Электромагнитный ударный механизм Российский патент 2003 года по МПК E21C37/18 E02F5/32 

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

Известно устройство для образования скважин в грунте (Электромагнитные импульсные системы. Под ред. Н.П. Ряшенцева.-Новосибирск. ИГД СО АН СССР, 1989, с. 173), включающее корпус с наковальней, привод с электромагнитными катушками и якорь-ударник, выполненный составным по длине с чередующимися звеньями из ферромагнитного и немагнитного материала.

Данное техническое решение обладает недостатком, заключающемся в низком кпд и, соответственно, в пониженной энергии единичного удара и повышенном нагреве при работе с частотой свыше 4 Гц (авт. свид. СССР 386092, Е 02 F 5/18, 1973).

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электромагнитный ударный механизм (патент РФ, 2096610, кл. 6 Е 21 С 3/16, Е 02 F 5/18, 1994), который содержит корпус с размещенной в нем индукционной катушкой и якорь-ударник. В передней части якоря-ударника расположены кольца из немагнитного токопроводящего материала.

Недостатком этого механизма является быстрый нагрев электромагнитной системы при работе на частотах выше 4 Гц, что приводит к перегреву механизма, снижению продолжительности включения [ПВ] и, в конечном счете, к снижению надежности механизма в целом. Этот недостаток связан с тем, что из-за активного сопротивления индукционной катушки и токопроводящих колец, а также магнитного сопротивления корпуса и якоря-ударника часть электромагнитной энергии преобразуется в тепло, что и приводит к перегреву механизма в целом.

Цель изобретения - увеличение времени нагрева электромагнитной системы до допустимых пределов и, соответственно, увеличение ПВ и надежности электромагнитного ударного механизма.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из корпуса, выполненного из ферромагнитного материала, якоря-ударника, индукционной катушки, задней головки и источника импульсного тока, якорь-ударник выполнен из двух частей:

ферромагнитной и из немагнитного токопроводящего кольца. При этом на якоре-ударнике с наружной стороны, соосно с аксиальными отверстиями в токопроводящем кольце, выполнены продольные пазы, на переднем торце якоря-ударника закреплен нагнетательный клапан; на торце задней головки установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном. С наружной стороны корпуса выполнены продольные пазы, образующие с кожухом замкнутые каналы, закрытые с заднего торца крышкой с установленным на ней выпускным клапаном.

Такое исполнение ударного механизма обеспечивает циркуляцию воздуха внутри ударного механизма через якорь-ударник и токопроводящее кольцо и по наружной части корпуса. В процессе циркуляции воздух отбирает тепло, которое выделяется при работе механизма в индукционной катушке, токопроводящем кольце и в магнитопроводе.

На прилагаемых чертежах показаны: на фиг. 1 - общий вид электромагнитного ударного механизма, на фиг. 2 - разрез по А-А, на фиг. 3 - выноска II, на фиг. 4 - выноска I.

Механизм содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором размещена индукционная катушка 2. В корпусе 1 установлены передний 3 и задний 4 полюсы. В передней части якоря-ударника 5 расположено кольцо 6 из немагнитного токопроводящего материала. С тыльной части корпус 1 закрыт задней головкой 7 с втулкой 8. В передней части корпуса 1 установлена распорная втулка 9 с втулкой 10. Втулки 8 и 10 служат направляющими для якоря-ударника 5. В передней головке 11, закрепленной на корпусе 1, установлен рабочий инструмент 12, зафиксированный стопором 13. На якоре-ударнике 5 выполнены продольные пазы 14 (фиг. 2), которые сопрягаются с аксиальными отверстиями 15 в токопроводящем кольце 6. На переднем торце этого кольца закреплен нагнетательный клапан 16, который поджимается к нему пружиной 17 (фиг. 3). На торце задней головки 7 установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном 18 (фиг. 4). На верхнем конце якоря-ударника 5 гайками 19 закреплен фланец 20, на который опирается возвратная пружина 21. Корпус 1 помещен в кожух 22, закрытый крышкой 23 с установленным на ней выпускным клапаном 24. Между задней головкой 7 и крышкой 23 установлен полый цилиндр 25. Питание индукционной катушки 2 осуществляется от источника импульсного тока 26.

Механизм работает следующим образом.

