ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1997 года по МПК E21C3/16 E02F5/18 

Изобретение относится к области горного и дорожно-строительного машиностроения, а именно к электромагнитным ударным механизмам и может быть использовано для разрушения горных пород, дорожных покрытий, бетонных изделий, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металлов и т.п.

Известен электромагнитный ударный механизм, содержащий корпус из ферромагнитного материала, якорь-ударник, индукционную катушку, источник импульсного тока [1]
Данное техническое решение обладает недостатком, заключающимся в низком КПД и соответственно в пониженной энергии единичного удара. Это объясняется тем, что сила, втягивающая якорь-ударник (сила Максвелла), в начальный период движения, мала из-за большого рабочего зазора, что подтверждается известной закономерностью (Импульсный электромагнитный привод. Под ред. Н.П. Ряшенцева. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1988, с.163):
F = ΦJe/2δ,
где Φ магнитный поток, Вб;
J ток в индукционной катушке, А;
w число витков в индукционной катушке;
d начальный (рабочий) зазор, равный ходу якоря ударника, м.

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус с наковальней, привод с электромагнитными катушками и якорь-ударник, выполненный составным по длине с чередующимися звеньями из ферромагнитного и немагнитного материала [2]
Недостатком этого механизма является низкий КПД, менее 0,5, а отсюда и сравнительно малая энергия единичного удара (Электромагнитные импульсные системы. Под ред. Н.П.Ряшенцева. Новосибирск. ИГД СО АН СССР, 1989, с. 173). Этот недостаток связан с тем, что якорь-ударник приводится в движение действием двух противоположно направленных сил: силой Лоренца, возникающей при взаимодействии изменяющегося электромагнитного поля индукционной катушки с индукционным током, наводимым этим полем в короткозамкнутых витках, и силой Максвелла, которая стремится удержать якорь-ударник в исходном положении.

Цель изобретения повышение КПД и соответственно энергии единичного удара электромагнитного ударного механизма.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из корпуса, выполненного из ферромагнитного материала, якоря-ударника, индукционной катушки и источника импульсного тока, якорь-ударник выполнен из двух частей, одна из которых, расположенная внутри индукционной катушки, длиной, равной половине длины последней, состоит из изолированных друг от друга колец, выполненных из немагнитного материала с низким электрическим сопротивлением (например, меди), а вторая часть, длиной близкой длине катушки, выполнена из ферромагнитного материала. При этом граница между магнитной и немагнитной частями якоря-ударника в исходном положении располагается ниже середины катушки на расстоянии не менее чем одна десятая часть длины катушки.

Исполнение якоря-ударника из двух частей немагнитной токопроводящей и ферромагнитной позволяет при протекании в катушке импульсного тока в начальный момент времени, когда скорость изменения магнитного потока максимальна за счет возбуждения нескольких замкнутых контуров вихревых токов в каждом из изолированных колец, получить наибольшее значение силы Лоренца, т.е. начальный импульс для приведения в движение якоря-ударника. После прохождения якорем-ударником половины пути свободного хода, он разгоняется под действием силы Максвелла. При этом все время взаимодействия якоря-ударника с магнитным полем катушки векторы сил Максвелла и Лоренца совпадают по направлению.

На чертеже показано устройство электромагнитного ударного механизма.

Механизм содержит корпус 1, в котором размещена индукционная катушка 2. Корпус 1 закрыт с торцев передней крышкой 3 и задней крышкой 4. Расточки в корпусе 1 и крышке 3 являются направляющими якоря-ударника 5. В передней части якоря-ударника 5 расположены кольца 6 из немагнитного токопроводящего материала, электрически изолированные друг от друга. В тыльной части якоря-ударника 5 расположен фланец 7, на который опирается возвратная пружина 8. Фланец 7, в свою очередь, опирается на регулировочный винт 9. В центральной расточке передней крышки 3 расположен рабочий инструмент 10, зафиксированный шпонкой 11. Питание индукционной катушки 2 осуществляется от источника импульсного тока 12.

Механизм работает следующим образом.

От источника импульсного тока 12 в индукционную катушку 2 подается импульсный ток. Возникающее в катушке переменное электромагнитное поле при пересечении колец 6 возбуждает в них ЭДС индукции, прямо пропорциональное скорости изменения магнитного потока. При этом в кольцах 6 под действием ЭДС возбуждается электрический ток и в соответствии с законом Лоренца возникает сила, действующая на кольца 6, передающаяся на якорь-ударник 5, выталкивая его в направлении рабочего инструмента 10. Одновременно с этим на ферромагнитную часть якоря-ударника 5 действует сила Максвелла, которая при уменьшении рабочего зазора с l_хода до 1/4 l_хода существенно возрастает и продолжает втягивать верхнюю ферромагнитную часть якоря-ударника 5 в катушку 2 и сообщать ему дополнительную кинетическую энергию, в конце рабочего хода нижняя рабочая часть ударника 5 ударяет по рабочему инструменту 10, постоянно прижатому к разрушаемой поверхности. Возврат якоря-ударника в исходное положение осуществляется пружиной 8. Далее рабочий цикл повторяется. В исходном положении верхняя плоскость токопроводящих колец 6 должна располагаться ниже геометрической поперечной оси индукционной катушки 2 на расстояние не менее одной десятой части длины катушки l_k. Регулирование исходного положения якоря-ударника 5 осуществляется регулировочным винтом 9.

Предлагаемое техническое решение позволяет, в сравнении с прототипом, существенно повысить КПД механизма и, как следствие, значительно увеличить энергию единичного удара механизма при прочих равных условиях.

Электромагнитный ударный механизм относится к горным и дорожно-строительным машинам, применяемым для разрушения горных пород, дорожных покрытий, бетонных изделий, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металла и т. п. Цель изобретения - повышение КПД и соответственно энергии единичного удара электромагнитного ударного механизма. Механизм содержит корпус, в котором размещена индукционная катушка. Корпус закрыт с торцев передней и задней крышками. Расточки в корпусе и крышке являются направляющими якоря-ударника. В передней части якоря-ударника расположены кольца из немагнитного материала. Питание индукционной катушки осуществляется от источника импульсного тока. Исполнение якоря-ударника из двух частей: немагнитной токопроводящей и ферромагнитной позволяет при прохождении импульсного тока в начальный момент получить наибольшее значение силы Лоренца. После прохождения якорем-ударником половины пути свободного хода он движется под действием силы Максвелла. При этом векторы сил Лоренца и Максвелла совпадают по направлению, что и позволяет повысить КПД механизма и значительно увеличить энергию единичного удара. 1 ил.

Электромагнитный ударный механизм, включающий корпус из ферромагнитного материала, якорь-ударник, индукционную катушку и источник импульсного тока, отличающийся тем, что якорь-ударник выполнен из двух частей, одна из которых, расположенная внутри индукционной катушки, длиной, равной половине длины катушки, состоит из колец выполненных из немагнитного материала с низким электросопротивлением, а вторая часть длиной, близкой к длине катушки, выполнена из ферромагнитного материала.