Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
Конструктивно вентили различаются клапанными системами.
В клапанной системе прибора выключающего типа вместо одного двустороннего седла имеются два латунных односторонних: верхнее 10, запрессованное в чугунном корпусе, и нижнее 11, ввернутое в корпус на резьбе. Верхнее седло предназначено для клапана 5,
нижнее с направляющей – для свободного клапана 7. Камера А находится ниже седла клапана 7, камера Б – между клапанами, камера
В – над посадочной поверхностью верхнего клапана.
1
2
6
3
10
В цилиндр
привода
7
Из
В аппарат
Из
резервуара
4
U
В
Б
А
5
В атмосферу
11
8
9
резервуара
Рисунок 3.10 – Электромагнитный вентиль выключающего типа
Пневматический привод в сочетании с электромагнитными вен-
тилями принято называть электропневматическим.
3.3.3 Кинематическая схема индивидуального контактора. Тя-
говая характеристика и силы сопротивления. Условие срабатывания привода
Индивидуальный электропневматический контактор – наибо-
лее распространенный высоковольтный коммутационный аппарат
на ЭПС. Рассмотрим кинематическую схему контактора в статическом положении в замкнутом состоянии контактов, когда процесс
их притирания завершен (рисунок 3.11).
51
l
К
F
l
П
0
l
Ц
2
упор
К
0
1
G
Q
B
F
B
5 атм
Q
B
T
П
Q
П
Рисунок 3.11 – Кинематическая схема индивидуального контактора
Выбор основных параметров электропневматического привода
заключается в определении диаметра и хода поршня, необходимых
для преодоления сил сопротивления при заданном давлении сжатого воздуха, а также в расчете времени срабатывания привода. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к ТЭА, для аппаратов
ЭПС расчет электропневматического привода на прочность производят при давлении 0,65 МПа, а выбор диаметра поршня – при давлении 0,375 МПа.
Определяющими состояние подвижной системы усилиями яв-
ляются:
– FВ – сила давления сжатого воздуха, поступающего в цилиндр
аппарата;
– QВ – сила выключающей пружины (В), размещенной в цилиндре;
– QТ – сила трения поршня о внутренние стенки цилиндра;
– FК – сила реакции в точке касания силовых контактов, равная
силе нажатия контактов;
– QП – сила притирающей пружины (П);
– G – вес подвижных частей контактора, приложенный в цен-
тре тяжести системы.
В целях упрощения не учитывается влияние сил трения в шарни-
рах контактора ввиду их незначительной величины.
52
Как видно из рисунка 3.11, силы, действующие в аппарате, прило-
жены к разным точкам, чтобы силы рассматривать в комплексе, необходимо их привести к точке сочленения штока цилиндра с рычагом –
точка 02. Следуя направлениям действия сил на рисунке 3.11 через
соотношения плеч lЦ, lК к lП находят приведенные силы, ими являются G' и F'К, так как точки их приложения не совпадают с выбранным
началом координат в точке 02. Сила сжатия притирающей пружины
в общей картине усилий, действующих в аппарате, не рассматривается, так как при окончательном замыкании контактов положение
контактодержателя фиксируется упором и сила QП становится внутренней силой рычага. Тогда выражение для суммы сил, оказывающих сопротивление включению аппарата, примет вид
ΣQ = Q
Зависимость силы давления F
+ QТ + G’ + F’К. (3.5)
В
от перемещения поршня x назы-
В
вается тяговой характеристикой электропневматического привода.
Для правильной работы привода необходимо, чтобы сила FВ при любых прямых перемещениях х была больше суммы сил сопротивления
ΣQ на значение, обеспечивающее необходимое ускорение привода
ΔF = F
– ΣQ. (3.6)
В
Тяговая характеристика привода и диаграмма сил сопротивления
при включении приведены на рисунке 3.12.
Сила давления сжатого воздуха (F
в статическом режиме не за-
В)СТ
висит от перемещения поршня. При быстром перемещении поршня
давление сжатого воздуха будет меняться и динамическая характеристика при включении привода примет вид кривой (FВ)
Д.
Отклонение динамической характеристики от статической тем боль-
ше, чем меньше время повышения давления в цилиндре от атмосферного до конечного установившегося значения. Это время прямо пропорционально объему цилиндра и обратно пропорционально площади
отверстия, через которое поступает сжатый воздух из резервуара; оно
увеличивается с увеличением сопротивлений трубопроводов и скорости
движения поршня, а также зависит от конечного давления в цилиндре
и давления в резервуаре сжатого воздуха. В конце перемещения поршня,
когда скорость его уменьшается вследствие существенного роста сил сопротивления, динамическая характеристика совместится со статической.
