| Пріоритети: | Винахід відноситься до техніки приладобудування, а саме техніки формування параметричних коливань в процесі виробництва виробів на основі використання вібрації. Технічний результат – розширення функціональних можливостей за рахунок керування основними параметрами коливань електромагнітного вібратора. Для досягнення даного результату корпус вібратора введена феромагнітна вісь, на якій жорстко встановлені котушки, чергуючись з додатково введеними магнітопроводами, що утворюють статор лінійного асинхронного двигуна. При цьому якір двигуна виконаний порожнистим, охоплює вісь і розташований рухомо на осі між корпусом та котушками. У тілі якоря виконані поздовжні пази, у яких розміщені полюсні наконечники. 2 іл.
Малюнки до патенту Україна 2256514
Винахід відноситься до вібраційної техніки і може знайти застосування промисловості будівельних матеріалів, наприклад для ущільнення бетонних та інших сумішей, а також при виробництві виробів з використанням вібрації.
Відомий електромагнітний вібратор, що містить герметичний закритий корпус, в якому розташований електродвигун та дебалансний збудник коливань, ротор електродвигуна та дебаланс мають загальний вал, що спирається на підшипники кочення [1].
Відоме технічне рішення має малу ефективність роботи через дебалансну схему перетворень обертального руху на коливальне з незміннимипараметрами.
Прототипом винаходу є електромагнітний вібратор, що містить порожнистий корпус - магнітопровід, всередині якого встановлені котушки з якорем і полюсні наконечники зі зміщенням щодо один одного на заданий кут, якір закріплений на пружних елементах, а полюсні наконечники закріплені на внутрішній поверхні корпусу [2].
Недоліком прототипу є низька інтенсивність процесів ущільнення через нерегульованість параметрів коливань.
Винахід дозволяє отримати новий технічний ефект – інтенсифікація процесів ущільнення за рахунок керування параметрами коливань електромагнітного вібратора.
Цей технічний ефект досягається тим, що в корпусі виконана з феромагнітного матеріалу вісь, на якій жорстко встановлені котушки, чергуючись з додатково введеними магнітопроводами, що утворюють статор лінійного асинхронного двигуна, при цьому якір виконаний порожнистим, охоплює вісь і рухомо розташований на осі між корпусом і котушками У тілі якоря виконані поздовжні пази, в яких розміщені полюсні наконечники.
Запропонований електромагнітний вібратор має істотну відмінність від відомих пристроїв, що полягає в постачанні його циліндричним лінійним асинхронним двигуном, у якого статор складається з рухомого і нерухомого частин, між якими встановлений якір двигуна. Ця відмінність дозволяє використовувати електромагнітні процеси в лінійному асинхронному двигуні безпосередньо для електромагнітного притиску частин статора та подальшого переміщення якоря на пружних елементах між ними. Зазначений момент дозволяє використовувати високодинамічні та енергетично ефективні резонансні процеси у приводі запропонованого вібратора для організації режимів та форми коливанькорпуса електромагнітного вібратора, у результаті забезпечується інтенсифікація процесів ущільнення з допомогою вибору оптимальних параметрів коливань.
На фіг.1 зображено електромагнітний вібратор, загальний вигляд, у розрізі, на фіг.2 - вид А на фіг.1.
Електромагнітний вібратор має порожнистий корпус 1, виконаний з феромагнітного матеріалу, всередині якого розташовані полюсні наконечники 2 і феромагнітна вісь 3. Полюсні наконечники 2 жорстко з'єднані з корпусом 1. На осі 3 корпусу жорстко встановлені котушки 4 з кільцеподібними обмотками, що охоплюють вісь 4. чергуються із зубцями 5, набраними з листів електротехнічної сталі і жорстко насадженими на вісь 3. Вісь 3 центрується щодо корпусу 1 за допомогою наконечників 6 та 7 вібратора. Наконечники 6 і 7 жорстко з'єднані з корпусом 1 і віссю 3. Вісь 3 виконана порожнистою, всередині неї розташований струмопровідний кабель 8 трифазної системи напруги, що надходить від станції управління (не показана), до котушок 4. Котушки 4, зубці 5, корпус 1, полюсні наконечники 2 та вісь 3 утворюють статор лінійного асинхронного двигуна (ЛАД). Наконечники 9, 10 і циліндр 11 утворюють якір ЛАД.
