Ударный узел электромагнитного перфоратора .

(73) Институт горного дела НАН РК(56) Авторское свидетельство СССР Мв 1167314.кл.Е 21 С 3/16, 1984. Авторское свидетельство СССР М 1134992.кл.Н 02 К 33/121983.(54) УДАРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРФОРАТОРА(57)Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение КПД за счет устранения задержки бойка в крайних положениях. Устройствосодержит катушки прямого 1 и обратного 2 кодов,направляющую 3, ферромагнитный боек 4 с кольцевыми проточками 5 и 6, Магнитопровод,состоящий из ярма 8, среднего 9, заднего 10 и переднего 11 полюсов, амортизатор 12 и инструмент 7. Ширина проточек 5 и 6 больше Ширины среднего полюса на удвоенную глубину. При подаче импульсов тока на обмотки 1 или 2 боек 4 совершает возвратнопоступательное движение и либо наносит удар по инструменту 7, либо соударяется с амортизатором 12. При этом одна из проточек 5 или 6 в момент соударения в крайних положениях бойка 4 размещена напротив среднего полюса. Этим исключается задержка бойка 4 на инструменте 7 или амортизаторе 12, что повышает КПД всего устройства. 1 ил.Изобретение относится к горной, промышленности и может быть использовано для бурения шпуров и скважин любой крепости. .Известен электромагнитный двигатель возвратите-поступательного движения. содержащий катушки прямого и обратного ходов. направляющую трубу. боек. амортизатор. инструмент. магнитопровод из ярма. среднего и крайних полюсов.В указанном устройстве катушки прямого и обратного ходов питаются импульсами разной полярности от сети переменного тока промышленной частоты. Поэтому боек совершает возвратив-поступательное движение. синхронное с частотой изменения тока в сети.В идеальном. наиболее экономичном режиме работы ударного узла. удар бойка ПО ХВОСТОВИКУ ИНСТОУМВНТЗ ИЛИ ЭМОПТИЗЗТО ОУ должен наноситься в момент прекращения протекания тока в соответствующей катушке. В действительности такой режим реализовать не удается, так как из-за колебаний нагрузки в сети. неидентичности процесса соударения и т.д. будет нарушаться синхронность движения бойка - сбои. что приводит к резкому снижению КПД устройства. Поэтому на практике величина хода бойка выбирается меньше. чем при идеальном режиме. чтобы только после соударения бойка с инструментом или амортизатором происходило прекращение тока в катушках. В этом случае ударный узел работает ритмично. без сбоев.Так как коэффициент восстановления скорости бойка при ударе по инструменту К- 0.1. при ударе по амортизатору К 2 0.01,то после соударения боек прижимается к инструменту или амортиаатору (если перемещение последнего соответственно огра ничено) потому. что силы магнитного притяжения еще достаточно велики. Кроме того. после прекращения тока в катушках боек продолжает удерживаться у инструмента или амортизатора значительными по величине силами остаточного намагничивания при нерааорванной магнитной цепи.Явление остаточной намагниченности при неразорванной магнитной цепи используется валектромагнитных аппаратах. принцип действия которых заключается в том. что при пропускании тока через катушку электромагнита якорь притягивается. магнитная цепь намагничивается. и после отключения катушки от сети магнитопровод действует как постоянный магнит. обеспечивая необходимую силу притяжения якорядр.) к сердечнику за счет остаточного магнитного потока.Экспериментально установлено. что для устройства с энергией единичного удара 150 Дж при 3000 уд/мин при средней тяге электромагнита 2000-250 ОН сила притяжения якоря к инструменту или амортиэатору за счет остаточного намагничивания после отключения катушки равна 500 Н. что -составляет 2025 силы тяги электромагнита. Если после этого боек оторвать. а затем вновь соединить с инструментом или амортизатором без исключения катушки. то сила притяжения остаточного намагничивания составляет всего 50 Н.