ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОЛОТ Российский патент 2007 года по МПК E21B37/00 E02D7/02 

Изобретение относится к горной и строительной промышленности, в частности к устройствам ударного действия, и может быть использовано для разрушения горных пород, в качестве мощного импульсного сейсмоисточника или для забивки тяжелых свай в морское дно при возведении морских стационарных льдоустойчивых платформ.

Известен электромагнитный молот [А.С. №1051256], содержащий 7 электромагнитных катушек и 4 ферромагнитных бойка, перемещающихся поочередно в верхнее положение по немагнитной трубе. В верхней части этой трубы ферромагнитные бойки удерживаются и затем, отключив верхние электромагнитные катушки, бойки падают вниз, нанося удар по наковальне.

Недостатком указанного устройства является низкая частота ударов и, соответственно, низкая ударная мощность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнитный молот [А.С. №1435708], содержащий цилиндрический корпус - магнитопровод с полюсами и соосно установленными одноименными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитный датчик верхнего и нижнего положения ферромагнитного бойка, систему энергопитания и управления.

Недостатком известного электромагнитного молота является низкая энергия ударов.

Задача изобретения - повышение энергии ударов.

Поставленная задача достигается тем, что электромагнитный молот, содержащий цилиндрический корпус магнитопровод с полюсами и соосно установленными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитный боек с прорезями и подшипниками в них, датчики верхнего и нижнего положения ферромагнитного бойка, систему энергопитания и управления, и этот электромагнитный молот состоит из n элементарных электромагнитных молотов, установленных последовательно друг на друга, причем между ферромагнитными бойками элементарных электромагнитных молотов введены немагнитные стальные проставки, каждая длиной, равной величине хода ферромагнитного бойка, ферромагнитные бойки выполнены с прорезями и подшипниками в них, одноименные электромагнитные катушки соединены между собой согласно и последовательно, или каждая одноименная электромагнитная катушка подключена к выходам управляемых тиристорных преобразователей, по крайней мере, один из элементарных электромагнитных молотов имеет датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, электромагнитный молот снабжен n пригрузочными массами, каждая величиной, компенсирующей вместе с массой корпуса цилиндрического магнитопровода электромагнитного молота усилие, создаваемое одноименными электромагнитными катушками прямого хода, над верхним ферромагнитным бойком и под нижним ферромагнитным бойком, образованные герметичные полости над верхней из которых образована дополнительная камера, каждая одноименная электромагнитная катушка вместе с частью корпусов элементарных электромагнитных молотов выполнена идентичными секциями, одноименные электромагнитные катушки имеют разрезные, полые диски, направляющая труба и магнитопровод выполнены также полыми, все указанные полости заполнены охлаждающей нетокопроводящей жидкостью и связаны с внешним охлаждающим радиатором, направляющая труба элементарного молота имеет продольную прорезь, заполненную нетокопроводящим материалом.

