ВИБРАТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ
VIBRATOR WITH ELECTROMAGNETIC DRIVE

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для выполнения различных технологических процессов с использованием вибраций.
Известен электромагнитный вибровозбудитель [а.с.1597233 СССР, МКл. В06 В 1/04. Электромагнитный вибровозбудитель // С.Р. Джагаев, Р.Г. Джагаев. - №4418547/24-10; заявл. 12.02.88; опубл. 07.10.90, бюл. №37. - 2 с.], состоящий из размещенного в корпусе электромагнита и якоря, жестко связанного с ярмом, соединенным с корпусом двумя витыми цилиндрическими пружинами, поддерживаемыми плоскими рессорами, закрепленными относительно корпуса через опорный элемент, размещенный по центру ярма со стороны, противоположной электромагниту, причем один край каждой рессоры закреплен относительно корпуса, а другой касается каждого элемента.
К недостаткам известного технического решения электромагнитного вибровозбудителя следует отнести сложность конструкции и ее значительные габариты, а также высокий уровень шума, возникающий от соударения крайних витков и значительное рассеяние энергии, которое обусловлено микросдвигами торцевых частей пружин относительно опорных плоскостей.
Известен электромагнитный вибровозбудитель [а.с.622722 СССР, МКл. B65G 27/18. Электромагнитный вибровозбудитель // А.А. Борьщевский, И.И. Быховский, А.У. Кочиев, С.И. Лукомский, - №1170206/29-33; заявл. 05.06.72; опубл. 19.07.78, бюл. №33. - 3 с.], 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.
К недостаткам известного технического решения электромагнитного возбудителя также следует отнести сложность конструкции и ее значительные габаритные размеры.
Значительные габариты известных технических решений возбудителей вызваны сложностью конструкции механической колебательной системы, состоящей из разнесенных на расстояние, не менее ширины конструкции исполнительного электромагнита двух одинаковых колебательных систем, объединенных в одну общую систему.
Кроме того, с ростом частоты колебаний пропорционально возрастают потери энергии, вызванные вязким трением упругих связей, возникающим в материале конструкции пружин в процессе их сжатия и растяжения.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является вибратор с электромагнитным приводом [Патент РФ 2356647, МКл B06B 1/04. Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом // А.И. Костюк. - 2006103968/28; заявл. 10.02.2006; опубл. 27.05.2009, бюлл. №15. - 7 с.], содержащий соленоидный электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, плита якорной части вибратора расположена между статорной частью вибратора и упорной плитой и соединена с ними упругой системой с возможностью совершения колебаний вдоль оси вибратора, внутри упругой системы размещен электромагнит, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину , которая определяется экспериментально.
Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.
В прототипе решена задача упрощения конструкции и уменьшения габаритов, однако, существенными недостатками прототипа являются значительный уровень шума, возникающий в механической упругой системе содержащей винтовые витые пружины от соударения их крайних витков и значительные потери энергии, возникающие при микросдвигах торцевых частей винтовых витых пружин относительно опорных плоскостей, а также потери энергии в процессе их сжатия и растяжения, вызванные внутренним трением упругих связей, величина которых пропорциональна частоте и амплитуде механических колебаний.
Задачей изобретения является снижение уровня шумов и потерь энергии в механической колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом.
Поставленная задача решается тем, что вибратор с электромагнитым приводом, содержащий соленоидный электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, плита якорной части вибратора расположена между статорной частью вибратора и упорной плитой и соединена с ними упругой системой с возможностью совершения колебаний вдоль оси вибратора, внутри упругой системы размещен электромагнит, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину , которая определяется экспериментально, при этом упругая система выполнена в виде трех чередующихся кольцевых постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, расположенных на одной оси и обращенных один к другому одноименными полюсами, оттакливаемые полярностью, средний из них жестко связан с плитой якорной части вибратора с возможностью совершения колебаний в образованной полости между двумя другими кольцевыми постоянными магнитами, один из которых прикреплен жестко к статорной части вибратора, а второй прикреплен жестко к упорной плите вибратора, при этом якорь электромагнита и плита якорной части вибратора установлены на одной оси с направляющей втулкой, связанной по скользящей посадке со статорной частью вибратора и упорной плитой, выполненными с центральными сквозными отверстиями, имеющими диаметр, равный диаметру направляющей втулки, установленной с возможностью осевого перемещения.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: понизить уровень шумов и потерь энергии в механической колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом. Понижение уровня шумов при одновременном снижении потерь энергии в колебательной системе позволяет создать вибратор с упругой системой, использующей эффект отталкивания полюсов постоянных магнитов одинаковой полярности силами двустороннего магнитного взаимодействия.
