ЭЛЕКТРОМОЛОТ Российский патент 2010 года по МПК E02D7/00 

Изобретение относится к строительной промышленности и может быть использовано для забивки железобетонных свай, шпунта, тяжелых металлических труб-свай в морское дно при возведении стационарных нефтяных платформ в шельфовых зонах морей и океанов, 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 [АС №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 этого ферромагнитного бойка, систему импульсного электропитания и управления.

Недостатком такой конструкции электромолота является его низкий КПД, большое количество дорогостоящей обмоточной меди в электромагнитных катушках, приводящее к значительному его удорожанию и низкой надежности в работе из-за плохих условий теплоотвода от силовых электромагнитных катушек, и большие потери на трение ферромагнитного бойка по направляющей немагнитной трубе без смазки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромолот [АС №58669], являющийся прототипом и содержащий корпус с трехфазной обмоткой статора линейного асинхронного электродвигателя, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения герметично установлен полый монолитный в нижней части якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положений якоря-бойка, шабот с амортизатором и систему частотно-регулируемого питания и управления электромолотом.

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

Задачей изобретения является повышение надежности работы электромолота.

Указанная задача достигается тем, что электромолот, содержащий корпус с трехфазной статорной обмоткой линейного асинхронного двигателя по внутренней его поверхности, в котором с возможностью свободного перемещения установлен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положений якоря-бойка, систему частотно-регулируемого питания и управления, наголовник с амортизатором, электромолот может быть выполнен из N последовательно расположенных элементарных статоров и первых корпусов с подшипниковыми узлами на своих краях относительно якоря-бойка, выполненного с хвостовиками по его концам с меньшими диаметрами и помещенным в подшипниковые узлы длиной, равной или большей хода якоря-бойка, эти подшипниковые узлы по своим концам снабжены трубопроводами со штуцерами и обратными клапанами, такими же трубопроводами с обратными клапанами снабжены и подшипниковые узлы статоров по обоим их концам, образованные свободные воздушные полости в верхней и нижней частях якоря-бойка и вторым внешним корпусом электромолота снабжены соответственно всасывающим и высасывающим штуцерами с обратными клапанами, соответственно в верхней части верхней полости установлена пружина-амортизатор, наголовник с амортизаторами, в том числе и пневматическим, и подпружиненными штоками, связанными с нижней частью второго корпуса электромолота, фланцем наголовника и креплением этих штоков со сваей, между корпусом электромолота и фланцем наголовника герметично закреплена гибкая диафрагма, а в теле фланца наголовника выполнен трубопровод, соединяющий образованную гибкой диафрагмой полость с внешней средой через обратный клапан.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого электромолота.

Электромолот выполнен из N последовательно расположенных первых корпусов 1 (на чертеже изображен электромолот из N=1 первых корпусов) с трехфазной обмоткой статоров 2 линейного асинхронного электродвигателя.

Внутри данных N статоров и N первых корпусов с подшипниками 3, обеспечивающими воздушный зазор 4 статоров, установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения якорь-боек 5 с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой 6. Верхняя и нижняя части этого якоря-бойка 5 снабжены хвостовиками 7, 8 меньшего диаметра якоря-бойка 5. Нижняя часть хвостовика 8 имеет упрочненный наконечник 9 с амортизатором 10 в верхней части наголовника 11 сваи 12, опирающейся через второй амортизатор 13 на наголовник 11.

Хвостовики 7, 8 свободно установлены в направляющих 14, 15, имеющих соответственно трубопроводы со штуцерами 4, обратными клапанами 16, 17, 18, 19.

Подшипники статоров 3 также снабжены трубопроводами со штуцерами 20 и 21, а образованные свободные полости 22, 23 снабжены трубопроводами 24 с обратными клапанами 25. Молот, содержащий второй корпус 26 с днищем 27, им опирается на пневмоамортизатор 28, уложенный на фланец 29 наголовника 11.

