в сечении секции 11 и зазор между его боковой поверхностью и полюсами секции 11 минимален. Кроме того , суммарна  сила т ги, вследствие радиального расположени  полюсов магнита, больше суммы усилий на магнит, чем при исггользовании конструкций магнитопровода только с поперечным или только продольным расположением полюсов. ; ЕСЛИ дополнительна  бесполюсна  секци  14 отсутствует между  внополюскыми секци ми 12 и 11, то запуск машины затруднен . Просто подача напр жени  и тока любого знака, например, в обмотку секции 12 не сдвигает посто нный магнит из положени  устойчивого равновеси , которое он занимает до этого. Не приводит к успеху и подача напр жени , а значит, и тока в об-i мртку секции 11, конструктивно наход щейс  от секции 12 на рассто нии не менее ДВОЙНОЙ толщины намотки обмоток секций и не более длины магнита (в против ном случае , он просто либо не двигаетс , либо не набирает достаточной энергий), так как в этом случае магнитный поток от рбмоток секции 11 просто замыкаетс  трлько через посто нный магнит. Если удаетс  какимилибо внешними силами (например, встр хиванием ) привести магнит в движение и сместить его немного вверх относительно О, то его дальнейшее движение в этом направлении может осуществл тьс  относительно секцу)и 12 токрм одной пол рности (выталKHBcTkHe из секции 12), а приближение к секции 11 (вт гивание в секцию 1.1) - током другой пол рности. Затем оп ть следуют процессы выталкивани  и вт гивани , но уже на следующей паре секций 11 - 10. После достижени  магнитом 4 при его движении вверх координаты Ха на выходе функционального блока 28 по вл етс  соответствующий информацирнный сигнал, который дает команду коммутатору 23,на переключение напр жени  с обмотки 18 на обмотку 19, К моменту достижени  магнитом 4 положени  Ха сила его т ги падает до О, так как Х2 - это одно из положений устойчивого равновеси  магнита 4 в магнитопроводе. Поэтому переключение напр жений с об- мотки 18 на обмотку 19 приводит к поддержанию силы т ги на необходимом уровне, но уже за счет перераспределени  магнитного потока между полюсами секций 11 и 10 магнитопровода. При достижений магнитом Хз функциональный блок 28 выдает об этом соответствующий сигнал, который дает команду коммутатору 23 на отключение питани  всех обмоток. Кроме того, сигнал, с выхода 34, который по витс  при этом, перебрасывает RS-триггер 27 в новое положение , соответствующее пр мому ходу бойка 3. Дальнейшее движение вверх посто нного магнита 4 вместе c-бoйkoм 3 происходит по инерции, посто нно замедл  сь под действием силы упругости пружины 15 и силы взаимодействи  (прит жени ) полюсов посто нного магнита 4 и соответствующих полюсов Секции 10 ферромагнитного магнитопровода. В какой-то момент времени магнит с бойком останавливаютс  в верхней точке, когда вс  их совместна  кинетическа  энерги  переходит в потенциальную энергию сжатой пружины и потенциальную энергию магнитной системы магнит-магнитопровод. Конструктивно параметры пружины 15 выбирают так, что координата остановки посто нного магнита 4 в верхней точке соответствует Х4 или чуть выше (по диаграм ме на оси ОХ чуть правее) Х4. В Х4 датчик 29 положени  посто нного магнита задействует функциональный блок 28 так, что на его выходе 32 по вл етс  соответствующий сигнал. Коммутатор 23 проанализирует данный сигнал , а также сигнал о состо нии RS-триггера 27. В результате этого коммутатор 23 через усилитель 2 начинает подавать напр жение на обмотку 19, наход щуюс  на секции Юмагнитопро вода. Начинаетс  движение бойка 3 и посто нного магнита 4 вниз. При этом первоначально движение бойка 3 осуществл етс  за счет силы упругости пружины

15, накопившей потенциальную энергию при остановке бойка с магнитом.

