一种电磁冲击振动体、控制方法及电磁凿岩机与流程

本发明涉及钻凿，特别是涉及一种电磁直驱式凿岩机及控制方法。

背景技术：

1、凿岩机，是一种用来开采石料、挖掘隧道的工具。它在岩层上钻凿出炮眼，以便放入炸药去炸开岩石，从而完成开采石料或其它石方工程。此外，凿岩机也可改作冲击破碎器，用来破碎混凝土之类的坚硬层。凿岩机按其动力来源可分为风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机和液压凿岩机等四类。市场上最常见的是液压凿岩机，其体积小、功率大，受到工业界广泛认可。但液压凿岩机也存在制作难度大，成本高，价格贵，液压系统复杂等缺点。

2、电动式凿岩机相对于液压凿岩机，不论是制作难度、成本还是动力传输效率上都较高，但是电动式凿岩机的输出功率较小，如中国专利cn105048758b中公开的一种电磁直驱式冲击振动体，包括由定子、动子冲锤、检测装置、控制及驱动器，其中的定子为永磁体，动子冲锤包括带铁芯的电磁线圈，通过控制电磁线圈的磁性来控制动子冲锤的行程。但是，该专利的技术方案存在一定缺陷：其动子冲锤带着电磁线圈一起移动，当冲锤撞击到坚硬的岩层时，产生的巨大冲击力会传递到电磁线圈上，造成电磁线圈的损坏，导致整个电动式凿岩机失效。

3、因此，需要一种新型的电磁直驱式凿岩机，解决现有的电动式凿岩机功率小，易损坏的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电磁式冲击设备无法承受剧烈的高频冲击的缺陷，从而提供一种电磁冲击振动体、控制方法及电磁凿岩机。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种电磁冲击振动体，包括

4、壳体，具有内部空腔和设置在首端的敞开部，所述敞开部用于与钎尾对应，所述空腔与所述敞开部连通；

5、定子组件，包括若干组电磁线圈，若干组所述电磁线圈沿所述空腔的轴线固定在所述空腔内壁上，且若干组电磁线圈的中心形成中空区域；

6、复合动子组件，活动设置在所述中空区域内，所述复合动子组件包括分体的冲击部和驱动部，所述驱动部套设在所述冲击部的外周，所述冲击部用于冲击钎尾，所述驱动部能够在所述电磁线圈的作用下磁化，并带动所述冲击部加速或减速，且所述驱动部和所述冲击部接触时相对速度为零；

7、控制组件，与所述定子组件连接，用于控制所述定子组件中的若干所述电磁线圈，以驱动所述驱动部加速或减速。

8、优选地，所述驱动部的首端具有第一限制部，末端具有第二限制部，所述冲击部上设有第一配合部，所述第一配合部与所述第一限制部相对设置，所述第二限制部与所述冲击部的末端相对设置，当所述第二限制部与所述冲击部贴合时，所述驱动部和所述冲击部的相对速度为零。

9、优选地，所述第一配合部为台阶，所述台阶将所述冲击部分为大端部和小端部，所述大端部位于所述驱动部内部，所述小端部至少部分伸出所述驱动部，用于冲击钎尾；

10、所述第一限制部为围设在所述小端部外周的凸环，所述第二限制部为位于所述驱动部的末端的凸块。

11、优选地，所述控制组件包括检测所述驱动部位置的第一检测器和检测所述冲击部位置的第二检测器；所述第一检测器和所述第二检测器设置在所述壳体的末端内壁上，检测面均朝向复合动子组件；且所述凸块上设有通孔，所述通孔与所述第二检测器对准，使得所述第二检测器能够检测到位于所述驱动部内部的所述冲击部的末端位置。

12、优选地，所述复合动子组件的外表面与所述电磁线圈的内表面具有间隙，所述间隙中填充有润滑油，使得所述复合动子组件悬浮在所述中空区域；或者，所述复合动子组件与所述电磁线圈形成空气轴承结构，使得所述复合动子组件悬浮在所述中空区域。

13、优选地，所述中空区域内具有起始位、第一设定位和第二设定位，所述起始位靠近所述壳体的末端，所述第二设定位相对所述第一设定位靠近所述敞开部，所述驱动部由所述起始位移动至所述第一设定位的过程为加速运动，由所述第一设定位移动至所述第二设定位的过程为减速运动，所述驱动部在所述第一设定位的速度为最大速度，在所述第二设定位的速度为零，所述冲击部在所述第二设定位冲击钎尾；