Наконечники 9 і 10 якір виконані масивними з матеріалу з високою електропровідністю, наприклад міді. Вони охоплюють вісь 3 і можуть переміщуватися поздовжньо щодо осі 3. Наконечники 9 і 10 жорстко з'єднані з порожнистим феромагнітним циліндром 11. З внутрішньої сторони, зверненої до котушок 4, циліндр 11 покритий металом з високою електропровідністю, наприклад міддю 12. У циліндрі 11 виконані осі 3 поздовжні пази 13. Кількість пазів 13 більше двох і дорівнює кількості полюсних наконечників 2. Причому пази 13 рівнорозташовані. У пазах 13 розміщені полюсні наконечники 2. Між наконечниками вібратора 6 і 7наконечниками 9 і 10 якоря встановлені з зазором пружні елементи 14 і 15. Полюсні наконечники 2 розташовані в середній частині вібратора і дорівнюють довжині зубців 5 з котушками 4 статора ЛАД. Поздовжні пази 13 виконані по довжині циліндра 11, що дорівнює відстані між наконечниками 9 і 10 якоря. На наконечниках 6 і 7 вібратора з боку наконечників 9 і якоря 10 встановлені протиударні прокладки 16, наприклад, з полімеру.
Електромагнітний вібратор працює в такий спосіб. При подачі трифазної системи напруги на котушки 4 статора ЛАД створюється магнітне поле, що біжить, в залежності від порядку чергування фаз в одну або іншу сторону, наприклад у бік пружного елемента 15. Під дією магнітного поля полюсні наконечники 2 притягуються до зубців 5, вибирається повітряний зазор між ними, і вони лягають на зубці 5, при цьому деформується корпус 1. Одночасно під дією магнітного поля, що біжить, в циліндрі 11 виникають електрорушійні сили, під дією яких в тілі циліндра 11 з'являються струми. Взаємодія струмів циліндра 11 якоря з біжить магнітним полем створює силу, прикладену до циліндра 11 і спрямовану в бік поля, що біжить, в нашому випадку в бік пружного елемента 15. Під дією цієї сили якір починає рухатися щодо осі 3, стискаючи пружний елемент. -то момент часу, що визначається режимом роботи станції управління (не показана), станція управління відключає котушки 4 ЛАД від трифазної системи напруги. Припиняється деформація корпусу 1 статора. Попередньо стиснутий пружний елемент 15 розтискається, потенційна енергія повертається якорю, і він починає рухатися у бік пружного елемента 14. Станція управління через якийсь час знову включає ЛАД до трифазної мережі напруги. Створюється знову біжитьмагнітне поле. Полюсні наконечники 2 деформують корпус 1, охоплюючи котушки 4 з зубцями 5, а якір ЛАД отримує імпульс сили, спрямований у бік пружного елемента 15. Якийсь момент часу після початку деформації пружного елемента 15 станція управління повторно відключає ЛАД від трифазної системи напруг. Припиняється деформація корпусу 1, попередній стислий пружний елемент 15 починає розтискатися, переміщуючи якір у бік пружного елемента 14. Описаний процес повторюється.
Таким чином, при роботі корпус 1 вібратора здійснює коливальні рухи, причому складної форми: коли частини корпусу 1 в місці розташування полюсних наконечників 2 стискаються, одночасно частини корпусу між 1 полюсними наконечниками 2 розтискаються. Характер і форма цих коливань визначатиметься кількістю полюсних наконечників 2 корпусі 1 вібратора. Чим більша кількість полюсних наконечників 2, тим менше амплітуда деформацій корпусу 1 і навпаки. Кількість полюсних наконечників 2 через сказане визначатиметься технологічними умовами. Частота деформації корпусу 1 вібратора визначається частотою включень ЛАД.
