УДАРНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в ударных приводах машин и механизмов, вибрационной технике и в других различных отраслях хозяйственной деятельности.
Известен вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом, содержащий тяговый электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, при этом статорная и якорная части соединены между собой двумя комплектами винтовых пружин, предварительно стянутых попарно с помощью двух стяжных шпилек, стяжные шпильки одним концом присоединены жестко к статорной части, а на другом конце заканчиваются опорными фланцами для пружин, плита якорной части зажата между пружинами с возможностью совершения колебаний вдоль осей пружин без отрыва от их торцов, электромагнит подключен к устройству регулируемого электропитания током постоянной частоты, причем вибратор выполнен с возможностью присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия на рабочий орган в режиме резонансных колебаний двухмассной колебательной системы, электромагнит выполнен с возможностью колебаний якорной части относительно статорной части с амплитудой не менее 4 мм, при этом якорь предварительно введен в статорную часть на величину, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранного коэффициента суммарной жесткости пружин и массы якорной части, кроме того, тяговый электромагнит выполнен с увеличенной площадью охвата якоря ферромагнитным корпусом-магнитопроводом, соотношение площади охвата и площади поперечного сечения якоря подбирается экспериментально по критерию получения максимального тягового усилия электромагнита при заданном увеличенном зазоре между якорем и корпусом-магнитопроводом электромагнита. Вибратор может быть снабжен дополнительными грузами, прикрепленными жестко к плите якорной части (см. патент RU №134084, МПК В06В 1/04 (2006.01), опубл. 10.11.2013).
Недостатками известного устройства являются большие габариты и определенное функциональное назначение, связанное с созданием значительной энергии вибрации.
Известен линейный электромеханический преобразователь ударного действия, содержащий коаксиально расположенные ферромагнитный корпус, индуктор, подвижные якорь и боек, внутри ферромагнитного корпуса, выполненного с боковым цилиндрическим и торцевыми дисковыми участками, расположены индуктор и электропроводящий диск якоря, индуктор выполнен в виде катушки с центральным отверстием и прикреплен к боковому цилиндрическому участку ферромагнитного корпуса так, что между его плоской поверхностью и торцевым дисковым участком ферромагнитного корпуса, удаленным от объекта деформирования, выполнен зазор, в котором коаксиально расположен аксиально подвижный ферромагнитный сердечник в форме диска с центральным выступом, который выполнен с возможностью перемещения внутри центрального отверстия индуктора, при этом, одна из торцевых сторон диска сердечника выполнена с возможностью прилегания к плоской стороне индуктора, а вторая сторона выполнена с возможностью прилегания к дисковому участку ферромагнитного корпуса, якорь выполнен в виде электропроводящего диска с центральным отверстием, плоская поверхность которого прилегает к индуктору, и коаксиально расположенного ударного диска, взаимодействующего с байком, заостренный конец которого направлен в сторону объекта деформирования, электропроводящий и ударный диски якоря соединены между собой, причем между центральным выступом ударного диска, расположенном в центральных отверстиях электропроводящего диска якоря и индуктора, и центральным выступом подвижного ферромагнитного сердечника установлена силовая аксиально сжимаемая пружина, ударный диск якоря, взаимодействующий с по крайней мере тремя фиксаторами, упорядоченно в тангенциальном направлении закрепленными на боковом цилиндрическом участке ферромагнитного корпуса, соединен с бойком, выполненным с возможностью перемещения через центральное направляющее отверстие торцевого дискового участка ферромагнитного корпуса, между торцевым дисковым участком ферромагнитного корпуса с аксиальным направляющим отверстием и электропроводящим диском якоря установлена возвратная пружина (см. патент RU №2531701, МПК Н02К 33/02 (2006.01), Н02К 41/025 (2006.01), опубл. 27.10.2014).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции преобразователя, достаточно большое количество составных частей может снижать его надежность при эксплуатации.