На чертеже показана конструкция электромагнитного молота, состоящего, по крайней мере, из двух элементарных электромагнитных молотов, установленных друг на друга. Каждый элементарный электромагнитный молот содержит электромагнитные катушки 1, 2 холостого хода и электромагнитные катушки 3, 4 рабочего хода, ферромагнитные бойки 5, 6 и немагнитные проставки 7 на величину хода ферромагнитных бойков. Ферромагнитные бойки и немагнитные проставки имеют прорези с подшипниками (на чертеже не показаны). Все электромагнитные катушки идентичны и выполнены секциями (на чертеже показана нижняя электромагнитная катушка, выполненная из двух равноценных секций 8, 9). На верхнюю электромагнитную катушку установлена пригрузочная масса, состоящая из двух частей 10, 11, по количеству элементарных электромагнитных молотов). Верхний и нижний ферромагнитный боек элементарных электромагнитных молотов связаны между собой механически (на чертеже эта связь не показана). Ферромагнитные бойки перемещаются внутри электромагнитных катушек в направляющей трубе 12, в которой выполнены продольные полые каналы, связанные с общим охлаждающим радиатором гибким трубопроводом 13. Направляющая труба электромагнитного молота имеет продольную прорезь (на чертеже не показана), заполненную нетокопроводящим материалом. Ферромагнитные бойки и немагнитные его проставки имеют прорези с подшипниками. Все электромагнитные катушки внутри имеют разрезные полые диски 14, заполненные охлаждающей жидкостью и связанные гибким трубопроводом 15 с общим охлаждающим радиатором (на чертеже не показаны). Все корпуса цилиндрических магнитопроводов элементарных электромагнитных молотов имеют полости, заполненные жидкостью, и трубопроводами 16 связаны с охлаждающим радиатором. По крайней мере один нижний элементарный электромагнитный молот имеет датчики верхнего 17 и нижнего 18 положений ферромагнитного бойка. Одноименные электромагнитные катушки электромагнитного молота соединены согласно и последовательно или автономно и подключены к полностью управляемым тиристорным преобразователям с системами поочередного включения катушек прямого и обратного ходов ферромагнитного бойка. На чертеже показан вход 19 и выход 20 от насоса и к охлаждающему радиатору. В электромагнитном молоте под ферромагнитным бойком 6 и над ферромагнитным бойком 5 выполнены герметичные полости в виде вакуумной камеры 21 и компрессионной камеры 22 соответственно. Причем полость 22 имеет дополнительную камеру (на чертеже не показана).

Ферромагнитные бойки 5 и 6 связаны между собой механически (эта связь на чертеже не показана). По крайней мере один элементарный электромагнитный молот имеет датчик 23 верхнего и датчик 24 нижнего положения ферромагнитного бойка.

Электромагнитный молот работает следующим образом.

На все одноименные электромагнитные катушки 1, 2 холостого хода подается выпрямленное напряжение от полностью управляемого тиристорного преобразователя, формируется прямоугольный импульс тока и ферромагнитные бойки 5, 6 вместе с немагнитной проставкой 7 начинают двигаться по направляющей трубе 12 вверх. При подходе ферромагнитного бойка в верхнее положение верхним датчиком 23 управляемый тиристорный преобразователь, питающий постоянным током электромагнитные катушки 1, 2 переводится в инверторный режим с минимальными углами управления в этом режиме, и ток в этих электромагнитных катушках, имеющих большие индуктивности, интенсивно снижается практически на полное отрицательное напряжение управляемого тиристорного преобразователя. Электромагнитная энергия электромагнитных катушек отдается в питающую сеть переменного тока. При этом обратные напряжения на силовых тиристорах и электромагнитных катушках не превышают величин амплитудных значений питающей сети. Одновременно с этим или с некоторой задержкой от другого, также полностью управляемого тиристорного преобразователя подается напряжение постоянного тока на электромагнитные катушки 3, 4 прямого хода ферромагнитных бойков 5, 6. При этом ферромагнитные бойки интенсивно тормозятся силами компрессионной камеры 22 и электромагнитной силой включившихся электромагнитных катушек 3,4. Ферромагнитный боек быстро тормозится, разгоняется в прямом направлении (ход вниз). При подходе нижнего торца ферромагнитного бойка 5 к датчику нижнего положения 24 этот датчик выдает управляющий импульс на переключение управляемого тиристорного преобразователя, питающего электромагнитные катушки 3, 4. Ток в этих электромагнитных катушках через управляемый тиристорный преобразователь, переведенный в инверторный режим с минимальными углами управления, интенсивно снижается до нуля. Практически в этот же момент времени ферромагнитный боек 6 наносит удар по шаботу и далее, например, по свае. Ферромагнитный боек после удара приобретает скорость отскока, и при выключенных нижних электромагнитных катушках 3, 4 вновь включаются электромагнитные катушки 1, 2. Цикл работы электромагнитного молота повторяется. Режим работы электромагнитных катушек холостого и рабочего хода подбирается таким образом, чтобы токи в них были одинаковыми. Тогда, несмотря на ударный режим работы электромагнитного молота, он из сети потребляет энергию равномерно на обоих полуциклах, что весьма важно при больших потребляемых мощностях, и в особенности при работе от автономных дизельгенераторных агрегатах. В этом режиме достигается наиболее оптимальный режим работы при забивке свай. Частоты ударов могут достигаться 1-2 Гц, что дает максимальную производительность сваебойных работ. Выполнение электромагнитного молота, как это показано, может перекрывать n типоразмеров. Т.е. одним электромагнитным молотом можно выполнять работы по забивке свай n типоразмеров. Энергия и частота ударов, кроме того, может регулироваться и управляемыми тиристорными преобразователями.

