Устройство для образования механических колебаний Советский патент 1982 года по МПК E21C37/00 H02K33/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

КОЛЕБАНИЙ

1

Изобретение относится к устройствам для ударного разрушения горных пород и крепких углей с преобразова нием электрической энергии в механическую энергию возвратно-поступательного движения и может быть использовано, например, в добычных и проходческих горных машинах.

Известны электрические устройства возвратно-поступательногр движения, которые можно использовать в устройствах для ударног о разрушения горных пород. Эти устройства имеют электромагнитную систему, периодически подключаемую к сети, а в качестве накопителя энергии используется ферромагнитный боек, который в одном направлении перемешается, под действием силы электромагнитного притяжения, а в обратном направлении - под действием упругих элементов 1 .

Указанные устройства возвратно-поступательного движения обладают низким КПД, малой энергией единичного удара .бойка и низкой надежностью из-за наличия кинетически соударяемых частей (бойка и рабочего органа). Эти недостатки ограничивают возможность использования известных электромагнитных устройств возвратно-поступательного движения, особенно для высокопроизводительных горных машин ударного действия, например, динамических угольных стругов. Поэтому указанные устройства получили применение лишь в ручных ударных электроинструментах малой мошности.

Наиболее близкиля к предлагаемому по технической суш,ности является устройство для образования механических колебаний, которое позволяет осуШ,ествить накапли10вание электрической энергии и затем прямое электродинамическое преобразование электрического импульса в импульс силы. Устройство содержит электродинамический преобразователь энергии с обмотками статора и 15 якоря, жестко соединенного с рабочим органом. В качестве накопителя энергии этого устройства может быть применена конденсаторная батарея или индуктивный (магнитный) накопитель энергии 2.

Однако наличие отдельных накопителя

20 энергии и электродинамического преобразователя значительно усложняет схему, увеличивает потери при переходе энергии из накопителя в преобразователь и, тем самым, снижает КПД, и ухудшает параметры механического удара. Кроме того, это устройство имеет относительно низкую надежность вследствие неизбежных механических ударов якоря о корпус преобразователя в случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе.

Цель изобретения - снижение потерь энергии и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит датчик накопленной механической энергии и датчик положения -якоря, при этом обмотка якоря шунтирована посредством выключателя, в цепь управления которого последовательно включены указанные датчики.

Для полного преобразования накопленной магнитной энергии в механическую и для повышения надежности работы устройства за счет электродинамического торможения якоря в случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе в конце его хода электромагнитная система преобразователя выполнена многополюсной с равным полюсным шагом, при этом количество ампервитков обмоток статора и якоря одинаково, а направления витков якоря в смежных полюсах противоположны.

Благодаря этому необходимость в устройстве отдельного накопителя энергии исключается, а функции накопителя энергии одновременно выполняет обмотка и магнитная система статора преобразователя.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - устройство, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - размещение обмотки якоря в кольцевом магнитном зазоре статора (узел I на фиг. 2). Основным узлом устройства является электродинамическийпреобразователь,

включающий многополюсный магнитопровод статора, выполненный из двух цилиндрических частей 1 и 2, образующих кольцевой магнитный зазор, обмотку 3 статора и якорь с импульсной обмоткой 4.

Обмотка 4 якоря имеет круговые витки, которые з апрессованы в изоляционный материал, размещены в кольцевом магнитном зазоре статора и перемещаются вместе с якорем поперек магнитного потока, образованного электромагнитной системой статора. В смежных полюсах магнитопровода направление магнитного потока в токе р ветках обмотки 4 якоря изменяется на обратное.

Электрическая схема устройства питается от источника постоянного напряжения иЛи, как показано на примере, от источника переменного напряжения через управляемый зарядный вентиль 5. Диод 6 обеспечивает протекание тока через обмотки 3 при закрытом зарядном вентиле 5.

Выключатель 7, шунтирующий обмотку 4 якоря, имеет в цепи управления последовательно включенные контакты датчика 8 накопленной магнитной энергии, замыкающиеся при образовании заданного уровня магнитного потока энергии, в воздушном зазоре магнитопровода 1 и 2 и контакты датчика 9 положения якоря.

