Электромагнитный вибратор

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно к технике формирования параметрических колебаний в процессе производства изделий на основе использования вибрации. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет управления основными параметрами колебаний электромагнитного вибратора. Для достижения данного результата в корпус вибратора введена ферромагнитная ось, на которой жестко установлены катушки, чередуясь с дополнительно введенными магнитопроводами, образующими статор линейного асинхронного двигателя. При этом якорь двигателя выполнен полым, охватывает ось и расположен подвижно на оси между корпусом и катушками. В теле якоря выполнены продольные пазы, в которых размещены полюсные наконечники. 2 ил.

 

Изобретение относится к вибрационной технике и может найти применение в промышленности строительных материалов, например для уплотнения бетонных и других смесей, а также при производстве изделий с использованием вибрации.

Известен электромагнитный вибратор, содержащий герметичный закрытый корпус, в котором расположен электродвигатель и дебалансный возбудитель колебаний, ротор электродвигателя и дебаланс имеют общий вал, опирающийся на подшипники качения [1].

Известное техническое решение имеет малую эффективность работы из-за дебалансной схемы преобразований вращательного движения в колебательное с неизменными параметрами.

Прототипом изобретения является электромагнитный вибратор, содержащий полый корпус - магнитопровод, внутри которого установлены катушки с якорем и полюсные наконечники со смещением относительно друг друга на заданный угол, якорь закреплен на упругих элементах, а полюсные наконечники закреплены на внутренней поверхности корпуса [2].

Недостатком прототипа является низкая интенсивность процессов уплотнения, из-за нерегулируемости параметров колебаний.

Изобретение позволяет получить новый технический эффект - интенсификация процессов уплотнения за счет управления параметрами колебаний электромагнитного вибратора.

Этот технический эффект достигается тем, что в корпусе выполнена из ферромагнитного материала ось, на которой жестко установлены катушки, чередуясь с дополнительно введенными магнитопроводами, образующими статор линейного асинхронного двигателя, при этом якорь выполнен полым, охватывает ось и расположен подвижно на оси между корпусом и катушками, в теле якоря выполнены продольные пазы, в которых размещены полюсные наконечники.

Предложенный электромагнитный вибратор имеет существенное отличие от известных устройств, заключающееся в снабжении его цилиндрическим линейным асинхронным двигателем, у которого статор состоит из подвижного и неподвижного частей, между которыми установлен якорь рассматриваемого двигателя. Это отличие позволяет использовать электромагнитные процессы в линейном асинхронном двигателе непосредственно для электромагнитного прижима частей статора и последующего перемещения якоря на упругих элементах между ними. Отмеченный момент позволяет использовать высокодинамичные и энергетически эффективные резонансные процессы в приводе предложенного вибратора для организации режимов и формы колебаний корпуса электромагнитного вибратора, в результате чего обеспечивается интенсификация процессов уплотнения за счет выбора оптимальных параметров колебаний.

Отдельные элементы и свойства линейного асинхронного двигателя известны в науке и технике, однако при анализе научно-технической и патентной литературы авторами не обнаружено аналогичного схемного решения и только указания совокупности признаков позволяет достигнуть новый технический эффект - интенсификация процессов уплотнения за счет управления параметрами колебаний электромагнитного вибратора. Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет новизну, обеспечивает положительный эффект и отвечает критерию “существенные отличия”.

На фиг.1 изображен электромагнитный вибратор, общий вид, в разрезе, на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Электромагнитный вибратор имеет полый корпус 1, выполненный из ферромагнитного материала, внутри которого расположены полюсные наконечники 2 и ферромагнитная ось 3. Полюсные наконечники 2 жестко соединены с корпусом 1. На оси 3 корпуса жестко установлены катушки 4 с кольцеобразными обмотками, охватывающие ось 3. Катушки 4 чередуются с зубцами 5, набранными из листов электротехнической стали и жестко насаженными на ось 3. Ось 3 центрируется относительно корпуса 1 с помощью наконечников 6 и 7 вибратора. Наконечники 6 и 7 жестко соединены с корпусом 1 и осью 3. Ось 3 выполнена полой, внутри нее расположен токопроводящий кабель 8 трехфазной системы напряжений, поступающей от станции управления (не показана), к катушкам 4. Катушки 4, зубцы 5, корпус 1, полюсные наконечники 2 и ось 3 образуют статор линейного асинхронного двигателя (ЛАД). Наконечники 9, 10 и цилиндр 11 образуют якорь ЛАД.

