Индивидуальные электропневматические приводы

Основные особенности. Электропневматические приводы приме­няют очень широко, что вызвано их благоприятными характеристи­ками: произвольной величиной хода, отсутствием ударов и вибра­ций при включении. В сравнении с электромагнитными приводами они имеют лучшие массо-габаритные показатели при заметно мень­шем расходе цветных металлов. Для этих приводов необходимы меньшие токи в цепях управления, что позволяет уменьшить пло­щадь сечения поездных проводов и проводов цепей управления. Име­ет значение и то, что на э. п. с. имеется сжатый воздух для тормозов, т. е. его можно использовать для электроаппаратов.

По ГОСТ 9219—88 для электропневматических тяговых аппара­тов установлено номинальное давление сжатого воздуха =500 кПа с допустимыми отклонениями от 0,7 до 1,35 . Без повреждений привод аппарата должен выдерживать давление 1,5

Электропневматический привод применяют как для индивиду­альных, так и для групповых коммутационных аппаратов. В состав каждого электропневматического привода входят исполнительное пневматическое устройство и управляющие им электропневматиче­ские вентили, впускающие воздух в исполнительное устройство и выпускающие его по сигналам цепей управления.

Рис. 4.4. Зависимость силы трения Fтв в цилиндре привода от диа­метра цилиндра йъ, мм

Рис. 4.3. Цилиндр привода тягового аппарата (а) и

усовершенствованный узел уплотнения поршня (б)

Рис. 4.4. Зависимость силы трения в цилиндре привода от диа­метра цилиндра , мм

В качестве исполнительной части пневматических приводов в большинстве аппаратов используют поршневые устройства упрощен­ной конструкции (рис. 4.3, а). В таком устройстве цилиндр 1 име­ет крышку 3, прикрепленную к фланцу цилиндра через прокладку болтами. Поршень 8 насажен на шток 2. Гайка 4 через пружинную шайбу 9, шайбу 5, тарельчатую разрезную пружину 7 из фосфори­стой бронзы закрепляет манжету 6 из эластомера (обычно резины), а также поршень 8 на конце штока. Кроме нажатия пружины, уплотнение поршня создается также давле­нием сжатого воздуха на кромку манжеты.

Рис. 4.5. Кинематическая схема индивидуального электропнев­матического контактора

Поршень не имеет точного на­правления в цилиндре и поэтому при- поду свойственны большие силы тре­ния (рис. 4.4) вследствие перекосов штока. Более совершенная конструк­ция предусматривает применение спе­циальных профильных резиновых манжет 10 (рис. 4.3, б) и войлочных колец 11 для уплотнения и направ­ления поршня в цилиндре. Поршневые приводы особенно неустойчиво работают в условиях сильных морозов, когда все уплотнения теряют упругость и пропускают сжатый воздух, а в местах переходов сечений образуются ледяные пробки. Возникло стремление к применению беспоршневых приводов на основе диафрагм различных видов, сильфонов,

резино-кордных оболочек.

Для поршневых приводов необходимый диаметр цилиндра, м,

≥2 )/(π ).

где — наибольшая сила пневматического привода, Н; — минимальное допустимое давление сжатого воздуха, Па; — сила трения в воздушном цилиндре.

Индивидуальный электропневматический контактор (рис. 4.5) — наиболее распространенный из контакторов, используемых на э. п. с. При анализе его свойств обычно все силы и моменты приводят к точке сочленения штока цилиндра с подвижной частью аппарата — точкой . В качестве примера рассмотрим приведение силы G, приложенные к точке ,

G'=G / = / ,

где — расстояние от точки поворота подвижной системы до центра массы (точки приложения силы); — расстояние .

В дальнейшем все приведенные силы имеют в обозначении штрих: , . При построении статических характеристик про­цессов включения и выключения электропневматического контакто­ра (рис. 4.6) сделаны некоторые допущения. Так, силы трения при­няты постоянными, хотя они имеют случайный характер и изменяют­ся в зависимости от перемещения х. Не учтено также в общем неболь­шое изменение приведенной массы.

До соприкосновения контактов на участке перемещения

(4.7)

где — приведенные силы трения; — сила выключающей пру­жины, имеющей первоначальное сжатие , изменяющаяся линейно.

На участке притирания контактов

. (4.8)

По сравнению с уравнением (4.7) в выражении (4.8) добавилась сила притирающей пружины (см. рис. 4.5), имеющей первона­чальное сжатие и изменяющаяся линейно. При приведении этой силы к точке , линейная зависимость несколько нарушается в результате поворота контактодержателя.

При замкнутых контактах х = X

,

где — приведенная сила рабочего нажатия контактов.

Если отсутствует упор контактодержателя, то сила = (X). При этом каково бы ни было значение силы , ей со­ответствует сила , определяемая характеристиками пружин (отрезок АВ) (см. рис. 4.6, а). Если же для контактодержателя пре­дусмотрен упор, то

.

На рис. 4.6, а этой силе соответствует отрезок АС. Сила зависит от нестабильного давления сжатого воздуха ρ

.