Наиболее близким, по совокупности существенных признаков, является ударный электромеханический преобразователь комбинированного типа, содержащий коаксиально расположенные ферромагнитный корпус, индуктор, подсоединенный к импульсной системе возбуждения, подвижный якорь и подвижный боек, внутри ферромагнитного корпуса, выполненного с боковым цилиндрическим и торцевыми дисковыми участками, расположены индуктор, и электропроводящий диск якоря, индуктор выполнен в виде неподвижной и подвижной катушек с центральными отверстиями и которые соединены между собой электрически последовательно и встречно по магнитному полю, неподвижная катушка индуктора прикреплена к боковому цилиндрическому участку ферромагнитного корпуса посредством кольцевого элемента так, что между плоской поверхностью неподвижной катушки и торцевым дисковым участком ферромагнитного корпуса, удаленным от объекта деформирования, выполнен зазор, в котором коаксиально расположен дисковый ферромагнитный сердечник, подвижная катушка индуктора содержит четыре упорядоченно расположенные в тангенциальном направлении и аксиально направленные стержневых элемента, которые размещены в направляющих отверстиях кольцевого элемента, при этом два противоположно расположенные направляющие стержневые элемента, которые соединены с электрическими выводами подвижной катушки индуктора, выполнены в виде электродов, контактирующих с электропроводящими вставками, которые электрически изолированы в кольцевом элементе, при этом к одной электропроводящей вставке присоединен электрический вывод неподвижной катушки индуктора, к другой электропроводящей вставке присоединен один электрический вывод системы возбуждения, второй вывод которой соединен с электрическим выводом неподвижной катушки индуктора, якорь выполнен в виде электропроводящего диска с центральным отверстием, плоская поверхность которого прилегает к индуктору, и коаксиально расположенного ударного диска, взаимодействующего с бойком, заостренный конец которого направлен в сторону объекта деформирования, между торцевым дисковым участком ферромагнитного корпуса с аксиальным направляющим отверстием и электропроводящим диском якоря установлена возвратная пружина, цилиндрический боек выполнен с направляющей, выступающей и ударной частями таким образом, что направляющая часть бойка проходит через внутренние отверстия катушек индуктора и якоря, выполненного в виде соединенных между собой электропроводящего и ударного дисков, а конец направляющей части бойка соединен с дисковым ферромагнитным сердечником, выступающая часть бойка содержит плоскую поверхность, которая взаимодействует с ударным диском якоря, и сужающуюся к объекту деформирования коническую поверхность, которая взаимодействует с возвратной пружиной, а ударная часть бойка выполнена с возможностью перемещения через центральное направляющее отверстие торцевого дискового участка ферромагнитного корпуса, импульсная система возбуждения включает последовательно соединенные емкостный накопитель энергии и электронный ключ, которые шунтированы обратным диодом (см. патент RU №2538094, МПК H02K 41/025 (2006.01), H02K 33/02 (2006.01), опубл. 10.01.2015).
Недостатками известного устройства является сложность конструкции, связанная с большим количеством деталей преобразователя, часть которых помимо осуществления перемещения в условиях организованной вибрации предназначены для передачи электрического тока, что сказывается на надежности устройства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание ударного электромеханического преобразователя с импульсной системой возбуждения простой конструкции с высокими показателями надежности.
Для решения поставленной задачи в ударном электромеханическом преобразователе с импульсной системой возбуждения, имеющей конденсатор, диод и ключ, содержащем ферромагнитный корпус, выполненный с боковым цилиндрическим и торцевыми дисковыми участками, и коаксиально размещенные в корпусе индуктор, подсоединенный к импульсной системе возбуждения и выполненный в виде неподвижной катушки с центральным отверстием, подвижный цилиндрический якорь-боек, имеющий направляющую и ударную части, и возвратную пружину, якорь-боек выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня с уступом для упора в него возвратной пружины, импульсная система возбуждения дополнительно снабжена светодиодом индикации включения преобразователя с нагрузочным сопротивлением, включателем/выключателем работы электромеханического преобразователя, защитным предохранителем, вторым ключом, при этом, оба ключа взаимосвязаны и выполнены электромеханическими, и конденсаторами с многопозиционным переключателем работы режима, связанными с обмоткой одного из ключей. Ударная часть якорь-бойка может содержать резьбовую поверхность, позволяющую на нее устанавливать различные сменные наконечники для взаимодействия с объектом воздействия. Торцевой дисковый участок, не имеющий направляющего отверстия и не взаимодействующий с возвратной пружиной, может быть оснащен буфером.
Совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что якорь-боек выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня с уступом для упора в него возвратной пружины, импульсная система возбуждения дополнительно снабжена светодиодом индикации включения преобразователя с нагрузочным сопротивлением, включателем/выключателем работы электромеханического преобразователя, защитным предохранителем, вторым ключом, при этом, оба ключа взаимосвязаны и выполнены электромеханическими, и конденсаторами с многопозиционным переключателем работы режима, связанными с обмоткой одного из ключей, позволяет создать простую конструкцию с небольшим количеством достаточно простых составляющих ее элементов и повысить надежность ударного электромеханического преобразователя с импульсной системой возбуждения.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 - принципиальная электрическая схема ударного электромеханического преобразователя с импульсной системой возбуждения, с отжатым возвратной пружиной от объекта воздействия якорь-бойком;
фиг. 2 - то же, с поджатым возвратной пружиной к объекту воздействия якорь-бойком.
Ударный электромеханический преобразователь с импульсной системой возбуждения содержит ферромагнитный корпус 1 и коаксиально размещенные в корпусе 1 индуктор 2, подсоединенный к импульсной системе возбуждения 3, подвижный цилиндрический якорь-боек 4 и возвратную пружину 5.