Конструктивно датчик положения якоря содержит подвижный контакт, закрепленный на якоре, и неподвижный - на статоре. Замыкание контактов происходит при наличии нагрузки на рабочем органе 10 и перемещении жестко связанного с ним якоря

внутрь устройства. В случае отсутствия нагрузки на рабочем органе 10 якорь выдвигается под действием пружины 11 и контакты датчика 9 будут находиться в разомкнутом состоянии.

Выключатель 7 может быть выполнен на бесконтактных полупроводниковых приборах, например, по известной схеме на двух параллельно соединенных тиристорах, в силовую цепь одного из которых включен конденсатор с обратной подзарядкой. Датчики

энергии и положения якоря также могут выполняться на бесконтактных полупроводниковых и магнитных приборах. В качестве датчика энергии может быть использовано токовое реле, включенное в обмотку статора преобразователя.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть переменного напряжения в обмотке 3 будет возрастать и протекать ток по цепи: напряжение сети, управляемый зарядный вентиль 5, датчик 8 энергии, обмотка 3 статора, размыкающийся контакт выключателя 7. При увеличении тока в электромагнитной системе накопителя статора будет возрастать магнитная энергия, равная

р Ф И -u/t

где Ф - магнитный поток;

ii -ток в обмотке 3 статора; cj,-количество витков обмотки 3.

При обратном напряжении сети ток i, в обмотке 3 замыкается через шунтирующий диод 6. При достижении заданного тока (заданного уровня энергии P ) срабатывает датчик 8 магнитной энергии, который

своими контактами в цепи управления вентилей 5 отключает питание сети и подготавливает цепь управления выключателя 7 к включению.

В случае наличия нагрузки,и прижатия ударного устройства к забою рабочий орган 10 и жестко соединенный с ним якорь переместятся по направлению внутрь электромагнитной системы примерно на половину полюсного шага. Контакты датчика положения якоря замкнутся и включат цепь

управления выключателя 7, который своими силовыми контактами выключит щунтирующую цепь обмотки 4 якоря и через эту импульсную обмотку 4, обладающую малым сопротивлением, будет протекать ударный ток благодаря запасенной магнитной энергии по цепи: обмотка 3 статора, обмотка 4 якоря, диод 6, датчик 8 энергии. При прохождении импульсного тока через обмотку 4, которая размещена в воздушном зазоре магнитопровода 1 и 2, возникает механический удар, передаваемый на рабочий орган 10 к разрушаемой горной породе, т. е. запасенная в воздушном зазоре магнитная энергия перейдет в механическую энергию для разрушения горной породы. Магнитная энергия, преобразованная в механическую, равна р - Ф ia -cJg 12 где ii -ток в обмотке 4 якоря, U/2 - количество витков обмотки 4. Условием полного преобразования накопленной магнитной энергии в механическую является равенство Р РП или при общем магнитном потоке Ф ампервитки обмотки статора и якоря должны быть равны. В случае резкого снижения нагрузки на рабочем органе в результате разрушения горной породы, в конце его хода, возникают силы обратного электродинамического торможения якоря за счет многополюсного исполнения электромагнитной системы устройства. Благодаря наличию пружины 11, выталкивающей якорь, контакты датчика 9 положения якоря остаются разомкнутыми и поэтому работа устройства в холостую (без нагрузки на рабочем органе 10) исключается. Регулирование энергии удара производится изменением уставок датчика 8 энергии.

фиг.) Использование предлагаемого устройства обеспечивает эффективную и безопасную работу добычных и проходческих горных машин в угольных шахтах, позволяет снизить вес и размеры горных машин, эксплуатационные расходы и энергозатраты на 1 т добычи полезных ископаемых. Формула изобретения Устройство для образования механических колебаний, преимущественно для разрушения горных пород, содержащее электродинамический преобразователь энергии с обмотками статора и якоря, жестко соединенного с рабочим органом, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь энергии и упрощения конструкции, устройство до-полнительно содержит датчик накопленной механической энергии и датчик положения якоря, при этом обмотка якоря шунтирована посредством выключателя, в цепь управления которого последовательно включены указанные датчики. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электромагнитная система преобразова выполнена многополюсной с равным полюсным шагом, при этом количество ампервитков обмоток статора и якоря одинаково, а направления витков якоря в смежных полюсах противоположны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 425279, кл. Н 02 К 33/12, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР № 475580, кл. G 01 V 1/14, 1966 (прототип).