Электропневматический контактор Советский патент 1992 года по МПК H01H3/24 

Изобретение относится к электроаппа- ратостроению и может быть использовано, например, в силовых контакторах с пневматическим приводом, применяемых для переключений в электрических цепях тяговых электродвигателей тепловозов. Такие контакторы находят также широкое применение на электрофицированном транспорте, на сверхмощных автосамосвалах и другой технике.

Известны,электропневматические контакторы, содержащие пневмоцилиндр, подвижная часть которого связана с контактом, крышку с отверстием для прохода сжатого воздуха и электропневматический вентиль, обычно закрепленный на крышке пневмоцилиндра и служащий для дистанционного управления контактором.

Пневматический привод применительно к контактору на большие токи имеет ряд преимуществ по сравнению с электромагнитным. Однако в процессе отключения электропневматического контактора характерно появление резкого снижения скорости расхождения контактов, следующее после момента их размыкания и приходящегося на зазор между ними от одного до нескольких миллиметров, Колебания скорости связаны с особенностями обратного хода пневмопривода под действием резкопеременной нагрузки. При размыкании контактов нагрузка на пневмопривод практически мгновенно уменьшается на величину контактного нажатия Вследствие относительного небольшого сечения выхлопного канала электропневматического вентиля сжатый воздух не успевает выйти из рабочей полости пневмоцилиндра и создает нескомпенсированную силу давления воздуха на подвижную часть пневмоцилиндра (поршень на диафрагму), направленную против силы отключающей пружины, Этим и объясняется снижение скорости, а в неблагоприятных случаях даже остановка подвижной части привода и связанного с ней подвижного контакта.

Так как основная часть энергии выделяемая в электрической дуге, приходится на начальную стадию размыкания контактов, то это обстоятельство в первую очередь

определяет повышенный износ контактов электропневматических контакторов и является недостатком обычных контакторов с пневматическим приводом.

Известно, что увеличением эффективного сечения выхлопного отверстия можно повысить скорость отключения. Однако на электропневматических контакторах устанавливаются не специально для них разработанные электропневматические вентили,

а унифицированные. Диапазон эффективных сечений их выхлопных отверстий обычно ограничен. Применение более мощных электропневматических вентилей, имеющих возможность быстрого стравливания

воздуха, серьезно отражается на габаритах и экономических показателях контактора и делает просто бессмысленным по этим мотивам применение пневмопривода в таких контакторах.

Наиболее близким к предлагаемому является электропневматический контактор, содержащий пневмоцилиндр, предназначенный для перемещения подвижного контакта и закрытый крышкой, на которой

установлен электропневматический вентиль.

Недостатком прототипа является повышенный износ контактов, связанный со снижением скорости на начальной стадии

размыкания.

Цель изобретения - повышение коммутационной износостойкости, компактности и технологичности электропневматического контактора.

Суть изобретения заключается в том, что в электропневматичемком контакторе между пневмоцилиндром и его крышкой встроен пневмоклапан быстрого выхлопа, корпус которого образован двумя сложенными вместе панелями, при этом панель, соприкасающаяся с пневмоцилиндром, содержит выступающую кольцевую часть, которая входит в окно второй панели и соприкасается со средней частью диафрагмы, которая размещена в кольцевой проточке второй панели и зажата в ней крышкой, причем выполненные сквозные отверстия в упомянутой выступающей части и диафрагме, полость между диафрагмой и крышкой, отверстие в крышке вместе образуют открытый канал для прохода воздуха от электропневматического вентиля в рабочую полость пневмоцилиндра. а в панелях в плоскости их соединения выполнены пазы, образующие канал для возможности выхода сжатого воздуха через сквозные отверстия и окно в панелях из пневмоцилиндра наружу. Другие отличия заключаются в том, что, по крайней мере, одна из упомянутых панелей выполнена из электроизоляционного материала, что средняя часть диафрагмы выполнена с утолщением в виде диска, что в диафрагме по наружному диаметру выполнен кольцевой выступ, соответствующий кольцевой проточке панели.

Известно, что для повышения скорости срабатывания пневматических приводов при относительно малых сечениях выхлопного отверстия уг.равляющего вентиля можно использовать специальные устройства - пневмоклапаны быстрого выхлопа.