На рисунке 3.12 точка x
соответствует начальному касанию контак-
П
тов, точка xК – предельному перемещению подвижных частей аппарата.
53
При обратном перемещении привода в результате выпуска сжато-
го воздуха из цилиндра сила сопротивления ΣQВ будет выключающей:
ΣQ
F,
Q
0 xx
Рисунок 3.12 – Диаграмма сил, действующих
в приводе при включении
= QВ + G' + F'К – QТ. (3.7)
В
F
B)CT
(
F
(
B)Д
∑Q
Q
B
F'
К
Q
T
G'
П
x
К
Сила трения поршня в процессе выключения направлена против
его перемещения, поэтому сила QТ будет препятствовать выключению аппарата.
Силе ΣQВ будет противодействовать динамическая сила сопротив-
ления воздуха, выталкиваемого из цилиндра F
Разность между ними
В1.
ΔQ определит ускоряющую силу выключения привода
ΔQ = ΣQ
– F
В
(3.8)
В1.
Диаграмма действующих сил в приводе при отключении элек-
тропневматического контактора приведена на рисунке 3.13.
54
Из рисунка 3.13 следует, что ключевую роль в процессе отключе-
ния контактора играет выключающая пружина, остальные отключающие силы располагаются ниже сил, препятствующих выключению
(пунктирная линия).
3.3.4 Диафрагменные приводы
В поршневых приводах требуется осуществлять периодическую
смазку и смену уплотняющих манжет, причем время срабатывания
привода зависит от состояния манжет и смазки. Поэтому в аппаратах с относительно малым перемещением поршня (до 50 мм) целесообразно применять диафрагменные приводы, лишенные этих недостатков.
F,
Q
∑Q
B
Q
B
F
B1
F'
К
Q
T
G'
–Q
0
–Q
T
x
Рисунок 3.13 – Диаграмма сил, действующих в приводе
при выключении
В диафрагменном приводе (рисунок 3.14 [3]) сжатый воздух под
давлением Р поступает в полость, заключенную между корпусом 7
55
и диафрагмой 3, выполненной из резины или резинотканевого материала. Диафрагма прижата крышкой 2 к корпусу 7. Прогибаясь,
диафрагма оказывает давление на диск 4, связанный со штоком 6.
Последний, перемещаясь, сжимает возвращающую пружину 5, воздействуя на подвижную часть аппарата. Для входа сжатого воздуха
предусмотрено отверстие 1.
7
6
Рисунок 3.14 – Конструкция диафрагменного привода
5
4
3
2
1
Диафрагменные приводы просты в изготовлении, не имеют тру-
щихся частей и требуют меньшего ухода в эксплуатации, чем поршневые. Надежность их в значительной мере определяется качеством материала диафрагмы и его стойкостью при работе в широком
диапазоне окружающей температуры.
Диаграмма сил диафрагменного привода подобна диаграмме сил
поршневого (см. рисунок 3.12) с той разницей, что силу трения QT
можно принять равной нулю. Расчетная сила, действующая на диск
привода, зависит от внутреннего рабочего диаметра диафрагмы D
и диаметра диска d, вид расчетного выражения приведен в [3].
Отрицательными сторонами диафрагменного привода являются:
56
– большие габариты, чем у поршневого привода, выполняюще-
го ту же работу (указанный недостаток объясняется тем, что перемещение диафрагмы ограничено ее упругостью);
– снижение работоспособности привода в условиях низких тем-
ператур (ниже – 30 °С);
– быстрый износ диафрагмы.
3.4 Групповые приводы
3.4.1 Общие сведения
Групповой привод применяют в тех аппаратах, в которых невоз-
можно применение индивидуального привода, прежде всего, это
трехпозиционные и многопозиционные переключатели. Часто групповой привод применяют в двухпозиционных аппаратах, если в процессе коммутации электрических цепей требуется соблюдать строго
заданную последовательность переключений, например, при перегруппировке тяговых двигателей электровозов.
По существу, обеспечение порядково-временного связывания
работы отдельных элементов системы управления ЭПС, т. е. четкой
последовательности переключений – главное преимущество группового привода. По остальным характеристикам групповой привод, как правило, уступает индивидуальному, в первую очередь, по
такому параметру, как время срабатывания, которое в 10 раз больше, чем при индивидуальном приводе. Поэтому при модернизации
старых или строительстве новых электровозов (например, 2ЭС6)
количество групповых коммутационных аппаратов стремятся свести к минимуму, передавая их функции индивидуальным контакторам, что не всегда оправдано, так как обеспечение порядкововременных зависимостей в работе контакторов ложится на цепи
управления, они усложняются, повышается количество электрических блокировок.
