ЭЛЕКТРОМОЛОТ Российский патент 2006 года по МПК E21C37/00 E02D7/02 

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано при забивке тяжелых металлических труб-свай в морское дно при возведении морских стационарных нефтяных платформ или в качестве исполнительного элемента сверхмощных импульсных сейсмоисточников при сейсморазведочных работах на нефть и газ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромолот, являющийся прототипом, который содержит корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью герметического перемещения установлен пустотелый якорь-боек с катушками возбуждения, камера повышенного давления воздуха, шабот, корпус которого герметично связан с корпусом электромолота, систему электропитания и управления трехфазной обмоткой корпуса и систему возбуждения якоря-бойка [А.С. №58669].

Недостатком такого устройства является низкая надежность, плохие условия пуска и плохая управляемость.

Задачей изобретения является повышение надежности, улучшение условий пуска и улучшение управляемости электромолота.

Указанная задача достигается тем, что электромолот, содержащий корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью герметичного перемещения установлен пустотелый якорь-боек с катушками возбуждения, камеру повышенного давления воздуха, образованную полостями якоря-бойка и корпусом электромолота над якорем-бойком, шабот, корпус которого герметично связан с корпусом электромолота, систему электропитания и управления трехфазной обмоткой корпуса и систему возбуждения якоря-бойка, корпус электромолота выполнен цилиндрическим, а якорь-боек трубчатым, монолитным в нижней части короткозамкнутыми токопроводящими кольцами в его полюсах по внешней его поверхности, электромолот снабжен установленной на его цилиндрическом корпусе и связанной с ним пригрузочной массой, датчиками положений якоря-бойка, а шабот выполнен с амортизационной камерой в его нижней части, при этом камера повышенного давления воздуха связана трубопроводом с обратным клапаном с компрессором, корпус шабота герметично связан с нижней, внутренней частью цилиндрического корпуса электромолота и установлен с возможностью перемещения относительно нее, при этом амортизационная камера шабота связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления, который, в свою очередь, связан компрессором через обратный клапан, а амортизационная камера шабота в нижней ее части имеет опертую на корпус шабота цилиндрическую передаточную силовую пластину, установленную герметично относительно корпуса шабота.

На чертеже изображен предлагаемый электромолот с исполнительным органом в виде линейного синхронного двигателя.

Электромолот состоит из цилиндрического корпуса 1 с трехфазной обмоткой 2. В цилиндрическом корпусе электромолота с возможностью герметичного перемещения установлен трубчатый 3, монолитный в нижней части 4 якорь-боек с катушками возбуждения 5 и короткозамкнутыми токопроводящими кольцами 6 в его полюсах. Катушки возбуждения и короткозамкнутые токопроводящие кольца на чертеже изображены одной штриховой линией по внешней поверхности якоря-бойка. В камере повышенного давления 14 электромолота введены датчики верхнего 7 и нижнего 8 положений якоря-бойка. Система частотно-регулируемого электропитания (на чертеже не показана) подключена к трехфазному вводному устройству 9. Питание катушек возбуждения 5 подается гибкими проводами от зажимов 10. Регулируемая система питания катушек возбуждения якоря-бойка на чертеже также не показана. В верхней части электромолота показана пригрузочная масса 11, связанная с цилиндрическим корпусом электромолота. В электромолот введена камера 14 повышенного давления воздуха, образованная верхней камерой 13 якоря-бойка и камерой 14 цилиндрического корпуса электромолота. Эти камеры связаны трубопроводом 15 через обратный клапан 16 с компрессором (компрессор на чертеже не показан). Нижняя часть цилиндрического корпуса электромолота 17 через амортизирующие прокладки 18 установлена на корпус шабота 19. Верхняя часть шабота установлена внутрь нижней части цилиндрического корпуса электромолота 17 с возможностью герметичного перемещения относительно него. Амортизационная камера шабота 20 связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления 21, который, в свою очередь, связан с компрессором (на чертеже не показан) через обратный клапан 22, а амортизационная камера 20 в нижней части имеет передаточную силовую пластину 23, установленную герметично относительно корпуса шабота 19, опертую на его корпус и на обрабатываемый объект (сваю, негабарит, излучающую плиту). Шабот в нижней части имеет направляющую 24 и трубопровод 25, а между якорем-бойком 3 и шаботом 19 выполнена вакуумная камера 26.

Устройство работает следующим образом. Вначале электромолот шаботом 19 его нижней частью устанавливается передаточной силовой пластиной 23 с помощью направляющей 24 на забиваемую сваю. Компрессором через обратный клапан 22 и трубопровод 25 в амортизационную камеру 20 подается сжатый воздух повышенного давления. Этим повышенным давлением весь электромолот поднимается над сваей на величину хода амортизационной камеры 20. Эта операция выполняется для исключения разрушения верхнего конца сваи при ее забивке. Затем от компрессора через обратный клапан 16 и трубопровод 15 в камеры 13, 14 якоря-бойка и верхней части цилиндрического корпуса электромолота также подается воздух повышенного давления. Давление в камерах 13 и 14 выбирается таким, чтобы оно создавало усилие на сечение якоря-бойка 3, меньшее усилия, равного весу цилиндрического корпуса электромолота и весу пригрузочной массы 11. Затем подается трехфазное переменное напряжение на трехфазное вводное устройство 9, производится частотный асинхронный пуск синхронного двигателя. При достижении заданной скорости якорем-бойком 3 в соответствии с выражением v_синхр=2τf, где: τ - полюсное деление (м), f - частота тока питания статора 2 (Гц), подается возбуждение постоянного тока на зажимы 10 в полюсные обмотки якоря-бойка и он с заданной синхронной скоростью поднимается вверх. При подходе якоря-бойка к датчику верхнего положения 7 одновременно отключается возбуждение постоянного тока с зажимов 10 и питание переменной частоты с зажимов трехфазного вводного устройства 9. Якорь-боек 3 силой своей тяжести и силой повышенного давления камер 13, 14 тормозится и затем интенсивно разгоняется в обратном направлении и наносит удар по шаботу 19, который воздействует на забиваемую сваю через амортизационную камеру 20, на силовую передающую пластину 23, лежащую на верхнем конце сваи в момент удара, интегрируя ударный импульс во времени, предохраняя ее от разрушения. Длительность ударного импульса и его амплитуда связаны соотношением: , где t - длительность ударного импульса (с), F - сила ударного импульса (Н), m - масса якоря-бойка, v - предударная скорость якоря-бойка. Сила и длительность удара рассчитываются исходя из необходимых значений для забивки свай и может подбираться величиной свободного хода шабота 19 и давления воздуха в амортизационной камере 20. При проходе верхнего торца якоря-бойка через датчик нижнего его положения 8, через некоторое время задержки, чтобы использовать отскок якоря-бойка от сваи, вновь включается переменное напряжение на статоре 2 и подается возбуждение на якорь-боек с зажимов 10. Использование эффекта отскока значительно облегчает процессы пуска электромолота. Обычно скорость отскока составляет 15-20% ударной скорости, которая практически равна скорости подъема якоря-бойка в верхнее положение, что исключает тяжелые пусковые процессы после каждого удара и значительно повышает КПД рабочего процесса электромолота. На этой синхронной скорости якорь-боек взводится вверх и цикл работы повторяется. Этот КПД в предлагаемом изобретении достигает величин 0,9-0,95, практически таких же, как и в обычных вращательных синхронных машинах против КПД прототипа, не превышающего 0,6-0,65. Введение амортизационной камеры улучшает надежность работы электромолота и не разрушает забиваемую сваю, введение короткозамкнутых колец на полюсах якоря-бойка улучшает его условия пуска, а введение датчиков положения значительно улучшает управляемость электромолота при любых условиях забивки, т.е. поставленная задача в предлагаемой конструкции полностью выполняется.

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано при забивке тяжелых металлических или железобетонных свай. Техническая задача - повышение надежности, улучшение условий пуска и улучшение управляемости электромолотов. Электромолот содержит цилиндрический корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью перемещения размещен трубчатый якорь-боек с катушками возбуждения и короткозамкнутыми токопроводящими кольцами в его полюсах по внешней его поверхности. Электромолот снабжен установленной на его цилиндрическом корпусе и связанной с ним пригрузочной массой, а также датчиками положений якоря-бойка. Шабот, корпус которого герметично связан с нижней, внутренней частью цилиндрического корпуса электромолота и установлен с возможностью перемещения, выполнен с амортизационной камерой. При этом камера повышенного давления воздуха, образованная полостями якоря-бойка и цилиндрическим корпусом электромолота над якорем бойком, связана трубопроводом с обратным клапаном с компрессором. Амортизационная камера шабота связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления, который, в свою очередь, связан компрессором через обратный клапан, а амортизационная камера шабота в нижней ее части имеет опертую на корпус шабота цилиндрическую передаточную силовую пластину, установленную герметично относительно корпуса шабота. Электромолот содержит систему электропитания и управления трехфазной обмоткой цилиндрического корпуса и систему возбуждения якоря-бойка. 1 ил.

Электромолот, содержащий корпус с трехфазной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью герметичного перемещения установлен пустотелый якорь-боек с катушками возбуждения, камеру повышенного давления воздуха, образованную полостями якоря-бойка и корпусом электромолота над якорем-бойком, шабот, корпус которого герметично связан с корпуса электромолота, систему электропитания и управления трехфазной обмотки корпуса и систему возбуждения якоря-бойка, отличающийся тем, что корпус электромолота выполнен цилиндрическим, а якорь-боек трубчатым, монолитным в нижней части с короткозамкнутыми токопроводящими кольцами в его полюсах по внешней его поверхности, электромолот снабжен установленной на его цилиндрическом корпусе и связанной с ним пригрузочной массой, датчиками положений якоря-бойка, а шабот выполнен с амортизационной камерой в его нижней части, при этом камера повышенного давления воздуха связана трубопроводом с обратным клапаном с компрессором, корпус шабота герметично связан с нижней, внутренней частью цилиндрического корпуса электромолота и установлен с возможностью перемещения относительно нее, при этом амортизационная камера шабота связана с внешней средой через предохранительный клапан высокого давления, который, в свою очередь, связан с компрессором через обратный клапан, а амортизационная камера шабота в нижней ее части имеет опертую на корпус шабота цилиндрическую передаточную силовую пластину, установленную герметично относительно корпуса шабота.