Введение к работе
Актуальность темы
Большой объём в строительстве занимают работы, связанные с бурением отверстий в конструкциях из искусственных и естественных зтроителькых материалов и разрушением бетона, гранита, кирпичной сладки и асфальтных покрытий. Потребность народного хозяйства в ручных электрических машинах ударного действия, по данным Даугав-шлсского завода "Электроинструмент", удовлетворяется на 30-40$. Іашедшие широкое распространение в СССР и за рубежом электрические лашины ударного действия, в которых используются коллекторные двигатели и компрессионно-вакуумные механизмы, преобразующие враща-гельное движение в возвратно-поступательное, обладают удобством эксплуатации, особенно при частых сменах объектов обработки, высокой устойчивостью работы при низких температурах и не требуют до-юлнительных затрат на оборудование питающих сетей. Диапазон энергий удара электромеханических машин ударного действия, выпускаемых этечеотвенной промышленностью в настоящее время, находится в преде-іах от 2 до 25 Дж. Использование в электрических машинах ударного їейотвия электромагнитных двигателей возвратно-поступательного движения позволяет получить ряд дополнительных преимуществ, таких как увеличение удельной ударной мощности, снижение уровня вибрации, по-зышение надёжности работы ударного узла и обеспечение большей ста-$ильнооти выходных характеристик. Отечественной промышленностью ос-5оен выпуск только двух электромагнитных машин с энергиями ударов 2,5 и 4,8 Дк. Создание ручных вибробезопасных электромагнитных ма-шн о большей энергией удара являегоя актуальной научнс-техничеокой іадачей, которая в работе рассматривается на примере создания макет-гого образца электромагнитного молотка о энергией удара 15 Дж,
Цель работы. Разработка научных основ создания ручных эяектро-игнитных 'машин с повышенной энергией ударов и создание макетного ібразца электромагнитного молотка о энергией удара 15 Дж.
Основная идея, обеспечивающая достижение поставленной цели, іанлючается в том, что для увеличения энергии удара и устойчивости «боты электромагнитных машин, питающихся от источников напряжения промышленной частоты, используются рабочие циклы о возвратом, оста-:овкой и удержанием бойка в одном из крайних положений.
Задачи исследования:
- разработать рабочие циклы, позволявшие создать элекгромагнит-ие машины о повышенной энергией ударов и определить область их
применения;
разработать методику инженерного расчёта геометрических размеров и обмоточных данных для выбранной конструктивной схемы ударного узла;
разработать способы и методы измерения, позволяющие определять энергетические параметры электромагнитных двигателей с повышенной энергией ударов;
разработать конструкцию макетного образца электромагнитного молотка на 15 Да.
Методы исследования. В диссертации использовались теоретически! и экспериментальные методы исследований. Определение параметров электромагнитных двигателей с шнимальной массой осуществлялось с помощью физического и математического моделирования.
Научные положения, защищаемые в диссертации
На защиту выносятся следующие научные положения и результаты исследований:
- для создания ручного электромагнитного молотка массой до
10 кг и энергией удара 15 Дж необходимо обеспечить снижение частоты ударов до 25 с ;
фиксация бойка с помощью катушки холостого хода наряду с повышением энергии ударов обеспечивает увеличение стабильности работи электромагнитного молотка;
снижение степени влияния работы электромагнитных машин с повышенной энергией ударов на питающую сеть может быть получено за счёт использования одних и тех же катушек как для разгона бойка в прямом направлешш, гак и для разгона в обратном направлении, что позволяет прикладывать к бойку в течение одного цикла работы большее число силовых импульсов;
введение соотношений геометрических размеров и величины удельных потерь в обмотке, полученных для конкретной конструкции ударного узла,в математическую модель, предназначенную для опредеж ния рациональных параметров электромагнитных двигателей с помощью теории подобая, позволяет разработать инженерную методику поиска геометрических размеров и обмоточных данных электромагнитных ударных узлов с минимальной массой;
использование устройств измерения, в которых осуществляется распознавание элекгричских импульсов, поступающих с контактного датчика, позволяет снизить погрешность измерения энергии удара и автоматизировать процесс определения энергетических параметров электромагнитных машин ударного действия;
- устройства измерения, в которых используются элементы анало
говой техники и коммутирующие блоки, работающие синхронно с испыту
емым электромагнитным .двигателем, обеспечив=ют снижение погрешности
измерений действующего значения тока и потребляемой мощности элект
ромагнитных машин с повышенной энергией ударов и позволяют автома
тизировать процесс определения энергетических параметров электро
магнитных машин ударного действия.
Достоверность приведённых в работе научных положений, выводов, рекомендаций обеспечивается:
теоретическими исследованиями, основанными на использовании классических, неоднократно опробованных методик оптимизации параметров электромагнитных двигателей;
экспериментальными исследовакиями, выполненными с применением современных методов и средств измерения;
совпадением результатов расчёта параметров электромагнитных ударных узлов и результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна заключается в следующем:
Обосновано применение новых, защищенных авторскими свидетельствами способов и устройств управления, позволяющих получать устойчивые режимы работы электромагнитных машин ударного действия с повышенной энергией ударов при изменении напряжения питающей сети и изменении коэффициента отскока бойка от рабочего инструмента,а также снизить степень влияния работы электромагнитных машин на питающую сеть.
Разработана новая методика определения параметров электромагнитных машин с минимальной массой.
Разработаны методы и средства измерений энергетических параметров электромагнитных машин с повышенной энергией ударов, защищенных авторскими свидетельствами, позволяющие автоматизировать процесс накопления и обработки информации и снизить погрешность измерений.
Личное участие автора заключается в анализе существующих рабочих циклов ручных электромагнитных двигателей и в разработке новых рабочих циклов, позволяющих создавать электромагнитные машины ударного действия с повышенной энергией ударов.
Автором разработан ряд способов и устройств управления элект-ромагнигныш двигателями „ обеспечивающих повышение уровня помехозащищённости устройств управления.
Разработана методика расчёта параметров электромагнитных двигателей с минимальной массой, для предложенной автором конструктивной схемы электромагнитного двигателя.
Предложенные автором диссертационной работы способы и методы
определения энергетических параметров позволили создать при непосред ственном участии автора измерительно-испытательный стенд, который используется в ЙГД СО АН СССР для проведения исследований физическиз моделей и определения параметров экспериментальных электромагнитных ударных машин.
При создании экспериментального образца электромагнитного молотка с энергией удара 15 Дж автором осуществлялось непосредственно* руководство и участие в проведении экспериментальных исследований и доводочных работ.
Практическая ценность результатов работы заключается:
в разработке устройств управления электромагнитными машинами ударного действия, позволяющих повысить уровень помехозащищённости устройств;
в разработке инженерной методики определения геометрических размеров и обмоточных данных электромагнитных ударных узлов с минимальной массой;
в создании экспериментального образца электромагнитного молотка с энергией удара 15 Дд, по своим удельным показателям превосходящего серийно выпускаемый Даугавпилсским заводом "Электроинструмент" электромагнитный молоток ИЭ4213 и наиболее близкий зарубежный аналог - молоток HSN -10 фирмы "Бош";
в разработке, создании и внедрении измерительно-испытательного стенда для определения энергетических параметров и проведения исследований электромагнитных двигателей.
Реализация результатов работы
Результаты теоретических и экспериментальных исследований авгО' ра использовались при выполнении хозяйственных договоров Института горного дела СО АН СССР с Даугавпилсским заводом "Электроинструмент при проектировании и изготовлении электромагнитных молотков с энергией ударов 25 Дж и электромагнитного молотка на 15 Дж, при создании измерительно-вычислительных комплексов, иопользуемых в ИГД СО А] СССР, Даугавпилсоком заводе "Электроинструмент" и СКБ ПГ СО АН СССР для определения энергетических параметров экспериментальных образцо и серийно выпускаемых электромагнитных и электромеханических машин ударного действия.
^прпбят^тя работы. Основные положения, работы и результаты иссле дований докладывались и получили одобрение
на Ш совещании по проблеме "Электрические силовые импульсные системы" т.Новосибирск, 1976 г.;
на У совещании "Электрические виброимпульокые сиотемы"
'.Новосибирск, 1984 г.;
на УІ совещании "Электрические виброимпульсные системы" '.Новосибирск, 1987 г.;
на Всесоюзном научно-техническом совещании "Основные направ-:ения повышения технического' уровня и качества ручных машин (меха-изированного инструмента)", г.Даугавпилс, 1986, 1989 г.г.;
на объединённых научно-технических семинарах лабораторий си-:овых электромагнитных импульсных систем, горных и строительных лектромагнитных машин ударного действия и систем управления вибрешу льсныш источниками Института горного дела СО АН СССР, г.Ново-ибирск, 1975-1990 г.г.;
. - на семинаре "Строительные и дорожные машины" Института гор-:ого дела СО АН СССР, Г990 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, і тор.1 числе II' авторских свидетельств на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, че-ырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной ма-ериал изложен на 99 стр. машинописного текста, иллюстрируется 47 ис. и 2 таблицами, сопровождается списки: литературы из 46 наиме-ований. Приложения представлены на 63 стр.