Применение упора (см. рис. 4.5) при некотором избытке обес­печивает стабильное положение рабочего контакта, а следователь­но, и значения X, даже если изменяется давление ρ. При отсутствии упора положение рабочего контакта и соответственно X изме­няются по мере изменения давления воздуха. При пневматических приводах в процессе включения ускоряющая сила снижается (d /dx < 0), что исключает жесткое соударение контактов, их вибрацию, отскакивание и подгорание рабочих поверхностей.

Рис. 4.6. Характеристики включения (а) и выключения (б) контактора:

1, 2 — соответственно при большем и меньшем проходном сечении электромагнитного вентиля с учетом влияния пневматики

При выключении (рис. 4.6, б) движущие силы , накопле­ны н пружинах, деформированных при включении; уравнение ста­тики

,

Знак перед G изменяется на обратный в результате изменения на­правления движения при неизменном направлении силы тяжести.

Обычно для процесса выключения ставят как дополнительное условие обеспечение размыкания сварившихся контактов

.

.

Предполагают, что при этом вероятность их размыкания велика, хотя полной гарантии выключения нет. Чтобы обеспечить установ­ленный раствор контактов необходимо применять выключающую пружину с предварительным сжатием

.

Величина превышения силы пружины АРП над силами сопро­тивления движению зависит от условий выпуска воздуха из цилин­дра, обычно ∆ ≅ (0,10 ÷0,12) . Исходя из этих' данных можно определить необходимую жесткость выключающей пружины

- .

Определение динамических характеристик аппаратов с электропневматическим приводом осложняется их зависимостью от аэро и термодинамических процессов в электромагнитных вентилях, тру­бопроводах сложной конфигурации и других элементах пневматики. Расчеты в этой области недостаточно достоверны и поэтому их обычно не производят. Аэродинамические процессы снижают уско­ряющие силы, замедляя включение и выключение аппарата.

Примеры конструкции. Рассмотрим электропневматический кон­тактор ПК-21—ПК-26 (рис. 4.7), применяемый на электровозах. Он рассчитан на напряжение 3 кВ, ток 500 А, имеет начальное на­жатие контактов 35—50 Н, рабочее нажатие 270 Н. Раскрытие кон­тактов = 24 ÷ 27 мм, их провал = 10 ÷ 12 мм. Контактор собран на изолированном металлическом стержне 9 или на стержне из профильного стеклопластика. На нем закреплены кронштейн 12 с неподвижным контактом 2, дугогасительной катушкой /; крон­штейн 10 подвижного контакта 3, соединенного с ним рычагом 11; пневматический привод 6 с изоляционной тягой 5. Приводом уп-

равляет электромагнитный включающий вентиль 7. С тягой 5 соеди­нено блокировочное устройство пальцевого типа.

Конструкции электропневматических контакторов, подобные приведенной на рис. 4.7, широко распространены в отечественном и зарубежном тяговом аппаратостроении. Однако имеются и дру­гие конструктивные подходы, отраженные, например, в контакторах типа SVAD фирмы «Шкода» (рис. 4.8). Так, основные несущие де­тали — стеклопластиковые боковины 16 — используются для изо­ляции контактора от соседних аппаратов. Подразделение контактов на рабочие и дугогасительные несколько упрощает кинематику ап­парата. Мостик 5, замыкающий рабочие контакты (шины) 6 непо­средственно связан со штоком привода, перемещающимся поступа­тельно. Конец штока 18 шарнирно связан с контактодержателем подвижного дугогаситель­ного контакта 14. Приме­нены легкие дугогаситель­ные рога 12, штампован­ные из листовой латуни с тугоплавкими наконечни­ками из вольфрамово-мед­ного сплава или тугоплав­кой металлокерамики. Через сопло 13 выполняет­ся продувка зоны между контактами 14 воздухом из электропневматического вентиля при выключении контактора. Все это улуч­шает как технические, так и экономические показате­ли аппаратов.

Электромагнитные вен­тили. Это распорядитель­ные элементы электропнев­матических приводов при­нято делить на включаю­щие и выключающие. Вен­тиль включающего типа (см. рис. 4.9, а, б) впуска­ет сжатый воздух в аппарат при подаче напряжения на катушку электромагнита и выпускает при его выклю­чении. Вентиль имеет три камеры: А — соединенную с резервуаром сжатого воздуха, Б — сообщающуюся с цилиндром, В — сообщающуюся с ат­мосферой.

Для того чтобы доступ воздуху в аппарат при обесточенной ка­тушке был закрыт, необходима сила пружины, расположенной в ка­мере А,.

(4.9)

где m — масса клапанов; = 0,75÷1,5 — коэффициент динамики (см. п. 1.1); —сила трения подвижных частей; — давление сжатого воздуха на нижний клапан: = π .

Обычно считают .

Для того чтобы при включении катушки камера Б разобщалась от камеры В и сообщалась с А, сила электромагнита

(4.10)

где — масса якоря электромагнита.

