ВИБРАТОР РЕЗОНАНСНОГО ДЕЙСТВИЯ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к вибрационной технике и может быть использована 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, две плоские рессоры и опорный элемент, размещенный по центру ярма со стороны, противоположной электромагниту, причем один край каждой рессоры закреплен относительно корпуса, а другой касается опорного элемента.
Существенным недостатком описанных аналогов является малая амплитуда колебаний якорной части вибратора относительно его статорной части. Как правило, в известных вибраторах с электромагнитным приводом величина воздушного зазора в электромагнитах не превышает 4 мм, что ограничивает амплитуду относительных колебаний якорной и статорной частей вибратора (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 вибраторов с электромагнитным приводом (стр.138 в книге: Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. М., «Машиностроение», 1972). Малая амплитуда колебаний якорной части вибратора относительно его статорной части является недостатком, поскольку ограничивает величину силы инерции, создаваемой при колебаниях якорной части, выполняющей роль реактивной массы.
В качестве прототипа выбран патент на изобретение №2356640 «Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом» автора данной заявки. В этом изобретении устранен недостаток описанных аналогов, - амплитуда колебаний существенно увеличена благодаря применению в качестве электромагнита соленоида, который не имеет каких-либо ограничений по величине амплитуды колебаний. Однако практика применения изобретения выявила существенный недостаток соленоида, - незначительное тяговое усилие в сравнении с электромагнитом с плоским зазором. Это является следствием того, что соленоид не имеет корпуса из ферромагнитного материала, вследствие чего наружное магнитное поле соленоида практически не участвует в создании тягового усилия, создаваемого только внутренним магнитным полем, действующим на сердечник, находящийся в отверстии соленоида. Как известно,«соленоид- катушка индуктивности обычно в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течет электрический ток» (стр.486 в книге: Политехнический словарь. Изд. 2-е. М., 1980). Кроме того, практика применения изобретения выявила в сравнении с электромагнитом с плоским зазором еще один существенный недостаток, - при работе вибратора с увеличенной амплитудой колебаний наблюдаются поперечные паразитные колебания якорной части, что приводит к необходимости увеличения зазора между якорем и соленоидом. Это в свою очередь значительно уменьшает тяговое усилие электромагнита.
Задачей полезной модели является усовершенствование вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом путем замены соленоида на тяговый электромагнит, превосходящий по тяговой характеристике соленоид, а также выполненный с возможностью эффективного использования магнитной силы обмотки при увеличенном зазоре между якорем и корпусом-магнитопроводом электромагнита, задаваемом поперечными паразитными колебаниями якорной части вибратора.
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, 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, при этом вибратор оснащен тяговым электромагнитом, выполненным 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.
Кроме этого, решение поставленной 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, 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, 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, при этом вибратор оснащен тяговым электромагнитом, выполненным 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, устройство регулируемого электропитания выполнено с возможностью подстройки вибратора на резонансный режим колебаний путем изменения частоты следования однополярных импульсов тока.
Кроме того, решение поставленной задачи достигается тем, что на статоре вибратора установлен датчик колебаний, подключенный к устройству регулируемого питания, выполненному с возможностью автоматического поддержания заданной величины выбранного параметра колебаний.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: существенно увеличить тяговое усилие электромагнита при увеличенном зазоре между якорем и корпусом-магнитопроводом электромагнита, задаваемом поперечными паразитными колебаниями якорной части вибратора. Благодаря этому увеличивается эффективность возбуждения колебаний в механической колебательной системе 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, предлагаемая полезная модель является новой и имеет патентоспособный уровень.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показано устройство вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом. Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом содержит тяговый электромагнит, включающий корпус-магнитопровод 1, обмотку 2 и якорь 3. Корпус-магнитопровод 1 имеет увеличенную длину L охвата якоря вдоль оси якоря, а также увеличенный зазор S с якорем. Корпус-магнитопровод 1 прикреплен жестко к статорной части 4 вибратора. Якорь 3 электромагнита прикреплен жестко к плите 5 якорной части, при этом он введен предварительно в корпус-магнитопровод 1 на величину X. Дополнительные грузы 6 прикреплены жестко к плите якорной части. Статорная и якорная части соединены между собой двумя комплектами винтовых пружин 7. Эти пружины предварительно стянуты попарно с помощью двух стяжных шпилек 8. Стяжные шпильки одним концом присоединены жестко к статорной части, а на другом конце заканчиваются опорными фланцами 9 для пружин. Электромагнит подключен к устройству 10 регулируемого электропитания током постоянной частоты. Во втором варианте вибратора устройство 10 выполнено с возможностью изменения частоты следования импульсов тока. Вибратор выполнен с возможностью присоединения к рабочему органу 11 вибрационной машины. На статоре 4 установлен датчик 12 колебаний, подключенный к устройству 10. Во втором варианте вибратора дополнительные грузы отсутствуют.
Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом работает следующим образом. В обмотке 2 электромагнита под действием пульсирующего или переменного электрического тока постоянной частоты, поступающего из электрической сети через устройство 10 регулируемого электропитания, возникает пульсирующее магнитное поле. Это поле взаимодействует с ферромагнитным корпусом-магнитопроводом 1 и ферромагнитным якорем 3. Благодаря этому между корпусом-магнитопроводом и якорем возникает тяговое усилие, втягивающее якорь 3 во внутрь корпуса-магнитопровода 1. Тяговое усилие, действующее на корпус-магнитопровод 1 и на якорь 3, действует одновременно и на жестко соединенные с ними плиту 5 якорной части и на статорную часть 4. Под действием тягового усилия происходит сближение статорной части 4 и якорной части, собранной вокруг плиты 5. При этом сближении происходит упругое деформирование пружин 7, которые вследствие предварительного попарного сжатия находились до действия тягового усилия в состоянии силового равновесия. Увеличение тягового усилия прекратится после того, как нарастание силы тока в импульсе тока или в полуволне переменного электрического тока, протекающего через обмотку 2, сменится его уменьшением. При этом под действием пружин 7, сжатых под действием тягового усилия, начнется обратное движение статорной части 4 и якорной части, собранной вокруг плиты 5. При падении тока в импульсе или в полуволне переменного электрического тока до нуля тяговое усилие упадет до нуля и, следовательно, статорная и якорная части вибратора возвратятся в исходное положение. При действии следующих импульсов тока или полуволн переменного электрического тока описанный процесс повторится. Для согласования характеристик тягового усилия и силы противодействия пружин 7 якорь 3 предварительно введен в корпус-магнитопровод 1 на величину X, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранных коэффициента суммарной жесткости пружин 7 и массы якорной части. При эксплуатации вибратора его присоединяют к рабочему органу 11 вибрационной машины. При этом статорная часть 4 вибратора вместе с рабочим органом 11 вибрационной машины представляют собой одну массу двухмассной колебательной системы. Второй массой этой системы является масса якорной части, состоящей из якоря 3, плиты 5, дополнительных грузов 6, а также приведенной массы пружин 7. Для увеличения амплитуды относительных колебаний масс колебательную систему настраивают на режим резонансных колебаний подбором дополнительных грузов 6. Величина зазора S уточняется экспериментально в зависимости от амплитуды поперечных паразитных колебаний якорной части, зависящих от параметров пружин 7 и массы якорной части вибратора. Для выбранного зазора определяется оптимальное значение длины L охвата корпусом-магнитопроводом 1 якоря 3 по критерию получения максимального тягового усилия. Во втором варианте вибратора настройка на резонансный режим колебаний осуществляется путем изменения частоты следования импульсов тока. В этом варианте необходимость в дополнительных грузах 6 отпадает.
В данном вибраторе резонансного действия с электромагнитным приводом решена задача полезной модели, - вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом усовершенствован путем замены соленоида на тяговый электромагнит, превосходящий по тяговой характеристике соленоид, а также выполненный с возможностью эффективного использования магнитной силы обмотки при увеличенном зазоре между якорем и корпусом-магнитопроводом электромагнита, задаваемом поперечными паразитными колебаниями якорной части вибратора.
Задача полезной модели решена благодаря следующим техническим решениям:
1) в соленоиде, внешнее магнитное поле практически не участвует в создании тягового усилия, в тяговом электромагните благодаря наличию ферромагнитного корпуса-магнитопровода этот недостаток соленоида устранен, что позволило существенно увеличить тяговое усилие электромагнита;
2) тяговый электромагнит выполнен с увеличенной площадью охвата якоря корпусом-магнитопроводом, что позволило при увеличенном зазоре между корпусом-магнитопроводом и якорем избежать существенного падения тягового усилия; увеличение площади охвата позволяет магнитному потоку пройти зазор со значительно меньшей индукцией, чем в остальной части магнитопровода, и, следовательно, с малой потерей тягового усилия (см. стр.400 в книге: В.П. Миловзоров. Электромагнитная техника. Высшая школа. М., 1966).
Заявляемый вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом изготовлен и испытан в лаборатории автора данной заявки. При этом была подтверждена работоспособность заявляемой полезной модели. Учитывая это, а также то, что технические решения, благодаря которым достигнуто усовершенствование прототипа, в технике известны можно сделать вывод о том, что предложенная полезная модель промышленно применима.