УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НАЛИПШИХ И НАМЕРЗШИХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR CLEANING SURFACES FROM ADHERED AND FROZEN GRANULAR MATERIALS

Изобретение касается очистки поверхностей от налипших или примерзших сыпучих материалов и может применяться при выгрузке из бункеров и других емкостей материалов с высокой прочностью адгезии, склонных к слеживанию и слипанию, таких как железорудный концентрат, руда, бокситы, шихта и т.д.
Известно устройство для очистки поверхностей от различного рода отложений, в котором для создания импульсного механического воздействия на очищаемую поверхность к источнику высоковольтного постоянного напряжения через коммутатор подключен плоский индуктор в виде спирали, напротив которого к очищаемой поверхности закреплен якорь, выполненный из высокопроводящего материала и установленный с зазором к индуктору (патент на изобретение RU №2153403, МКИ С1 7 В08В 7/02, 1998 г.). Недостатком этого устройства, как и других аналогичных устройств, использующих взаимодействие токов, пропускаемого по индуктору и наведенного в высокопроводящем якоре, является недостаточная эффективность преобразования электрической энергии в механическую, связанная с явлением притягивания якоря к индуктору на стадии спада импульса тока через индуктор. На этой стадии в высокопроводящей пластине, согласно закону электромагнитной индукции, наводится ток, который совпадает по направлению с током, протекающим через индуктор. Взаимодействие двух однонаправленных токов приводит к взаимному притяжению индуктора и якоря. Результирующая сила механического воздействия на очищаемую поверхность равна разнице сил отталкивания индуктора и якоря на стадии нарастания импульса тока через индуктор и притяжения на стадии его спада и часто является недостаточной для обеспечения очистки поверхностей.
Известно также устройство для обрушения сводов материала в бункерах, содержащее источник напряжения, преобразовательно-накопительный блок и подключенный к нему индуктор с двумя плоскими обмотками, которые расположены зеркально одна к другой, включены встречно и размещены в металлическом стакане с крышкой (патент на полезную модель Украины №15289, МПК B65G 65/30, 2006 г.). Воздействие на стенку бункера производится через боек, расположенный между индуктором и очищаемой поверхностью, приводимый в исходное положение после срабатывания устройства с помощью возвратной пружины, которая связана с бойком посредством шпильки, проходящей через отверстия по оси индуктора. Благодаря такой конструкции и выполнению стакана, крышки, бойка и шпильки из магнитомягкого материала встречные магнитные потоки, создаваемые двумя встречно включенными обмотками индуктора и замыкающиеся по перечисленным элементам, приводят к перемещению вдоль стакана одной из обмоток вместе с бойком, который наносит удары по очищаемой поверхности. Недостатком этого устройства является его низкая долговечность и надежность, связанная с разрушением обмоток индуктора при их соударении в процессе перемещения в исходное положение одной из обмоток индуктора вместе с бойком под действием возвратной пружины.
Известно принятое за прототип устройство для очистки поверхностей от налипших или намерзших веществ, содержащее подключенный к источнику импульсного питания исполнительный механизм, состоящий из расположенных друг напротив друга индукторов, выполненных в виде помещенных в корпуса из неферромагнитного материала спиральных электромагнитных катушек, включенных встречно (патент на полезную модель RU №57155, МПК В08В 7/02, 2006 г.). В данном устройстве воздействие на очищаемую поверхность производится через якорь, расположенный между индукторами и поверхностью, при этом встречно включенные катушки индукторов, исходя из приведенного в описании патента рисунка, соединены параллельно. Оба индуктора вместе с якорем прижимаются к очищаемой поверхности. При пропускании импульса тока по обмоткам катушек магнитные поля от двух противоположно направленных токов, благодаря отсутствию замкнутой магнитной системы, концентрируются в зазоре между катушками, приводя к их расталкиванию. В результате один из индукторов вместе с якорем производит перемещение в пределах упругой деформации очищаемой поверхности, оказывая на нее импульсное механическое воздействие. В данном устройстве по встречно включенным катушкам индукторов в течение всего периода импульса протекают токи встречного направления, в результате чего катушки только расталкиваются, а эффект притягивания их друг к другу на стадии спада импульса тока отсутствует.
