Ударный узел электромагнитного перфоратора

(51) 21 В 1/16 (2006.01) 02 33/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ амортизатором не происходило залипание бойка за счет остаточной намагниченности элементов магнитной цепи после прекращения тока в соответствующей электромагнитной катушке. При залипании бойка тратится дополнительная энергия на его отрыв,снижается эффективность энергопреобразования и к.п.д. ударного узла. В предлагаемом ударном узле электромагнитного перфоратора,содержащим катушки прямого и обратного хода, направляющую трубу из немагнитного материала с расположенным в ней ферромагнитным бойком, инструмент,магнитопровод, состоящий из ярма, переднего,среднего и заднего полюсов, амортизатор, боек выполнен с наплавкой по торцам слоя немагнитных или слабомагнитных материалов, например,сормайтом, за счет чего устраняется залипание бойка в момент контакта при соударении его с инструментом или амортизатором, при этом повышается эффективность преобразования энергии и к.п.д. устройства, повышается прочность торцевых поверхностей бойка, предотвращается их расклепывание.(72) Кораблев Геннадий Александрович Едыгенов Ерик Казтаевич(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт горного дела им. Д.А. Кунаева Республиканского государственного предприятия Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(54) УДАРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРФОРАТОРА(57) Изобретение относится к горным машинам,может быть использовано в электромагнитных ударных и бурильных машинах и предназначено для бурения шпуров и скважин. Задачей изобретения является создание ударного узла электромагнитного перфоратора, у которого в процессе работы при соударении и при контакте бойка с хвостовиком инструмента либо с 20815 Изобретение относится к горным машинам электромагнитным перфораторам, предназначенным для бурения шпуров и скважин малого диаметра в породах любой крепости. Известен ударный узел электромагнитного перфоратора, содержащий катушки прямого и обратного хода, направляющую трубу, боек, хвостовик инструмента, амортизатор, магнитопровод из ярма, среднего и крайних полюсов А.с. СССР 1564332, Б.И.18, 1990 г В указанном устройстве катушки прямого и обратного хода питаются импульсами разной полярности от сети переменного тока промышленной частоты. При этом боек совершает возвратнопоступательное движение, синхронное с частотой в сети. Полное прекращение тока в катушках происходит после соударения - контакта бойка с хвостовиком или амортизатором. В момент контакта бойка с хвостовиком или амортизатором магнитная цепь замыкается и при низком коэффициенте восстановления (отскока) 10,1 при ударе по инструменту и К 2 0,01 при ударе по амортизатору(Манжосов В.К., Лакутина Н.О., Невенчанная Т.О. Динамика и синтез электромагнитных генераторов силовых импульсов. Фрунзе, Илим, 1985, с.52) боек продолжает удерживаться в контакте силами электромагнитного притяжения остаточным током,а после прекращения тока значительными по величине силами остаточного намагничивания неразорваннои магнитной цепи. Явление остаточной намагниченности при неразорваннои магнитной цепи используется в электромагнитных 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 якоря (контакторы,магнитные пускатели, реле и др.) к сердечнику за счет остаточного магнитного потока (Газиян В.А. Требования к материалам сердечников электромагнитов с остаточной намагниченностью магнитной цепи. Электротехника,3, 1971, с.56). Нами экспериментально установлено, что для указанного устройства средняя тяга электромагнитных катушек прямого и обратного хода составляет 2000-2500 Н (Болгожин Ш.А. и др. Научно-технические основы электрификации горнодобывающих машин на рудниках. Алма-Ата,Наука, 1985, с.51), сила притяжения (залипания) бойка к хвостовику инструмента или амортизатору за счет остаточного намагничивания после отключения тока в катушке равна 500 Н, что составляет 20-25 силы тяги электромагнита. Если после этого боек оторвать (достаточно на несколько долей мм), а затем вновь соединить с инструментом или амортизатором без включения катушки, то сила притяжения остаточного намагничивания составляет всего 50 Н. Недостатком указанного аналога является то, что при включении тока катушки для обратного хода боек не сдвинется с места пока сила тяги 2 электромагнита не превысит силу залипания бойка. При этом расходуется не рационально энергия и снижается к.п.