Электромагнитный привод возвратно-поступательного движения Советский патент 1985 года по МПК H02P7/62 

новлены обмотки возбуждения, а полюсные наконечники второй системы расположены в зоне хвостовика инструмента и на них установлены выходные обмотки, соединенные через выпрямитель с пороговым элементом.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬЙ ПРИВОД ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий двигатель, включающий в себя датчик положения якоря, катушки рабочего и холостого ходов, установленные на немагнитной направляющей, внутри которой помещ ены хвостовик инструмента и ферромагнитный якорь, на поверхности которого в зоне датчика положения выполнены коническая проточка и сопряженная с ней проточка постоянной глубины, и блок управления, содержащий два усилителя мощности, связанные с катущками двигателя, два компаратора, два элемента НЕ, два элемента И, триггер, источник опорного напряжения и задатчик энергии и частоты удара, соединенный с инвертирующим входом первого компаратора, к выходу которого подключены 5 -вход триггера и первый элемент НЕ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, вход первого усилителя мощности соединен с выходом второго элемента И, а вход второго усилителя мощности - с выходом первого элемента И, второй вход которого подключен к .выходу триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с третьим входом первого элемента И и выходом второго компаратора, к инвертирующему входу которого подсоединен источник опорного напряжения, а к неинвертирующим входам компараторов подключен датчик положения якоря, отличающ и и с я тем, что, с целью расi ширения области применения, привод снабжен дополнительным датчиком, (Л фиксирующим соприкосновение якоря и хвостовика инструмента, а в блок управления введены дополнительно триггер и элемент И, входами подключенный к дополнительному датчику и выходу второго элемента НЕ, а выходом - к S-входу дополнительОд ного триггера, R- вход которого СО соединен с выходом первого компаратора, а выход - с вторым входом СС второго элемента И. 2. Привод ПОП.1, отличающийся тем, что хвостовик инструмента выполнен ферромагнитным, а датчик фиксации соприкосновения якоря и хвостовика инструмента установлен на немагнитной направлянщей ниже катушки рабочего хода и содержит ферромагнитный полый цилиндр и две системы полюсных наконечников, причем полюсные наконечники первой системы расположены в зоне движения якоря и на них уста

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных машин ударного действия, предназначенных для уплотнения грунта, забивания свай, возбуждения сейсмоколебаний в верхних слоях коры, разрушения горных пород.

Целью изобретения является расширение области применения электромагнитного привода.

На фиг. 1 изображен двигатель; на фиг. 2 - двигатель при начальном положении инструмента, продольный разрез; на фиг. 3 - двигатель при крайнем верхнем положении якоря, продольный разрез; на фиг. 4 - двигатель при конечном положении инструмента, продольный разрез; на фиг. 5 - датчик фиксации соприкосновения .якоря и хвостовика инструмента, продольный разрез; нафиг.6 датчик, поперечный разрез; на фиг.7 функциональная схема блока управления ; на фиг. 8 - схема датчика фиксации соприкосновения.

Электромагнитный привод содержит силовые катушки рабочего 1 и холостого 2 ходов, установленные на немагнитной направляющей 3, внутри которой находится ферромагнитный якорь 4, одним концом входяп й в катушку 2 холостого хода, а другим концом контактирующий с ферромагнитным инструментом 5, который частью своей длины находится в направляющей 3, на боковой поверхности якоря 4 вдоль образующей имеется проточка 6 переменной глубины, переходящая в проточку 7 постоянной

глубины, проточка 6 имеет длину,, не меньшую расстояния от конца якоря 4, входящего в катушку 2 холостого хода, до наиболее удаленного от проточки 6 конца этой катушки 2, при условии совпадения другого конца якоря 4 с ближайшим к инстру менту 5 концом катушки 1 рабочего хода (фиг. 3), датчик 8 и дополнительный датчик 9 фиксации соприкосновения якоря 4 и хвостовика инструмента, установленные на направ. ляющей 3 соответственно между си-. ловыми катушками 1 и 2 и ниже катушки 1, задатчик 10 энергии и частоты ударов, компараторы 11 и 12

напряжения, элементы НЕ 13 и 14,

элементы И 15 - 17, триггеры 18 и 19. усилители 20 мощности, источник 21 опорного напряжения.

Датчик 8 трансформаторного типа

5 имеет разомкнутый магнитопровод, который замыкается якорем 4. При этом образуется воздушньй зазор между магнитопроводом датчика 8 и якорем 4, величина которого изменяется при движении якоря от макси;мального значения, соответствующе; го. замыканию магнитопровод а датчика 8 боковой поверхностью якоря 4, имеющей проточку 7 постоянной

5 глубины (фиг. 2), до минимального, соответствующего замыканию магнитопровод а датчика 8 боковой поверхностью якоря 4, не имеющей проточки (фиг. 3). При этом величина выходного сигнала датчика 8 изменяется соответственно от минимального до максимального значения, т.е. с уменьшением упомянутого воздушного зазора сигнал датчика 8 увеличивается и наоборот.

