Электромагнитная машина ударного действия

 

Электромагнитная машина ударного действия относится к машиностроению. Машина содержит корпус с размещенным в нем магнитопроводом с катушкой. Подпружиненная направляющая втулка с установленными в ней бойком и возвратной пружиной размещена в магнитопроводе с возможностью осевого перемещения. Буфер и букса с рабочим инструментом установлены в направляющей втулке. Кольцевой полюс примыкает соосно к торцевой части магнитопровода со стороны буфера, охватывает направляющую втулку для прохождения магнитного потока через боек и буфер и выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу. Буфер выполнен ферромагнитным. Кольцевой полюс может быть выполнен заодно с магнитопроводом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различных по назначению ударных устройств.

Известен электромагнитный молоток [1], содержащий корпус с рукояткой, установленные в корпусе соосно с ним электромагнит, сердечник-боек, размещенный в электромагните, рабочий инструмент и буферное устройство, выполненное в виде цилиндра, расположенного между электромагнитом и рукояткой, в котором установлен поршень со штоком.

Основным недостатком молотков такой конструкции является низкая удельная энергия удара за счет относительно невысокой скорости движения бойка.

Известен также электромагнитный молоток [2], содержащий корпус, расположенный в нем рабочий инструмент, узел крепления рабочего инструмента, электромагнитный двигатель, выполненный в виде тяговой катушки с магнитопроводом и бойка, а также механизм возврата бойка, выполненный в виде подпружиненных толкателей.

Однако недостатком известного электромагнитного молотка является также низкая удельная энергия удара за счет относительно невысокой скорости движения бойка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитный молоток [3] , содержащий корпус с расположенной внутри тяговой катушкой, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения подпружиненную направляющую втулку с бойком с возвратной пружиной, буфером и буксой с рабочим инструментом.

К недостаткам электромагнитного молотка также следует отнести низкую удельную энергию удара за счет относительно невысокой предударной скорости бойка.

Энергия удара электромагнитного молотка по а. с, N 905049 может быть повышена до определенной степени за счет увеличения жесткости возвратной пружины бойка (якоря), что позволяет увеличить начальный ток трогания бойка и среднее значение тока за время его движения. С увеличением тока в цепи катушки возрастает предударная скорость якоря и его кинетическая энергия. Однако с повышением жесткости пружины увеличиваются потери, вызванные большими энергозатратами на деформацию жестких пружин в период рабочего хода.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в увеличении удельной энергии удара электромагнитной машины ударного действия. Поставленная задача решается тем, что электромагнитная машина ударного действия, содержащая корпус с размещенным в нем магнитопроводом с катушкой, установленную в магнитопроводе с возможностью осевого перемещения подпружиненную направляющую втулку с установленными в ней бойком с возвратной пружиной, буфером и буксой с рабочим инструментом, согласно изобретению снабжена кольцевым полюсом, выполненным с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу, примыкающим соосно к торцевой части магнитопровода со стороны буфера и охватывающим направляющую втулку для прохождения магнитного потока через боек и буфер, причем буфер выполнен ферромагнитным.

Для упрощения конструкции устройства целесообразно кольцевой полюс выполнять заодно с магнитопроводом.

Такое конструктивное выполнение электромагнитной ударной машины позволяет повысить начальный ток трогания, среднее значение тока за время движения бойка и, следовательно, увеличить удельную энергию удара за счет повышения предударной скорости бойка.

Характерной особенностью электромагнитных машин, в особенности работающих при относительно небольших рабочих воздушных зазорах и обладающих высокой индуктивностью цепи, является то, что время движения бойка значительно меньше времени нарастания тока в цепи обмотки до установившегося значения. Для ряда электромагнитных ударных машин данный недостаток устраняется за счет использования специальных устройств для удержания якоря, выполненных в виде механических защелок или электромагнитов (см., например, Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров, А. В. Львицын. Электромагнитные прессы. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. 215 с. или а. с. СССР N 821018. Электромагнитный пресс. Опубл. в БИ, 1981, N 14 или а. с. СССР N 1136294. Электропривод возвратно-поступательного движения. Опубл. в БИ, N 3, 1985).

Однако применение дополнительных устройств в виде электромагнита значительно усложняет конструкцию ударной машины, требует дополнительной схемы питания, увеличивает габариты и массу. Использование механических защелок для удержания бойка вызывает дополнительный шум, а механическое взаимодействие снижает надежность подобных устройств.

Увеличение начального тока трогания бойка за счет его удержания позволяет приблизить среднее значение тока за время движения к установившемуся значению тока цепи катушки, повысить среднее усилие на интервале рабочего хода бойка, его предударную скорость и как следствие удельную энергию удара.

