Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом
Изобретение относится к вибрационной технике. Сущность: устройство содержит электромагнит, якорь электромагнита, дополнительные грузы. Электромагнит жестко прикреплен к статорной части вибратора. Якорь электромагнита и дополнительные грузы жестко прикреплены к плите якорной части вибратора. При этом статорная и якорная части соединены между собой упругой системой. Упругая система состоит из винтовых пружин, сжатых попарно с помощью стяжных шпилек между статорной частью вибратора и упорной плитой. Стяжные шпильки установлены вне этих пружин и жестко присоединены к статорной части вибратора. При этом плита якорной части вибратора зажата между пружинами с возможностью совершения колебаний вдоль осей пружин без отрыва от их торцов. Вибратор выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия на рабочий орган в режиме резонансных колебаний. Электромагнит выполнен в виде соленоида и размещен внутри винтовой витой пружины. Причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на некоторую величину, которая определяется экспериментально. Технический результат - увеличение амплитуды относительных колебаний якорной и статорной частей, упрощение конструкции устройства. 1 ил.
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях хозяйственной деятельности.
Известен по Авт. св. СССР 1122372 электромагнитный возбудитель колебаний, содержащий магнитопровод, соединенный с ним упругой связью и замыкающий его через воздушный зазор якорь, катушку возбуждения и устройство электропитания.
Известен по Авт. св. СССР 1356136 электромагнитный вибратор, содержащий стержневой магнитопровод с тремя обмотками, каждая из которых размещена на одном из стержней, и ферромагнитный якорь, закрепленный на упругой системе, а также схему электропитания.
Известен по Авт. св. СССР 1597233 электромагнитный вибровозбудитель, состоящий из размещенного в корпусе электромагнита и якоря, жестко связанного с ярмом, соединенным с корпусом двумя цилиндрическими пружинами, двух плоских рессор и опорного элемента, размещенного по центру ярма со стороны, противоположной электромагниту, причем один край каждой рессоры закреплен относительно корпуса, а другой касается опорного элемента.
В качестве прототипа выбран вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом германской фирмы АЕГ как наиболее совершенный и получивший широкое практическое применение. Вибратор описан на стр.8-17 в книге: А.И.Белоусов, Г.Г.Рекус. Вибраторы с электромагнитным приводом. Обзор. М., 1970 (ЦНИИТЭстроймаш). Согласно указанному описанию вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом содержит электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, дополнительные грузы, прикрепленные жестко к этой плите, статорная и якорная части вибратора соединены между собой упругой системой, состоящей из четырех винтовых витых пружин, предварительно сжатых попарно между статорной частью вибратора и подпятниками с помощью двух стяжных шпилек, стяжные шпильки установлены внутри винтовых витых пружин и присоединены жестко к статорной части вибратора, при этом плита якорной части вибратора зажата между пружинами с возможностью совершения колебаний вдоль осей пружин без отрыва от их торцов, вибратор выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия на рабочий орган в режиме резонансных колебаний.
Недостатками прототипа, как и описанных выше аналогов, являются сложность конструкции и малая амплитуда относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора.
Сложность конструкции вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом является главной причиной того, что колебательная система вибратора состоит из двух разнесенных колебательных систем, которые объединены в одну систему с помощью статорной и якорной частей вибратора. Принимая во внимание то, что винтовые витые пружины обладают значительной податливостью не только вдоль своей оси, но и в поперечном направлении, можно сделать вывод, что такие разнесенные колебательные системы, объединенные в одну, будут совершать строго согласованные колебания вдоль осей пружин только при одинаковом коэффициенте жесткости и одинаковом распределении масс. Практически это приводит к необходимости селективного подбора пружин. При такой конструкции вибратора «большой разброс высоты в свободном состоянии и коэффициента жесткости витых пружин приводит к необходимости их индивидуального подбора при сборке и исключает взаимозаменяемость» (стр.12-13 в книге: Быховский И.И. Новые однотактные электромагнитные вибровозбудители. Обзор. М., 1972, (ЦНИИТЭстроймаш).
Малая амплитуда относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом предопределена тем, что применяемые в вибраторах электромагниты с П-образным и Ш-образным магнитопроводом имеют воздушный зазор между магнитопроводом и якорем электромагнита, как правило, не более 4 мм (стр.29-32 в книге: А.И.Белоусов, Г.Г.Рекус. Вибраторы с электромагнитным приводом. Обзор. М., 1970 (ЦНИИТЭстроймаш)). Малая амплитуда колебаний якорной части отмечается как недостаток вибровозбудителей с электромагнитным приводом (стр.138 в книге: Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. М.: Машиностроение, 1972). Малая амплитуда относительных колебаний якорной и статорной частей является существенным недостатком вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом по причине ограничения мощности, отбираемой колебательной системой вибратора в рабочем режиме, т.е. после присоединения к рабочему органу вибрационной машины.
Задачами изобретения являются упрощение конструкции и увеличение амплитуды относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом.
Решение задачи достигается тем, что вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом содержит электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, дополнительные грузы, прикрепленные жестко к этой плите, статорная и якорная части вибратора соединены между собой упругой системой, состоящей из винтовых витых пружин, предварительно сжатых попарно с помощью стяжных шпилек, стяжные шпильки присоединены жестко к статорной части вибратора, при этом плита якорной части вибратора зажата между пружинами с возможностью совершения колебаний вдоль осей пружин без отрыва от их торцов, вибратор выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия на рабочий орган в режиме резонансных колебаний, упругая система состоит из двух винтовых витых пружин, которые сжаты между статорной частью вибратора и упорной плитой, стяжные шпильки установлены вне этих пружин, электромагнит выполнен в виде соленоида и размещен внутри винтовой витой пружины, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину Х0, которая определяется экспериментально.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новые технические результаты: упростить конструкцию и увеличить амплитуду относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом. Упрощение конструкции позволяет создать вибратор с одной колебательной системой на двух сжатых пружинах. Благодаря этому устраняются недостатки прототипа: отпадает необходимость индивидуального подбора винтовых витых пружин, а также открывается возможность их взаимозаменяемости. Увеличение амплитуды относительных колебаний позволяет увеличить величину механической энергии, принимаемую колебательной системой, и, следовательно, увеличить тем самым отбор мощности колебательной системой от электромагнита вибратора.
