Выбор параметров электромагнитного ударного узла перфоратора

Применение в горной и строительной отраслях регулируемых электромагнитных ударных узлов перфораторов обеспечивает высокую производительность при бурении шпуров и отверстий ударно-вращательным способом. В исследованиях рассмотрены вопросы рационального проектирования электромагнитных ударных узлов перфораторов и выбора его основных параметров по заданной энергии удара. Объектом исследования является ударный узел перфоратора, реализованный по схеме однокатушечного электромагнитного привода с упругим возвратом бойка, получающий питание от промышленной сети 50 Гц. На основе результатов обобщения существующего опыта теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в разное время, разработана усовершенствованная методика для расчета основных параметров электромагнитного ударного узла перфоратора. Первый этап предварительного расчета основан на определении геометрических параметров электромагнитного ударного узла и обмоточных данных катушки возбуждения. Второй этап поверочного расчета основан на оценке энергии удара и коэффициента полезного действия. В отличие от существующих подходов поверочный расчет выполняется с использованием созданной динамической модели ударного узла, позволяющей производить анализ рабочего процесса и его визуализацию. Использование подобного подхода позволяет осуществлять расчет основных параметров ударных узлов с приемлемой для практики точностью, уменьшает затраты времени и средств на их разработку, а также повышает качество проектирования.

Нейман В. Ю., Нейман Л. А. Выбор параметров электромагнитного ударного узла перфоратора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 129—142. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_129.

Нейман Владимир Юрьевич¹ — докт. техн. наук, заведующий кафедрой, http://orcid. org/0000−0002−8433−1610, e-mail: nv_nstu@mail.ru;
Нейман Людмила Андреевна¹ — докт. техн. наук, профессор, http://orcid. org/0000−0002−3442−6531, e-mail: neyman31@gmail.com;
¹ Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20, Россия.

Нейман В. Ю., e-mail: nv_nstu@mail.ru.

1. Ижбулдин Е. А., Абрамов А. Д. Ручной электрический ударный инструмент для реализации виброударных технологий в транспортном машиностроении и строительстве // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2017. — Т. 21. — № 1 (120). — С. 32—39. DOI: 10.21285/1814−3520−2017−1-32−41.

2. Abramenkov D. E., Popov N. A., Abramenkov E. A. Methodology for evaluating energysaving technical solutions of impact machines and equipment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. VIII International Scientific Conference Transport of Siberia, 2020, article 012134. DOI: 10.1088/1757−899X/918/1/012134.

3. Ануфриев А. С., Певчев В. П. Моделирование процесса соударения якоря с индуктором в импульсном электромагнитном сейсмоисточнике // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. — 2018. — № 2 (58). — С. 101—109.

4. Усанов К. М., Каргин В. А., Волгин А. В., Моисеев А. П. Оценка режимов работы электромагнитных ударных машин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2020. — № 10(192). — С. 137—142.

5. Gumenyuk V., Dobroborsky B., Gumenyuk O., Krupyshev M. Providing high speed drilling of boreholes with portable pneumatic rock drills in emergency situations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 666, article 012094. DOI: 10.1088/1757−899X/666/1/012094.

6. Абидов А. О., Исманов О. М. Mатематическая модель электромеханического перфоратора с ударно-поворотным механизмом // Бюллетень науки и практики. — 2019. — Т. 5. — № 5. — С. 233—240. DOI: 10.33619/2414−2948/42/31.

7. Neyman L. A., Neyman V. Y. Calculation of the Vibration Activity of Design Elements of a Synchronous Impact Electromagnetic Machine with a Striker Inertial Reversal // Russian Electrical Engineering. 2021, vol. 92, no. 6, pp. 302—307. DOI: 10.3103/S1068371221060043.

8. Usanov K. M., Volgin A. V., Kargin V. A., Moiseev A. P., Chetverikov E. A. Electric converters of electromagnetic strike machine with battery power // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 327, article number 052031. DOI: 10.1088/1757−899X/327/5/052031.

9. Нейман В. Ю. О максимальной скорости движения ферромагнитного якоря соленоидного электромагнита // Электротехника. — 2023. — № 5. — С. 13—17. DOI: 10.53891/00135860_2023_5_13.

10. Иванов И. П., Самуилов Д. В., Свинцов Г. П., Федимиров А. А., Шпаков Е. В. Усовершенствованная методика проектирования токопроводящих частей электромагнитных контакторов // Вестник Чувашского университета. — 2021. — № 3. — С. 73—82. DOI: 10.47026/1810−1909−2021−3-73−82.

11. Аполлонский С. М., Куклев Ю. В. Электрические аппараты управления: Монография. — М.: Изд-во «Русайнс», 2016. — 318 с.

12. Caseiro L., Caires D., Mendes A. Prototyping power electronics systems with zynqbased boards using Matlab/Simulink A complete methodology // Electronics. 2022, vol. 11, no. 7, article 1130. https://doi.org/10.3390/electronics11071130.

13. Semenov A., Semenova M., Bebikhov Y., Egorov A., Vasilyev P., Kharitonov Y. Vibrating feeder electromagnetic drive model implemented in MatLab/Simulink // 2021 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS). IEEE, 2021, pp. 88—92. DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657343.

14. Shneen S. W., Aziz G. A. Simulation model of 3-phase pwm rectifier by using MATLAB/SIMULINK // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2021, vol. 11, no. 5, pp. 3736–3746. DOI: 10.11591/ijece.v11i5. pp. 3736−3746.

15. Nazaruddin N., Siallagan R. Software engineering development of finite element method programming applications in 2d frame structures using python programs // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2049, article 012031. DOI: 10.1088/1742−6596/ 2049/1/012031.

16. Shevchenko V. P., Babiychuk O. B., Boltenkov V. O. Study of current transformers magnetic field by method final elements using the FEMM software complex // Applied aspects of information technology. 2019, vol. 2(4), pp. 317—327.

17. Krutikov K. K., Rozhkov V. V. Features of electrical and magnetic skin effect modeling from alternating electromagnetic fields in FEMM // Russian Electrical Engineering. 2020, vol. 91, no. 12, pp. 781—785. https://doi.org/10.3103/S106837122012010X.

18. Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Линейные синхронные электромагнитные машины ударного действия: Монография. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2021. — 480 с.

19. Le Roux P. F., Ngwenyama M. K. Static and Dynamic simulation of an induction motor using Matlab/Simulink // Energies. 2022, vol. 15, no. 10, p. 3564. https://www.mdpi. com/1996−1073/15/10/3564.

20. Shao L., Karci A. E. H., Tavernini D., Sorniotti A., Cheng M. Design approaches and control strategies for energy-efficient electric machines for electric vehicles — A review // IEEE Access. 2020, vol. 8, pp. 116900–116913. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2993235.