д. устройства. Этот недостаток устранен в техническом решении - ударном узле электромагнитного перфоратора, содержащего катушки прямого и обратного хода, направляющую, ферромагнитный боек с кольцевыми проточками, магнитопровод,состоящий из ярма, среднего, заднего и переднего полюсов, амортизатор, инструмент (А.с.1700226,Б.И.47, 1991 г.) В этом устройстве при подаче импульсов тока на обмотки боек совершает возвратно-поступательное движение и либо наносит удар по хвостовику инструмента, либо соударяется с амортизатором. При этом, одна из кольцевых проточек в момент соударения в крайних положениях бойка совмещается со средним полюсом. За счет глубины проточки между ней и средним полюсом получается разрыв магнитной цепи и сила залипания бойка снижается на 90 и тем самым исключается задержка бойка на инструменте или амортизаторе,что повышает к.п.д. устройства. Указанное устройство с кольцевыми проточками на бойке имеет следующие недостатки 1. Чем больше величина остаточной намагниченности стали, из которой изготавливается боек, тем больше должна быть глубина и ширина проточки. Так, например, для прочной, ударостойкой стали 12 ХНЗА при глубине 2-3 мм и более эффект залипания бойка недостаточно снижается, а так как сила тяги электромагнита э где В - магнитная индукция внутри бойка, - площадь сечения бойка,о - магнитная постоянная,то глубину кольцевой проточки более 1 мм делать, нецелесообразно потому, что при снижении сечения бойка за счет проточки уменьшается сила тяги 3 или может наступить магнитное насыщение,что снижает к.п.д. двигателя 2. Выполнение бойка с проточками усложняет его изготовление. При изменении длины хвостовика или амортизатора возникает необходимость изготовления нового бойка с соответствующим расположением кольцевых проточек 3. В зависимости от глубины и ширины кольцевой проточки снижается соответственно прочность бойка. Задачей изобретения является создание ударного узла электромагнитного перфоратора, у которого в момент соударения бойка с хвостовиком или амортизатором не происходит замыкание магнитной цепи, а сила залипания оставалась бы минимальной,что позволит эффективнее использовать подводимую электроэнергию и повысит к.п.д. двигателя. Поставленная задача достигается тем, что в ударном узле электромагнитного перфоратора боек выполнен с наплавкой по его торцевым по 20815 верхностям слоя сплава немагнитных или слабомагнитных материалов, например, сормайтом. Сормайт - название литых твердых сплавов на основе железа, применяется в промышленности для наплавки на быстроизнашивающиеся поверхности деталей испытывающих трение и ударные нагрузки,например, клыки ковшей экскаваторов, режущие поверхности инструментов. Толщина слоя наплавки сормайта определяется экспериментально и практически меньше или равна 1 мм. В момент соударения бойка с наплавкой по торцам сормайтом с хвостовиком или амортизатором слой наплавки выполняет роль немагнитной (или слабомагнитной) вставки,магнитная цепь получается разорванной, сила залипания бойка снижается на 90. Боек начинает раньше движение и под действием электромагнитной силы (время действия е увеличивается) развивает большую предударную скорость, увеличивается энергия удара, т.е. повышается эффективность и к.п.д. устройства. Кроме того, слой сормайта повышает прочность торцевых поверхностей бойка, предохраняет их от расклепа особенно при повышенной температуре вплоть до 1000 С. Предлагаемое техническое решение проверено на опытных образцах электромагнитного перфоратора с энергией единичного удара 150 Дж при частоте 3000 ударов в минуту. В ударном узле перфоратора с применением бойков с наплавкой сормайтом энергия единичного удара повысилась до 180 Дж, т.е. увеличивается на 15. Устройство поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, где ударный узел изображен схематически. На фиг. 1 ударный узел электромагнитного перфоратора содержит хвостовик инструмента 1,крышку переднюю 2 (передний полюс), внешний кожух магнитопровод с двойными стенками 3,средний полюс 4, боек 5 в направляющей трубе 6,амортизатор 7, камеру амортизатора 8 (задний полюс) с демферирующей подушкой 9 , крышку заднюю 10, секции катушки прямого хода 11,секции катушки обратного хода 12. Здесь боек 5 без наплавки на торце находится в контакте с хвостовиком 1 и магнитная цепь замкнута для потока магнитных линий остаточной намагниченности по линии хвостовик 1, боек 5,средний полюс 4, левая часть внешнего кожуха магнитопровода 3, крышка передняя 2, хвостовик 1. В этом случае боек 5 удерживается (залипает) у хвостовика за