Резонансная электромагнитная машина импульсного действия Советский патент 1992 года по МПК B25B13/00 

J

4

1

j i

сл

с

Изобретение относится к машинам импульсного действия. Предназначено для возбуждения резонансных колебаний в объектах воздействия, например для разрушения негабаритных блоков горной породы. Цель изобретения - повышение эффективности машины за счет снижения энергозатрат, материалоемкости и уровня шума. Поставленная цель достигается возбуждением в рабочем инструменте 2 собственных колебаний, настраиваемых в резонанс с собственными колебаниями разрушаемого блока 6. Для этого вначале в рабочем инструменте, выполненном из упругоэластично- го электрострикционного материала, действием переменного электрического по

JL

--ч-

« ч«чЧь.. рг/.1

Ш

i

Ш$.

Ш- т

1

i-vl ICJ

со to

|Ч)

Јь

ля через электроды 5 возбуждают вынужденные механические колебания, которые по частоте настраивают в резонанс с собственной частотой колебаний разрушаемого блока 6. Затем посредством постоянного электрического поля, подводимого электродами 4, осуществляют резонансную подстройку собственной частоты колебаний инструмента 2 и вынужденной частоты колебаний электрического поля на электродах 5.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам импульсного действия, и предназначено для возбуждения резонансных колебаний в объектах ограниченных размеров, например в негабаритных кусках горной породы, с целью их разрушения, фундаментах сносимых зданий и отдельных обособленных сооружениях, может быть также использовано для возбуждения резонансных колебаний в стенках бункеров, кузовов автосамосвалов и железнодорожных вагонов с целью очистки их от прилипших и примерзших инородных материалов.

Известна электромагнитная машина ударного действия, предназначенная для разрушения материалов, которая содержит корпус, рабочий инструмент, привод, включающий катушку рабочего хода с магнито- проводом, боек и устройство возврата бойка.

Электромагнитной машине ударного действия присущ недостаток, общий для всех известных электромагнитных устройств импульсного действия, использую- щих привод с катушками рабочего и холостого хода, а для разрушения материалов - беек: в бойке, рабочем инструменте и других ферромагнитных элементах возникают вихревые токи, приводящие к энерге- тическим потерям; устройство громоздко и материалоемко, а движения рабочего инструмента и бойка сопровождаются шумом.

Цель изобретения - повышение эффективности машины за счет снижения энерго- затрат, материалоемкости и уровня шума.

На фиг. 1 представлена схема резонансной электрической машины импульсного действия; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Машина содержит корпус 1, рабочий инструмент 2, выполненный из упругоэла- стичного электрострикционного материала, способного деформироваться под действием внешнего электрического поля, связанное с корпусом зажимное устройство 3 для удержания рабочего инструмента 2 цилиндДля этого изменяют жесткость рабочего инструмента плавным изменением разности потенциалов на электродах 4. О наступлении резонанса судят по увеличению амплитуды колебаний. После полной резонансной настройки рабочий инструмент прикладывают к свободной поверхности блока 6 и удерживают в таком состоянии до полного разрушения блока. 2 ил.

рической формы в заданном положении при различных возмущениях, привод, включающий две пары электродов-обкладок 4 и 5, выполненных в виде токопроводящих упру- гоэластичных полосковых покрытий, расположенных вдоль рабочего инструмента и соединенных соответственно с управляемыми источниками постоянного и переменного напряжения (не показаны).

Резонансная электрическая машина импульсного действия работает следующим образом.

