Электромагнитный ударник

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к электрическому инструменту . Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД. Это достигается тем, что катушки прямого 2 и обратного 3 хода ударника выполнены в виде спирали соленоида из токопроводящей ленты и спирали из изолирующей ленты 13 с перфорированной поверхностью и связанной с системой подачи охлаждающей жидкости , а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше площади ее остальной поверхности. 2 з п флы, 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792851/28 (22) 27.12.89 (46) 07.08,92. Бюл. № 29 (75) И.М.Ефремов и Ю.И.Ефремова (56) Авторское свидетельство СССР ¹

: 1134992, кл. В 25 D, Н 02 K 33/12,1983.

Авторское свидетельство СССР ¹ . 1327244. кл. В 25 О, Н 02 К 33/12, 1986, (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УДАРНИК (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к электрическому инстру„,5U„„1752544 А1 (51)з В 25 D 17/24, Н 02 К 33/12 менту, Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД, Это достигается тем, что катушки прямого 2 и обратного 3 хода ударника выполнены в виде спирали соленоида из токопроводящей: ленты и спирали из изолирующей ленты 13 с перфорированной поверхностью и связанной с системой подачи охлаждающей жидкости, а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше площади ее остальной поверхности. 2 з.п.флы, 1 ил.

1752544

1 . 4

Кроме того, при многослоевой намотке 55 растут диаметры катушек, корпуса и рассеяние магнитных силовых линий.

Цель изобретения — повышение удельной мощности и КПД электромагнитной системы ударника.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к разработке и использова.йию электромагнитных ударных узлов перфораторов и молотков для бурения горных пород, строительных материалов в горно-рудной, строительной промышленности

Известны устройства для преобразования электрической энергии в ударно-механическую в электромагнитных ударниках содержащие магнитопровод и катушки прямого и обратного хода бойка-ударника, На поверхности бойка одного из устройств выполнены продольные открытые пазы, а на одном из его торцов со стороны амортизатора на линии сопряжения цилиндрической и сферической поверхностей выполнена кольцевая канавка, Однако пазы снижают азродинамическое сопротивление движению бойка незначительно, и вместе с тем снижается прочность бойка, усложняется его изготовление, трение бойка о направляющую трубу .и одностороннее магнитное притяжение бойка к трубе не устраняются, Другое известное устройство содержит буфер-заглушку, роль которой состоит в том, что при движении бойка к буферу она предотвращает свободный выхлоп воздуха (газа) в атмосферу. Газ сжимается и придает бойку дополнительный импульс при ходе вперед, что повышает КПД.

Недостаток устройства состоит в неизбежности строгого подбора силы тяги бойка к буферу. Разбаланс тяги и противодавления газа может привести к снижению КПД и энергии единичного удара бойка о рабочий инструмент. Например, при уменьшении тяги катушка обратного хода снизится не только скорость обратного хода бойка, но и его рабочий ход, энергия единичного удара и

КПД, B рассмотрен н ых. устройствах намагничивающая сила, пропорциональная ампервиткам, достигается при малои силе тока.

Число витков при многослоевой укладке изолированного провода достигает нескольких сотен, Плотность тока в изолированном проводнике берется 5-10 Аlмм, но и в этом случае катушка требует охлаждения. И если витки и слои, примыкающие к каркасу, еще как- то удается охладить, то глубинные витки катушек перегреваются, :что снижает и мощность и КПД электромагнитной системы (ЭМС).

Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном ударнике, содержащем основание, корпус, коэксиэльно установленные в последнем боек, охваченный немагнитной трубкой, катушку прямого и обратного хода ударника, магнитопровод, буфер-амортизатор и систему подвода охлаждающей жидкости, катушка прямого и обратного хода выполнена в виде спиралисоленоида из токопроводящей ленты и спирали из изолирующей ленты с перфорированной поверхностью., уложенной в межвитковые промежутки спирали соленоида и связанной с системой подвода охлаждающей жидкости, а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше площади ее остальной поверхности; катушка выполнена из двух частей с ферромагнитными токопроводами, установленными на ее торцах и между ее частями; а также тем, что ЭМ-ударник снабжен втулками скольжения, установленными между корпусом и основанием, а поверхность последнего — со стороны втулок скольжения немагнитная.

