Электродинамический вибростенд

Область техники
Полезная модель относится к электродинамическим вибростендам и может быть использована для возбуждения механических колебаний для испытания оборудования и в других технологиях, где используется вибрация.
Уровень техники
Из уровня техники известен электродинамический вибростенд с воздушным охлаждением  (см. SU 1166075 A),  содержащий подвижную катушку и катушку подмагничивания, охлаждаемые вентилятором.
Из уровня техники известен электродинамический вибростенд с водяным охлаждением (см. CN 2833549 Y от  09.09.2005), содержащий подвижную катушку и катушки подмагничивания, охлаждаемые жидкостью (водой). Катушки выполнены из полой металлической трубки, через которую прокачивается жидкость. Для уменьшения гидравлического сопротивления катушки подмагничивания выполняются отдельными секциями, гидравлически соединенные параллельно, а электрически последовательно.
Недостатками данной конструкции являются сложность конструкции и ограниченные функциональные возможности. Это проявляется в том, что определить закупоривание или заиливание одной или нескольких секций практически невозможно, так как секций достаточно много. Происходит перегрев этих секций и выход катушки из строя. Подвижная катушка, как правило, имеет гораздо большее проходное сечение трубки. Если подвижная катушка выполнена одной секцией, максимум двумя, проконтролировать проток охлаждающей жидкости по ее температуре не вызывает проблем.  Как показывает практика, основная неисправность электродинамических вибростендов с жидкостным охлаждением - это выход из строя катушек подмагничивания. Ремонт таких стендов ведет к финансовым затратам.
Из уровня техники известен электродинамический вибростенд (RU 50303 U1 от 27.12.2005), содержащий магнитопровод, образованный постоянным магнитом, полюсными наконечниками и керном; подвижную систему, включающую катушки возбуждения, размещенные в рабочем зазоре и жестко связанные переходником с виброплатформой; подвеску подвижной системы, выполненную в виде мембран или торсионов. При этом в качестве переходника между катушками возбуждения и виброплатформой использован керн магнитопровода, на котором закреплены катушки возбуждения, при этом керн установлен симметрично относительно мембран или торсионов подвески и жестко соединен с ними.
Данное устройство  не обеспечивает надежную работу, и, как следствие, частые поломки приводят к финансовым затратам на ремонт.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является разработка электродинамического вибростенда  с комбинированным охлаждением.
Технический результат заявленной полезной модели направлен на увеличение  надежности работы электродинамических вибростендов с выталкивающей силой более 80000 Н.
Указанный технический результат достигается тем, что электродинамический вибростенд  содержит станину, на которой посредством боковых опор закреплен магнитопровод,  образованный корпусом вибростенда, верхним и нижним фланцами и керном, подвижную систему, включающую звуковую катушку, размещенную в рабочем зазоре и жестко соединенную со столом вибростенда (виброплатформой),  при этом в качестве подвески подвижной системы  использованы ролики, установленные на кронштейнах, закрепленных на верхнем фланце, и ролики  нижней опоры.
Кроме того магнитопровод включает катушки возбуждения, встречно-последовательно соединенные между собой, при этом звуковая катушка выполнена в виде трубчатой обмотки для прокачивания жидкости, а катушки возбуждения выполнены в виде обмоточного провода и охлаждаются потоком воздуха, создаваемым вентилятором.
Катушки возбуждения выполнены из нескольких секций.
Звуковая катушка выполнена двухслойной для обеспечения  подвода жидкости в каждый слой и ее  прохождения параллельными потоками.
Краткое описание чертежей.
Заявленная полезная модель поясняется фиг.1, где изображен общий вид электродинамического вибростенда.
1 - корпус магнитопровода,
2 - верхний фланец,
3 - керн,
4 - нижний фланец,
5 - катушки возбуждения,
6 - стол,
7 - подвижная (звуковая) катушка,
8 - кронштейн с роликами,
9 - направляющая,
10 - ролики,
11 - амортизатор,
12 - верхний кожух магнитопровода,
13 - мембрана,
14 - нижний кожух магнитопровода,
15 - станина,
16 - боковые опоры станины,
17 - кронштейны боковых опор,
18 - резинокордные оболочки,
19 - редуктор.
Осуществление полезной модели.
Принцип работы электродинамического вибростенда основан на взаимодействии с магнитным полем помещенного в него проводника с током.
Электродинамический вибростенд состоит из магнитопровода, включающий корпус 1, верхний фланец 2, керн 3 и нижний фланец 4. Внутри магнитопровода размещаются две катушки возбуждения 5, встречно–последовательно соединенные между собой.