Вначале осуществляют подготовку машины к работе. Вручную или с помощью известных приспособлений (ручной тележки, самоходного шасси, автоподъемника и т.д.) машину подводят и прикладывают свободным (незакрепленным) концом рабочего инструмента 2 к объекту воздействия, например к поверхности негабаритного куска 6 горной породы. Включением источника переменного электрического напряжения через электроды-обкладки 5 к рабочему инструменту 2 прикладывают переменное электрическое поле, вследствие чего в элек- трострикционном материале инструмента 2 возбуждаются вынужденные механические колебания. Поскольку источник переменного электрического напряжения выполнен с возможностью регулирования частоты колебаний этого напряжения, то, изменяя частоту колебаний приложенного электрического

поля и вызванную им вынужденную частоту механических колебаний рабочего инструмента, достигают резонансного соответствия вынужденной частоты механи- i ческих колебаний рабочего инструмента 2 и собственной частоты колебаний негабаритного куска 6 горной породы. Резонанс определяют визуально по максимальному значению амплитуды колебаний поверхности куска 6. Подготовку к работе машины завершают резонансной подстройкой, то есть приведением в соответствие

собственной частоты колебаний рабочего инструмента и вынужденной частоты

колебаний приложенного переменного электрического поля, для чего изменяют жесткость упругоэластичного электрострикци- онного материала рабочего инструмента 2 приложением к материалу постоянного электрического поля через электроды-обкладки 4, соединенные с источником постоянного электрического напряжения. При этом свободный конец рабочего инструмента, колеблющийся под действием переменного электрического поля, подводимого через электроды 5, отрывают от

поверхности куска 2. Плавное изменение разности потенциалов на электродах 4 влечет за собой плавное изменение жесткости рабочего инструмента 2 и собственной частоты его колебаний. Это напоминает изменение частоты собственных колебаний струны вследствие изменения ее натяжения. Как и на первом этапе подготовки машины к работе, о наступлении резонанса судят визуально по максимальному значению амплитуды колебаний свободного конца рабочего инструмента, в котором возбуждается целое число стоячих волн. Для работы пригодны только нечетные гармоники собственных колебаний с узлом в месте закрепления инструмента в зажимном устройстве и пучностью с максимальной амплитудой колебаний на свободном его конце.

После завершения подготовки машины к работе рабочий инструмент 2 снова прижимают свободным концом к поверхности негабаритного куска 6 горной породы и теперь уже удерживают в прижатом состоянии до полного разрушения куска. Разрушение горной породы происходит изнутри за счет резонансного поглощения энергии волнового поля и концентрации ее на трещинах внутри куска. В сплошных (монолитных) кусках резонансные колебания характеризуются стремительным возрастанием амплитуды колебаний куска и его разрушением вследствие запредельных напряжений в разрушаемом материале. Снижение энергозатрат в резонансной электрической машине импульсного действия достигают за счет снижения гистерезис0

5

0

S

0

5

0

5

ных потерь на внутреннее трение Е материале рабочего инструмента, поскольку он колеблется на собственной частоте, v улучшения условий передачи подводимой энергии разрушаемому блоку горной породы. Снижение материалоемкости машинь обеспечивается компактностью привода, поскольку функции рабочего инструмента и привода совмещены в одном элементе. Снижение шума осуществляется за счет безударного взаимодействия свободного конца рабочего инструмента с объектом взаимодействия, поскольку поверхность торца инструмента все время находится в контакте с поверхностью разрушаемого блока горной породы, а контактирующие точки движутся с одинаковыми скоростями (относительное движение отсутствует). Помимо всего этого в процессе работы машины возбуждаются нечетные гармоники собственных колебаний рабочего инструмента с неподвижн ым узлом на зажимном устройстве и пучностью (максимальной амплитудой колебаний) на свободном конце инструмента. Этим обеспечивается виброзащита корпуса машины от возбуждаемых в рабочем инструменте колебаний, поскольку через узловые точки, как известно, колебания на корпус не передаются.

Формула изобретения Резонансная электрическая машина импульсного действия, содержащая корпус, рабочий инструмент, привод, регулируемый источник переменного напряжения, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности за счет снижения энергозатрат, материалоемкости и уровня шума, рабочий инструмент выполнен из упругоэластичного электрострикционного материала,-привод выполнен в виде двух пар электродов-обкладок, расположенных вдоль рабочего инструмента, снабжена управляемым источником постоянного напряжения и связанным с корпусом зажимным устройством, одна пара электродов соединена с регулируемым источником переменного напряжения, другая - с регулируемым источником постоянного напряжения, а рабочий инструмент закреплен в зажимном устройстве.

фиг.2