Наконечники 9 и 10 якоря выполнены массивными из материала с высокой электропроводностью, например меди. Они охватывают ось 3 и могут перемещаться продольно относительно оси 3. Наконечники 9 и 10 жестко соединены с полым ферромагнитным цилиндром 11. С внутренней стороны, обращенной к катушкам 4, цилиндр 11 покрыт металлом с высокой электропроводностью, например медью 12. В цилиндре 11 выполнены параллельно оси 3 продольные пазы 13. Количество пазов 13 больше двух и равно количеству полюсных наконечников 2. Причем пазы 13 равнорасположены. В пазах 13 размещены полюсные наконечники 2. Между наконечниками вибратора 6 и 7 и наконечниками 9 и 10 якоря установлены с зазором упругие элементы 14 и 15. Полюсные наконечники 2 расположены в средней части вибратора и равны по длине длине зубцов 5 с катушками 4 статора ЛАД. Продольные пазы 13 выполнены по длине цилиндра 11, равной расстоянию между наконечниками 9 и 10 якоря. На наконечниках 6 и 7 вибратора со стороны наконечников 9 и 10 якоря установлены противоударные прокладки 16, например, из полимера.

Электромагнитный вибратор работает следующим образом. При подаче трехфазной системы напряжения на катушки 4 статора ЛАД создается бегущее магнитное поле, в зависимости от порядка чередования фаз в одну или другую сторону, например в сторону упругого элемента 15. Под действием магнитного поля полюсные наконечники 2 притягиваются к зубцам 5, выбирается воздушный зазор между ними, и они ложатся на зубцы 5, при этом деформируется корпус 1. Одновременно под действием бегущего магнитного поля в цилиндре 11 возникают электродвижущие силы, под действием которых в теле цилиндра 11 появляются токи. Взаимодействие токов цилиндра 11 якоря с бегущим магнитным полем создает силу, приложенную к цилиндру 11 и направленную в сторону бегущего поля, в нашем случае в сторону упругого элемента 15. Под действием этой силы якорь начинает двигаться относительно оси 3, сжимая упругий элемент 15. В какой-то момент времени, определяемом режимом работы станции управления (не показана), станция управления отключает катушки 4 ЛАД от трехфазной системы напряжения. Прекращается деформация корпуса 1 статора. Предварительно сжатый упругий элемент 15 разжимается, потенциальная энергия возвращается якорю, и он начинает двигаться в сторону упругого элемента 14. Станция управления через какое-то время вновь включает ЛАД к трехфазной сети напряжения. Создается вновь бегущее магнитное поле. Полюсные наконечники 2 деформируют корпус 1, охватывая катушки 4 с зубцами 5, а якорь ЛАД получает импульс силы, направленный в сторону упругого элемента 15. В какой-то момент времени после начала деформации упругого элемента 15 станция управления повторно отключает ЛАД от трехфазной системы напряжений. Прекращается деформация корпуса 1, предварительный сжатый упругий элемент 15 начинает разжиматься, перемещая якорь в сторону упругого элемента 14. Описанный процесс повторяется.