Сущность изобретения заключается в удержании бойка электромагнитными силами на начальном этапе его движения за счет установки кольцевого полюса и его расположения относительно магнитопровода, бойка и буфера. На начальном этапе движения бойка кольцевой полюс способствует перераспределению части основного магнитного потока, который замыкается через боковую и частично через торцевую поверхности бойка со стороны буфера, создавая тем самым усилие в нерабочем зазоре, образованном торцевыми поверхностями бойка и буфера. По мере нарастания усилия в рабочем воздушном зазоре происходит срыв бойка и ускоренное его перемещение. Жесткость возвратной пружины бойка при этом выбирается минимальной из условия обеспечения гарантированного возврата его в исходное положение, что снижает потери, связанные с дополнительными энергозатратами на деформацию возвратной пружины в период рабочего хода.

На фиг. 1 представлена электромагнитная ударная машина, продольный разрез; на фиг. 2 продольный разрез электромагнитной ударной машины, соответствующей максимальной энергии удара.

Машина ударного действия (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенным в нем магнитопроводом 2 и укрепленной внутри катушкой 3, направляющую втулку 4, установленную с возможностью осевого перемещения внутри магнитопровода 2 и подпружиненную относительно него пружиной 5. В направляющей втулке 4 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения боек 6 с возвратной пружиной 7. В передней части направляющей втулки 4 жестко закреплена букса 8, которая одновременно является полюсом электромагнитной машины и установлено запорное устройство 9, обеспечивающее предварительное поджатие пружины 5. В задней части направляющей втулки 4 с возможностью осевого перемещения установлен ферромагнитный буфер 10 с предварительно поджатой буферной пружиной 11, удерживаемой запорным элементом 12. Ферромагнитный буфер 10 установлен с возможностью контактирования по его максимальной площади поверхности с торцевой нерабочей частью бойка 6 Соосно к торцевой части магнитопровода 2 со стороны ферромагнитного буфера 10 жестко примыкает кольцевой полюс 13, выполненный из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу. Внутренний диаметр кольцевого полюса 13 равен внешнему диаметру направляющей втулки 4. В буксу 8 устанавливается хвостовик 14 рабочего инструмента 15, с которым взаимодействует боек 6.

Электромагнитная машина ударного действия работает следующим образом.

При удержании ударной машины за корпус 1 (фиг. 1) магнитопровод 2 с кольцевым полюсом 13 под действием усилия пружины 5 поджат к направляющей втулке 4 со стороны ферромагнитного буфера 10, а боек 6 занимает среднее положение между торцевыми частями магнитопровода 2. При подаче импульса тока на катушку 3 боек 6 замыкает магнитный поток и остается неподвижным поскольку находится в положении магнитного равновесия. Для приведения ударной машины в рабочее положение необходимо приложить усилие к корпусу 1 путем его нажатия (фиг. 2). В результате перемещения магнитопровода 2 относительно направляющей втулки 4 в направлении буксы 8 в магнитной цепи образуется рабочий воздушный зазор и боек 6 начинает совершать возвратно-поступательные движения, нанося удары по хвостовику 14 рабочего инструмента 15.

Для получения максимальной энергии удара необходимо увеличить силу нажатия на корпус 1, что будет соответствовать положению магнитопровода 2 относительно направляющей втулки 4 и положению кольцевого полюса 13 относительно нерабочей части бойка 6 и ферромагнитного буфера 10, приведенному на фиг.2. При подаче импульса тока на катушку 3 поток, проходящий через магнитопровод 2, будет замыкаться через боковую и частично через торцевую нерабочую поверхности бойка 6, проходя через кольцевой полюс 13 и ферромагнитный буфер 10. В начальный момент времени нарастания импульса тока в обмотке 3 электромагнитное усилие в нерабочем зазоре, образованном плоскими торцевыми поверхностями нерабочей части бойка 6 и ферромагнитного буфера 10, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре и боек 6 стоит на месте. По мере нарастания тока в катушке 3 и потока в магнитной цепи кольцевой полюс 13 насыщается, что приводит к ослаблению роста электромагнитного усилия в нерабочем зазоре. В момент времени, когда усилие в рабочем зазоре превысит усилие удержания бойка 6, произойдет его отрыв и ускоренное перемещение в направлении хвостовика 14 рабочего инструмента 15. После нанесения удара импульс тока в катушке 3 прекращается и боек 6 совершает холостой ход под действием усилия возвратной пружины 7 в сторону ферромагнитного буфера 10, который гасит остаток кинетической энергии холостого хода бойка 6. Далее цикл повторяется. Изменение усилия нажатия на корпус 1 позволяет регулировать энергию удара электромагнитной машины в широких пределах.

Формула изобретения

1. Электромагнитная машина ударного действия, содержащая корпус с размещенным в нем магнитопроводом с катушкой, установленную в магнитопроводе с возможностью осевого перемещения подпружиненную направляющую втулку с установленными в ней бойком с возвратной пружиной, буфером и буксой с рабочим инструментом, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевым полюсом, выполненным с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к магнитопроводу, примыкающим соосно к торцевой части магнитопровода со стороны буфера и охватывающим направляющую втулку для прохождения магнитного потока через блок и буфер, причем буфер выполнен ферромагнитным.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой полюс выполнен заодно с магнитопроводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2