ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1999 года по МПК E21C3/16 B25D13/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к электродинамическим ударным механизмам, и может быть использовано в установках для разрушения твердых сред, например, горных пород.

Известен электродинамический ударный механизм, включающий корпус с установленным с возможностью возвратно-поступательного движения /перемещения/ рабочим инструментом и неподвижным импульсным индуктором, витки которого соосны стержнеобразному элементу передачи ударного воздействия на рабочий инструмент, и демпфирующие элементы, размещенные в зазоре между корпусом и стержнеобразным элементом, рабочий инструмент прижимается к стержнеобразному элементу возвратной пружиной, стержнеобразный элемент жестко соединен с индуктором, витки которого размещены над торцом стержнеобразного элемента /авторское свидетельство СССР N 1093799, МПК E 21 C 3/16, публ. 23.05.84, Бюл. N 19/.

Недостатком данного устройства является его низкий КПД, так как ударное воздействие на разрушаемый материал передается через промежуточное звено - рабочий инструмент от стержнеобразного элемента за счет его упругой деформации. С другой стороны, жесткое соединение "индуктор-стержнеобразный элемент" испытывает значительные динамические нагрузки при холостом ходе, так как энергия не передается объекту разрушения через рабочий инструмент, а поглощается стержнеобразным элементом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ударный механизм электродинамического действия, содержащий корпус, индукционный привод торцевого типа, якорь-ударник, выполненный с короткозамкнутой обмоткой в виде диска профилированного сечения, размещенного на торце якоря-ударника, и возвратно-демпфирующее устройство /авторское свидетельство СССР N 1216366, МПК E 21 C 3/16, опубл. 07.03.86/.

В данном устройстве при рабочем цикле на обмотку индуктора со стороны магнитопровода и короткозамкнутой обмотки якоря-ударника действуют встречно направленные силы, вызванные взаимодействием рабочего тока в обмотке с вихревыми токами в магнитопроводе и в короткозамкнутой обмотке якоря-ударника. Обмотка индуктора испытывает значительные динамические нагрузки, а результирующая электромагнитных сил направлена на выталкивание обмотки из магнитопровода. При этом приходится применять соответствующие конструктивные решения для механической компенсации этих сил.

Предлагаемое изобретение позволяет получить технический результат, выраженный в увеличении импульса электромагнитной силы, действующей в рабочем цикле на якорь-ударник, и предохранении обмотки индуктора от несимметричных динамических нагрузок, что позволит повысить эксплуатационную надежность электродинамического ударного механизма.

Технический результат достигается за счет того, что в электродинамическом ударном механизме, содержащем корпус, индукционный привод торцевого типа /индуктор/, выполненный из обмотки и магнитопровода, якорь-ударник с короткозамкнутым витком на торце и демпфирующие элементы, индуктор установлен с возможностью свободного осевого возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса и якоря-ударника, обмотка индуктора выполнена из двух разнесенных секций и установлена в средней части магнитопровода на каркасе, в корпусе и якоре-ударнике выполнены полости, обеспечивающие вхождение концов магнитопровода при перемещении индуктора, на корпусе, со стороны индуктора, установлен второй короткозамкнутый виток, аналогичный установленному на торце якоря-ударника, причем короткозамкнутые витки выполнены в виде диамагнитных шайб.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При подключении обмотки индуктора к источнику тока в ней протекает рабочий ток, который вызывает образование в короткозамкнутых витках вихревых токов. Электромагнитные поля рабочего тока в секциях обмотки индуктора и вихревых токов в короткозамкнутых витках взаимодействуя между собой обуславливают возникновение электродинамических усилий, которые преобразовываются якорем-ударником в механическую работу по разрушению материала. Так как индуктор имеет возможность свободного осевого перемещения относительно корпуса и якоря-ударника, то в рабочем цикле устанавливается динамическое равновесие сил, действующих на индуктор со стороны короткозамкнутых витков, направленных на его сжатие. Так как сила взаимодействия между токами находится в прямой зависимости от расстояния между обмотками индуктора и якоря-ударника, то в данном устройстве за счет подвижного индуктора достигается сокращение этого расстояния, и, как следствие, увеличение полезного импульса-силы, действующей на якорь-ударник.

Схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1. Электродинамический ударный механизм содержит корпус 1, индуктор из магнитопровода 2, на котором установлен каркас 3 с двухсекционной обмоткой индуктора 4, диамагнитных шайб 5, якоря-ударника 6 и упругого элемента 7.

В исходном состоянии незначительной силой реакции упругого элемента 7, действующего между корпусом 1 и якорем-ударником 6 секции 4 обмотки индуктора плотно прижимаются к диамагнитным шайбам 5. При подаче на секции 4 обмотки индуктора напряжения, например, от конденсаторной батареи, /на чертеже не показана/, заряженной до требуемого уровня запаса энергии, происходит ее разряд. Во время этого разряда по секциям 4 обмотки индуктора протекает импульс тока большой силы, создающий в магнитопроводе 2 импульсное магнитное поле. Благодаря локализации потока магнитной индукции магнитопроводом 2 основная его часть проходит внутри короткозамкнутых витков - диамагнитных шайбах 5, в которых возникают вихревые токи. Возникают интенсивные силы отталкивания между диамагнитными шайбами 5 и секциями 4 обмотки индуктора, которые действуют на якорь-ударник 6. Электрические секции 4 обмотки индуктора включены согласно. С целью ослабления взаимного электромагнитного влияния диамагнитных шайб 5 расстояние между секциями 4 обмотки индуктора значительно больше, чем между их торцевыми плоскостями и диамагнитными шайбами 5 при максимальном рабочем ходе якоря-ударника 6 примерно на порядок.

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемое техническое решение, предусматривающее установку второго короткозамкнутого витка на корпусе и разнесение обмотки индуктора, позволяет снизить неоднородность магнитного поля индуктора, что приводит к снижению динамических нагрузок на индуктор как осевых так и касательных.

Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить импульс электромагнитной силы, действующей на якорь-ударник, что повышает коэффициент преобразования электрической энергии в механическую и предохраняет индуктор от динамических нагрузок, увеличивает эффективность работы ударника и его эксплуатационную надежность.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к электродинамическим ударным механизмам, и может быть использовано в установках для разрушения твердых сред, например горных пород. Электродинамический ударный механизм включает корпус, импульсный индуктор, установленный с возможностью свободного осевого возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса, якорь-ударник с короткозамкнутым витком на торце и упругий элемент, причем обмотка индуктора выполнена из двух разнесенных секций, установленных на каркасе в средней части магнитопровода, на корпусе со стороны индуктора установлен второй короткозамкнутый виток, аналогичный установленному на торце якоря ударника. Короткозамкнутые витки выполнены в виде диамагнитных шайб. Использование в электродинамическом ударном механизме подвижного импульсного индуктора позволяет увеличить импульс электромагнитной силы, действующей на якорь-ударник, повысить коэффициент преобразования электрической энергии в механическую, предохранить индуктор от несимметрических динамических нагрузок, что увеличивает его эксплуатационную надежность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электродинамический ударный механизм, включающий корпус, импульсный индуктор, выполненный из обмотки индуктора и магнитопровода, якорь-ударник с короткозамкнутым витком на торце и упругий элемент, отличающийся тем, что индуктор установлен с возможностью свободного осевого возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса и якоря-ударника, обмотка индуктора выполнена из двух разнесенных секций и установлена в средней части магнитопровода на каркасе, в корпусе и якоре-ударнике выполнены полости, обеспечивающие вхождение концов магнитопровода при перемещении индуктора, на корпусе со стороны индуктора установлен второй короткозамкнутый виток, аналогичный установленному на торце якоря-ударника. 2. Электродинамический ударный механизм по п.1, отличающийся тем, что короткозамкнутые витки выполнены в виде диамагнитных шайб. 3. Электродинамический ударный механизм по п.1, отличающийся тем, что разнесенные секции обмотки индуктора электрически включены согласно и разнесены на расстояние на порядок больше максимального рабочего хода якоря-ударника.