ЭЛЕКТРОМОЛОТ Российский патент 2010 года по МПК E02D7/02 

Изобретение относится к строительной промышленности и может быть использовано для забивки железобетонных свай, тяжелых металлических труб-свай в морское дно при возведении морских стационарных нефтяных льдоустойчивых платформ, в том числе и при подводных работах на больших морских глубинах или в качестве исполнительного элемента сверхмощных импульсных сейсмоисточников для невзрывных сейсморазведочных работ.

Известен электромолот [авт.св. СССР №497405. Бюл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1975, №48], содержащий цилиндрический корпус - магнитопровод с полюсами и соосно установленными электромагнитными катушками прямого и обратного хода, направляющую трубу, ферромагнитный боек, датчики верхнего и нижнего положений ферромагнитного бойка, систему электропитания и управления.

Недостатком такой конструкции электромолота является его низкий кпд, большое количество обмоточной меди для изготовления электромагнитных катушек, приводящее к значительному его удорожанию и низкой надежности в работе из-за плохих условий теплоотвода от силовых электромагнитных катушек.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромолот [авт.свид. №58669], являющийся прототипом и содержащий оголовок, корпус с трехфазной статорной обмоткой по его внутренней поверхности линейного асинхронного электродвигателя, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения герметично установлен полый монолитный в нижней части ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности и шабот с амортизатором.

Недостатком такого электромолота является его низкие кпд и надежность в работе из-за сложности конструкции и плохих условий охлаждения якоря-бойка и статора линейного электродвигателя.

Задачей изобретения является повышение кпд электромолота и надежности его работы.

Указанная задача достигается тем, что электромолот, содержащий основной корпус с элементарным статором с обмоткой по его внутренней поверхности линейного асинхронного электродвигателя, в котором с возможностью свободного перемещения установлен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положений якоря-бойка в основном корпусе электромолота, систему частотно-регулируемого питания и управления, оголовок с амортизаторами, и электромолот дополнительно снабжен N-1 элементарными статорами с основными корпусами, имеющими подшипники на своих концах и дополнительными корпусами с воздушными промежутками между этими основными и дополнительными корпусами, верхние и нижние элементарные имеют направляющие, также снабженные дополнительными корпусами, верхняя крышка верхней направляющей снабжена амортизатором в виде рессоры, а в верхнем и нижнем дополнительных корпусах электромолота установлены соответственно втяжной и вытяжной вентиляторы, система частотно-регулируемого питания и управления электромолота подключена к промышленной электросети, либо к соответствующей по напряжению аккумуляторной батарее, кроме того между амортизатором электромолота, нижним его торцом и оголовком помещен подвижный элемент между якорем-бойком и нижней направляющей якоря-бойка электромолота.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого электромолота. Электромолот состоит из N основных корпусов 1, на чертеже приведен электромолот при N=2 с трехфазными обмотками элементарных статоров линейного асинхронного электродвигателя 2. Внутри данных элементарных статоров и корпусов с подшипниками 3, обеспечивающими воздушный зазор 4 элементарных статоров, установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ферромагнитный якорь-боек 5 с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой 6 и упрочненным наконечником 7. В верхнем элементе 8 дополнительного корпуса электромолота, состоящего из элементов 8, 9, 10, 11, установлены, как минимум, два датчика верхнего положения 12 и нижнего положения 13 якоря-бойка 5. Система частотно-регулируемого электропитания (не показана) с одной стороны подключена к промышленной электросети или аккумуляторной батарее, а с другой стороны - к трехфазным выводам статоров линейного электродвигателя, включенных последовательно или параллельно(не показано).

Основные корпусы 1 со статорами 2 и подшипниками 3 в верхних и нижних частях снабжены направляющими 14, 15 по длине хода якоря-бойка. В этих направляющих в верхней части выполнены отверстия 16, 17. Эти направляющие вместе с N корпусами статоров помещены в дополнительный корпус, выполненный из герметичных элементов 8, 9, 10, 11.

