ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР Российский патент 2007 года по МПК B06B1/04 

Описание патента на изобретение RU2292960C2

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электромеханическим вибраторам, используемым, например, в строительстве для вибрационного уплотнения бетона и других отраслях техники, где требуется вибрационное воздействие на обрабатываемый материал.

Широко известны традиционные электромеханические вибраторы, в том числе и производства Ярославского завода "Красный маяк". Они состоят из асинхронного двигателя, на продолжениях вала ротора которого расположены дебалансы. При вращении ротора эти дебалансы создают вынуждающую силу колебаний, которые через корпус и лапы крепления передаются на рабочий орган, например виброплощадку, которая и взаимодействует с уплотняемой бетонной смесью. Конструкция подобного электромеханического вибратора видна на рис.33, с.100 (К.К.Гогия. Формование железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1989).

Эта конструкция вибратора принята за прототип.

Вибратор состоит из электродвигателя (статора, внутри которого на валу расположен ротор) в корпусе. Вал электродвигателя снабжен дебалансами и вращается в шарикоподшипниках, расположенных в подшипниковых гнездах корпуса.

Недостатком всех известных вибраторов, в том числе и прототипа, является наличие вращающегося в подшипниках ротора, так как с повышением частоты вибрации (частоты вращения ротора) увеличивается центробежная вынуждающая сила, пропорциональная квадрату частоты, но возрастает и нагрузка на подшипники, уменьшается их долговечность и, таким образом, снижается надежность вибратора.

Отсутствие технически приемлемых решений о независимом от частоты вращения плавном регулировании амплитуды колебаний в электромеханических вибраторах ограничивает их технологическое применение.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и расширение диапазона плавного регулирования частоты и амплитуды колебаний вибратора.

Эта задача решается тем, что в качестве дебаланса во внутренней расточке статора вибратора размещен зубчатый цилиндрический сердечник из пластин электротехнической стали (далее - сердечник), закрепленный в корпусе посредством упругих элементов с возможностью круговых перемещений внутри электромагнитной системы статора. Такая конструкция позволяет получить в процессе работы вибратора круговую траекторию движения центра массы якоря без его вращения вокруг собственной оси.

Электромагнитная система статора выполнена с односторонне-асимметричным вращающимся магнитным полем. Физически это означает замену вращения центра массы сердечника (дебаланса) вокруг собственной оси на его поступательное движение по криволинейной (круговой) траектории, при этом вместо контактного трения тел качения в подшипнике используются деформации молекулярных связей в упругом элементе, например из эластомера, практически безызносные.

Для получения односторонне-асимметричного вращающегося магнитного поля может быть использована, например, трехфазная электромагнитная система, которая содержит в каждой фазе по две последовательно соединенные полюсообразующие катушки с укороченным шагом (y≈0,5τ), каждая из катушек шунтирована диодом, причем диоды, шунтирующие катушки одной фазы, включены встречно.

Электроприводом заявляемого вибратора служит, в сущности, преобразованная разновидность синхронно-реактивной электрической машины с Z1=Z2, которая, как известно из теории электрических машин, не может развивать пускового момента, что, вместе с реакцией упругих опор, надежно препятствует прокручиванию сердечника относительно статора в процессе работы.

Упругие элементы могут быть выполнены из эластомера для вибраторов малой мощности или в виде торсионов для вибраторов большой мощности.

Общие с прототипом существенные признаки: корпус, в котором расположен статор, вал, закрепленный в корпусе вибратора, на котором расположен дебаланс.

На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого вибратора, на фиг.2 - схема размещения катушек в пазах статора, на фиг.3 - последовательные фазы движения сердечника в расточке статора, на фиг.4 - схема соединений катушек и шунтирующих диодов, на фиг.5 - движение волны намагничивающей силы F по пазам статора.

Вибратор содержит корпус 1, в котором расположен статор 2 с обмоткой 3, которая, как указывалось выше, может быть выполнена, например, в виде трехфазной электромагнитной системы, которая содержит в каждой фазе по две последовательно соединенные полюсообразующие катушки с укороченным шагом (y≈0,5τ), каждая из катушек шунтирована диодом, причем диоды, шунтирующие катушки одной фазы, включены встречно (фиг.4). Внутри статора размещен зубчатый цилиндрический сердечник (дебаланс) 4 на валу 5. Вал 5 на своих концах имеет подпятники 6 для упругих элементов 7 из эластомера, например тарельчатые, которые закреплены в крышках 8 корпуса 1. Между внутренней цилиндрической поверхностью статора 2 и наружной зубчатой поверхностью сердечника 4 имеется воздушный зазор 9, который по сравнению с обычными электрическими машинами значительно увеличен для обеспечения поступательного движения сердечника по круговой траектории. Для вибраторов большой мощности упругие элементы могут быть выполнены в виде торсионов (на фиг.1 условно не показаны).

