CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 265 1973
ИМПУЛЬСНОЕ ННДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКОЕ
УСТРОЙСТВО С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ЭНЕРГИЕЙ И ЧАСТОТОЙ
УДАРОВ
В. В. ИВАШИН, А. М. ЕЛЕНКИН
(Представлена научньш -семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
В последние годы все большее внимание уделяется развитию и исследованию электрических машин с возвратно-поступательным характером движения якоря, 'Используемых в ударных механизмах [1]. В результате исследований индукционно-динамических двигателей, проводившихся в НИИ ЯФ ТПИ 'В течение ряда лет [2, 3], было разработано и изготовлено импульсное устройство для создания больших ударных нагрузок -на испытуемом образце грунта с целью определения его вибрационных характеристик.
Параметры устройства
№ п.п.
Параметры
Величина
1. Энергия соударения
2. Частота ударов
3. Питание
4. Вес ударного узла
5. Вес якоря
6. Вес схемы питания
7. Электромеханический к. п. д.
8. Потребляемая мощность
25 дж или 55 дж 3,5-;- 15 гц трехфазное, 380 в, 22 кг 4 кг 25 кг 20%
не более 5 кет
50 ги
Устройство состоит из непосредственно ударного узла (рис. 1) и схемы питания, выполненной в виде отдельного блока (рис. 2).
Ударный узел состоит из якоря 1, амортизирующей прокладки 2, индуктора с двумя катушками 3 и возвратной .пружины с регулируемым усилием 4. Индуктор собран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеет наружный диаметр 160 мм и длину 140 мм; катушки намотаны шинкой ПСД по 68 витков каждая, соединены последовательно с общим активным сопротивлением 0,14 ом; листы индуктора и катушки залиты эпоксидной смолой; якорь выполнен из стали 9ХС диаметром 60 мм, имеет восемь продольных пазов глубиной 15 мм; в тело якоря впаяны два медных кольца, усиленные бронзовыми бандажами.
На рис. 1, б лредставлена кривая индуктивности индуктора в функции перемещения якоря, снятая экспериментально при ненасыщенном магнитопроводе ударного узла. В исходном положении якорь удерживается возвратной пружиной в левом крайнем положении. При лоступ-
5 Ю /5 20 25 30 Перемещение якоря, мм
Рис. 1. а) Ударный узел, б) Зависимость индуктивности индуктора от ¡положения якоря.
5806
пу
ваг—»—о
Стоп 1—>
Пуск О
МП
Б!Г
5
тм 4,
2206 ¡? /7/ П2 П3
' I аЛ
«ва С
Рис. 2. а) Схема питания, б) Схема управления ударным
устройством
лении в катушки статора импульса тока от схемы питания якорь начинает перемещаться вправо под действием электромагнитных сил, возникающих между катушками и короткозамкнутыми медными витками якоря, разгоняясь до некоторой скорости, и затем производит удар по испытуемому образцу или ло амортизирующей прокладке. Возврат якоря в исходное положение происходит под действием усилия возвратной пружины. В данном случае использовалась пружина с усилием 8—12 кг, что вполне достаточно для возврата якоря за ~ 30 м сек. При необходимости возврат якоря можно производить под действием магнитных сил за более короткое время, что позволит увеличить частоту следования ударов до 50—60 гц.