Благодаря этому устраняются существенные недостатки прототипа за счет использования в упругой системе вибратора постоянных магнитов, оттакливаемых одноименной полярностью.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез вибратора с электромагнитным приводом.
Вибратор с электромагнитным приводом содержит соленоидный электромагнит 1, статорную часть 2 вибратора, якорь 3, выполненный в виде удлиненного стержня, плиту 4 якорной части вибратора, упорную плиту 5, кольцевые постоянные магниты 6, 7 и 8, направляющую втулку 9 и корпус 10. Электромагнит 1 прикреплен жестко к статорной части 2 вибратора. Якорь 3 электромагнита 1 прикреплен жестко к плите 4 якорной части вибратора и неподвижно сцеплен с направляющей втулкой 9, установленной с ними на одной оси.
Упругая система вибратора состоит из трех чередующихся кольцевых постоянных магнитов 6, 7 и 8 с аксиальной намагниченностью, обращенных один к другому одноименными полюсами, отталкиваемые одинаковой полярностью и размещенных на одной оси с направляющей втулкой 9.
Кольцевой постоянный магнит 6, находящийся в средней части жестко сцеплен с плитой 4 якорной части вибратора с возможностью совершения колебаний вдоль оси в образованной полости между двумя другими кольцевыми магнитами 7 и 8. Кольцевой постоянный магнит 7 прикреплен жестко к основанию статорной части 2 вибратора, а кольцевой постоянный магнит 8 прикреплен жестко к упорной плите 5 вибратора. Направляющая втулка 9 связана по скользящей посадке со статорной частью 2 вибратора и упорной плитой 5, которые выполнены с центральными сквозными отверстиями, имеющими диаметр, равный диаметру направляющей втулки 9.
Положение упорной плиты 5 неподвижно зафиксировано относительно положения статорной части 2 вибратора с помощью корпуса 10.
Вибратор с электромагнитным приводом работает следующим образом. При обесточенном электромагните 1 кольцевой постоянный магнит 6, отталкиваемый полярностью кольцевых постоянных магнитов 7 и 8, занимает положение устойчивого магнитного равновесия, показанного на чертеже. Благодаря существующим жестким связям, плита 4 якорной части вибратора и якорь 3 также занимают положение устойчивого равновесия в упругой системе, обеспечивая при этом гарантированное введение якоря 3 в электромагнит 1 на величину , которая определяется экспериментально.
При подключении электромагнита 1 к источнику пульсирующего или переменного электрического тока возникает пульсирующее магнитное поле. Магнитное поле взаимодействует с ферромагнитным якорем 3 электромагнита 1. Вследствие этого магнитного взаимодействия между якорем 3 и электромагнитом 1 возникает пульсирующая электромагнитная сила. Электромагнитная сила одновременно действует на сцепленные с якорем 3 плиту 4 якорной части вибратора, кольцевой постоянный магнит 6 и статорную часть 2 вибратора.
Под действием электромагнитной силы происходит сближение статорной части 2 и якорной части вибратора, включающей плиту 4, кольцевой постоянный магнит 6 и якорь 3.
При этом сближении происходит нарушение магнитного равновесия в упругой системе кольцевых постоянных магнитов 6, 7 и 8. В этой связи на кольцевой постоянный магнит 6 будет действовать магнитная сила отталкиванияк полярностью и противоположная по направлению движущей электромагнитной силе, стремящаяся вернуть его в положение устойчивого магнитного равновесия.
В моменты времени, когда пульсирующие ток и электромагнитная сила будут стремиться к нулю, кольцевой постоянный магнит 6, отталкиваемый полярностью, а вместе с ним якорная часть вибратора под действием магнитных сил будут возвращать упругую систему в положение устойчивого равновесия, соответствующее обесточенному электромагниту 1.
Частота колебаний вибратора определяется частотой источника электрического тока.
Силы отталкивания, возникающие в упругой системе определяются площадью поверхности обращенных друг к другу полюсов кольцевых постоянных магнитов, а также магнитными свойствами применяемых при их изготовлении материалов.
Вибратор с электромагнитным приводом выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия с помощью направляющего вала, выполненного на концах с двумя резьбовыми соединениями, либо с помощью непосредственного присоединения к основанию статорной части вибратора.
Таким образом, предложенное решение позволяет понизить уровень шумов и потерь энергии в колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом.