4.2 Расчет приведенных сил, параметров выключающей пружины и построение механической характеристики контактора с пневматическим приводом

Для пневматических контакторов обычно все силы и моменты приводят к точке сочленения штока поршня с рычагом подвижной части аппарата.

В дальнейшем все приведенные силы имеют в обозначении штрих. Так приведенная сила притирающей пружины F'_пр равна:

H (4.5)

где R_пр расстояние от линии приложенной силы F_пp до центра поворота подвижной системы О₁, R_пр=135 мм.

Силы трения ΣF_тp в коммутационных аппаратах имеют случайный характер и при проектировании эти силы в различных частях подвижной системы обычно считаем постоянными.

На первом этапе проектирования силы трения ΣF_тp обычно объединяют с приведенным весом подвижной системы G', и ориентировочно принимают

ΣF_тp+ G'=(0,08÷0,11) F'_кp=const (4.6)

где F'_кp - приведенная сила рабочего нажатия контактов, которая определяется из выражения:

H (4.7)

где R_кр расстояние от линии приложенной силы F_кp до центра поворота подвижной системы О₁, R_кр=160 мм.

Тогда

ΣF_тp+ G'=0,1·157,6=15,8 Н

Приведенная сила начального нажатия контактов F'_кн определяем из выражения:

H (4.8)

где R_кн расстояние от линии приложенной силы F_кн до центра поворота подвижной системы О₁, R_кн=184 мм, а R_пр=135 мм.

Приведенная сила трения в цилиндре для кинематической схемы совпадает с фактической , т. е. F'_тв=F_тв. Поскольку сила трения в цилиндре зависит от диаметра цилиндра, который неизвестен, то для предварительных расчетов принимаем F_тв=120 Н.

Приведенная сила отключающей пружины также совпадает с фактической , т. е. F'_o=F_o. По условиям размыкания электропневматического аппарата сила начального сжатия выключающей пружины F_он определяем из выражения:

F_он≥F_тв+ΣF_тp+G' (4.9)

F_он≥120+15,8 ≈136 Н.

По условиям размыкания сварившихся контактов сила рабочего сжатия выключающей пружины F_op должна как минимум в 2 раза превышать силу рабочего нажатия контактов F'_кр,

т. е.:

F_ор≥2F'_кр+F_тв–F'_пр+ΣF_тp+G' (4.10)

F_ор≥2·157,6+120–24,6+15,8=426.4 Н.

Принимаем F_ор=426 Н.

Необходимую жесткость выключающей пружины Ж_о, Н/мм рассчитываем как:

Ж_о=(F_ор–F_он)/Δl_o=(426-136)/43=6,7 Н/мм (4.11)

где Δl_o – деформация пружины, мм:

Δl_o=x₂–x_o=43 мм. (4.12)

Величины Ж_о, F_ор и F_он позволяют выполнить конструктивный расчет выключающей пружины и определить ее размеры.

При включении пневматических контакторов от момента начала перемещения поршня до соприкосновения контактов, то есть на участке перемещения x₁–x₀ приведенная сила, действующая на шток поршня с учетом отключающей пружины, определяется выражениями: для точки x₁:

F_ш1=ΣF_тp+G'+F'_кн+Ж_о(x₁–x_o)+F_он; (4.13)

F_ш1=15,8+72,5+6,7·25+136=391,8 Н,

и для точки x₂:

F_ш2=ΣF_тp+G'+F'_кр+Ж_о(x₂–x_o)+F_он (4.14)

F_ш2=15,8+157,6+6,7·43+136=597,5 Н.

Наиболее часто в пневматических приводах применяется сжатый воздух с номинальным давлением р=0.5 МПа; при этом привод должен быть выбран таким образом, чтобы аппарат работал и при минимальном давлении сжатого воздуха р_min=0,35 МПа.

Диаметр поршня D определяем из выражения:

р_min · π · D²/4 – f · р_min · π · D · b=F_ш2 (4.15)

где f=0,2 – коэффициент трения кожи по стали;

b=8·10^-3 – ширина уплотнения, м;

0,35·10⁶·3,14·D²/4-0,2·0,35·10⁶·3,14·8·10^-3D=597,5.

Решая это квадратное уравнение, получим диаметр поршня D:

D=56 мм.

Сила трения скольжения кожаного уплотнения по стальному цилиндру:

F_тв=f·p·π·D·b=0,2·0,5·10⁶·3,14·0,056·8·10^-3≈120 H. (4.16)

Статическая сила давления, развиваемая пневматическим приводом, Н

F_в=p·π·D²/4=0,5·10⁶·3,14·0,056²/4≈981 H. (4.17)

Сила, действующая на шток поршня равна:

F_ш= F_в-F_тв=981-120=861 H. (4.18)

На основании выполненных расчетов на миллиметровой бумаге в принятом масштабе строим механическую характеристику контактора с пневматическим приводом.

Механическая характеристика контактора с механическим приводом представлена на рисунке 4.1.