Рис. 4.7. Контактор ПК-21

1—дугогасительная катушка; 2— контакт непо­движный; 3 — контакт подвижной; 4 — дугогаси­тельная камера; 5 — тяга изоляционная; 6 — при­вод пневматический; 7 — вентиль электромагнит­ный; 8 — блок-контакты; 9 — стержень изолиро­ванный; 10 — кронштейн подвижного контакта; 11 — рычаг подвижного контакта; 12 — кронш­тейн неподвижного контакта

Рис. 4.8. Электропневматический контактор типа SVAD:

1 — вентиль; 2 — цилиндр привода; 3 — блок-контакты; 4, 7 — пружины; 5 — мос­тик контактный; 6 — шины силовые; 8 — рычаг с кронштейном; 9 — регулятор раскрытия контактов; 10— тугоплавкий наконечник рога; 11 — катушка дугогасительная; 12 — рог дугогасительный; 13—сопло для продувки камеры; 14—контакты; 15 — полюс; /о — боковина; 17 — дугогасительная камера; 18 — шток; 19 — труфка к соплу

Для снижения тока электромагнита надо снижать силу т. е. площадь нижнего клапана и его диаметр . Необходи­мо снижать массу подвижных частей, от которой по уравнению (4.9) зависит сила пружины а также перемещение (ход) X клапанов. Обычно для вентилей включающего типа принимают площадь верх пего клапана ≅ 6,5 ÷7 , нижнего — = 5 ÷ 6 , ход клапанов X = 0,9 ÷1,2 мм.

Рис. 4.9. Схемы (а, в) и конструкции (б, г) вентилей соответственно включаю­щего и выключающего типов

В качестве примера на рис. 4.9, б приведена конструкция вклю­чающего вентиля ЭВ-15 ÷ 17 на номинальное напряжение =50 В, номинальное давление сжатого воздуха = 0,5 МПа, с ходом клапанов X = 0,9 мм и минимальным током срабатывания = 0,185 А. Магнитная система вентиля клапанного типа со­стоит из катушки 3, сердечника 4 со сквозным отверстием, ярма 6, якоря 2. В клапанную систему вентиля входит двустороннее ла­тунное седло 10, запрессованное в корпус, имеющее две посадочные поверхности с уклоном по 45° для верхнего клапана 5 на латунном стволе и нижнего клапана 7. Под клапаном 7 в нижней камере, гер­метизированной пробкой 8, расположена пружина 9. Эта камера со­общается с резервуаром сжатого воздуха и играет роль камеры А. Камера Б — внутреннее пространство двустороннего седла, каме­ра В — внутреннее пространство над седлом, сообщающееся с ок­ружающей атмосферой; 1 — кнопка ручного управления.

Вентиль выключающего типа (рис. 4.9, в, г) впускает сжатый воздух в аппарат при обесточенной катушке и выпускает при ее включении. Принцип действия электромагнитной системы тот же, что и включающих вентилей, но различаются их клапанные систе­мы. Камеры А и Б разделены нижним клапаном без пружины, кото­рый поднимается сжатым воздухом при разности давлений в каме­рах

∆ρ=4 ,

где тн — масса нижнего клапана; — его минимальный диаметр.

В обесточенном состоянии верхний клапан должен прижиматься к седлу пружиной, диаметр которой, а следовательно, и диаметр верхнего клапана должны быть несколько больше максимального диаметра нижнего клапана. При включении электромагнит должен развивать силу

+ ,

где — давление воздуха на нижний клапан; — масса комплек­та верхнего клапана.

Размеры клапанов несколько больше, чем у вентилей включаю­щего типа. Так, у выключающих вентилей обычно ≅8 ÷ 10 , ≅16 ÷18 . Конструкция вентиля выключающего типа пред­ставлена на рис. 4.9, г. Основные конструктивные элементы магнит­ной системы обозначены так же, как на рис. 4.9, б. Клапанная си­стема отличается тем, что вместо одного двустороннего седла име­ется два латунных односторонних: верхнее 10, запрессованное в корпус, и нижнее 11, ввернутое в корпус на резьбе. Верхнее седла предназначено для клапана 5, нижнее с направляющей — для сво­бодного клапана 7. Камера А находится ниже седла клапана 9, камера Б — между клапанами и камера В — над посадочной поверхностью верхнего седла.

Рис. 4.10. Узел клапанов электромагнитного вентиля VTM2

В условиях эксплуатации требуется периодически выпол­нять притирку (пригонку) кла­панов в седлах. При малейшем загрязнении они склонны к от­казам. Поэтому начали устанав­ливать в клапанах вентилей уп­лотнители из масло- и морозо­стойких эластомеров. Как при­мер, рассмотрим клапанный узел включающего вентиля VTM2 (рис. 4.10). Здесь двустороннее латунное седло 2, запрессован­ное в корпус I, может перекрываться одним из двух клапанов: верхним 3 или нижним 4. Клапаны уплотняются привулканизированной к ним полиуретановой резиной 5, между ними установлен штифт 6. Такие уплотнения работают в эксплуатации достаточно устойчиво.

Дата добавления: 2015-07-12