При включенні ЛАД, через крайових ефектів, має місце зміна величини тяжіння полюсних наконечників 2 до зубців 5 від середнього значення з частотою, кратної частоти мережі живлення. Ці високочастотні коливання, що мають місце при включенні ЛАД, через полюсні наконечники 2 передаються корпусу 1 у вигляді високочастотних вібрацій, тим самим сприяють досягненню технічного ефекту - інтенсифікації процесів ущільнення. При роботі вібратора якорь, що коливається, створює змушуючу силу, під дією якої вібратор здійснює поздовжні коливання, що передаються робочій суміші при зануренні в неї вібратора. При необхідності змінюючипорядок чергування фаз напруги, що подається станцією управління котушкам 4, можна прикладати до якоря імпульс сили в протилежному попередньому напрямку (у напрямку пружного елемента 14). Тим самим вимушуюча сила, створювана якорем, сприятиме руху вібратора в протилежному напрямку, що розширює технологічні можливості його застосування.
Частоту включення ЛАД (f вкл ) регулюють станцією управління і може бути більшою або меншою щодо частоти власних коливань рухомого якоря (f 0 ), яка визначається жорсткістю (З) пружного елемента 14 або 15 і масою рухомого якоря (М):
При f вкл = f 0 вібратор працюватиме в режимі резонансу, а отже, матиме високі динамічні та енергетичні показники.
Підвищення енергетичних показників ЛАД вібратора сприятимуть виконання полюсних наконечників 9 і 10 якоря з високоелектропровідного матеріалу (наприклад, мідь) та покриття з міді внутрішньої поверхні циліндра 11.
Прокладки 16 з полімеру забезпечують герметичність корпусу 1 і запобігають руйнуванню наконечників 9 і якоря 10 при можливому зіткненні з наконечниками 6 і 7 вібратора. Полюсні 2 наконечники з корпусом 1 можуть бути з'єднані зварюванням, а наконечники вібратора 6 і 7 з корпусом 1 різьбленням. Наконечники 9 і якоря 10 з'єднаються різьбленням з циліндром 11. Станція управління може бути реалізована на основі відомих безконтактних пускачів.
Джерела інформації, прийняті до уваги при експертизі.
1 Вібратор електромеханічний глибинний спеціальний ІВ-95А (ТУ 22-4666-80), Галузевий каталог. Випуск 2, 1988. Серія 7. Будівельний механізований ручний інструмент, оздоблювальні машини та вібратори.
2 Авторське свідоцтво СРСР №1530267 кл.,06 О 1/04, 23.12.89. Бюл. №47. Електромагнітний вібратор. (Прототип).
3 Поскребко О.О. Безконтактні комутатори та регулюючі напівпровідникові пристрої на змінному струмі. - М: Енергія, 1978. - 58 с.
4 Веселовський О.М. та ін Лінійні асинхронні двигуни / О.М.Веселовський, А.Ю.Коняєв, Ф.Н.Сарагулов. - М.: Вища школа, 1999. - 256 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Електромагнітний вібратор, що містить порожнистий корпус - магнітопровід, усередині якого встановлені котушки з якорем і полюсні наконечники зі зміщенням щодо один одного на заданий кут, якір закріплений на пружних елементах, а полюсні наконечники закріплені на внутрішній поверхні корпусу, що відрізняється тим, що в корпусі розташована виконана з феромагнітного матеріалу вісь, на якій жорстко встановлені котушки, чергуючись з додатково введеними магнітопроводами, що утворюють статор лінійного асинхронного двигуна, при цьому якір виконаний порожнистим, охоплює вісь і розташований рухомо на осі між корпусом і котушками, в тілі якоря виконані поздовжні пази, в яких розміщені інші полюсні наконечники.