Днище 27 также связано с фланцем наголовника 29 гибкой герметичной диафрагмой 30. Образованная этой диафрагмой 30, фланцем 29 и днищем 27 полость через трубопровод с обратным клапаном 31 связана со сливным масляным баком (на чертеже не показан).

Забиваемая свая снабжена захватывающим устройством 32, которое с помощью пружин и штоков 33 связана с фланцем 29 наголовника 11 и днищем 27 второго корпуса 26.

Низ верхней направляющей 14 хвостовика 7 снабжен пружиной-рессорой 34. Пневмоамортизатор 28 через штуцер 36 связан со специальным насосом необходимого давления. В качестве этого амортизатора может служить обычное пневмоколесо от автомобиля необходимой грузоподъемности и диаметра.

Электромолот снабжен датчиками верхнего 37, нижнего 38 и промежуточного положений якоря-бойка 39, 40. Силовые электрические зажимы 35 связаны с системой частотно-регулируемого питания 4 управления электромолота (на чертеже не показано).

Силовое электропитание для электромолота может подаваться от промышленной электросети 3×380×50 Гц либо от автономной ДЭС с сетью 3×380×50 Гц.

При отсутствии дизельэлектрической станции и промышленной электросети электромолот может быть запитан от аккумуляторной батареи с необходимым напряжением и емкостью аккумуляторов.

Устройство работает следующим образом. Электромолот наголовником 29 через амортизатор 13 устанавливается на сваю 12. Свая 12 закрепляется устройством связи 32, которое через стержни 33 связывается с фланцем 29 наголовника 11 и днищем 27 второго корпуса 26. Сам второй корпус 26 вместе с наголовником своими специальными направляющими свободно скользит по направляющим копра (на чертеже не показано). Пневмоамортизатор 28 через свой штуцер получает необходимое давление от специального насоса. Включается специальный маслонасос (на чертеже не показан) и в штуцеры 16, 17, 18, 19, 20, 21 подается смазывающая и охлаждающая жидкость. Подшипники 3, 14, 15 в своих направляющих получают масло для смазки. На статор 2 в первом корпусе 1 через зажимы 35 подается регулируемое переменное трехфазное напряжение и в воздушном зазоре 4 создается бегущее магнитное поле в соответствии с выражением

V=2τf,

где τ - полюсное деление статорной обмотки (м), f - частота питания статора линейного асинхронного двигателя (Гц).

В якоре-бойке 5 в его короткозамкнутой обмотке 6 создается ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем в воздушном зазоре, в результате чего на якорь-боек по его поверхности начинает действовать тянущая сила вверх в соответствии с выражением

F_в=ФIcosφ,

где Ф - магнитный поток (Вб), I - ток в витках якоря-ротора, φ - угол сдвига между током и потоком.

Суммарная сила может быть определена по закону Ампера

F=BlI,

где В - магнитная индукция в воздушном зазоре (Тл), l - суммарная длина витков обмотки в статоре, I - ток в витках обмотки статора (А).

Удельная сила тяги с поверхности якоря-бойка выбирается такой же величины, как и в обычных вращающихся электрических машинах (постоянного тока, асинхронных, синхронных), что обычно составляет 0,03÷0,04 МПа.

Скорость подъема (взвода) якоря-бойка обычно составляет 1-3 м/с. С этой выбранной скоростью после первого частотного пуска с учетом общепринятых ограничений по пусковым токам и, соответственно, усилий на якорь-боек он доходит до датчика верхнего положения 37, инвертором напряжения статор переводится в режим торможения, при этом верх якоря-бойка, коснувшись пружины 34, активно электрически и механически тормозится до нулевой скорости. Причем путем настройки в системе управления выбирается безударный режим торможения. После торможения якоря-бойка 5 на статор 2 через зажимы 35 подается реверсированное переменное напряжение необходимой частоты, эти параметры непрерывно увеличиваются при разгоне якоря-бойка с учетом требуемых ограничений и ускорений. Якорь-боек разгоняется в нижнем направлении и, дойдя до датчика нижнего положения 38, с зажимов 35 снимается питающее напряжение, а якорь-боек в этом разогнанном состоянии при предударной скорости, обычно равной 4-6 м/с, наносит удар через амортизатор 10 по наголовнику 11, ударный импульс с которого через второй амортизатор 13 передается на торец сваи 12, и она начинает погружаться в грунт. При этом свая через зацеп 32 и токи 33 ускоряет движение и всего корпуса электромолота. Эти элементы 32, 33 с их пружинами устраняют влияние усилия реакции усилия якоря-бойка при его ходе из верхнего положения в нижнее предударное положение.