Известно, что электромагнитные механизмы (электромагнитные молоты) имеют невысокий КПД. В основном потери мощности происходят в электромагнитных катушках, поэтому предложенная система охлаждения катушек, направляющей трубы и цилиндрического корпуса магнитопровода позволяет эффективно охлаждать электромагнитный молот при его больших ПВ.

В целом, выполнение электромагнитного молота из n элементарных электромагнитных молотов в секционированном исполнении, с интенсивной системой охлаждения, с компрессионной и вакуумной камерой позволяет создавать электромагнитные молоты на любые сколь угодно большие энергии ударов, причем одна конструкция электромагнитного молота может обеспечивать работы n типовых.

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано при забивке тяжелых металлических или железобетонных свай. Техническая задача - повышение энергии ударов электромагнитных молотов. Электромагнитный молот содержит цилиндрический корпус-магнитопровод с соосно установленными одноименными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитные бойки, датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, систему энергопитания и управления. Электромагнитный молот состоит из n элементарных электромагнитных молотов, установленных последовательно друг на друга. Между ферромагнитными бойками элементарных электромагнитных молотов введены немагнитные стальные проставки, каждая длиной, равной величине хода ферромагнитного бойка. Над верхним ферромагнитным бойком и под нижним ферромагнитным бойком образованы герметичные полости. Электромагнитный молот снабжен n пригрузочными массами. Одноименные электромагнитные катушки соединены между собой согласно и последовательно и имеют разрезные, полые диски. Каждая одноименная электромагнитная катушка вместе с частью корпуса элементарных электромагнитных молотов выполнена идентичными секциями. Направляющая труба и магнитопроводы выполнены полыми. Направляющая труба электромагнитного молота имеет продольную прорезь, заполненную нетокопроводящим материалам. 1 ил.

Электромагнитный молот, содержащий цилиндрический корпус-магнитопровод с полюсами и соосно установленными одноименными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитный боек, датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, систему энергопитания и управления, отличающийся тем, что электромагнитный молот состоит из n элементарных электромагнитных молотов, установленных последовательно друг на друга, причем между ферромагнитными бойками элементарных электромагнитных молотов введены немагнитные стальные проставки, каждая длиной, равной величине хода ферромагнитного бойка, ферромагнитные бойки выполнены с прорезями и подшипниками в них, одноименные электромагнитные катушки соединены между собой согласно и последовательно и каждая одноименная электромагнитная катушка подключена к выходам управляемых тиристорных преобразователей, по крайней мере, один из элементарных электромагнитных молотов имеет датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, электромагнитный молот снабжен n пригрузочными массами, каждая величиной, компенсирующей вместе с массой цилиндрического корпуса-магнитопровода усилие, создаваемое одноименными электромагнитными катушками прямого хода, над верхним ферромагнитным бойком и под нижним ферромагнитным бойком образованы герметичные полости, над верхней из которых образована дополнительная камера, каждая одноименная электромагнитная катушка вместе с частью корпусов элементарных электромагнитных молотов выполнена идентичными секциями, одноименные электромагнитные катушки имеют разрезные полые диски, направляющая труба и магнитопроводы выполнены также полыми, все указанные полости связаны с внешним охлаждающим радиатором, направляющая труба электромагнитного молота имеет продольную прорезь, заполненную нетокопроводящим материалом.