Схема питания ударного устройства (рис. 2. а) состоит из двух батарей конденсаторов ¿1 и С2 ло 3000 мкф каждая, тиристора Т, рабочей обмотки ударного устройства В, закорачивающего диода Д с коммутирующим дросселем Др2, зарядного дросселя Дрь зарядных диодов Дм, магнитного пускателя МП с кнопками управления, закорачивающих контактов К и сопротивления И. С помощью пакетного выключателя П батарея конденсаторов С2 при необходимости может быть отключена. При нажатии на кнопку «пуск» включается магнитный пускатель МП и конденсаторная батарея заряжается через диоды Дм и дроссель Дрь При поступлении управляющего импульса на тиристор Т конденсаторная батарея разряжается через рабочую обмотку ударного устройства. В момент перехода напряжения на конденсаторе через нуль открывается диод Д, и после перемагничивания дросселя Др2 тиристор Т запирается под действием небольшого отрицательного напряжения на конденсаторной батарее. Затем ток в контуре: рабочая обмотка В — дроссель Др2 — диод Д затухает, а конденсаторная батарея начинает снова заряжаться от электросети. При поступлении следующего управляющего импульса на тиристор Т процесс повторяется. При нажатии на кнопку «стоп» магнитный пускатель отключает зарядные диоды Дм от электрической сети и замыкает контакты К. Конденсаторная батарея быстро разряжается через дроссель Др1 и сопротивление Н.
Рабочее напряжение на конденсаторной батарее Сь составленной из конденсаторов К50-ЗИ, 310 вольт. При необходимости схема позволяет увеличивать в 2 раза силу удара путем форсировки режима работы, с помощью увеличения напряжения на конденсаторах до 400— 450 е.
Схема управления работой тиристора (рис. 2, б) состоит из тумблера Тм, диода Дь ограничительного сопротивления Н, трех потенциометров Пь П2 и П3, конденсатора С, переключающего диода Д2 и импульсного трансформатора Тр.
При включении тумблера Тм конденсатор С начинает заряжаться от электрической сети через диод Дь сопротивление И и потенциометры П-,—П3. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения переключения диода Д2, последний открывается, и конденсатор разряжается через обмотку импульсного трансформатора Тр. Со вторич-ной обмотки трансформатора упра(вляющий импульс через диод ¡подается на тиристор Т схемы питания ударного устройства. Частоту повторения импульсов можно регулировать с помощью потенциометров П1—П3.
На рис. 3 представлена осциллограмма процесса ускорения якоря. Осциллограмма снята при ударе якоря об амортизирующую прокладку. В конце хода якоря наблюдается магнитное торможение якоря, сопровождающееся появлением плоской части в кривой тока, Это торможение уменьшает ударную нагрузку на корпус ударного узла при холостых ударах и вызвано вдвиганием медного кольца в следующую
по ходу движения катушку. На рис. 4 представлен общий вид ударного устройства.
Рис. 3. Осциллограмма процесса ускорения якоря при емкости батареи 6000 мкф. I — ток в рабочей обмотке индуктора (амплитуда то-тока 420 а). 2 — напряжение на зажимах индуктора. 3 — скорость движения якоря. Масштаб времена по оси ординат: 1 большое деление соответствует 2 мсек
Рис. 4. Общий вид ударного узла с вынутым якорем
При испытании устройства с ПВ 10—15% было установлено, что все элементы схемы питания и конструкции обладают достаточной -надежностью. При исследовании ударного узла на стенде была достигнута энергия удара 200 дж при ¡к. п. д. электромеханического преобразования энергии конденсатора 34%. Разработанное ударное устройство может быть использовано в ударных машинах различного назначения. Его особенностью является возможность регулирования частоты ударов в диапазоне 0—15 (50) гц и высокая удельная мощность, существенно превосходящая удельную мощность известных электромагнитных соленоидных машин [1]. В ряде случаев устройство ударного действия описанного типа может успешно конкурировать с пневматическими машинами ударного действия, в отличие от которых не требует громоздкого и дорогого вспомогательного компрессорного оборудования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н. П. Ряшенцев, П. М. Алабужев и др. Ручные электрические машины ударного действия, М., «Недра», 1970,
2. В. В. Ивашин, А, И. Б луд о в, А. М. Е л е и к и н. Вентильно-меха-нический аппарат для коммутации больших импульсных мощностей. Изв. ТПИ, т. 160, 1966.
3. В. В. Ивашин, А. М. Е л е н к и н. Разработка и исследование индук-ционно-динамического двигателя в.п.д. для машин ударного действия. Научный отчет НИИ ЯФ ТПИ, Сб. рефератов НИР, № 17—18, 1971.
