электромагнит

Формула изобретения

Электромагнит постоянного тока, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом и направляющей втулкой из антифрикционного немагнитного материала, фланец с проходным отверстием, втяжной якорь со штоком, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа и направляющей втулкой крышки, отличающийся тем, что на выступающем над наружной торцевой поверхностью крышки участке штока закреплен регулируемый упор, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки концентрично со штоком установлен упругий деформируемый элемент, дополнительная нагрузка (F_y) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток от пружины тормоза обеспечивает общую нагрузку (F₁ + F_y), характеристика которой параллельна касательной к статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря, а максимальное значение общей нагрузки (F_{1 макс} + F_{y макс}) равно 0,8-0,9 F_{2 макс.}.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, в частности к конструкциям электроприводов колодочных тормозов подъемно-транспортных машин и механизмов.

Известен электромагнит постоянного тока /1/, содержащий катушку управления, размещенную в цилиндрическом корпусе с центральным стержнем, на оси которого расположена немагнитная втулка, направляющая движение штока с консольно закрепленным якорем, имеющим форму диска и образующим с внешним и внутренним полюсами корпуса два плоских рабочих зазора. Электромагнит закрепляется на одном из рычагов колодочного тормоза, а возврат якоря в исходное положение осуществляется воздействием пружины и штоком тормоза на шток электромагнита.

Недостатком этого электромагнита является крутая статическая тяговая характеристика, значительно превышающая на большей части хода якоря усилие возвратной пружины тормоза. Это вызывает увеличение массы электромагнита, а при его отключении приводит к увеличению времени задержки якоря и значительным динамическим нагрузкам при замыкании тормоза /1, 3/.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электромагнит /2, 3/ постоянного тока, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом и направляющей втулкой из антифрикционного немагнитного материала, фланец с проходным отверстием, втяжной якорь со штоком, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа и направляющей втулкой крышки. Электромагнит закрепляется на одном из рычагов колодочного тормоза, а возврат якоря в исходное положение осуществляется воздействием пружины и штока тормоза на шток электромагнита.

Недостаток конструкции электромагнита, выбранного в качестве прототипа, заключается в том, что его статическая тяговая характеристика, начиная с зазоров между стопом и якорем, равных 0,2-0,3 величины номинального хода якоря, значительно превышает усилие возвратной пружины тормоза. Это приводит при отключении электромагнита к увеличению времени задержки якоря и существенным динамическим нагрузкам при замыкании тормоза /1, 3/.

Предлагается электромагнит постоянного тока, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом и направляющей втулкой из антифрикционного немагнитного материала, фланец с проходным отверстием, втяжной якорь со штоком, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа и направляющей втулкой крышки, при этом на выступающем над наружной поверхностью крышки участке штока закреплен регулируемый упор, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки концентрично со штоком установлен упругий деформируемый элемент, дополнительная нагрузка (F_у) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_у), характеристика которой параллельна касательной статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9F_{2 макс}.

Предлагаемый электромагнит отличается от прототипа тем, что на выступающем над наружной торцевой поверхностью крышки участке штока закреплен регулируемый упор, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки концентрично со штоком установлен упругий деформируемый элемент, дополнительная нагрузка (F_У) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_У), характеристика которой параллельна касательной к статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9F_{2 макс}.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает значительное увеличение усилия, противодействующего тяговому усилию в конце хода якоря, что приводит при отключении катушки управления к соответствующему уменьшению времени задержки якоря и увеличению тока, при котором начинается отход якоря. Увеличение тока в катушке управления при обратном ходе якоря создает дополнительное электромагнитное демпфирование якоря и уменьшает динамические нагрузки при замыкании тормоза.

Сравнение заявляемого решения с другими известными решениями в данной области позволило выявить, что у заявляемого устройства появились новые свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “существенные отличия”.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан разрез электромагнита, катушка управления выключена; на фиг.2 представлены: статическая тяговая характеристика электромагнита (F₂/F_Н), механическая характеристика пружинной нагрузки тормоза на шток якоря (F₁/F_Н), характеристика дополнительной нагрузки на шток якоря от упругого демпфируемого элемента (F_У/F_Н), характеристика общей нагрузки (F₁+ F_У)/F_Н в функции хода якоря (/_н), где F_Н и _Н - соответственно номинальные тяговое усилие электромагнита и ход якоря.

Электромагнит постоянного тока содержит корпус 1 с расположенной в нем катушкой управления 2, опорный фланец 3 с неподвижным стопом 4 и направляющей втулкой 5 из антифрикционного немагнитного материала, фланец 6 с проходным отверстием, втяжной якорь 7 со штоком 8, зафиксированным от радиальных перемещений направляющей втулкой стопа 4 и направляющей втулкой 9 крышки 10, при этом на выступающем над наружной торцевой поверхностью крышки 10 участке штока 8 закреплен регулируемый упор 11, а между ним и наружной торцевой поверхностью крышки 10 концентрично со штоком 8 установлен упругий деформируемый элемент 12, дополнительная нагрузка (F_У) от деформации которого вместе с нагрузкой (F₁) на шток 8 от пружины тормоза обеспечивают общую нагрузку (F₁+F_Н), характеристика которой параллельна касательной к статической тяговой характеристике (F₂) электромагнита в конечном положении якоря 7, а максимальное значение общей нагрузки (F_1макс + F_yмакс)=0,8-0,9 F_2макс.