Установленотатоке. что. если диаметр бойка умен ьшить на несколько мм, с тем. чтобы между бойком и средним полюсом был кольцевой паразитный зазор. то при соударении бойка в крайних положениях сила притяжения остаточного намагничивания также равна 50 Н. Следовательно. при разорванной магнитной цепи а момент соударения сила притяжения бойка за счет остаточного намагничивания уменьшается на 90 и ей можно пренебречь. Однако уменьшать диаметр бойка нецелесообразно. так как за счет паразитного зазора заметно снижается сипа тяги электромагнита. а следовательно, и КПД устройства.Недостатком известного устройства является залипание бойка в крайних положениях за счет остаточного намагничивания. на преодоление которого при включении катушки противоположного хода бесполезно тратится ее энергия, так как пока сила тяги ее не превысит силу залипания. боек нетронется с места. Это приводит к тому. что величину хода бойка приходится уменьшить. скорость его в конце хода снижается. уменьшается энергия удара и КПД устройства. гНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату ЯВЛЯЕТСЯ ЭЛВКТрОМаГНИТНЫЙ ДВИГЗтель возвратно-поступательного движения. содержащий катушки прямого и обратного ходов. установленные в направляющем цилиндре боек. инструмент. амортизатор. магнитопроводиз ярутарредътегпи крайних полюсов.В известном устройстве за счет устанет ки одностороннего клапана в кольцевой протечке на торце бойка со стороны амортизатора снижается аэродинамическое сопротивление воздуха при рабочем ходе бойка. повышается мощность удара по хвоСТОВИКУ инструмента И ПОВЫШЗЕТСЯ аэродинамическое сопротивление воздуха при холостом ходе бойка, тем самым уменьшается мощность удара по амортизатору. чтоКроме того. затраченные полезные электромагнитные силы на создание воздушной подушки между бойком и амортизатором используются на придание начальной скорости бойку при рабочем ходе. что повышает КПД двигателя, Воздушная подушка частично компенсирует залипание бойка к амортизатору.Однако в известном устройстве не устраняется залипание бойка с инструментом и амортизатором за счет остаточного намагничивания замкнутой магнитной цепи. после прекращения протекания тока в соответствующей катушке. уЦелью изобретения является повышение КПД за счет устранения задержки бойка в крайних положениях. .Поставленная цель достигается тем. что в ударном узле. содержащем рабочие катушки прямого и обратного ходов, направляющую трубу из немагнитного материала. боек. амортизатор. инструмент. магнитопровод из ярма среднего и крайних полтосов. на внешней цилиндрической поверхности бойка выполнены кольцевые проточки. которые расположены так. что в момент соударения бойка с инструментом или амортизатором они находятся напротив среднего магнитопровода и создают разрыв магнитной цепи. за счет чего на 90 устраняется эффект залипания бойка от остаточного намагничивания. При этом энергия электромагнитов не тратится на преодоление залипания бойка в крайних положениях при замкнутой магнитной цеп и. увеличиваются величина кода бойка. его предударная скорость и КПД устройства. Форму и глубину кольцевых проточек на бойко конкретной устройства можно определить экспериментально. Ширина проточек должна быть больше ширины среднего полюса на удвоенную глубину протечек. т.е.Шпр ср.п 2 ь К . где см - ширина среднего полюса д Пс- глубина кольцевой проточки бойка. ЕСпиЦ 1 прщяп 42 ЫЧ 6- ч то эффект разрыва цепи магнитопровода и повышения КПД устройства проявляться не будут. Если Шпр ср.