Ударный узел электромагнитного перфоратора Советский патент 1991 года по МПК E21B6/04 H02K33/12 

Изобретение относится к горной, промышленности и может быть использовано для бурения шпуров и скважин любой крепости.

Известен электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий катушки прямого и обратного ходов, направляющую трубу, боек, амортизатор, инструмент, магнитопровод из ярма, среднего и крайних полюсов.

В указанном устройстве катушки прямого и обратного ходов питаются импульсами разной полярности от сети переменного тока промышленной частоты. Поэтому боек совершает возвратно-поступательное движение, синхронное с частотой изменения тока в сети.

В идеальном, наиболее экономичном режиме работы ударного узла, удар бойка по хвостовику инструмента или амортизатору должен наноситься в момент прекращения протекания тока в соответствующей катушке. В действительности такой режим реализовать не удается, так как из-за колебаний нагрузки в сети, неидентичности процесса соударения и т.д, будет нарушаться синхронность движения бойка - сбои, что приводит к резкому снижению КПД устройства. Поэтому на практике величина хода бойка выбирается меньше, чем при идеальном режиме, чтобы только после соударения бойка с инструментом или амортизатором происходило прекращение тока в катушках. В этом случае ударный узел работает ритмично, без сбоев.

Так как коэффициент восстановления скорости бойка при ударе по инструменту Ki 0,1, при ударе тю амортизатору К2 0,01, то после соударения боек прижимается к инструменту или амортизатору (если перемещение последнего соответственно ограничено) потому, что силы магнитного притяжения еще достаточно велики. Кроме того, после прекращения тока в катушках боек продолжает удерживаться у инструмента или амортизатора значительными по величине силами остаточного намагничивания при неразорванной магнитной цепи.

Явление остаточной намагниченности при неразорванной магнитной цепи используется в электромагнитных аппаратах, принцип действия которых заключается в том, что при пропускании тока через катушку электромагнита якорь притягивается, магнитная цепь намагничивается, и после отключения катушки от сети магнитопровод действует как постоянный магнит, обеспечивая необходимую силу притяжения якоря (контакторы, магнитные пускатели, реле и

др.) к сердечнику за счет остаточного магнитного потока.

Экспериментально установлено, что для устройства с энергией единичного удара

150 Дж при 3000 уд/мин при средней тяге электромагнита 2000-2500Н сила притяжения якоря к инструменту или амортизатору за счет остаточного намагничивания после отключения катушки равна 500 Н, что со0 ставляет20-25% силы тяги электромагнита. Если после этого боек оторвать, а затем вновь соединить с инструментом или амортизатором без исключения катушки, то сила притяжения остаточного намагничивания

5 составляет всего 50 Н,

Установлено также, что, если диаметр бойка уменьшить на несколько мм, с тем, чтобы между бойком и средним полюсом был кольцевой паразитный зазор, то при соударении

0 бойка в крайних положениях сила притяжения остаточного намагничивания также равна 50 Н. Следовательно, при разорванной магнитной цепи в момент соударения сила притяжения бойка за счет остаточного на5 магничивания уменьшается на 90% и ей можно пренебречь. Однако уменьшать диаметр бойка нецелесообразно, так как за счет паразитного зазора заметно снижается сила тяги электромагнита, а следовательно, и

0 КПД устройства.

Недостатком известного устройства яв- ляется залипание бойка в крайних положениях за счет остаточного намагничивания, на преодоление которого при включении ка5 тушки противоположного хода бесполезно тратится ее энергия, так как пока сила тяги ее не превысит силу залипания, боек не тронется с места. Это приводит к тому, что величину хода бойка приходится умень0 шить, скорость его в конце хода снижается, уменьшается энергия удара и КПД устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому ре5 зультату является электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий катушки прямого и обратного ходов, установленные в направляющем цилиндре боек, инструмент, амортизатор, маг0 нигопроводизярма,среднегоикрайних полюсов. В известном устройстве за счет установки одностороннего клапана в кольцевой проточке на торце бойка со стороны амортизатора снижается аэродинамическое со5 противление воздуха при рабочем ходе бойка, повышается мощность удара по хвостовику инструмента и повышается аэродинамическое сопротивление воздуха при холостом ходе бойка, тем самым уменьшается мощность удара по амортизатору, что

повышает надежность и срок службы двигателя.

Кроме того, затраченные полезные электромагнитные силы на создание воздушной подушки между бойком и амортиза- тором используются на придание начальной скорости бойку при рабочем ходе, что повышает КПД двигателя. Воздушная подушка частично компенсирует залипание бойка к амортизатору.

Однако в известном устройстве не устраняется залипание бойка с инструментом и амортизатором за счет остаточного намагничивания замкнутой магнитной цепи, после прекращения протекания тока в соответствующей катушке.

Целью изобретения является повышение КПД за счет устранения задержки бойка в крайних положениях.

Поставленная цель достигается тем, что в ударном узле, содержащем рабочие катушки прямого и обратного ходов, направляющую трубу из немагнитного материала, боек, амортизатор, инструмент, магнито- провод из ярма среднего и крайних полю- сов, на внешней цилиндрической поверхности бойка выполнены кольцевые проточки, которые расположены так, что в момент соударения бойка с инструментом или амортизатором они находятся напротив среднего магнитопровода и создают разрыв магнитной цепи, за счет чего на 90% устраняется эффект залипания бойка от остаточного намагничивания. При этом энергия электромагнитов не тратится на преодоле- ние залипания бойка в крайних положениях при замкнутой магнитной цепи, увеличива- ются величина хода бойка, его предударная скорость и КПД устройства. Форму и глубину кольцевых проточек на бойке конкретного устройства можно определить экспериментально. Ширина проточек должна быть больше ширины среднего полюса на удвоенную глубину проточек, т.е.