От источника импульсного тока 26 в индукционную катушку 2 подается импульсный ток. В катушке и в магнитопроводе, образуемом корпусом 1, полюсами 3 и 4, якорем-ударником 5, возникает переменное электромагнитное поле, которое при пересечении токопроводящего кольца 6 возбуждает в нем ЭДС индукции, которая прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. При этом в кольце 6 под действием ЭДС возбуждается электрический ток и в соответствии с законом Лоренца возникает сила, действующая на якорь-ударник 5, выталкивая его в направлении рабочего инструмента 12. Одновременно с этим на ферромагнитную часть якоря-ударника 5 действует сила Максвелла, которая при уменьшении рабочего зазора Д 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 12, постоянно прижатому к разрушаемой поверхности. Возврат якоря-ударника в исходное состояние (холостой ход) осуществляется под действием пружины 21, которая сжимается при рабочем ходе якоря-ударника. Далее рабочий цикл повторяется.

При рабочем ходе якоря-ударника 1 вниз объем камеры 27 увеличивается, давление в ней падает, при этом открывается всасывающий клапан 18, а нагнетательный клапан 16 закрыт, поэтому воздух из полости цилиндра 25 через всасывающий клапан 18 и канал 28 поступает в камеру 27 (фиг. 4). Одновременно с этим воздух из полости 29 через радиальные каналы 30, и 31 поступает в каналы 32 корпуса 1. Далее, проходя по кольцевому зазору между кожухом 22 и цилиндром 25 по каналам 33 и 34 через выпускной клапан 24, выбрасывается в атмосферу. При холостом ходе якоря-ударника 1 вверх всасывающий клапан 18 закрывается, а нагнетательный клапан 16 под действием повышенного давления, создаваемого в камере 27, открывается. Воздух из камеры 27 через каналы 14 и отверстия 35, клапан 18 и радиальный канал 36 (фиг. 3) поступает в полость 29. Так как объем камеры 27 многократно превышает объем полости 29, избыточный воздух, поступающий из камеры 27 в полость 29, по каналам 32, 33, 34 и через выпускной клапан 24 вытесняется в атмосферу. Таким образом обеспечивается циркуляция воздуха внутри ударного механизма через якорь-ударник и токопроводящее кольцо и по наружной части корпуса. В процессе циркуляции воздух отбирает тепло, которое выделяется при работе механизма в магнитопроводе и в токопроводящем кольце.

Предлагаемое техническое решение позволяет в сравнении с прототипом увеличить время нагрева электромагнитной системы до допустимых пределов и, соответственно, увеличить допустимую продолжительность включения механизма и, как следствие, значительно повысить надежность электромагнитного ударного механизма.

Изобретение относится к области горного и дорожно-строительного машиностроения, а именно к электромагнитным ударным механизмам, и может быть использовано для разрушения горных пород, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металлов, активации рабочих органов горных машин и т.п. Механизм включает корпус из ферромагнитного материала, якорь-ударник, состоящий из двух частей, одна из которых ферромагнитная, а вторая выполнена в виде немагнитного токопроводящего кольца, индукционную катушку и источник импульсного тока. Он также снабжен кожухом с крышкой с установленным на ней выпускным клапаном, задней головкой, на торце которой установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном. На якоре-ударнике с наружной стороны выполнены продольные пазы, сопряженные с аксиальными отверстиями в немагнитном токопроводящем кольце, на переднем торце которого закреплен нагнетательный клапан. С наружной стороны корпуса выполнены продольные пазы, образующие с кожухом замкнутые каналы, закрытые с заднего торца крышкой. Изобретение обеспечивает повышение надежности электромагнитного ударного механизма. 4 ил.

Электромагнитный ударный механизм, включающий корпус из ферромагнитного материала, якорь-ударник, состоящий из двух частей, одна из которых ферромагнитная, а вторая выполнена в виде немагнитного токопроводящего кольца, индукционную катушку и источник импульсного тока, отличающийся тем, что он снабжен кожухом с крышкой, с установленным на ней выпускным клапаном, задней головкой, на торце которой установлена клапанная коробка с всасывающим клапаном, при этом на якоре-ударнике с наружной стороны выполнены продольные пазы, сопряженные с аксиальными отверстиями в немагнитном токопроводящем кольце, на переднем торце которого закреплен нагнетательный клапан, а с наружной стороны корпуса выполнены продольные пазы, образующие с кожухом замкнутые каналы, закрытые с заднего торца крышкой.