В элементах 8 и 11 дополнительного корпуса установлены соответственно втяжной 18 и вытяжной 19 вентиляторы. Фланец 20 нижней направляющей якоря-бойка через амортизатор 21 опирается на фланец 22 оголовка 23. Кроме того, оголовок 23 имеет амортизаторы 24 в верхней части и 25 в его нижней части. На амортизатор 25 в оголовке 23 устанавливается забиваемая свая 26. В верхней части направляющей 14 в верхней ее крышке 27 установлена рессора 28. Между направляющими 4, 5, основными корпусами 1 и дополнительным корпусом выполнены воздушные промежутки 29, 30, 31, 32. Схема электропитания с аккумуляторной батареей и системой частотно-регулируемого управления снабжена пультом дистанционного управления (не показано). Управление электромолотом осуществляется с помощью микроконтроллера по кабелю, радио или по оптическому каналу (не показаны). В нижней части электромолота между якорем-бойком, направляющей 15, амортизатором 21 и оголовком 23 подвижно установлен подвижный элемент 33.

Устройство работает следующим образом. Электромолот оголовком 23 с фланцами 22 и амортизаторами 24, 25 устанавливается копром на забиваемую сваю 26, дополнительный корпус электромолота из элементов 8, 9, 10, 11 с фланцем 20 направляющей 15 опирается на амортизатор 21 и оголовок 23.

При подаче питающего напряжения необходимой, переменной во времени частоты от системы частотно-регулируемого управления на статоры 2 с корпусами 1, в воздушном зазоре создается бегущее магнитное поле в соответствии с законом V=2τf, где τ - полюсное деление статорной обмотки (м); f - частота тока питания статора (1/с). Эта скорость м/с взвода якоря-бойка 5, создающая бегущее магнитное поле, создает тянущее усилие в соответствии с законом F=BLI, и якорь-боек начинает перемещаться в верхнее положение. При подходе якоря-бойка к датчику верхнего положения 12, этот датчик выдает сигнал системе управления на реверс и начало торможения якоря-бойка. Одновременно с электрическим торможением при максимальном ходе якоря-бойка он касается амортизатора 28 в верхней крышке 27 направляющей 14. Идет интенсивное электрическое и механическое торможение якоря-бойка. Последнее увеличивает кпд электромолота, так как этот параметр при малых и особенно нулевых скоростях практически равен нулю, а механическое торможение значительно повышает КПД электромолота. После торможения путем непрерывного увеличения частоты питания статора 2 от частотно-регулируемой системы с выполнением необходимых ограничений на величины токов и соответственно усилий идет интенсивный разгон якоря-бойка до ударной скорости, которая обычно лежит в диапазоне 4-6 м/с.

При проходе якоря-бойка через датчик нижнего положения 13 вновь подается сигнал в систему управления электромолотом на новое переключение, но с некоторым запаздыванием. Ферромагнитный якорь-боек в это время через амортизаторы 24, 25 передает энергию ударного импульса на оголовок 23 и забиваемую сваю 26. Свая погружается в грунт, а корпус электромолота вместе со статорами и направляющими опускается на амортизатор 21. Якорь-боек 5 за счет упругости амортизаторов 24, 25, упругих свойств забиваемого грунта и самой сваи 26 получает скорость «отскока». Эта скорость обычно составляет 20-30% от ударной скорости, что практически соответствует скорости взвода бойка в верхнее положение. Этот процесс исключает процесс циклического пуска электромолота, что также значительно повышает его энергетические характеристики. После «отскока» якоря-бойка от оголовка системой частотно-регулируемого управления вновь включается статор элсктромолота и его цикл работы повторяется. Введение подшипников 3 и направляющих 14, 15 и подвижного элемента 33 в нижней части основного корпуса улучшает надежность работы электромолота, а установка вентиляторов 18 и 19 в дополнительном корпусе, состоящем из элементов 8, 9, 10, 11, еще более увеличивает интенсивность охлаждения электромолота, что еще более повышает его надежность и увеличивает продолжительность включения. Такое выполнение электромолота обеспечивает полное выполнение поставленной задачи по повышению кпд и надежности путем улучшения работы подшипниковых узлов, лучшего охлаждения и облегчения периодических режимов торможения в верхнем положении якоря-бойка. Конструктивно электромолот может быть выполнен цилиндрическим, плоским, или квадратным. Статоры могут выполняться соединенными параллельно или последовательно электрически и механически. Электропитание таких статоров может осуществляться либо от одного, либо от нескольких частотно-регулируемых электроприводов, работающих синхронно и синфазно.