Таким образом, при работе корпус 1 вибратора совершает колебательные движения, причем сложной формы: когда части корпуса 1 в месте расположения полюсных наконечников 2 сжимаются, одновременно части корпуса 1 между полюсными наконечниками 2 разжимаются. Характер и форма этих колебаний будет определяться количеством полюсных наконечников 2 в корпусе 1 вибратора. Чем больше количество полюсных наконечников 2, тем меньше амплитуда деформаций корпуса 1 и наоборот. Количество полюсных наконечников 2 по причине сказанного будет определяться технологическими условиями. Частота деформации корпуса 1 вибратора задается частотой включений ЛАД.

При включении ЛАД, из-за краевых эффектов, имеет место изменение величины притяжения полюсных наконечников 2 к зубцам 5 от среднего значения с частотой, кратной частоте питающей сети. Эти высокочастотные колебания, имеющие место при включении ЛАД, через полюсные наконечники 2 передаются корпусу 1 в виде высокочастотных вибраций, тем самым, способствуют достижению технического эффекта - интенсификации процессов уплотнения. При работе вибратора колеблющийся якорь создает вынуждающую силу, под действием которой вибратор совершает продольные колебания, передаваемые рабочей смеси при погружении в нее вибратора. При необходимости, изменяя порядок чередования фаз напряжения, подаваемого станцией управления катушкам 4, можно прикладывать к якорю импульс силы в противоположном предыдущему направлению (в направлении упругого элемента 14). Тем самым вынуждающая сила, создаваемая якорем, будет способствовать движению вибратора в противоположном ранее направлении, что расширяет технологические возможности его применения.

Частоту включения ЛАД (f_вкл) регулируют станцией управления и может быть больше или меньше относительно частоты собственных колебаний подвижного якоря (f₀), которая определяется жесткостью (С) упругого элемента 14 или 15 и массой подвижного якоря (М):

При f_вкл=f₀ вибратор будет работать в режиме резонанса, а следовательно, иметь высокие динамические и энергетические показатели.

Повышению энергетических показателей ЛАД вибратора будут способствовать выполнение полюсных наконечников 9 и 10 якоря из высокоэлектропроводного материала (например, медь) и покрытие из меди внутренней поверхности цилиндра 11.

Прокладки 16 из полимера обеспечивают герметичность корпуса 1 и предотвращают разрушение наконечников 9 и 10 якоря при возможном соударении с наконечниками 6 и 7 вибратора. Полюсные наконечники 2 с корпусом 1 могут быть соединены сваркой, а наконечники вибратора 6 и 7 с корпусом 1 резьбой. Наконечники 9 и 10 якоря соединятся резьбой с цилиндром 11. Станция управления может быть реализована на основе известных бесконтактных пускателей.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе.

1 Вибратор электромеханический глубинный специальный ИВ-95А (ТУ 22-4666-80), Отраслевой каталог. Выпуск 2, 1988. Серия 7. Строительный механизированный ручной инструмент, отделочные машины и вибраторы.

2 Авторское свидетельство СССР №1530267 кл., В 06 В 1/04, 23.12.89. Бюл. №47. Электромагнитный вибратор.(Прототип).

3 Поскребко А.А. Бесконтактные коммутаторы и регулирующие полупроводниковые устройства на переменном токе. - М.: Энергия, 1978. - 58 с.

4 Веселовский О.Н. и др. Линейные асинхронные двигатели /О.Н.Веселовский, А.Ю.Коняев, Ф.Н.Сарагулов. - М.: Энергоатомиздат, 1999. – 256 с.

Электромагнитный вибратор, содержащий полый корпус - магнитопровод, внутри которого установлены катушки с якорем и полюсные наконечники со смещением относительно друг друга на заданный угол, якорь закреплен на упругих элементах, а полюсные наконечники закреплены на внутренней поверхности корпуса, отличающийся тем, что в корпусе расположена выполненная из ферромагнитного материала ось, на которой жестко установлены катушки, чередуясь с дополнительно введенными магнитопроводами, образующими статор линейного асинхронного двигателя, при этом якорь выполнен полым, охватывает ось и расположен подвижно на оси между корпусом и катушками, в теле якоря выполнены продольные пазы, в которых размещены другие полюсные наконечники.