Недостатком принятого за прототип устройства является его низкая долговечность и надежность, связанная с соударением индукторов при их возврате в исходное положение под действием сил упругости очищаемой поверхности. В результате такого соударения со временем разрушается целостность клеящего связующего материала между обмоткой и корпусом индуктора, в качестве которого обычно используется эпоксидный компаунд, обмотка движущегося индуктора выбивается из корпуса, что приводит к выходу ее из строя. Кроме того, недостатком этого устройства является недостаточная эффективность очистки, связанная с кратковременностью импульсного воздействия вследствие малой суммарной индуктивности двух катушек индукторов, включенных встречно по магнитному полю и соединенных параллельно электрически.
Техническая задача изобретения состоит в усовершенствовании известной конструкции устройства для очистки поверхностей от налипших или намерзших сыпучих материалов, содержащего подключенный к источнику импульсного питания исполнительный механизм, состоящий из двух расположенных друг напротив друга индукторов, выполненных в виде помещенных в корпуса из неферромагнитного материала спиральных электромагнитных катушек, и включенных встречно по магнитному полю, при этом один из индукторов закреплен на несущей конструкции, путем создания такой конструкции устройства, в которой закрепленный на несущей конструкции индуктор установлен с промежутком относительно второго индуктора, жестко закрепленного на очищаемой поверхности, и катушки индукторов соединены электрически последовательно. В результате этого устраняется возможность соударения индукторов при возврате их в исходное положение под действием сил упругости очищаемой поверхности, увеличивается длительность воздействующего импульса, благодаря чему достигается технический результат, заключающийся в получении возможности реализовывать импульсное воздействие на очищаемые поверхности такой амплитуды и длительности, которые обеспечат их эффективную очистку без нарушения целостности конструкции исполнительных механизмов в течение длительного срока их эксплуатации. Кроме того предлагаемая конструкция проще за счет отсутствия необходимости применения якоря.
Устройство для очистки поверхностей от налипших или намерзших сыпучих материалов содержит подключенный к источнику импульсного питания исполнительный механизм, состоящий из двух расположенных друг напротив друга индукторов, выполненных в виде помещенных в корпуса из неферромагнитного материала спиральных электромагнитных катушек, включенных встречно по магнитному полю; один из индукторов закреплен на несущей конструкции и установлен с промежутком относительно второго индуктора, жестко закрепленного к очищаемой поверхности, и катушки индукторов соединены электрически последовательно.
Изобретение иллюстрируется следующими материалами:
Фиг. 1. Устройство для очистки поверхностей от налипших или примерзших сыпучих материалов с двумя индукторами.
Фиг. 2. Кривые разрядного тока при параллельном и последовательном соединении катушек индукторов.
Устройство для очистки поверхностей от налипших или намерзших сыпучих материалов содержит подключенный к источнику импульсного питания 1 исполнительный механизм, состоящий из двух расположенных друг напротив друга индукторов 2 и 3 в виде двух спиральных электромагнитных катушек 4 и 5, помещенных в корпуса 6 и 7 из неферромагнитного материала. Катушки 4 и 5 соединены между собой электрически последовательно и включены встречно по магнитному полю. Индуктор 2 жестко закреплен к очищаемой поверхности 8, индуктор 3 установлен с зазором 9 к индуктору 2 и закреплен на несущей конструкции 10. В качестве несущей конструкции 10 может быть использована балка, которая своими концами при помощи кронштейнов 11 жестко закреплена к очищаемой поверхности 8 со стороны, противоположной к налипшему или примерзшему сыпучему материалу. Если очищаемая поверхность 8 является очень жесткой за счет большой толщины и наличия ребер жесткости, то индуктор 2 может быть закреплен на упругой пластине (на Фиг. 1 не показана), жестко закрепленной к очищаемой поверхности 8 со стороны налипшего или примерзшего сыпучего материала и имеющей меньшую жесткость, чем окружающая очищаемая поверхность 8. Источник импульсного питания в общем случае содержит зарядное устройство 12, накопительный конденсатор 13, ключ, например, в виде тиристорного коммутатора 14. Накопительный конденсатор 13 для предотвращения его перезарядки может быть зашунтирован диодом 15.