ШПр Icp.n + 2А Нд- где 1Ср.п - ширина среднего полюса;

4 Rtf- глубина кольцевой проточки бойка.

Если ШгфОср.п + ,

то эффект разрыва цепи магнитопровода и повышения КПД устройства проявляться не будут. Если ШПр Icp.n + 2tftЈ , то на некоторой части хода бойка кольцевые проточки будут играть роль паразитных воздушных зазоров, разрыв магнитной цепи будет, но эффект повышения КПД устройства будет соответственно меньше.

В результате проведенного сравнительного анализа отличительных признаков

предлагаемого и известных технических решений установлено, что в последних кольцевые проточки на бойке либо отсутствуют, либо одна расположена на торце бойка со стороны амортизатора и служит для установки клапана, а не для разрыва це.ш магнитопровода в крайних положениях бойка. Поэтому в известных технических решениях происходит залипание бойка в крайних его положениях и КПД их ниже, чем в предлагаемом.

Отличительными признаками предлага- емого устройства от известного являются выполнение кольцевых проточек на бойке; расположение проточек такое, что в крайних положениях бойка соответствующая проточка находится напротив среднего полюса, разрывая в момент соударения цепь магнитопровода соответствующей катушки; ширина проточек выбирается больше ширины среднего полюса на удвоенную глубину проточки.

В известном устройстве повыше н КПД устройства за счет устранения залипания бойка в крайних положениях, при этом электромагнитные силы не тратятся на преодоление залипанмя бойка, появляется возможность увеличить ход бойка, а следовательно, предударную скорость, энергию удара и КПД.

На чертеже изображен двухкатушечный ударный узел электромагнитного перфоратора, продольный разрез.

Ударный узел содержит катушку 1 прямого хода из четырех секций, катушку 2 обратного хода из четырех секций, направляющую трубу 3 с расположенным в ней бойком 4 с кольцевыми проточками 5 и 6, инструмент 7, магнитопровод из ярма 8, среднего полюса 9, делящего направляющую трубу 3 на две части и проходящего до бойка 4, заднего полюса 10 и переднего полюса 11, амортизатор 12 задней крышки 13.

Ударный узел электромагнитного перфоратора работает следующим образом.

При включении ударного узла совершает возвратно-поступательное движение под действием импульсов тока, попеременно поступающих в катушки прямого 1 и обратного 2 ходов от сети через тиристор- ный блок питания. При включении катушки 1 боек совершает прямой ход, движется в . сторону инструмента 7. В это время магнитопровод катушки 1 прямого хода, состоящий из бойка 4, инструмента 7, переднего полюса 11, ярма 8, среднего полюса 9, замкнут. В момент соударения бойка 4 с инструментом 7 кольцевая проточка 6 бойка 4

будет находиться напротив среднего полюса 9 (как показано на чертеже).

Магнитный поток катушки 1 прямого хода окажется разомкнутым кольцевой проточкой 6 бойка 4. Поэтому после прекращения тока в катушке 1 прямого хода сила залипания (между бойком 4 и инструментом 7) будет минимальна (например, 50 Н при разомкнутом магнитопроводе в экспериментальном образце вместо 500 Н при отсутствии кольцевой проточки, когда маг- нитопровод замкнут). Далее включается катушка 2 обратного хода, боек 4 начинает движение в сторону амортизатора 12, кольцевая проточка 6 смесится относительно среднего полюса 9, магнитопровод катушки 2 обратного хода, состоящий из бойка 4, среднего полюса 9, ярма 8, заднего полюса 10 и амортизатора 12, замкнется. В момент соударения бойка 4 с амортизатором 12 кольцевая проточка 5 будет напротив среднего полюса 9. Магнитный поток катушки обратного хода 2 окажется разомкнутым кольцевой проточкой 5 бойка 4. В момент прекращения тока в катушке 2 обратного

хода сила залипания между бойком амортизатором 12 будет минимальна (только за счет остаточного намагничивания при разомкнутой цепи магнитопровода, которой пренебрегаем).

С включением катушки 1 прямого хода цикл повторяется.

Ф ор мул а изобретения Ударный узел электромагнитного перфоратора, содержащий катушки прямого и обратного хода, направляющую, расположенный в ней ферромагнитный боек, инструмент, магнитопровод, состоящий из ярма, переднего, среднего и заднего полюсов, и амортизатор,отличающийся тем,что, с целью повышения КПД за счет устранения задержки бойка в крайних положениях, на внешней цилиндрической поверхности бойка выполнены кольцевые проточки, ширина каждой из которых больше ширины среднего полюса на удвоенную глубину, при этом одна из проточек в момент соударения бойка с инструментом или амортизатором размещена напротив среднего полюса.

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение КПД за счет устранения задержки бойка в крайних положениях. Устр-во содержит катушки прямого 1 и обратного 2 ходов, направляющую 3. ферромагнитный боек 4 с кольцевыми проточками 5 и 6, магнитопровод, состоящий из ярма 8, среднего 9. заднего 10 и переднего 11 полюсов, амортизатор 12 и инструмент 7. Ширина проточек 5 и 6 боль- ше ширины среднего полюса на удвоенную глубину. При подаче импульсов тока на обмотки 1 или 2 боек 4 совершает возвратно- поступательное движение и либо наносит удар по инструменту 7, либо соударяется с амортизатором 12. При этом одна из проточек 5 или 6 в момент соударения в крайних положениях бойка 4 размещена напротив среднего полюса. Этим исключается задержка бойка 4 на инструменте 7 или амортизаторе 12, что повышает КПД всего устройства, 1 ил. Ю 12 13 -- Ё VI о О ГО го о

Редактор В. Бугренкова Техред М.Моргентал

Заказ 4452ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Корректор Т. Малец