счет остаточной намагниченности элементов магнитной цепи даже после прекращения тока в секциях катушки прямого хода 9. На фиг.2 боек 5 без наплавки на торце находится в контакте с амортизатором 7 и магнитная цепь замкнута для потока магнитных линий остаточной намагниченности по линии боек 5, амортизатор 7,камера амортизатора 8, правая часть внешнего кожуха магнитопровода 3, средний полюс 4 и боек 5. В этом случае боек 5 удерживается (залипает) у амортизатора 7 за счет остаточной намагниченности элементов магнитной цепи даже после прекращения тока в секциях катушки обратного хода 12. На фиг. 3 изображен ударный узел электромагнитного перфоратора с бойком 5 с немагнитными вставками 13 на торцах,выполненные с наплавкой, например, сормайтом или другими твердыми сплавами обладающими немагнитными или слабомагнитными свойствами. При подаче электрического тока в секции катушки прямого хода 11 боек 5 движется электромагнитными силами к хвостовику 1,приходит в контакт с ним, ударяет по хвостовику 1,передавая ему ударную энергию, ток в катушке прямого хода прекращается. При протекании тока по катушке прямого хода 11 происходит намагничивание элементов магнитной цепи, в том числе хвостовика 1 и бойка 5,которые изготавливаются из прочных, стойких к ударным нагрузкам сталей, отличающихся высокой остаточной намагниченностью. Однако в момент контакта бойка 5 с хвостовиком 1 в магнитной цепи- боек 5, средний полюс 4, левая часть внешнего кожуха магнитопровода 3, крышка передняя 2,хвостовик 1, немагнитная вставка 13, боек 5, именно немагнитная вставка 13 создает разрыв указанной магнитной цепи. Вставка 13 представляет большое сопротивление для потока магнитных линий остаточной намагниченности, значительная по величине сила залипания бойка 5 к хвостовику 1 уменьшается в 10 и более раз. Далее, при подаче электрического тока в секции катушки обратного хода 12 боек 5 не испытывая заметного залипания начинает движение к амортизатору 7 при меньшем начальном токе, ударяет по амортизатору 7 и за счет большой энергии обратного хода движется вместе с амортизатором 7 сжимая демпфирующую подушку 9 за амортизатором 7. После прекращения тока в катушке обратного хода 12, демпфирующая подушка 9 за счет накопленной энергии обратного хода бойка 5 через амортизатор 7 возвращает энергию бойку 5 и двигает его в прямом направлении к хвостовику 1, боек не испытывая практически залипания из-за немагнитной вставки 13, начинает с начальной скоростью движение к хвостовику 1, подхватывается магнитной силой при включении в работу катушки прямого хода 11. При этом при отсутствии залипания бойка 5 при контакте с амортизатором 7 за счет разрыва немагнитной вставкой 13 магнитной цепи(амортизатор 7, камера амортизатора 8, правая часть внешнего кожуха магнитопровода 3, средний полюс 4, боек 5, немагнитная вставка 13) и при использовании энергии обратного хода на полезную для придания бойку 5 некоторой начальной скорости для движения к хвостовику 1, боек 5 совершает поступательное движение и наносит удар по хвостовику 1 с большей конечной скоростью. Это повышает энергию единичного удара и к.п.д. ударного узла электромагнитного перфоратора. Далее цикл повторяется. 3 20815 Таким образом, техническое решение при создании ударных узлов электромагнитных перфораторов для бурения и электромагнитных ударных машин различного назначения состоит в том, что боек этих устройств выполняется с немагнитными вставками по торцам бойка,полученными путем наплавки твердыми немагнитными или слабомагнитными сплавами,например, сормайтом. Немагнитные или слабомагнитные вставки создают разрыв магнитной цепи для потока индукции остаточной намагниченности, в момент соударения бойка (контакта) с хвостовиком инструмента или амортизатором. За счет этого практически устраняется залипание бойка, не тратится энергия на преодоление силы залипания, увеличивается время действия тяги электромагнитной силы, повышается предударная скорость бойка, а следовательно возрастает полезная энергия единичного удара и к.п.д. ударного узла. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ударный узел электромагнитного перфоратора,содержащий катушки прямого и обратного хода,направляющую трубу из немагнитного материала с расположенным в ней ферромагнитным бойком,инструмент, магнитопровод, состоящий из ярма,переднего,среднего и заднего полюсов,амортизатор, отличающийся тем, что боек выполнен с наплавкой по торцам слоя немагнитных или слабомагнитных материалов, например,сормайтом.