2.3 Анализ работы механизма

Рассмотрев работу механизма, видим, что привод выключателя необходим только в фазе включения, и его назначение состоит в преодолении сил отключающей и буферной пружин, сил трения и сил инерции. Поэтому рассчитать и спроектировать привод можно, не рассматривая фазу отключения, в которой движение всего механизма осуществляется за счет потенциальной энергии отключающей и буферной пружин.

Будем, однако, понятие "привод выключателя" трактовать шире, включая в него все элементы, обеспечивающие заданное движение контактных стержней: двигатели, пружины, демпферы, а также детали, соединяющие контактные стержни с ними. В этом случае под "приводом" следует понимать весь механизм, изображенный на рисунок 1, начиная от точки L подвески контактов и кончая штоком двигателя 21.

Некоторые элементы этого привода проектируются на основании требований к параметрам выключателя в фазе отключения, другие - на основании требований к его параметрам в фазе включения. Так, например, характеристики отключающей и буферной пружин определяются из рассмотрения движения механизма в фазе отключения. В дальнейшем эти характеристики используются для проектирования двигателя привода, работающего лишь в фазе включения.

Рисунок 1. Схема выключателя ВМГ - 10 с приводом типа ПЭ – 11; 2 - розеточный контакт, 3 - подвижные контакты, 5 - коромысло выключателя, 7 - буферная пружина, 8 - отключающая пружина, 9 - демпфер, 10 - тяга, 11 - коромысло четырёхзвенника, 13 - шатун, 14 - кривошип, 15 - щека запорного механизма. 16 - пружина фиксатора, 17 -фиксатор, 19 - пружина опорной скобы, 20 - опорная скоба, 21 - шток двигателя.

3 Расчет геометрических параметров привода

Шарнирный четырехзвенник O₁ABO₂ (рисунок 3) – один из важных элементов, проектируемого, привода.

Важной характеристикой шарнирного четырёхзвенника являются максимальные углы давления Ө_a и Ө_В (углы между направлением действия силы и вектором скорости соответствующего узла). Чтобы КПД был высоким, необходимо чтобы эти углы были минимальны.

Минимум абсолютной величины углов давления

Ө_m = min(|Ө_B1|;| Ө_B2|),

примем в качестве целевой функции при проектировании

шарнирного четырёхзвенника.

В качестве варьируемых используем четыре свободных параметра:

p=L_ш/R, q=d/R, r=R_B/R, γ,

где L_ш, R, R_B, d, γ – обозначены на рисунке 3.

Абсолютная величина R не влияет на кинематические характеристики четырёхзвенника, поэтому выбирается из конструктивных соображений: R=H/3 = 280/3 = 93,33 (мм),

где Н – полный ход контактных стержней.

На параметры q, r, γ наложены ограничения:

1,1≤q≤1,6; 0,6≤r≤1,0; 5≤γ≤30.

Геометрический анализ четырёхзвенника даёт следующие соотношения для определения искомых функций:

∆ = = Ө_B1 + Ө_B2 = arccos[(r² + p² - z₁²)/2r·p] + arccos[(r² + p² – z₂²)/2r·p] – 180° = 0

где

z₁² = 1 + q² – 2q·cos(120°- γ);

z₂² = 1 + q² – 2q·cos(60°- γ).

Для определения размеров четырёхзвенника задаём средние значения трёх параметров для четвертого.

При расчете параметра γ^* примем r_ср=0,8, q_ср=1,3, p=1,5 (из исходных данных). Вычисляем значения Δ и строим график Δ=f(γ).

Рассчитаем ∆ для γ₁=5^°:

z₁² = 1 + q² – 2q·cos(120°- γ) = 1 + 1,3² – 2·1,3·cos(120°- 5^°) = 3,789;

z₂² = 1 + q² – 2q·cos(60°- γ) = 1 + 1,3² – 2·1,3·cos(60°- γ) = 1,199.

∆ = arccos[(r² + p² - z₁²)/2r·p] + arccos[(r² + p² – z₂²)/2r·p] – 180° = arccos[(0,8² + 1,5² – 3,789)/2·0,8·1,5] + arccos[(0,8² + 1,5² – 1,199)/2·0,8·1,5] – 180° = -22,797

Остальные результаты вычислений приведены в таблице 2.

