Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным ударным машинам с возвратно-поступательным движением рабочих органов, используемых для выполнения различных технологических операций при импульсной обработке материалов.

Известен электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения [А.с. 951584 СССР, М Кл Н02К 33/12. Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения / А.И. Прокопенко. - №3235074/24-07; заявл. 01.12.80; опубл. 15.08.82, Бюлл. №30 - 2 с.], содержащий магнитопровод с катушками прямого и обратного хода, немагнитную втулку с размещенным в ней бойком, взаимодействующим с хвостовиком ударного инструмента и буфером.

К недостаткам этого устройства следует отнести, повышенные динамические нагрузки на элементы конструкции электромагнитного двигателя при потере контакта ударного инструмента с обрабатываемой средой, вследствие чего снижается его надежность и производительность.

Известен также электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения [А.с. 782072 СССР, М Кл Н02К 33/12. Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения / А.А. Калашников, Г.А. Кораблев, В.К. Вороненке. - №2625323/24-07; заявл. 05.06.78; опубл. 23.11.80, Бюлл. №43 - 3 с.], содержащий магнитопровод, катушки прямого и обратного хода, боек, циклично взаимодействующий с хвостовиком ударного инструмента и буфером.;

Недостатком этого устройства является то, что импульсная обработка материалов с переменной степенью твердости приводит к нарушению цикличности в работе электромагнитного двигателя вследствие изменения коэффициента отскока бойка при его взаимодействии с хвостовиком рабочего инструмента, что отражается на производительности устройства в целом.

Кроме того, отсутствие защитных устройств блокирующих удары бойка при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой снижает надежность электромагнитного двигателя от динамических нагрузок, разрушающих элементы конструкции двигателя.

Известна электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения [А.с. 1668127 СССР, М Кл B25D 13/00. Электромагнитная машина ударного действия / Е.М. Тимошенко, И.В. Андреев, В.Г. Худолеев, И.Ф. Куликов, А.Л. Осокин, А.А. Перьев. - №4691390/28; заявл. 11.05.89; опубл. 07.08.91, Бюлл. №29 - 2 с.], содержащая корпус с устройством крепления, размещенные в нем электромагнитный ударный узел с рабочим инструментом, блокировочное устройство отключения и устройство управления катушками электромагнитного двигателя. Повышение надежности устройства при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой достигается путем механического блокирования устройства управления питающего катушки электромагнитного двигателя.

Недостатком этого устройства является то, что механическая блокировка и отключение устройства управления при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой не в полной мере решает задачу предохранения элементов конструкции ударного узла вследствие инерционности движения бойка после отключения питающих катушек.

Также при импульсной обработке материалов с переменной степенью твердости производительность устройства в значительной степени зависит от коэффициента отскока бойка, оказывающего влияние на цикличность работы электромагнитного двигателя.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения [А.с. 308690 СССР, М Кл Н02К 33/12. Электрический двигатель возвратно-поступательного движения / В.М. Верховцев, Н.П. Ряшенцев, В.Л. Шерман. - №1403538/24-7; заявл. 11.02.70; опубл. 15.08.75, Бюлл. №30 - 2 с.], содержащий немагнитный корпус, выполненный за одно с устройством крепления хвостовика рабочего инструмента, расположенные внутри немагнитного корпуса магнитопровод с катушками прямого и обратного хода и размещенный внутри направляющей втулки боек, который взаимодействует с хвостовиком рабочего инструмента и подпружиненным буфером.

Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.

К недостаткам этого известного технического решения можно отнести относительно низкую надежность работы электромагнитного двигателя, которая обусловлена отсутствием защитных механизмов в конструкции устройства от динамических нагрузок при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой, а также зависимость цикличности работы электромагнитного двигателя от коэффициента отскока бойка при обработке материалов с переменной степенью твердости, что отражается на производительности всего устройства.

Связано это с тем, что рабочий процесс рассматриваемых устройств осуществляется в режиме вынужденных колебаний. Собственная частота механических колебаний системы согласуется с частотой и длительностью импульсов напряжения поочередно подаваемых на катушки прямого и обратного хода, что обеспечивает цикличность работы всего устройства.

Положение бойка при обратном ходе определяется не только электромагнитным тяговым импульсом катушки обратного хода, но и энергией, полученной бойком при отскоке от рабочего инструмента, которая зависит от степени твердости обрабатываемого материала.

При низкой твердости материала энергии, получаемой бойком при отскоке, может оказаться недостаточно для поддержания режима вынужденных колебаний механической системы и цикличность работы электромагнитного двигателя нарушается, что снижает его производительность.

Задачей изобретения является повышение производительности электромагнитного двигателя при одновременном увеличении его надежности при обработке материала с различной степенью твердости или при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой.