Дополнительный датчик 9 трансформаторного типа содержит ферромагнитный сердечник в форме полого цилиндра 22 с немагнитными основаниями 23,. две идентичные системы 24 полюсных наконечников, каждая из которых содержит по четыре съемных полюсных наконечника 24, расположенных в одной плоскости

под прямым углом друг к другу и установленных в сквозные ступенчатые отверстия, вьшолненные на боковой стенке цилиндра 22, и в отверстия в направляющей 3. Расстояние между плоскостями, в которых расположены полюсные наконечники 24 первой и второй систем, выбрано не меньшим технологического хода L инструмента 5, определяемого началь ным А и конечным В положениями последнего. Конец якоря 4, контакти рующий с инструментом 5, находится под полюсными наконечниками 24 первой системы, а инструмент 5 полюсными наконечниками 24 второй системы. При этом часть инструмента 5, находящаяся между полюсными наконечниками 24 обеих сиснологического хода L инструмента 5. Датчик 8 установлен от начала проточки 7 постоянной глубины на расстоянии, равном расстоянию конца якоря 4, контактирующего с инст рументом 5, до ближайшего к нему конца катушки 1 рабочего хода, а оставшаяся часть проточки 7 постоя ной глубины имеет длину, не меньшу технологического хода L инстрзтента 5. На каждом полюсном наконечнике 24 первой системы размещено по одной обмотке 25 возбуждения, которые подключены к источнику переменного напряжения (не показан) таким образом, что создаваемые ими в контактирующих якоре 4 и инструменте 5 магнитные потоки имеют оди ковые направления. На каждом полюс ном наконечнике 24 второй системы размещено по одной выходной обмотке 26, которые соединены последова тельно таким образом, что их сигналы суммируются и через вьшрямительный мост 27, на выходе которо го имеется конденсатор 28, подключены к пороговому элементу - тригг ру Шмитта 29. Последний формирует сигнал, снимаемый с выходной обмот ки дополнительного датчика 9, в прямоугольный импульс, длительност которого равна длительности сигнал выходной обмотки датчика 9 и который подается на второй вход элемен И 17. Четыре разомкнутые магнитные це пи, каждая из которых состоит из полюсных наконечников 24 обеих сие тем и из ферромагнитного цилиндра 22, одновременно замыкают в момент удара контактирующие якорь 4 и инструмент 5. Поэтому при подаче переменного напряжения на обмотки 25 воз буждения сигнал на выходных обмоткпх 26, т.е. сигнал на выходе дополнительного датчика 9, появляется в моменты контакта якоря 4 с инструментом 5. В иные моменты времени между якорем 4 и инструментом 5 возникает воздушный зазор, магнитное сопротивление которого значительно больше магнитного сопротивления ферромагнитных участков магнитных цепей. Поэтому сигнал на выходе датчика 9 при отсутствии контакта якоря с инструментом практически равен нулю. Следовательно, на протяжении всего технологического хода L инструмента 5 сигнал на выходе датчика 9 появляется в момент удара якоря 4 по хвостовику инструмента 5. Задатчик 10 энергии и частоты ударов связан с инвертирующим входом компаратора 11, источник 21 опорного напряжения связан с инвертирующим входом компаратора 12. Неинвертирующие входы обоих компараторов 11 и 12 связаны с датчиком 8. Выход компаратора 11 связан с входом элемента НЕ 13 и с S-входом триггера 18, а выход компаратора 12 - с входом элемента НЕ 14 и с третьим входом элемента И 15, выход элемента НЕ 13 связан с первым входом элемента И 16 и с первым входом элемента И 15, а выход элемента НЕ 14 - с R-входом триггера 18, вы.ход которого связан с вторым входом элемента И 15, выходы элементов И 15 и 16 связаны с усилителями 20 мощности катушек рабочего 1 и холостого 2 ходов, выход дополнительного триггера 19 соединен с вторым входом элемента И 16, Rвход триггера 19 соединен с выходом компаратора 11, а S-вход этого триггера 19 соединен с выходом дополнительного двухвходового элемента И 17, первый вход которого соединен с выходом элемента НЕ 14, а второй вход - с дополнительным датчиком 9. Задатчик 10 содержит источник 30 опорного напряжения и подключенный к нему потенциометр 31, с помощью которого можно изменять величину напряжения, пода:ваемого на инвертирующий вход компаратора 11 в пределах от минимального значения

(несколько большего опорного напряжения источника 21) до .максимального (несколько меньшего максимального сигнала датчика 8) . Источни ки 21 и 30 не показаны.

Сигнал датчика 8 при любом значении воздушного зазора всегда имеет положительное значение, а минимальное его значение всегда несколько меньше величины опорного напряжения источника 21. Глубина внедрения якоря 4 в катушку 2 холостого хода в исходном состоянии привода увеличена на величину технологического хода L инструмента 5.

Устройство работает следюущим образом.