Такое выполнейие электромагнитного ударника увеличивает теплоотвод с поверхности витков в 10-15 раз, что позволяет увеличить в заданных габаритах плотность тока, ампер-витки и магнитную напряженность в рабочем зазоре, снизить рассеяние магнитных силовых линий, потери íà перемагничивание ферромагнитных деталей, устранить одностороннее магнитное притяжение бойка, уменьшить его трение и аэродинамическое сопротивление, В целом это повышает мощность и КПД электромагнитного ударника, На чертеже показан описываемый ударник, Электромагнитный ударник состоит из корпуса 1, катушек прямого 2 и обратного 3 хода, центрирующей трубы 4, бойка 5, буфера 6, хвостовика 7 буровой штанги. По торцам катушек размещены кольцевые ферромагнитные токопроводы 8, а в стыке между катушками-ферромагнитный токопровод 9. Полое немагнитное основание . (ось) 10 предназначена для поступательновозвратного перемещения на. втулках 11 скольжения бойка и размещения смазки 12.

Водопроводящая трубка 13 размещена внутри основания 10 и одним концом соединена с осевым отверстием в штанге для подачи водй в шпур, а другим — с выхлопным отверстием системы охлаждения катушек, Изоляторы 14-16 разделяют плюсовые токопроводы 17 от корпуса, снабженного минусовым токоотводом 18. Соленоид пряюого хода прижат к торцу токоподвода 8 кольце1752544 зом

При включении катушки 2 прямого хода .10 под действием электромагнитных сил боек перемещается в немагнитной трубке 4, скользя по основанию 10 в сторону буровой штанги, и наносит удар по ее хвостовику 7.

В это время катушка прямого хода отключа-. 15 ется и включаегся катушка 3 обратного хода

Под действием электромагнитных сил боек перемещается к буферу, сжимая воздух и вытесняя его частично через отверстия в буфере, частично через зазор между бойком 20 и центрирующей трубкой 4, что смягчает удар бойка о буфер. В это время катушка обратного хода отключается, происходит отход бойка от буфера и включается катушка прямого хода и т,д. Переключение кату- 25 шек производится автоматически при переходе синусоиды через нуль. Выхлопное отверстие в буфере регулируется, чем частично изменяется ход бойка. Размещение бойка на основании 10 предотвращает тре- 30 ние его о стенки немагнитной трубки 4, снижает аэродинамическое сопротивлейие ходу к штанге и магнитное притяжение к . к трубке 4, а размещение смазки 12 во внутренней полости бойка позволяет осущест- 35 и вить смазку трущихся втулок 11 с скольжения, оси-основания 10 и препятст- с вует попаданию смазки с выхлопом в атмос- ч феру. Изоляторы 14-16 имеют достаточное и перекрытие во избежание замыкания по во- 40 о де и черезмерного электролиза, корпус для до- с стижения электробезопасности имеет. и отрицательный потенциал и заземлен. 0х- м ладителем является техническая вода, пода- л ваемая под давлением в корпус со стороны 45 н катушки переднего хода. Пройдя по кольцевому зазору между изоляторами 15 и 16.и р омыв торец токоподвода 8, вода по наруж- к ному и внутреннему кольцевым зазорам с между соленоидом 2 и изоляторами 15 и 16, 50 М/ а также межвитковым зазорам соленоида, образованным перфорациями в изолирую- н щей ленте, снимает тепло с катушки и далее идет через зазор между кольцом 9 и трубой

4 в полость соленоида катушки обратного 55 хода, охлаждает его и через отверстие в корпусе и соединительный шланг подается к трубе 13 для промывки шпура. Охлаждение водой торцов бойка, буфера и хвостовика штанги не препятствует свободному

5 вым токопроводом 9, раскрепленным в корпусе установочными болтами, а соленоид обратного хода прижат к торцу кольца 9 при закреплении крепежными болтами флянца буфера 6 к корпусу, Буровая штанга вставляется хвостовиком в передней центратор 19.

Устройство работает следующим обраперемещению бойка в трубке 4, поскольку часть охлаждающей воды направляетСя в места соударений бойка с хвостовиком и буфером по тангенциальным сверлениям в стенке трубы 4, выполненным с наклоном в сторону хвостовика штанги с одной стороны и в сторону. буфера с другой стороны. Эта вода идет на создание гидроциклонов, охлаждающих срезы соударяющихся деталей, и далее идет на выхлоп через кольцевые проточки и отверстия в центраторе 19 и буфере 6. Центробежные силы прижимают водяную пленку гидроциклонов к стенке трубы

4 и не препятствуют ходу бойка, Конструктивные особенности направлены на получение максимальной напряженности аксиального магнитного поля на единицу дчины рабочего зазора между торцевыми срезами бойка и хвостовика штанги при уменьшении рассеяния радиальной составляющей силовых линий магнитного потока в торцах катушек .и-в паразитных кольцевых воздушных зазорах между боко"вой поверхностью бойка, буфера и переднего центратора с одной стороны и торцами катушек"с другой, а также на снижение потерь на перемагничивание ферромагнитных деталей устройства.