Устройство работает следующим образом. При налипании или примерзании сыпучего материала к поверхности 8 в требуемый для очистки момент времени с помощью зарядного устройства 12 происходит зарядка накопительного конденсатора 13. После достижения напряжения на конденсаторе 13 требуемого значения тиристорный коммутатор 14 переводится в проводящее состояние и по катушкам 4 и 5 индукторов 2 и 3 протекает разрядный ток. Катушки 4 и 5 соединены электрически последовательно, поэтому по ним протекает один и тот же ток. Поскольку катушки 4 и 5 расположены одна напротив другой и включены по магнитному полю встречно, то по их виткам протекают токи противоположного направления. При этом благодаря выполнению корпусов 6 и 7, в которые помещены катушки 4 и 5, из неферромагнитного материала магнитные поля от двух противоположно направленных токов концентрируются в промежутке между катушками 4 и 5, приводя к их отталкиванию. Индуктор 3 закреплен на балке 10, имеющей гораздо большую жесткость по сравнению с участком очищаемой поверхности 8, к которой балка 10 закреплена с помощью кронштейнов 11. Поэтому указанный участок очищаемой поверхности 8 вместе с жестко закрепленным к нему индуктором 2 совершает прогиб в режиме упругой деформации в направлении от индуктора 3. В результате между очищаемой поверхностью 8 и налипшим или примерзшим сыпучим материалом разрушаются адгезионные связи, что приводит к очистке поверхности 8.
После достижения очищаемой поверхностью 8 максимального прогиба, величина которого определяется силой импульсного воздействия, реализуемого исполнительным механизмом заявляемого устройства, геометрическими и конструктивными параметрами очищаемой поверхности (толщина, площадь, ребра жесткости), характеристиками сыпучего материала, в ней возникают силы упругости, стремящиеся вернуть прогнувшуюся поверхность 8 в первоначальное положение. Начинается движение поверхности 8 в направлении индуктора 3. В момент перехода начальной точки перемещения очищаемая поверхность 8 вместе с закрепленным к ней индуктором 2 приобретают максимальную скорость. Однако, благодаря тому, что закрепленный на балке 10 индуктор 3 установлен с зазором 9 по отношению к индуктору 2, при этом переходе не происходит их соударения. Индуктор 2 вместе с очищаемой поверхностью 8 продолжает движение в пределах зазора 9 до крайнего положения, при котором скорость их перемещения снижается до нуля. Затем индуктор 2 вместе с очищаемой поверхностью 8 возвращается в исходное положение. Таким образом, в процессе работы устройства исключается возможность соударения индукторов 2 и 3 друг с другом, что обеспечивает целостность конструкции исполнительных механизмов.
Поскольку индуктор 2 жестко закреплен к очищаемой поверхности 8, которая в совокупности с налипшим или примерзшим сыпучим материалом имеет очень большую массу, то для разгона и перемещения этой массы, то есть осуществления необходимого прогиба поверхности 8, кроме значения амплитуды воздействующего на нее электродинамического импульса отталкивания катушек 4 и 5 важным является длительность этого импульса. Для обеспечения эффективности работы устройства эта длительность должна быть как можно большей. В заявляемом устройстве встречно включенные по магнитному полю катушки 4 и 5 электрически соединены последовательно. Согласно основам электротехники, данное соединение, в отличие от параллельного соединения в прототипе, при незначительном уменьшении амплитуды тока, протекающего через каждую из катушек 4 и 5, дает более чем двукратное увеличение длительности импульса разрядного тока. На Фиг. 2 представлены кривые разрядных токов согласно изображенной на Фиг. 1 схеме источника импульсного питания 1 при параллельно-встречном включении катушек 4 и 5 (кривая 1 - суммарный разрядный ток, кривая 2 - разрядный ток через каждую из катушек 4 или 5) и разрядный ток через каждую из катушек 4 или 5 при последовательно-встречном включении катушек (кривая 3). Такое увеличение длительности разрядного тока при прочих равных условиях (емкость конденсаторной батареи, напряжение срабатывания, конструктивные параметры катушек) позволяет получить, по крайней мере, двукратное повышение к.п.д. заявляемого устройства.
Таким образом, благодаря отсутствию соударений индукторов 2 и 3 между собой, а также получению возможности увеличения длительности силового импульса заявляемое устройство позволяет реализовывать импульсное силовое воздействие на очищаемые поверхности такой амплитуды и длительности, которые обеспечивают гарантированную их очистку в течение длительного срока его эксплуатации при любых конструктивных параметрах очищаемых поверхностей и свойствах налипшего или примерзшего сыпучего материала.