Электромагнит работает следующим образом. При включении катушки управления 2 на якорь 7 начинают действовать электромагнитные силы. С момента, когда равнодействующая осевых составляющих электромагнитных сил преодолеет силы трения и нагрузку от пружины тормоза (F₁) на шток 8, начинается втягивание якоря 7 со штоком 8, связанным с приводом тормоза. Когда зазор между якорем 7 и стопом 4 уменьшится до значения _У=l_K-l_y, начинает деформироваться упругий элемент 12 и, в следствии этого, через упор 11 на шток 8 начинает действовать дополнительная нагрузка (F_У). В конечном положении якоря 7, когда деформация упругого элемента 12 l_y=_y, общая нагрузка на шток 8 от пружины тормоза и упругого элемента 12 достигает своего максимального значения (F_1макс+F_{y макс})=0,8-0,9 F_{2 макс}. Достигнутое значительное увеличение нагрузки, противодействующей тяговому усилию в конце хода якоря 7 обеспечивает при отключении катушки управления 2 соответствующее уменьшение времени задержки якоря 7 и увеличение тока в катушке 2, при котором начинается отход якоря 7. Увеличение тока в катушке 2 при обратном ходе якоря 7 создает условия соответствующего дополнительного электромагнитного демпфирования якоря 7 и уменьшения динамических нагрузок при замыкании тормоза.

В предлагаемой конструкции упругий деформируемый элемент 12 выполнен набором тарельчатых пружин или изготавливается из применяемых для изготовления буферных устройств сортов резины или полиуретана. Оптимальным вариантом выполнения предлагаемого устройства является вариант электромагнита со схемой, в которой предусмотрено закорачивание обмотки катушки 2 при ее отключении.

Примером такого варианта является электромагнит со встроенным выпрямителем (диодным мостом). В данном варианте отключение электромагнита осуществляется разрывом цепи переменного тока на входе выпрямителя, при этом автоматически обеспечивается закорачивание обмотки катушки 2 при отключении электромагнита.

Технические параметры оптимального варианта выполнения предлагаемого устройства и его характеристики получены при проведении сравнительных испытаний. В качестве прототипа принят электромагнит МПТ-317 /2, 3/ со статической тяговой характеристикой, близкой к характеристике F₂/F_Н, представленной на фиг.2 _Н=6 мм, F_Н=2300 Н, F_{2 max}=3900 Н). Предлагаемая конструкция отличается от прототипа тем, что в соответствии с изобретением на штоке 8 закреплен регулируемый упор 11, а между ним и крышкой 10 концентрично со штоком 8 установлен упругий деформируемый элемент 12, состоящий из четырех шайб толщиной 3 мм (l_У=12 мм) из резины средней твердости. Жесткость упругого деформируемого элемента 12 с=800 Н/мм.

Для максимальной пружинной нагрузки на шток 8 якоря 7 от испытательного стенда, имитирующего тормоз (F₁=2000Н, F_{1 макс}=2300Н) l_к=16,5 мм, l_y=_Н-(l_К-l_y)=1,5 мм, F_{y макс}=c.l_y=1200Н, (F_{y макс}+F_{1 макс})=3500Н=0,89 F_{2 макс}.

Для нижнего значения нагрузки на шток 8 от испытательного стенда (F₁=1200H, F_{y макс}=1500Н) l_к=15,5 мм, l_y=2,5 мм, F_{y макс}=2000Н, (F_{y макс}+F_{1 макс})=3500Н.

Регулировка упора 11 обеспечивает наладку размера l_к с учетом фактических размеров узлов и деталей электромагнита и заданной нагрузки пружины стенда (тормоза).

По итогам сравнительных испытаний в указанном диапазоне пружинной нагрузки стенда (тормоза) установлено, что оптимальный вариант предлагаемого устройства обеспечивает при отключении электромагнита уменьшение времени задержки якоря (t_зв) в 3-4 раза, увеличение тока начала отхода якоря в 2,4-5,0 раза, увеличение времени движения при обратном ходе якоря (t_дв) в 1,3-1,6 раза, уменьшение времени возврата якоря t_в=t_зв+t_дв в 1,32-1,6 раза, уменьшение энергии удара при замыкании тормоза в 1,5-2,5 раза.

Таким образом экспериментально установлено, что предлагаемая конструкция обеспечивает электромагнитное демпфирование отхода якоря при отключении электромагнита разрывом цепи переменного тока на входе выпрямителя (диодного моста), питающего катушку управления, уменьшает время задержки якоря в 3-4 раза и снижает динамические нагрузки при замыкании тормоза в 1,5-2,5 раза.

Источники информации

1. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. - М.: Машгиз, 1976, с.48-54, 143-149, 177-180.

2. Патент России №2082243, кл. МПК Н 01 F 7/08, 7/13, 7/16, 17.05.95.

3. Костромин А.Д., Надеев А.Ф. Комплексное решение проблем электропривода колодочных тормозов ТКП 100, 200/100, 200, 300/200, 300. - Подъемно-транспортное дело, 1997, №1, с.22-25.