Движение посто нного магнита 4 осуществл етс  за счет той же силы упругости пружины 15, действующей на посто нный магнит 4 через боек 3 и через упругий элемент 6, а также за счет электромагнитного взаимодействи  со стороны намагниченных полюсов секции 10. В результате суммарна  сила, привод ща  магнит 4 в движение больше, также, как и набираема  им скорость вниз. Это приводит к тому, что посто нный магнит 4 постепенно перемещаетс  к нижнему упругому элементу 8 в проточке бойка 3 и начинает, сжима  его, действовать на боек 3 сверху-вниз. Через некоторое врем  на боек 3 прекращает действовать сила упругости со стороны пружины 15, так как она полностью разжимаетс , однако его дальнейшее движение поддерживаетс  силой т ги магнита.

По мере движени  магнита 4 с бойком 3 вниз система управлени , анализиру  сигналы с датчика 29 и посыла  команды к коммутатору 23 через функциональный блок 28, последовагельно в точном соответствии с приведенной диаграммой подает напр жение и ток в обмотку 19, затем обмотку 10 и, наконец,обмотку 17.

При достижении магнитом координаты О все катушки обесточены. В результате движение магнита 4 ниже О тормозитс  полем прит жени  со стороны магнитопровода , он начинает останавливатьс .

В то же врем  боек 3, выполненный из диамагнитного материала, не испытыва  взаимодействи  ни сто стороны магнита, ни со стороны магнитопровода, по инерции проскакивает дальше. Между ним и затормаживающим посто нным магнитом 4 нарастает зазор . При максимальной величине зазрра происходит удар бойка по пике 2, разрушающее действие которого на посто нный магнит 4 благодар  зазору не распростран етс . Конструктивные параметры магнитопровода и магнита выбираютс  так, что к моменту удара бойка 3 по пике 2 происходит остановка магнита и, кроме того, координата Xi соответствует месту остановки магнита либо координата Xi немного выше (на диаграмме - правее). При остановке посто нного магнита 4 в нижней точке вс  кинетическа  энерги  переходит в потенциальную энергию магнитного взаимодействи  его с магнитопроводом , котора  возвращаетс  магниту при его движении вверх, это благопри тно сказываетс  на КПД всей машины.

В Xi система управлени  включает обмотку 17 под напр жение. В результате этр

го на магнит 4 начинает действовать электромагнитна  сила, направленна  вверх.

Данное обсто тельство заставл ет перемещатьс  посто нный магнит 4 вверх. Ом перемещаетс  в проточке бойка с нижнего в верхнее положение и через упругий элемент 6 начинает разгон ть боек 3 снизувворх , в точности осуществл   работу машины в описанном пор дке.

Дл  определени  технико-экономической эффективности изобретени  в качестве базового объекта принимают электромагнитный молоток типа МС-20.

Молоток выполнен по двухкатушечной схеме с продольным расположением магнитопровода и с питанием катушек от сети с включением в цепь питани  полупроводниковых вентилей и со свободным выбегом бойка.

В таком молотке отсутствует датчик положени  бойка, нет посто нного, привод щего боек в движение магнита, а магнитопровод имеет продольную конструкцию простой формы. Отсутствие этих элементов или конструктивное исполнение обуславливает основные техниче ские недостатки указанной машины. Они заключатс  в том, что недостаточны энергетические параметры, так как низка разгонна  сила.

Невысока также и надежность, так как отсутствие датчика положени  приводит к возможности ударов бойка по корпусу.

Экономические недостатки приведенной конструкции электромагнитного молотка обусловлены его техническим;и недостатками.

В результате снижени  энергетических параметров уменьшаетс  производительность , растет удельна  стоимость выполн емых работ.

Предлагаема  конструкци  уменьшает указаннь е недостатки. В результате повышаетс  производительность молотка, снижаетс  удельна  стоимость работ.

Claims (2)

1. Электрическа  машина ударного действи , включающа  корпус с отдельными секци ми  внополюсного магнитопровода поперечного типа и статорными обмотками на секци х, и боек, размещенный внутри магнитопровода, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  КПД при одновременном улучшении условий запуска ее в работу , она снабжена дополнительными бесполюсными секци ми Магнитопровода поперечного типа и намагниченным в радиальном направлении посто нным магнитом, при этом боек выполнен диамагнитным с проточкой, в которой р;азмещен посто нный магнит, а дополнительные беспрлюсные секцииустановлены между  внополюсными секци ми магнитопровода.

7

Xf

п. 2

J2.6

13

Риг.З

2. Машина по п.1, о т л и ч а ю щ а  с  тем, что статорные обмотки размещены на полюсах магнитопровода.