14、所述中空区域内还具有第三设定位，所述第三设定位相对所述第二设定位远离所述敞开部，所述驱动部由所述第二设定位移动至所述第三设定位的过程为加速运动，所述驱动部在所述第三设定位的速度与所述冲击部的速度相同且所述第二限制部与所述冲击部贴合；所述驱动部由所述第三设定位移动至所述起始位的过程为减速运动，所述驱动部和所述冲击部在所述起始位的速度均为零。

15、优选地，所述控制组件包括四象限控制器，所述四象限控制器与所述电磁线圈连接，用于控制所述电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率。

16、为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：

17、一种电磁冲击振动体的控制方法，采用上述的电磁冲击振动体，包括如下步骤：

18、所述控制组件检测所述驱动部和所述冲击部的位置，若所述驱动部和所述冲击部不位于起始位，则控制所述驱动部和所述冲击部回到起始位，若所述驱动部和所述冲击部位于起始位，则控制若干所述电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率，所述驱动部在所述电磁线圈的作用下带动所述冲击部向所述壳体的首端移动；

19、所述驱动部移动至第一设定位，速度达到最大，而后，所述控制组件控制若干所述电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率，使得所述驱动部作减速运动，而所述冲击部保持速度继续向所述壳体的首端移动，所述驱动部和所述冲击部产生相对位移，所述第一配合部向所述第一限制部靠近；

20、所述驱动部移动至第二设定位，减速至零，所述冲击部的首端与钎尾撞击；而后，所述冲击部在反作用力的作用下向所述壳体的末端移动，同时，所述控制组件控制若干所述电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率，所述驱动部在所述电磁线圈的作用下向第三设定位作加速运动；所述驱动部与所述冲击部在第三设定位达到速度一致，且所述驱动部和所述冲击部接触；

21、而后，所述控制组件控制若干所述电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率，所述驱动部在所述电磁线圈的作用下带动所述冲击部作减速运动，直至所述驱动部与所述冲击部回到起始位且速度降至零；以此循环，直至完成工作。

22、优选地，方法还包括如下步骤：

23、所述控制组件中的四象限控制器控制所述电磁线圈，将电能转换为机械能，驱动所述驱动部带动所述冲击部向所述壳体的首端移动；

24、所述驱动部移动至第一设定位后，所述控制组件中的四象限控制器控制所述电磁线圈，将机械能转换为电能，所述驱动部作减速运动；

25、所述驱动部位于第二设定位，且所述冲击部在反作用力的作用下向所述壳体的末端移动，所述控制组件中的四象限控制器控制所述电磁线圈，将电能转换为机械能，驱动所述驱动部向第三设定位作加速运动；

26、所述驱动部达到第三设定位并与所述冲击部接触后，所述控制组件中的四象限控制器控制所述电磁线圈，将机械能转换为电能，所述驱动部带动所述冲击部作减速运动。

27、为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：

28、一种电磁直驱式凿岩机，包括上述的电磁冲击振动体，还包括：

29、前壳，与所述壳体固定连接；

30、钎尾，与所述壳体的敞开部对应，活动贯穿于所述前壳，并在所述冲击部的作用下作撞击运动；

31、传动组件，位于所述前壳内部，并套设在所述钎尾上，用于带动所述钎尾转动；

32、转动电机，固定在所述前壳外部，与所述传动组件连接。

33、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

34、上述技术方案中所提供的电磁冲击振动体，采用复合动子组件，将用于冲击钎尾的冲击部与用于提供动力的驱动部分开来，冲击部可以采用高强度材质，能够承受剧烈的高频冲击，不易损伤，驱动部采用能够被电磁线圈磁化的软磁材质制成，带动冲击部加速或减速；且为避免冲击部的冲击力传递到驱动部上，在所述驱动部和所述冲击部接触时相对速度为零，即驱动部与冲击部相对静止，巨大的冲击力不会传递到驱动部，驱动部不易损坏；且通过控制电磁线圈，以驱动所述驱动部加速或减速，也能够避免驱动部撞上壳体，实现复合动子组件在中空区域内的往复运动。

35、上述技术方案中所提供的控制方法，通过控制组件来控制定子组件，具体控制每组电磁线圈的磁场运动方向、速度和速度的变化率，具体是控制每一组电磁线圈的驱动电流的频率和相位及其变化率，从而控制驱动部在设定时间、设定位置加速或减速至设定速度，从而控制冲击部的速度，也避免冲击部的作用力直接传递至驱动部上，保证了电磁冲击振动体的正常工作状态。

36、上述技术方案中所提供的电磁凿岩机，将上述的电磁冲击振动体应用到凿岩机上，用强大而可控的电磁力，驱动钎尾往复冲击，简化了凿岩机的结构，提高了凿岩机的控制精度，在保证大功率的同时大大降低了凿岩机的成本，具有广泛的应用前景。