Подвижная система, состоящая из стола 6 со звуковой (подвижной) катушкой 7, центрируется с помощью кронштейнов с роликами 8 и выставляется концентрично в рабочем зазоре, образованном средней цилиндрической медненой поверхностью корпуса и медненой цилиндрической поверхностью керна. К нижней внутренней части стола прикреплена направляющая 9 с роликами 10, образующими нижнюю опору. Направляющая соединена с амортизатором 11 разгрузки стола.
Сверху магнитопровод закрыт верхним кожухом 12, между верхним кожухом и столом установлена мембрана 13. Снизу магнитопровод закрыт нижним кожухом 14.
Магнитопровод установлен на станину 15 посредством боковых опор 16,  кронштейнов 17 и резинокордных оболочек 18. Для изменения направления вибрации предусмотрена возможность поворота магнитопровода относительно боковых опор при помощи редуктора 19. Корпус вибростенда имеет два фиксированных положения – вертикальное и горизонтальное.
Постоянный ток, протекающий по катушкам подмагничивания, создает постоянное магнитное поле.
Переменный ток, протекающий по звуковой (подвижной) катушке 7 в постоянном магнитном поле, порождает вынуждающую силу, перемещающую стол и испытуемый объект, закрепленный на столе.
Жесткость подвески и масса подвижной системы определяют частоту собственных колебаний подвижной системы, т.е. резонанс.
Нейтральное положение подвижной системы достигается созданием определенного давления в камере амортизатора разгрузки.
Для уменьшения воздействия работающего вибростенда на элементы производственного помещения предусмотрена пневматическая развязка магнитопровода и станины с помощью резинокордных амортизаторов 18. Жесткость резинокордных амортизаторов и масса магнитопровода со всеми установленными на нем элементами определяют частоту собственных колебаний корпуса (около 3,5 Гц). Применение пневморазвязки обеспечивает виброизоляцию вибростенда в рабочем диапазоне частот и устраняет в большинстве случаев необходимость применения специального сейсмического фундамента.
Жидкость для охлаждения звуковой катушки берется из системы жидкостного охлаждения. Система представляет собой шкаф, в котором находится емкость с охлаждающей жидкостью, например дистиллированная вода, насос для прокачки жидкости через вибростенд, теплообменник для охлаждения охлаждающей жидкости проточной водой. Имеются также дополнительные устройства, такие как датчики потока, датчики температуры, датчики давления, электроклапаны и т.д.
Вентилятор устанавливается отдельно от вибростенда и соединен с вибростендом гибким воздуховодом.
Управления всеми системами вибростенда осуществляет усилитель мощности. При подаче напряжения на катушки подмагничивания включается вентилятор и/или подача охлаждающей жидкости и при выключении выключается.
Плотность тока в звуковой (подвижной) катушке высока, поэтому она должна иметь минимальные размеры и вес. Звуковая (подвижная) катушка 7 должна интенсивно охлаждаться.  Однако охладить звуковую катушку на вибростендах с большой выталкивающей силой воздухом не представляется возможным, так как площадь ее поверхности мала. В связи с этим звуковая  (подвижная) катушка намотана трубкой и охлаждается жидкостью, прокачиваемой по ней. Для увеличения объема жидкости, проходящей через катушку без увеличения давления, катушка может быть выполнена двухслойной. Жидкость подводится в каждый слой и идет параллельными потоками. Это позволит увеличить ток в катушке и пропорционально выталкивающую силу.
Выталкивающее усилие в электродинамическом вибростенде формируется при подаче переменного тока в звуковую (подвижную) катушку 1, помещенную в магнитное поле. Магнитное поле создается катушками возбуждения 2.
Для создания достаточно больших выталкивающих усилий по звуковой (подвижной) катушке и катушкам возбуждения пропускаются токи в десятки и сотни ампер, поэтому катушки необходимо интенсивно охлаждать. На маленьких и средних вибростендах катушки охлаждаются потоком воздуха, создаваемого вентилятором, на вибростендах с выталкивающим усилием 80000 Н и более жидкостью (водой).
Принцип работы вибростенда не зависит от способа охлаждения. Охлаждение катушек возбуждения воздухом позволяет увеличить надежность электродинамических вибростендов с большой выталкивающей силой (80000 Н и более), снизить расходы на их изготовление и эксплуатацию. Жидкостное охлаждение звуковой катушки позволяет эффективно охлаждать катушку, что позволяет значительно увеличить рабочие токи и создавать вибростенды с большим выталкивающим усилием.