Вибратор работает следующим образом.

При питании обмоток статора трехфазным током сердечник 4, под действием электромагнитной силы одностороннего притяжения, последовательно занимает внутри расточки статора 2 эксцентриситетные положения в каждый момент времени в зависимости от того какая обмотка статора в этот момент времени создает электромагнитную силу притяжения зубцов сердечника. Таким образом сердечник 4 совершает плоскопараллельное мгновенно-поступательное (вращательное) движение, при этом за один цикл переменного тока траектория центра масс сердечника 4 описывает полный круг.

В качестве примера исполнения на фиг.2 приведена схема электромагнитной системы предлагаемого вибратора со следующими параметрами:

- число фаз обмотки статора m=3;

- число полюсов обмотки статора 2р=2;

- число пазов и соответственно зубцов на статоре Z1=12;

- число зубцов на якоре Z2=12;

- обмотка статора однослойная, сосредоточенная;

- число катушек в фазе 2;

- шаг катушек y≈0,5τ;

- маркировка катушек по фазам:

фаза А, А1-Х1 и А2-Х2

фаза В, В1-У1 и В2-У2

фаза С, C1-Z1 и C2-Z2;

- воздушный зазор 5 в сравнении с обычными электрическими машинами существенно увеличен, достигая величины δ=(3-3,5) А, где А - амплитуда колебаний сердечника, например, при А≈1,5 мм, δ=5 мм.

Катушки включены последовательно и согласно, каждая из катушек шунтирована диодом, которые в фазе имеют встречное включение.

При питании обмоток трехфазным током с круговой частотой ω=2πf рад/с, где f - частота тока Гц, мгновенные значения токов по фазам:

- iA=Im·sinωt, А;

- iB=Im·sin(ωt-120°), А;

- iС=Im·sin(ωt+120°), А.

Под действием электромагнитной силы одностороннего действия, возникающей под влиянием волн намагничивающей силы статора, и в зависимости от фазы тока i, сердечник внутри расточки статора занимает положения, иллюстрированные на фиг.3. Для наглядности на один из зубцов статора и противолежащий ему зубец сердечника нанесены реперные метки •R и •r. Как видно на фиг.3, сердечник предлагаемого вибратора совершает плоскопараллельное мгновенно-поступательное движение по круговой траектории. Здесь О1 ось симметрии статора, O2 - ось симметрии сердечника.

Можно примерно оценить величину электромагнитной силы Fэм в погружном вибраторе, выполненном по вышеупомянутым параметрам, с размерами:

- диаметр расточки статора - Dc=40 мм;

- длина пакетов статора и якоря - lc=lя=150 мм;

- средняя индукция в зазоре Вэкв=0,7 Тл

Fэм=Bэкв2/2μ0·Sф≈0,4·106·Вэкв2·Sф=0,4·106·0,72·40·150·10-3≈1180 Н, где

- Sф - поперечное сечение магнитного потока в воздушном зазоре, м2;

- μ0 - магнитная проницаемость вакуума, μ0=1,256·10-6 Гн/м.

Под воздействием Fэм упругие элементы 7 деформируются, и центр массы сердечника начинает движение по круговой траектории радиуса r, создавая центробежную силу Fцб

Fцб=mc·r·ω2, где

mc - масса сердечника,

ω=2πf - круговая частота

Например, если mc=1 кг, r=4 мм, f=200 Гц,

то Fцб=1·4·10-3·(2·3,14·200)2≈6320 Н.

Через упругие элементы на статор передается сила .

Таким образом, по величине вынуждающей силы заявляемый вибратор не уступает традиционным вибраторам с вращающимися дебалансами.

Существенно, что величина Fэм не зависит от частоты f, то есть при изменении частоты величина электромагнитной силы не изменяется.

Наиболее эффективна работа заявляемого вибратора совместно с полупроводниковым преобразователем частоты, тогда амплитуду колебаний А можно регулировать величиной выходного напряжения преобразователя, а частоту вибраций - частотой тока.

Современные материалы, технология производства электрических машин позволяют осуществить производство предлагаемых вибраторов на электромашиностроительных предприятиях, в частности, на предприятии-заявителе в настоящий момент времени проводятся опытно-конструкторские работы по этому вибратору.