В исходном состоянии привода (фиг. 2) инструмент 5 находится в начальном положении (это положение на фиг. 5 обозначено через А) и контактирует с якорем 4. При этом магнитопровод датчика 8 замыкается боковой поверхностью якоря 4, имеющей проточку 7 постоянной.глубины. В .этом случае сигнал датчика 8 несколько меньше опорного напряжения источника 21. Поэтому на выходе компаратора 12, а значит и, на третьем входе элемента И 15 будет сигнал О, который, инвертируясь в элементе НЕ 14, поступает на R-вход триггера 18, переводя его в состояние О, и на первый вход дополнительного элемента И 17, на второй , вход которого в это же время поступает сигнал с дополнительного датчика 9. В результате этого дополнительный триггер 19 переходит в соетояние 1 и на второй вход элемента И 16 поступает сигнал.

В это же время сигнал датчика 8 меньше напряжения, подаваемого с задатчика 10 на инвертирующий вход . компаратора 11. Поэтому на выходе последнего будет сигнал О, который, инвертируясь в элементе НЕ 13., поступает через открытый элемент И 16 на усилитель 20 мощности и включает катушку 2 холостого хода. Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкой. По мере втягивания якоря 4 никаких изменений в управлении приводом не происходит до тех пор, по- 55 ка магнитопровод датчика 8 замыкается проточкой 7 Постоянной глу бины. Начиная .с момента замыкания

магнитопровода датчика 8 проточкой 6 переменной глубины,, величина сигнала датчика 8 начинает увеличиваться, превьш1ает опорное напряжени источника 21, что приводит к появлению на выходе компаратора 12, а значит и на третьем входе элемента И 15 сигнала 1, который, инвертируясь в элементе НЕ 14, снимает с R-входа триггера 18 и с первого входа элемента И 17 сигнал 1, а затем превьш1ает и напряжение эадатчика 10. После этого на S-входе триггера 18 и R-входе триггера 19 появляется сигнал 1, последний переходит в состояние О, а триггер 18 - в состояние 1. На втором входе элемента И 15 появляется сигнал 1. Одновременно снимаются сигналы с первого входа элемента И 16 и с первого входа элемента И 1 Катушка .2 холостого хода вьпслючается, а якорь 4 продолжает движение вверх по инерции до полной остановки в крайнем верхнем положении (фиг.З). После этого под действием собственного веса якорь 4 начинает движение вниз, совершая рабочий ход и последовательно проходя в обратном порядке упомянутые ста-, дии. При этом, начиная с входа конической проточки в зону датчика 8-, его сигнал начинает уменьшаться и становится меньше напряжения задатчика 10. Начиная с этого момента, н вьЬсоде компаратора 11 снова появляется сигнал О, который, инвертируясь в элементе НЕ 13, поступает через открытый элемент И 15 на усилитель 20 мощности и включает катушку 1 рабочего хода. Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкой. Происходит дальнейшее уменьшение сигнала датчика 8 и при достижении якорем 4 конца катушки 1 рабочего хода магнитопровод датчика 8 снова начинает замыкаться проточкой 7 постоянной глубины. При этом сигнал датчика 8 снова становится меньше опорного напряжения источника 21. Поэтому на выходе компаратора 12 и на третьем входе элемента И 15 снова появляется сигнал О, который, инвертируясь в элементе НЕ 14, переводит триггер 18 в состояние О и поступает на первый вход элемента И 17. Поскольку в это врем

отсутствует сигнал на втором входе этого элемента И 17, то переключения триггера 19 не происходит. Следовательно, не происходит и включение катушки 2 холостого хода. Якорь 4 продолжает двигаться вниз по инерции и в определенный момент времени наносит удар по инструменту 5. В моиент удара происходит контакт якоря 4 с хвостовиком инструмента 5 В результате этого на второй вход элемента И 17 поступает сигнал. Триггер 19 переходит в состояние 1 и через элемент И 16 проходит сигнал, подключающий катушку 2 холостого хода к усилителю 20.мощности. Якорь 4 начинает втягиваться этой катушкол и описанные выше процессы повторяются с той разницей, что при последующих ударах якоря по инструменту последний, в зависимости от податливости обрабатываемого объекта,.воспринимает удар якоря, находясь в каком-либо другом месте в пределах технологического хода L инструмента.

Для изменения энергии и частоты ударов достаточно потенциометром 31 , подключенным к источнику 30 опорного напряжения , изменить величину напряжения задатчика 10..

В предлагаемом приводе независи:МО от податливости обрабатьгоаемого

объекта осуществлен экономичный режим работы. Это достигнуто, с одной стороны, устранением раннего, до нанесения удара по инструменту, включения катушки холостого хода. Включение катушки холостого хода производится в момент нанесения удара по иснтрументу на. протяжении всего технологического хода инструмента. Это значительно расширяет область применения ударного электромагнитного, привода, уменьшает нагрев его обмотой , следовательно , при допустимом нагреве увеличивает продолжительность включения привода и его производителность.

Фиг.г

Фиг.д

Фиг.

fi о

Фиг.7