п Ж . то на некоторой части хода бойка кольцевые проточки будут играть роль паразитных воздушных зазоров. разрыв магнитной цепи будет. ноПРЭДЛЭГЗВМОГО И ИЗВЕСТНЫХ технических ре ШЗНИЙУСТЭНОВЛВНО. ЧТО В ПОСЛЕДНИХ КОЛ ЬЦВвые проточки на бойке либо отсутствуют. либо одна расположена на торце бойка со стороны амортизатора и служит для установки клапана. а не для разрыва цепи магнитопровода в крайних положениях бойка. Поэтому в известных технических решениях происходит залипание бойка в крайних его положениях и КПД их ниже. чем в предлага ВМОМ. Отличительными признаками п редлага-ВМОГО УСТРОЙСТВЕ ОТ ИЗВЗСТНОГО ЯВЛЯЮТСЯвыполнение кольцевых протечек на бойка расположение проточек такое. что в крайних положениях бойка соответствующая проточка находится напротив среднего полюса. разрывая в момент соударения цепь магнитопровода соответствующей катушки ширина проточек выбирается больше шири ны среднего полюса на удвоенную глубину проточки. .В известном устройстве повышен КПД устройства за счет устранения залипания бойка в крайних положениях, при этом электромагнитные силы не тратятся на преодоление залипания бойка, появляется возможность увеличить ход бойка. а следовательно. предударную скорость. энергию удара и КПД.На чертеже изображен двухкатушечный ударный узел электромагнитного перфоратора. продольный разрез.Ударный узел содержит катушку 1 прямого хода из четырех секций. катушку 2 обратного хода из четырех секций. направпяюкцую трубу 3 с расположенным в ней бойком 4 с кольцевыми проточками 5 иб. инструмент 7. магнитопровод из ярма 8. среднего полюса 9. делящего направляющую трубу 3 на две части и проходящегоэффект повышения КПД устройства будет соответственно меньше. В ревун ьтвте проведенного сравнительНОГО ВНЗЛИЗЗ ОТПИЧИТЗЛЬН НХ ПРИЭНВКОВкрышки 13. Ударный узел электромагнитного пер форатора работает следующим образом, При включении ударного узла боек 4 совершает возвратно-поступательное движение под действием импульсов тока. попеременно поступающих в катушки прямого 1 и обратного 2 ходов от сети через тиристорный блок питания. При включении катушки 1 боек совершает прямой ход. движется в сторону инструмента 7. В это время магнитопровод катушки 1 прямого хода. состоящий из бойка 4. инструмента 7. переднего полюса П. ярма 8. среднего полюса 9. замкнут. В момент соударения бойка 4 с инструментом 7 кольцевая проточка 6 бойка 4будет находиться напротив среднего полюса 9 (щ показано на чертеже). Магнитный поток катушки прямого хода окажется разомкнутыми кольцевой проточкой Б бойка 4. Поэтому после прекращения тока в катушке 1 прямого кода сила залипания (между бойком 4 и инструментом 7) будет минимальна (например. 50 Н при разомкнутом магнитопроводе в экс периментальном образце вместо 500 Н при отсутствии кольцевой проточки. когда магнитопровод замкнут). далее включается катушка 2 обрвтного коде. боек 4 начинает движение о сторону амортизатора 12. кольцевая проточка б смесится относительно среднего полюса 9. магнитопровод катушки 2 обратного хода. состоящий на бойка 4. среднего полюса 9. ярма В. заднего полюса 10 и амортизатора 12. заикнется. В момент соударения бойка 4 с амортизатором 12 кольцевая проточка 5 будет напротив среднего потоса 9. Магнитный поток катушки обратного хода 2 окажется разомкнутым кольцевой проточкой 5 бойка 4. В момент прекращения тока в катушке 2 обратногохода сила залипания между бойком 4 и амортизатором 12 будет минимальна (только за счет остаточного намагничивания при разомкнутой цепи магнитопровода. которой пренебрегаем)С включением катушки 1 прямого хода цикл повторяется, Формула изобретенияУдарный узел электромагнитного перфооатора. содержащий катушки прямого и обратного хода. напра впяюЩУЮ. расположенный в ней ферромагнитный боек. инструмент, магнитопровод. состоящий из ярма. переднего. среднею и заднего полюсов. и амортизатор. о т л и ч а го щ и йс я тем. что. о целью повышения КПД за счет устранения задержки бойка о крайних положениях. на внешней цилиндрической поверхности бойка выполнены кольцевые проточки. ширина каждой из которых больше ширины среднего полюса на удвоенную глубину. при этом одна из протечек в момент соударения бойка с инструментом или амортизатором равмещена напротив среднего полюса. уВерстка Казпатент, исполнитель Р.Б.Бая 3 итова Ответственный за выпуск Э.3. Фаизова