По такой конструктивной схеме можно создавать электромолоты с массами бойков до 100-200 т.

Кроме того, электромолот по предлагаемой схеме обладает полной экологической чистотой и может эксплуатироваться в чистых акваториях морей, океанов.

Изобретение относиться к строительной промышленности, например, для забивки железобетонных или сверхтяжелых металлических свай-оболочек при строительстве льдоустойчивых стационарных морских нефтеплатформ и, в том числе в подводных условиях с повышенными экологическими требованиями к сваебойному оборудованию. Электромолот содержит корпус с трехфазной статорной обмоткой по внутренней его поверхности, в котором с возможностью свободного перемещения установлен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положения, якоря-бойка и систему частотно-регулируемого питания и управления, оголовок с амортизаторами. Электромолот выполнен из N элементарных корпусов и соответственно статоров, имеющих на своих концах подшипники, эти корпуса в верхней и нижней частях имеют направляющие с длиной хода якоря-бойка. Упомянутые корпуса и направляющие помещены во второй корпус, образованный по всей длине первых корпусов и направляющих с воздушными промежутками, а направляющие в своих верхних и нижних частях имеют отверстия, сообщающиеся с упомянутыми промежутками, верхняя крышка верхней направляющей снабжена амортизатором в виде рессоры, и в верхней и нижних частях второго корпуса электромолота установлены соответственно втяжной и вытяжной вентиляторы, система частотно-регулируемого питания и управления электромолота может быть подключена к аккумуляторной батарее. Техническим результатом является обеспечение высокой надежности и повышение кпд. 1 ил.

Электромолот, содержащий размещенный в дополнительном корпусе основной корпус с трехфазной обмоткой элементарного статора линейного асинхронного электродвигателя, подшипники, установленные на концах основного корпуса, размещенный в статоре основного корпуса с возможностью свободного перемещения ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положения ферромагнитного якоря-бойка в основном корпусе электромолота, оголовок с амортизаторами, систему частотно-регулируемого питания и управления, отличающийся тем, что электромолот выполнен не менее чем с двумя основными корпусами с элементарными статорами, при этом верхний и нижний основные корпуса снабжены направляющими по длине хода ферромагнитного якоря-бойка, а дополнительный корпус выполнен из герметичных элементов, каждый из которых концентрично установлен относительно основных корпусов, верхней и нижней направляющих с образованием между ними воздушных промежутков, при этом верхняя направляющая выполнена с крышкой с пружинным амортизатором для взаимодействия с ферромагнитным якорем-бойком, в элементах дополнительного корпуса, концентрично размещенных относительно верхней и нижней направляющих, установлены соответственно всасывающий и вытяжной вентиляторы, в верхней и нижней частях соответственно верхней и нижней направляющих выполнены отверстия, при этом фланец нижней направляющей опирается на фланец оголовка через амортизатор, в нижней части электромолота между ферромагнитным якорем-бойком, нижней направляющей, амортизатором и оголовком подвижно установлен направляющий элемент, а система частотно-регулируемого питания и управления электромолота подключена к промышленной электросети или к соответствующей по напряжению аккумуляторной батарее.