ВИБРАТОР РЕЗОНАНСНОГО ДЕЙСТВИЯ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ
RESONANCE VIBRATOR WITH ELECTROMAGNETIC ACTUATOR

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.
В качестве прототипа выбран вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом германской фирмы АЕГ как наиболее совершенный и получивший широкое практическое применение. Вибратор описан на стр.8-17 в книге: А.И.Белоусов, Г.Г.Рекус. Вибраторы с электромагнитным приводом. Обзор. М., 1970 (ЦНИИТЭстроймаш). Существенные признаки прототипа: вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом, содержит электромагнит с П-образным магнитопроводом, 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.
Недостатком прототипа, как и описанных выше 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.
Задачей изобретения является увеличение амплитуды колебаний якорной части вибратора относительно его статорной части.
0
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 в виде соленоида с возможностью колебаний якорной части относительно статорной части с амплитудой не менее 4 мм, при этом якорь предварительно введен в соленоид на величину X, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранного коэффициента суммарной жесткости пружин и массы якорной части.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: существенно увеличить амплитуду колебаний якорной части вибратора относительно его статорной части; это позволяет увеличить соответственно силу инерции, создаваемой при колебаниях якорной части, что, в свою очередь, приводит к соответственному увеличению амплитуды вынуждающей силы, создаваемой вибратором.
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 вибратора резонансного действия с электромагнитным приводом. Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом включает электромагнит в виде соленоида 1, который прикреплен жестко к статорной части 2 вибратора. Якорь 3 электромагнита прикреплен жестко к плите 4 якорной части, при этом он введен предварительно в соленоид на величину Х. Дополнительные грузы 5 прикреплены жестко к плите якорной части. Статорная и якорная части соединены между собой двумя комплектами винтовых пружин 6. Эти пружины предварительно стянуты попарно с помощью двух стяжных шпилек 7. Стяжные шпильки одним концом присоединены жестко к статорной части, а на другом конце заканчиваются опорными фланцами 8 для пружин. Электромагнит подключен к устройству 9 регулируемого электропитания током постоянной частоты. Вибратор выполнен с возможностью присоединения к рабочему органу 10 вибрационной машины.
Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом работает следующим образом. В электромагните, выполненном в виде соленоида 1, под действием пульсирующего или переменного электрического тока постоянной частоты, поступающего из электрической сети через устройство 9 регулируемого электропитания, возникает пульсирующее магнитное поле. Это поле взаимодействует с ферромагнитным якорем 3. Благодаря этому между соленоидом и якорем возникает пульсирующая сила тяги, втягивающая якорь 3 вовнутрь соленоида 1. Сила тяги, действующая на соленоид 1 и на якорь 3, действует одновременно и на жестко соединенные с ними плиту 4 якорной части и на статорную часть 2. Под действием силы тяги происходит сближение статорной части 2 и якорной части, собранной вокруг плиты 4. При этом сближении происходит упругое деформирование пружин 6, которые вследствие предварительного попарного сжатия находились до действия силы тяги в состоянии силового равновесия. Увеличение силы тяги прекратится после того, как нарастание силы тока в импульсе тока или в полуволне переменного электрического тока, протекающего через соленоид 1, сменится его уменьшением. При этом под действием пружин 6, сжатых под действием силы тяги, начнется обратное движение статорной части 2 и якорной части, собранной вокруг плиты 4. При падении тока в импульсе или в полуволне переменного электрического тока до нуля сила тяги упадет до нуля и, следовательно, статорная и якорная части вибратора возвратятся в исходное положение.
0
При действии следующих импульсов тока или полуволн переменного электрического тока описанный процесс повторится. Для согласования характеристик силы тяги и силы противодействия пружин 6 якорь 3 предварительно введен в соленоид на величину X, оптимальное значение которой определяется экспериментально в зависимости от выбранных коэффициента суммарной жесткости пружин 6 и массы якорной части. При эксплуатации вибратора его присоединяют к рабочему органу 10 вибрационной машины. При этом статорная часть 2 вибратора вместе с рабочим органом 10 вибрационной машины представляют собой одну массу двухмассной колебательной системы. Второй массой этой системы является масса якорной части, состоящей из якоря 3, плиты 4, дополнительных грузов 5, а также приведенной массы пружин 6. Для увеличения амплитуды относительных колебаний масс колебательную систему настраивают на режим резонансных колебаний подбором дополнительных грузов 5.
В данном вибраторе резонансного действия с электромагнитным приводом решена задача изобретения, достигнуто увеличение амплитуды колебаний якорной части вибратора относительно его статорной части. Задача изобретения решена за счет применения в конструкции вибратора электромагнита соленоидного типа. Величина хода якоря 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 автомобильных 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 электромагнитных вибраторах.
Нижнее значение амплитуды колебаний якорной части относительно его статорной части, равное 4 мм, установлено, поскольку при этом значении предлагаемое решение уже имеет явные преимущества перед прототипом. При меньших значениях амплитуды возрастают преимущества прототипа. При больших ее значениях преимущества над прототипом возрастают. Верхнее значение амплитуды колебаний якорной части не имеет явных технических ограничений.
Учитывая то, что практическое применение электромагнитов соленоидного типа известно в технике, можно сделать вывод о том, что вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом, выполненным с электромагнитом указанного типа будет работоспособным. Следовательно, предложенное изобретение промышленно применимо.