Анализ уровня техники в области машиностроения и вибрационной техники показал, что предложенная совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и, таким образом, предлагаемое изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показано устройство вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом. Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом содержит электромагнит 1 в виде соленоида, статорную часть 2 вибратора, якорь 3 электромагнита 1, плиту 4 якорной части вибратора, дополнительные грузы 5, винтовые витые пружины 6, стяжные шпильки 7, упорную плиту 8. Электромагнит 1 прикреплен жестко к статорной части 2 вибратора и размещен внутри винтовой витой пружины 6. Якорь 3 электромагнита 1 прикреплен жестко к плите 4 якорной части вибратора и предварительно введен в электромагнит 1 на величину Х0. К этой плите прикреплены жестко дополнительные грузы 5. Упругая система состоит из двух винтовых витых пружин 6, которые предварительно сжаты с помощью стяжных шпилек 7 между статорной частью 2 вибратора и упорной плитой 8. Статорная часть 2 вибратора и якорная часть вибратора соединены между собой упругой системой так, что плита 4 якорной части вибратора зажата между винтовыми витыми пружинами 6. В упорной плите 8 имеется отверстие 9, закрытое крышкой 10. Вибратор закрыт кожухом 11.
Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом работает следующим образом. В электромагните 1 под действием пульсирующего или переменного электрического тока возникает пульсирующее магнитное поле. Это поле взаимодействует с ферромагнитным якорем 3 электромагнита 1. Благодаря этому между электромагнитом 1 и его якорем 3 возникает пульсирующая сила тяги, втягивающая якорь 3 в электромагнит 1. Сила тяги, действующая на электромагнит 1 и на его якорь 3, действует одновременно и на жестко соединенные с ними плиту 4 якорной части и статорную часть 2 вибратора. Под действием силы тяги происходит сближение статорной части 2 и якорной части вибратора, собранной на плите 4. При этом сближении происходит упругое деформирование винтовых витых пружин 6, которые вследствие предварительного сжатия находились до действия силы тяги в состоянии силового равновесия. В момент времени когда ток и сила тяги будут равны нулю, винтовые витые пружины 6 отбрасывают друг от друга статорную часть 2 вибратора и якорную часть вибратора, собранную на плите 4. Для согласования характеристик силы тяги и силы противодействия пружин 6 якорь 3 предварительно введен в электромагнит 1 на величину Х0, которая подбирается экспериментально. Настройку собственных колебаний колебательной системы вибратора на заданную частоту осуществляют подбором дополнительных грузов 5, которые прикрепляются через отверстие 9 в упорной плите 8 к плите 4 якорной части. При работе вибратора на электрическом токе постоянной частоты эта настройка осуществляется на режим резонансных колебаний после присоединения вибратора к рабочему органу вибрационной машины. В случае питания вибратора электрическим током подстраиваемой частоты вибратор уже при сборке может настраиваться с помощью дополнительных грузов на заданную частоту собственных колебаний.
В данном вибраторе резонансного действия с электромагнитным приводом решены задачи изобретения: упрощена конструкция и увеличена амплитуда относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом. Первая задача решена за счет того, что упругая система вибратора состоит из двух винтовых витых пружин, которые сжаты между статорной частью вибратора и упорной плитой, стяжные шпильки установлены вне этих пружин, а электромагнит размещен внутри винтовой витой пружины. Вторая задача решена за счет того, что электромагнит выполнен в виде соленоида, а якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня. Как известно, величина хода якоря в соленоидных электромагнитах во много раз превышает величину воздушного зазора в электромагнитах с П-образным или Ш-образным магнитопроводом. Например, величина хода якоря втягивающего реле, выполненного в виде соленоидного электромагнита и применяемого на автомобильных электростартерах, составляет величину порядка 15 мм (стр.116-121 в книге: Кальмансон Л.П. и др. Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобиля «Волга» ГАЗ-3110. Изд-во «Колесо», М., 2000). Это более чем в 3 раза превышает величину воздушного зазора в известных электромагнитных вибраторах.
Учитывая то, что принцип действия предложенного вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом совпадает с принципом действия прототипа, можно утверждать, что его работоспособность не вызывает сомнений. Следовательно, предложенное изобретение промышленно применимо.
Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом, содержащий электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, дополнительные грузы, прикрепленные жестко к этой плите, статорная и якорная части вибратора соединены между собой упругой системой, состоящей из винтовых витых пружин, предварительно сжатых попарно с помощью стяжных шпилек, стяжные шпильки присоединены жестко к статорной части вибратора, при этом плита якорной части вибратора зажата между пружинами с возможностью совершения колебаний вдоль осей пружин без отрыва от их торцов, вибратор выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия на рабочий орган в режиме резонансных колебаний, отличающийся тем, что упругая система состоит из двух винтовых витых пружин, которые сжаты между статорной частью вибратора и упорной плитой, стяжные шпильки установлены вне этих пружин, электромагнит выполнен в виде соленоида и размещен внутри винтовой витой пружины, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину Х0, которая определяется экспериментально.