Ферромагнитный корпус 1 выполнен с боковым цилиндрическим 6 и торцевыми дисковыми участками 7, при этом один из торцевых дисковых участков 7 имеет центральное направляющее отверстие. Торцевой дисковый участок 7, не имеющий направляющего отверстия и не взаимодействующий с возвратной пружиной 5, может быть оснащен буфером 8.
Индуктор 2 выполнен в виде неподвижной катушки с центральным отверстием.
Якорь-боек 4 выполнен из ферромагнитного материала в виде ступенчатого цилиндрического стержня с уступом 9 для упора в него возвратной пружины 5 и содержит направляющую 10 и ударную 11 части. Якорь-боек 4 проходит через центральное отверстие катушки индуктора 2 и ударной частью 11 через направляющее отверстие торцевого дискового участка 7 ферромагнитного корпуса 1. Ударная часть 11 якорь-бойка 4 может содержать резьбовую поверхность, позволяющую на нее устанавливать различные сменные наконечники для взаимодействия с объектом воздействия 12.
Импульсная система возбуждения содержит светодиод 13 индикации включения преобразователя с нагрузочным сопротивлением 14, диоды 15, исключающие появление высокочастотных помех в работе преобразователя, включатель/выключатель 16 работы электромеханического преобразователя, защитный предохранитель 17, взаимосвязанные электромеханические ключи переключающий 18 и размыкающий 19, и емкостные накопители электрической энергии - конденсаторы 20 с многопозиционным переключателем 21 работы режима, связанные с обмоткой размыкающего ключа 19. Переключатель 21 работы выбранного режима позволяет управлять частотой колебаний взаимодействия преобразователя с объектом воздействия 12.
Ударный электромеханический преобразователь с импульсной системой возбуждения работает следующим образом.
В исходном состоянии возвратная пружина 5 либо прижимает якорь-боек 4 к торцевому дисковому 7 участку ферромагнитного корпуса 1, не имеющего направляющее отверстие, но который может оснащаться буфером 8, при исполнения преобразователя с отжатым возвратной пружиной 5 от объекта воздействия 12 якорь-бойком 4, либо прижимает якорь-боек 4 к объекту воздействия 12 при исполнении преобразователя с поджатым возвратной пружиной 5 к объекту воздействия 12 якорь-бойком 4.
Импульсная система возбуждения 3 подключается к источнику постоянного тока, многопозиционный переключатель 21 работы устанавливается в положение соответствующее выбранному режиму. При подаче питания через включатель/выключатель 16 работы системы электрический ток проходит защитный предохранитель 17, осуществляется визуализация активности системы при работе светодиода 13 индикации подачи питания на систему, который имеет защитное сопротивление 14. Через контактор электромеханического ключа 18 запитывается катушка ключа 19 и происходит заряд конденсатора 20. Затем происходит замыкание контактора ключа 19 и подача питания на катушку ключа 18, одновременно происходит отключение питания катушки ключа 19. Подается питание на индуктор 2, заряженный емкостной накопитель энергии 20 разряжается на катушку ключа 19, замедляя в нем процесс замыкания-размыкания его контактора. Диод 15 служит для устранения импульсных скачков тока в обмотке катушки электромеханических ключей 18 и 19. При этом формируется полярный апериодический импульс тока в катушке, имеющий короткий начальный фронт и последующее плавное затухание.
Кинетическая энергия якорь-бойка 4 возрастает за счет увеличения его скорости от направленной электромагнитной силы, воздействующей на него индуктором 2. Якорь-боек 4 под действием электромагнитной силы стремительно перемещается в зависимости от исполнения преобразователя в сторону объекта воздействия 12, осуществляя на нем удар, либо в сторону от него, сжимая возвратную пружину 5. После затухания токового импульса в индукторе 2 возвратная пружина 5 перемещает якорь-боек 4 в исходное положение. После этого повторяется процесс замыкания-размыкания контактора под действием катушки электромеханического ключа 19, а с ним и цикл заряд-разряд емкостного накопителя энергии 20 и перемещение якоря-бойка 4.
В составе импульсной системы возбуждения могут быть применены электрические элементы: предохранитель Пр1 на 5 А, сопротивление R1 = 2,3 кОм. Для работы преобразователя с созданием необходимой частоты удара могут быть использованы конденсаторы разной емкости (C1…Ci), например, для создания частоты 1 удар в 1,5 с необходим конденсатор С1 = 360 мкФ.
Техническое решение позволяет создать ударный электромеханический преобразователь с импульсной системой возбуждения простой конструкции с высокими показателями надежности.
Заявляемое техническое решение возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.