ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ
ELECTROMAGNETIC VIBRATION EXCITER

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, 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.
Недостатки аналогов: высокий уровень шума, возникающего от соударения крайних витков пружин, а также значительное рассеяние энергии при резонансных колебаниях, что обусловлено микросдвигами торцовых частей пружин относительно опорных плоскостей и соударением крайних витков.
Существенным недостатком аналогов является также сложность конструкции вибровозбудителй. Вследствие этого колебательная система электромагнитных вибровозбудителей состоит из двух разнесенных колебательных систем, которые объединены в одну систему с помощью соединительных плит. Принимая во внимание то, что винтовые пружины обладают значительной податливостью не только вдоль своей оси, но и в поперечном направлении, можно сделать вывод, что разнесенные колебательные системы, объединенные с помощью соединительных плит, будут совершать строго согласованные колебания вдоль осей пружин только при одинаковом коэффициенте жесткости и одинаковом распределении масс соединительных плит. Практически это приводит к снижению коэффициента резонансного усиления колебаний, а также к необходимости селективного подбора пружин и точного изготовления деталей.
Кроме того, существенным недостатком аналогов является малая амплитуда относительных колебаний якорной и статорной частей вибровозбудителей. Как правило, в известных электромагнитных вибровозбудителях величина воздушного зазора в электромагнитах не превышает 4 мм, что ограничивает амплитуду относительных колебаний якоря и корпуса статора (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 якоря и корпуса статора является существенным недостатком электромагнитного вибровозбудителя по ряду причин, в частности, по причине ограничения мощности, отбираемой колебательной системой вибровозбудителя в рабочем режиме, т.е. после присоединения к рабочему органу вибрационной машины.
В качестве прототипа выбран электромагнитный вибровозбудитель, известный по Авт. св. СССР 622722, содержащий якорь с электромагнитом и корпус статора с ярмом, соединенные системой упругих элементов, состоящих из пружин растяжения-сжатия, каждая из которых выполнена в виде цилиндрической втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки-фланцы, к которым прикреплены якорь электромагнита и корпус статора.
В прототипе решены задачи снижения шума и рассеяния энергии, однако, не решены задачи упрощения конструкции электромагнитного вибровозбудителя и увеличение в нем амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора.
Задачами изобретения являются упрощение конструкции электромагнитного вибровозбудителя и увеличения в нем амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора.
0
Решение задачи достигается тем, что электромагнитный вибровозбудитель содержит электромагнит, якорь и корпус статора, соединенные упругой системой, включающей пружину растяжения-сжатия, которая выполнена в виде втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки-фланцы, к которым прикреплены якорь и корпус статора, упругая система выполнена на одной пружине растяжения-сжатия, электромагнит выполнен в виде соленоида, внутренний сердечник которого выполнен подвижным, соленоид прикреплен к корпусу статора и размещен внутри пружины растяжения-сжатия, внутренний сердечник соленоида прикреплен к якорю и предварительно введен в соленоид на величину X, оптимальное значение которой определяется экспериментально, при этом к якорю присоединен регулировочный груз, а соленоид, внутренний сердечник соленоида и пружина растяжения-сжатия выполнены с возможностью колебаний якоря относительно корпуса статора в рабочем режиме с амплитудой более 4 мм, пружина растяжения-сжатия может иметь как цилиндрическую, так и фасонную форму.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новые технические результаты: упростить конструкцию электромагнитного вибровозбудителя за счет размещения электромагнита, выполненного в виде соленоида, внутри пружины растяжения-сжатия и выполнения благодаря этому упругой системы на одной пружине. Благодаря такому решению электромагнитный вибровозбудитель содержит одну колебательную систему, а число пружин уменьшается до одной, что устраняет связанные с этим недостатки прототипа. Кроме того, в предложенном электромагнитном вибровозбудителе существенно увеличена амплитуда относительных колебаний якоря и корпуса статора. Это стало возможным благодаря применению электромагнита в виде соленоида с подвижным внутренним сердечником. Увеличение амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора позволяет повысить отбор мощности колебательной системой электромагнитного вибровозбудителя в рабочем режиме, т.е. после присоединения к рабочему органу вибрационной машины.
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.
0
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показано устройство электромагнитного вибровозбудителя. Электромагнитный вибровозбудитель содержит электромагнит, выполненный в виде соленоида 1, якорь 2, корпус статора 3, пружину растяжения-сжатия 4 с витками-фланцами 5, внутренний сердечник 6 соленоида 1, регулировочный груз 7, кожух 8. Соленоид 1 закреплен на корпусе статора 3 и размещен внутри пружины растяжения-сжатия 4. Пружина растяжения-сжатия 4 выполнена в виде втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки-фланцы 5. К виткам-фланцам 5 прикреплены якорь 2 и корпус статора 3. Внутренний сердечник 6 соленоида 1 прикреплен к якорю 2 и предварительно введен в соленоид на величину Х. К якорю 2 прикреплен регулировочный груз 7. Электромагнитный вибровозбудитель закрыт кожухом 8.
0
Электромагнитный вибровозбудитель работает следующим образом. По катушке соленоида 1 пропускают пульсирующий или переменный ток. Возникающее при этом пульсирующее магнитное поле взаимодействует с ферромагнитным внутренним подвижным сердечником 6 соленоида 1. Это приводит к созданию пульсирующей силы тяги, втягивающей сердечник 6 в соленоид 1. Сила притягивает якорь 2 и корпус статора 3 один к другому, деформируя пружину растяжения-сжатия 4. В момент времени, когда ток и сила равны нулю, пружина растяжения-сжатия 4 отбрасывает друг от друга корпус статора 3 и якорь 2. Для согласования характеристик силы тяги и силы противодействия пружины растяжения-сжатия 4 экспериментально подбирают величину X, на которую сердечник 6 предварительно вводят в соленоид 1. В рабочем режиме, т.е. после присоединения корпуса статора 3 к рабочему органу вибрационной машины, колебательную систему настраивают с помощью регулировочного груза 7 на режим резонансных колебаний. Закрепление соленоида 1 на корпусе статора 3 позволяет уменьшить динамическое воздействие на его катушку, а также упростить задачу подвода к ней электрического тока.
В данном электромагнитном вибровозбудителе решены задачи изобретения, - достигнуто упрощение конструкции электромагнитного вибровозбудителя и увеличения в нем амплитуды относительных колебаний якоря и корпуса статора. Первая задача изобретения решена за счет размещения электромагнита внутри пружины растяжения-сжатия и выполнения благодаря этому упругой системы на одной пружине. Вторая задача изобретения решена за счет применения электромагнита в виде соленоида с подвижным внутренним сердечником. Известно, что величина хода подвижного сердечника в соленоидных электромагнитах во много раз превышает величину воздушного зазора в электромагнитах с П-образным, Ш-образным или стержневым магнитопроводом. Например, величина хода якоря втягивающего реле, применяемого на 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 вибровозбудителях.
Требование по величине амплитуды колебаний якоря относительно корпуса статора более 4 мм установлено в связи с тем, что при этих значениях преимущества предлагаемого электромагнитного вибровозбудителя перед прототипом становятся очевидными.
Как видно из описания, возможность практического осуществления предложенного изобретения не вызывает сомнений. Таким образом, предложенное изобретение промышленно применимо.