Пересечение данного графика с осью γ и будет примерное решение задачи по параметру γ^*. Т.к. полученный график находится ниже оси γ, то возьмем то значение γ^*, которое ближе всего к оси. Т.о. γ^*=5°.

График приведен на рисунке 2а.

Таблица 2.

Принятые параметры		qср=1,3; p=1,5; rср=0,8
	, град	γ1=5°	γ2=17,5°	γ3=25°
Z12	60	3,789	3,253	2,917
Z22	120	1,199	0,773	0,56
ӨB1		111,999	98,699	90,645
ӨB2		45,204	28,105	13,872
∆ = ӨB1 + ӨB2		-22,797	-53,196	-75,483

При расчете параметра r^* примем γ^*=5°, q_ср=1,3, p=1,5 (из исходных данных). Вычисляем значения Δ и строим график Δ=f(r).

Вычисления аналогичны вычислениям, приведенным выше.

Пересечение данного графика с осью r и будет примерное решение задачи по параметру r^*. Т.к. полученный график находится ниже оси r, то возьмем то значение r^*, которое ближе всего к оси. Т.о. r^*=0,6. Результаты вычислений приведены в таблице 3.

График приведен на рисунке 2б.

Таблица 3.

Принятые параметры		qср=1,3; p=1,5 ; γ*=5°
	, град	r1=0,6	r1=0,8	r1=1,0
Z12	60	3,789	3,789	3,789
Z22	120	1,199	1,199	1,199
ӨB1		130,92	111,999	100,35
ӨB2		38,382	45,204	46,869
∆ = ӨB1 + ӨB2		-10,698	-22,797	-32,781

При расчете параметра q^* примем γ^*=5°, r^*=0,6, p=1,5 (из исходных данных). Вычисляем значения Δ и строим график Δ=f(q).

Вычисления аналогичны вычислениям, приведенным выше.

Пересечение данного графика с осью q и будет примерное решение задачи по параметру r^*. Т.о. q^*=1,35. Результаты вычислений приведены в таблице 4.

График приведен на рисунке 2в.

Таблица 4.

Принятые параметры		r*=0,6; p=1,5 ; γ*=5°
	, град	q1=1,1	q2=1,3	q3=1,5
	60	3,14	3,789	4,143
	120	0,948	1,199	1,354
ӨB1		107,124	130,92	148,393
ӨB2		22,582	38,382	45,751
∆ = ӨB1 + ӨB2		-50,294	-10,698	14,144

Зная параметры: q^* = 1,35; r^* = 0,6; γ^* = 5°, - определяем натуральные значения длин звеньев четырёхзвенника:

R = H/3=280/3 = 93.33 (мм)

L_ш = p·R=1.5·95 = 142.5 (мм)

D = q^*·R=1.35·95 = 128.25 (мм)

R_B = r^*·R = 0,6·95 = 57 (мм)

Полученные значения округляются по ГОСТ 6636-69 по Ra 40:

R = 95 (мм)

L_ш = 145 (мм)

d = 130 (мм)

R_B = 60 (мм)

Чертеж четырёхзвенника, выполненный в масштабе 1:1, приведен на рисунке 3.

Зная размеры четырёхзвенника, можно рассчитать размеры коромысла BO₂C. Коромысло ВО₂С проектируется таким образом, что в крайних положениях О₂С образовывает с горизонталью одинаковые углы ψ₀= 0,5(ψ₂-ψ₁) ⁼ 0,5Δψ. Длина рычага R_C может быть принята равной длине рычага R_B , т.е. R_C=R_B.

Тогда получим зависимость между длиной рычага Rс и длиной l₁ рычага коромысла ЕОзК:

l₁= R_C·sinψ₀/sinӨ₀=60· sin52°/sin22.5°=123.55 (мм),

где Өо угол образованный горизонталью и крайним положением коромысла выключателя Е₁ОзК₁ или Е₂О₃К₂ .

Зная полный ход Н подвижных контактов, также можно найти

L = 0,5·Н/sinӨо=0,5·280/sin22,5°=365,84 (мм).

Длину рычага l₂ можно определить из соотношения

l₂ =α·L=0,4·365,84=146,34 (мм),

По ГОСТ 6636-69 по Ra 40:

l₁=125 (мм);

L=370 (мм);

l₂=150 (мм).

Примечание: 2·Ө₀=45°; Δψ-замеряется по чертежу (рисунок 3).

Схема выключателя с приводом, выполненная в масштабе 1:2 приведена на рисунке 4.