Намотка водоохлаждаемого соленоида выполнена голой, однослойной виток к витку спиралью из тонкой (0,5 мм) токопроводящей ленты, в межвитковые промежутки отброй уложена другая спираль из тонкой

0,25 мм) теплостойкой изолирующей ленты оверхность которой перфорирована отвер- . тиями с преобладанием площади отвертий над площадью неперфорированной асти ленты, так чтобы не менее 50-75 Д оверхности проводника соприкасалась с хлаждающей водой. При достаточно интенивном охлаждении водой плотность тока в роводнике из медйой ленты тблщиной 0,5 м и сечением 2.5 мм при описанной изо2 яции витков достигает 150 А/мм (у известого i=5,5 А/мм ) .

При одинаковой для предлагаемого устойства и известного длине бойка и катуш и, например l„=150 мм, число витков равно оответственно W=200 витков s один ряд;

=120 витков в 20 рядов.

По формуле Hl= W f= W Л l S напряженость на единицу длины катушки

И/ . Л! Я 200 100 2,5 3333 l

0,15 10, — 3333 А/см;

H l Л! S 120 5,5. 9,9 — 435 6 А/

0,15 102

1752544 где S, S . — сечение обмоточного провода, 1, мм.

Таким образом, имеется увеличение напряженности рабочего зазора в 6,7 раз.

В конструкции известного устройства многослоевая намотка катушек увеличивает длину силовых линий магнитного поля между бойком и средним слоем намотки, что снижает интенсивность магнитного потока, в том.числе в рабочем зазоре, Переход на однослоевую намотку катушек и постановка боковых 8 и центрового 9 ферромагнитных концентраторов позволяют снизить величину кольцевых зазоров между бойком и средним слоем катушки в

6-8 раз, уменьшить рассеяние магнитных силовых линий в 3-4 раза. Согласно расчета электромагнитов дпя конкретного примера имеем (г +ю v

Составитель И.Ефремов

Редактор Н.Лазаренко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор B,Ãèðíÿê

Заказ 2722 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Проиэводственйо-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

К=3,8 раз; где г,,=1,9 см — радиус внутреннего отверстия концентратора;

l гк =3,5 см — внутренний радиус корпуса; 1 = 0,6 см — зазор между концентратором и бойком на одну сторону.

v =1,6 см — разница в радиусах витка (в средней части) и бойка, Катушки предлагаемого устройства расположены аксиально, намотаны в одну сторону и к их концам подводятся положительный, а к месту соединения катушек отрицательный полюсы источника питания..

При этом встречное магнитное поле, образующееся на стыке торцов катушек, усиливает радиальную составляющую силовых линий в зазоре между концентратором 9 и бойком, что в 3-4 раза снижает потери на перемагничивание стали корпуса, бойка и других ферромагнитных деталей при переключении катушек, упрощает их изготовление из сортов обычной стали.

Проверка макета предложенного энергонасы щенного зле ктропе рфоратора (ЭНЭП) позволила получить результаты: намагничивающая сила (ампер-витки) tW5 250х200= 50000, магнитный поток P = 0,06 .

Вб, скорость бойка при массе 9 м с

-12 м/с, энергия единичного удара 324 Дж.

Расчетные параметры превышают показатели гидроперфораторов "COP" "Секота", (200-250 Дж) пневмоперфораторов ПК-60, ПК-75 (100 Дж) и показатели макета прототипа (60-70 Дж).

Формула изобретения

1. Электромагнитный ударник, содержащий основание, установленный на нем корпус, коаксиально установленные в последнем боек, охваченный немагнитной

20 трубкой, катушку прямого и обратного хода ударника, магнитопровод, буфер-амортизатор, размещенный на одном из торцов бойка, и систему подвода охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что, с

25 целью повышения удельной мощности и

КПД, катушка прямого и обратного хода ударника выполнена в виде спирали-соленоида из токопроводящей ленты и спирали из изолирующей ленты с перфорированной поверхностью, уложенной в межвитковые

30 промежутки .спирали-соленоида и связанной с системой подвода охлаждающей жидкости, а площадь перфорированной поверхности изолирующей ленты больше

35 площади ее остальной поверхности.

2. Ударник по п.1, о тл и ч à ю шийся тем, что он снабжен кольцевыми ферромагнитными токопроводами, катушка прямого и обратного хода выполнена из двух частей, 40 а ферромагнитные токопроводы установлены на ее торцах и между ее частями-.

3. Ударник поп,1,отличающийся тем, что он снабжен втулками скольжения, установленными между корпусом и основа45 нием, а поверхность последнего со стороны втулок скольжения немагнитная,