Коммутационные аппараты с групповым приводом по конструк-
тивному исполнению разделяют на переключатели:
– барабанного типа (рисунок 3.15);
– кулачкового типа.
Преобразование поступательного перемещения штока во враща-
тельное перемещение кулачкового вала может осуществляться:
– зубчатой передачей (рисунок 3.15, а);
– через водило (рисунок 3.15, б) – применяется при малых углах
поворота вала.
57
а
3
4
BB BB
2 1
75
2
6
б
BB BB
Водило
Рисунок 3.15 – Двухпозиционные переключатели барабанного типа
с зубчатой передачей (а) и водилом (б):
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – барабан; 4 – зубчатый сегмент;
5, 6 – вентили; 7 – зубчатая рейка
3.4.2 Переключатели барабанного типа
Конструкция аппаратов барабанного типа включает в себя пово-
ротный вал, на котором укреплен изоляционный барабан с подвижными контактами в виде секторов, соединяющих друг с другом неподвижные пальцевые контакты.
58
Такая конструкция мало приспособлена к условиям крупносерий-
ного и массового производства, а также к применению эффективных
дугогасительных устройств. Поэтому барабанные переключатели на
современном ЭПС практически не применяют. Найти их можно на
электровозах советской постройки. Например, на грузовых электровозах ВЛ10, ВЛ11 для переключения скорости мотор-вентиляторов
применяется двухпозиционный переключатель барабанного типа.
3.4.3 Переключатели кулачкового типа
В групповых аппаратах кулачкового типа на поворотном валу укре-
плены кулачковые фасонные шайбы, воздействующие на подвижные
части отдельных контакторов (контакторных элементов), замыкающих и размыкающих электрические цепи. У таких аппаратов большая
часть основных элементов легко унифицируется, их крупносерийное
или массовое производство не вызывает принципиальных трудностей.
Контакторные элементы по принципу действия бывают:
– включающего типа (рисунок 3.16 [5]) с принудительным вклю-
чением контактов нажатием кулачка; выключение их происходит под
действием выключающей пружины;
– выключающего типа (рисунок 3.17), у которых включение и на-
жатие контактов осуществляются включающей пружиной, а выключение – кулачком;
– переключающие (рисунок 3.18), у которых под действием ку-
лачков происходит включение одного из двух контактных соединений при одновременном выключении другого.
В коммутационных аппаратах из-за возможности сваривания контак-
тов наиболее ответственна операция выключения. Пружина выполняет
эту операцию менее надежно, чем кулачок, так как она деформируется
значительно сильнее кулачка. Поэтому даже в элементах включающего
типа часто применяют механизм принудительного выключения, срабатывающий, если пружина не смогла разомкнуть контакты. Обычно этот
механизм состоит из специального профильного кронштейна 6 (см. рисунок 3.16) на поворотном рычаге подвижной части контакторного элемента и размыкающего пальца на боковой поверхности кулачковой шай-
бы. Если контакты не разомкнулись, то при повороте кулачкового вала
палец упирается в кронштейн и принудительно размыкает контакты.
Конфигурация каждой кулачковой шайбы – чередование высту-
пов и впадин – должна соответствовать выбранным углам поворота
вала при замкнутом и разомкнутом состояниях контакторного элемента. По поверхности каждой шайбы катится ролик, связанный
с механизмом включения (выключения) контакторного элемента.
59
1
2
3
4
5
6
Рисунок 3.16 – Контакторный элемент включающего типа группового
переключателя электровоза постоянного тока:
1– гибкий шунт; 2 – дугогасительная камера;
3 – элемент деионной решетки (омедненная сталь);
4 – дугогасительный рог; 5 – ролик; 6 – подвижный рычаг
На рисунке 3.19 показана зависимость момента сопротивления
МС от угла α поворотов вала при накатывании ролика на выступ кулачковой шайбы, т. е. в процессе выключения. После выхода ролика на окружность шайбы и достижении угла α1 момент сопротивления резко снижается до установившегося значения МСУ, так как при
изменившемся направлении силы, перпендикулярной к окружности
выступа шайбы, ее плечо уменьшится. Форма кривой МС(α) в значительной мере зависит от профиля шайбы и закономерности изменения сил сопротивления. При плавном профиле шайбы максимальное значение момента снизится от (М
С)MAX
до (МС)'
, но увеличится
MAX
необходимый угол перемещения вала с α1 до α'1 и уменьшится число
позиций, которое можно получить в пределах одного поворота вала.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]