В работе электромолот за счет интенсивно смазываемых подшипников 3, 14, 15, получающих масло для смазки и охлаждения через штуцеры 16, 17, 18, 19, 20, 21, может практически работать с ПВ=100%. Масло после смазки и охлаждения сливается в полость, образованную гибкой диафрагмой 30, и эта избыточная жидкость через штуцер 31 выкачивается в специальный резервуар (на чертеже не показан).

Дополнительные меры по охлаждению ротора якоря-бойка и статора обеспечиваются с помощью всасывающего и высасывающего трубопроводов и штуцеров 24, 25.

Хвостовики 7, 8 выполняются меньшего диаметра для облегчения их механической обработки (шлифовки).

Предложенная конструкция электромолота отличается высокой надежностью в работе из-за решения вопросов смазки и охлаждения двумя способами - жидкостным и воздушным, что повышает его надежность. Значительно повышает надежность работы электромолота и его полная герметичность.

Изобретение относится к строительной промышленности, например, для забивки железобетонных или сверхтяжелых металлических свай оболочек. Электромолот содержит N первых корпусов со статорами и подшипниками. Внутри статоров с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в воздушном зазоре помещен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой обмоткой 6 по его внешней поверхности. Якорь-боек снабжен хвостовиками, в подшипниках, активно смазывающихся вместе со статором через трубопроводы с клапанами. Последнее обеспечивает идеальную смазку трущихся поверхностей, а введение дополнительных всасывающего и высасывающего трубопроводов еще более улучшает условия охлаждения электромолота. Введение амортизаторов и пневмоамортизатора улучшает режим забивки сваи без ее разрушения, амортизатор полностью исключает ударные воздействия на корпус электромолота. Введение элементов крепления сваи с шаботом и корпусом штоками устраняет режим отдачи молота при разгоне бойка и улучшает частотный режим работы. Техническим результатом является высокая надежность в работе. 1 ил.

Электромолот, содержащий первый корпус с трехфазной статорной обмоткой линейного асинхронного двигателя по внутренней его поверхности, в котором с возможностью свободного перемещения установлен ферромагнитный якорь-боек с короткозамкнутой токопроводящей обмоткой по его внешней поверхности, датчики положений якоря-бойка, систему частотно-регулируемого питания и управления, наголовник с амортизатором, отличающийся тем, что в него введены N последовательно расположенных элементарных статоров и первых корпусов с подшипниковыми узлами на своих краях относительно якоря-бойка, выполненного с хвостовиками по его концам с меньшими диаметрами и помещенным в подшипниковые узлы длиной, равной или большей величины хода якоря-бойка, а эти подшипниковые узлы по своим концам снабжены трубопроводами со штуцерами и обратными клапанами, такими же трубопроводами с обратными клапанами снабжены и подшипниковые узлы статоров по обоим их концам, образованные свободные воздушные полости в верхней и нижней частях якоря-бойка и вторым внешним корпусом электромолота снабжены соответственно всасывающим и высасывающим штуцерами с обратными клапанами, соответственно в верхней части верхней полости установлена пружина-амортизатор, наголовник с амортизаторами, в том числе и пневматическим, и подпружиненными штоками, связанными с нижней частью второго корпуса электромолота, фланцем наголовника и креплением этих штоков со сваей, между корпусом электромолота и фланцем наголовника герметично закреплена гибкая диафрагма, а в теле фланца наголовника выполнен трубопровод, соединяющий образованную гибкой диафрагмой полость с внешней средой через обратный клапан.