Поставленная задача решается тем, что в электромагнитном двигателе возвратно-поступательного движения, содержащем немагнитный корпус, выполненный заодно с устройством крепления хвостовика рабочего инструмента, расположенные внутри немагнитного корпуса магнитопровод с катушками прямого и обратного хода и размещенный внутри направляющей втулки боек, взаимодействующий с хвостовиком рабочего инструмента и подпружиненным буфером, при этом устройство крепления хвостовика рабочего инструмента выполнено в виде полого цилиндра, внутри которого с возможностью осевого перемещения установлен подпружиненный в сторону бойка демпфирующий сердечник, подвижно связанный с хвостовиком рабочего инструмента, а расстояние x между обращенными в сторону бойка торцевыми поверхностями демпфирующего сердечника и хвостовика рабочего инструмента в начальном положении равно амплитуде рабочего хода последнего.

На чертеже представлен предлагаемый электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения.

Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения содержит немагнитный корпус 1 с размещенными в нем магнитопроводом 2 с катушками прямого 3 и обратного 4 хода и направляющую втулку 5, с установленным в ней бойком 6, взаимодействующим с хвостовиком рабочего инструмента 7 и подпружиненным буфером 8.

Со стороны противоположной буферу 8 к магнитопроводу 2 примыкает жестко связанное с ним устройство крепления 9 хвостовика рабочего инструмента 7, выполненное в виде полого цилиндра, внутри которого с возможностью осевого перемещения установлен демпфирующий сердечник 10, подпружиненный в сторону бойка 6 упругим элементом 11. В центре демпфирующего сердечника 10 выполнено сквозное отверстие, диаметр которого обеспечивает свободное вхождение хвостовика рабочего инструмента 7 выступающего относительно демфирующего сердечника 10 в сторону бойка 6 на расстоянии X. В начальном положении расстояние X между обращенными в сторону бойка 6 торцевыми поверхностями демпфирующего сердечника 10 и хвостовика рабочего инструмента 7 равно амплитуде колебаний последнего.

Электромагнитный двигатель работает следующим образом.

В исходном положении при контакте рабочего инструмента с обрабатываемой средой хвостовик рабочего инструмента 7 поджат в сторону бойка 6.

При подаче импульса напряжения на катушку 4 обратного хода под действием электромагнитных сил боек 6 перемещается в сторону подпружиненного буфера 8 и сжимает его. С отключением катушки 4 обратного хода импульс напряжения подается на катушку 3 прямого хода и под действием электромагнитных сил катушки 3 прямого хода и упругих сил подпружиненного буфера 8 боек 6 перемещается в сторону хвостовика рабочего инструмента 7 и наносит по нему удар. После нанесения удара и отскока бойка 6 от хвостовика рабочего инструмента 7 одновременно подается импульс напряжения на катушку 4 обратного хода.

Далее цикл повторяется, и боек 6 совершает цикличные возвратно-поступательные движения.

Одновременно с бойком 6 колебательные движения получает хвостовик рабочего инструмента 7, скользящий по свободной посадке внутри сквозного отверстия демпфирующего сердечника 10. Так как амплитуда колебаний хвостовика рабочего инструмента 7 не превышает расстояния X, демпфирующий сердечник 10 остается неподвижным.

При уменьшении твердости обрабатываемого материала амплитуда колебаний хвостовика рабочего инструмента 7 будет возрастать. Когда амплитуда колебаний хвостовика рабочего инструмента 7 превысит расстояние X, колебательные движения от соударения с бойком 6 частично будут передаваться подпружиненному демпфирующему сердечнику 10.

Данное техническое решение обеспечивает гарантированный коэффициент отскока бойка для поддержания режима вынужденных колебаний механической системы не зависимо от степени твердости обрабатываемого материала, не нарушая цикличности работы двигателя.

При временной потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой кинетическая энергия бойка 6 гасится подпружиненным демпфирующим сердечником 10, что предохраняет от динамического воздействия элементы конструкции двигателя и повышает его надежность. При этом цикличность работы двигателя не нарушается, а требуемый для поддержания режима вынужденных колебаний коэффициент отскока бойка обеспечивается подпружиненным демпфирующим сердечником.

Жесткость упругого элемента 11 выбирается из условия обеспечения гарантированного коэффициента отскока бойка 6 после нанесения удара по демпфирующему сердечнику 10.

Питание катушек прямого и обратного хода электромагнитного двигателя наиболее просто может быть осуществлено от источника переменного тока промышленной частоты, например, по двухполупериодной схеме выпрямления. При этом катушка 3 прямого хода запитывается положительной полуволной, а катушка 4 обратного хода - отрицательной полуволной выпрямленного напряжения. Для обеспечения цикличности работы электромагнитного двигателя собственная частота механических колебаний системы должна быть синхронизирована с частотой питающего источника.

Таким образом, предложенный электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения позволяет повысить производительность электромагнитного двигателя при одновременном увеличении его надежности при обработке материала с различной степенью твердости или при потере контакта рабочего инструмента с обрабатываемой средой.