Похожие патенты RU2292960C2

название год авторы номер документа
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ 2004
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Потапенко Иосиф Андреевич
  • Стрижков Виталий Леонидович
  • Трубин Александр Николаевич
  • Чеснюк Евгений Николаевич
  • Черноярова Оксана Александровна
RU2277444C1
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВИБРАТОР 2004
  • Аипов Р.С.
  • Гайсин Д.Д.
  • Шайбекова Ю.Т.
RU2256514C1
Резонансная вибромашина 1975
  • Повидайло Владимир Александрович
  • Уфимцев Владимир Дмитриевич
  • Щигель Виктор Абрамович
SU526495A1
Электродвигатель вибровозбудителя 1980
  • Юровский Станислав Михайлович
  • Юровский Вадим Станиславович
SU984075A1
ВИБРАЦИОННАЯ ЩЕКОВАЯ ДРОБИЛКА 2012
  • Загривный Эдуард Анатольевич
  • Поддубный Дмитрий Александрович
RU2492931C1
Электромеханический источник ударных импульсов 1981
  • Баранов Евгений Александрович
  • Багдасаров Шаген Багдасарович
  • Цюцкий Степан Степанович
  • Богуславский Михаил Ефимович
SU965529A1
ВИБРАЦИОННЫЙ ЛОТОК С БИГАРМОНИЧЕСКИМ ЗАКОНОМ КОЛЕБАНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА 1969
SU255108A1
БЕСПАЗОВЫЙ СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1997
  • Горчинский Ю.Н.
  • Кузнецов В.И.
RU2120172C1
СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ И ДЕБАЛАНСНЫЙ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Чичинин Иннокентий Сафьянович
  • Сагайдачная Ольга Марковна
  • Детков Владимир Алексеевич
  • Егоров Геннадий Владимирович
  • Шмыков Александр Никитич
  • Геза Николай Иванович
RU2387488C1
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2018
  • Миханошин Виктор Викторович
RU2716489C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 292 960 C2

Реферат патента 2007 года ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электромеханическим вибраторам, используемым в строительстве для вибрационного уплотнения бетона. Сущность: в качестве дебаланса во внутренней расточке статора вибратора размещен зубчатый цилиндрический сердечник из пластин электротехнической стали, закрепленный в корпусе посредством упругих элементов с возможностью круговых перемещений внутри электромагнитной системы статора. Такая конструкция позволяет получить в процессе работы вибратора круговую траекторию движения центра массы якоря без его вращения вокруг собственной оси. Электромагнитная система статора выполнена с односторонне-асимметричным вращающимся магнитным полем. Физически это означает замену вращения центра массы сердечника вокруг собственной оси на его поступательное движение по криволинейной (круговой) траектории, при этом вместо контактного трения тел качения в подшипнике используются деформации молекулярных связей в упругом элементе, например из эластомера, практически безызносные. Технический результат: повышение надежности и расширение диапазона плавного регулирования частоты и амплитуды колебаний вибратора. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 292 960 C2

1. Электромеханический вибратор, содержащий корпус со статором, дебаланс, вал которого закреплен в корпусе, отличающийся тем, что дебаланс выполнен в виде зубчатого цилиндрического сердечника из пластин электротехнической стали, вал которого закреплен в корпусе посредством упругих элементов, позволяющих сердечнику совершать круговые перемещения внутри электромагнитной системы статора, выполненной с односторонне-асимметричным вращающимся магнитным полем.2. Электромеханический вибратор по п.1, отличающийся тем, что электромагнитная система статора - трехфазная и содержит в каждой фазе по две последовательно соединенные полюсообразующие катушки, каждая из которых шунтирована диодом, причем диоды в фазе включены встречно.3. Электромеханический вибратор по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены из эластомера.4. Электромеханический вибратор по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде торсионов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2292960C2

US 2829529 А, 08.04.1958
Электромеханический вибратор 1959
  • Кунин И.А.
  • Петреев А.М.
  • Суднишников Б.В.
SU126945A1
Электромеханический вибратор 1958
  • Кунин И.А.
  • Петреев А.М.
  • Суднишников Б.В.
SU119921A2
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ 1993
RU2080941C1
US 6720691 B2, 13.04.2004.

RU 2 292 960 C2

Авторы

Ахунов Турсун Абдалимович

Макаров Лев Николаевич

Шаршунов Юрий Евгеньевич

Чебурахин Игорь Михайлович

Даты

2007-02-10Публикация

2005-01-11Подача