При включении пневмораспределите- лей сжатый воздух проходит через клапан быстрого выхлопа, который беспрепятственно пропускает его в поршневую полость цилиндра потрубопроводу, обеспечивая перемещение поршня (включение). При включении пневмораспределителя давление в трубопроводе падает, клапан быстрого выхлопа переключается, обеспечивая быстрый выпуск воздуха из полости пневмоцилиндра непосредственно в атмосферу, минуя трубопровод и пневмораспре- делитель.

Известны пневмоклапаны быстрого выхлопа, выполненные в виде отдельного устройства и содержащие соответственно выполненный корпус, крышку и размещенную между ними мембрану (диафрагму) с отверстием. Для подсоединения к пневмо- цилиндру и пневмораспределителю в корпусе и крышке таких пневмоклапанов выполнены резьбовые отверстия. Электропневматические контакторы, как правило, имеют относительно небольшой объем опорожняемой полости пневмоцилиндра, Поэтому присоединение к пневмоприводу контактора известного пневмоклапана быстрого выхлопа с его подсоединением через воздуховоды (даже укороченные), подсоединяемые на резьбе, не приведет к получению эффекта. Это связано с тем, что эффект быстрого выхлопа получается ощутимым при условии установки пиевмоклапана в непосредственной близости от опорожняемой полости и только, если объем опорожняемой полости существенно превышает объем сокращаемой части выхлопной линии. В случае с контактором, наоборот, с установкой известного отдельного пневмоклапана вы0 хлопная линия даже несколько увеличивается (хотя и сечение увеличивается).

Кроме того, электропневматические контакторы, которые применяются на подвижном составе, являются достаточно ком5 пактными аппаратами. Установка на них пневмоклапана быстрого выхлопа известной конструкции с воздуховодами в виде трубок, каких-либо муфт и другой арматуры существенно ухудшает массогабзритные

0 показатели контактора.

На фиг. 1 приведен возможный вариант предлагаемого электропневматического контактора; на фиг. 2 - то же, включенное положение.

5Электропневматический контактор содержит пневмоцилиндр 1, на подвижной части 2 закреплен подвижный контакт 3, Пневмоцилиндр 1 закрыт с одной стороны крышкой 4, на которой установлен электро0 пневматический вентиль 5. Между пнеемо- цилиндром 1 и крышкой 4 встроен пневмоклапан быстрого выхлопа, который образован двумя панелями 6 и 7, диафрагмой 8 и самой крышкой 4. Панель б содер5 жит выступающую кольцевую часть 9, которая входит в окно 10 панели 7. Выступающая кольцевая часть 9 своей кромкой 11 соприкасается с центральной частью диафрагмы 8. в которой выполнено отверстие 12.

0В панели 7 имеется проточка 13 для

размещения диафрагмы 8, которая зажимается здесь крышкой 4 (фиг, 2) по наружному диаметру. В диафрагме 8 для лучшей фиксации и герметичности по наружному диамет5 ру выполнен кольцевой выступ, соответствующий проточке 13.

Диафрагма 8 выполнена тарельчатой формы, так, что между крышкой 4 и диафрагмой 8 образуется полость 14.

0Диафрагма 8 в центральной части выполнена с утолщением 8 в виде диска. Наличие утолщения делает центральную часть диафрагмы более жесткой, В этом случае она воспринимает большую часть усилия,

5 передаваемого сжатым воздухом на всю диафрагму, и с большей силой прижимается к кромке 11 выступающей кольцевой части 9, обеспечивая необходимую герметичность сочленения, при этом также обеспечивается больший срок службы диафрагмы 8 с учетом

ее износа в месте соприкосновения с кольцевой частью 9,

В выступающей части 9 выполнено сквозное отверстие 15, которое вместе с отверстием в диафрагме 12 полостью 14 (см. фиг. 2) и отверстием 16 в крышке 4 образуют открытый канал для прохода сжатого воздуха от электропневматического вентиля 5 в рабочую полость 17 пневмоцилиндра 1.

В панелях 6 и 7 в плоскости их соединения выполнены пазы 18, 19, которые образуют канал для возможности отвода сжатого воздуха через сквозное отверстие 15, окно 10 и соответственно пазы 18 и 19 из рабочей полости 17 пневмоцилиндра 1 наружу (в атмосферу).

Для электрической изоляции корпуса электропневматического вентиля 5 от пневмоцилиндра панели 6, 7 могут быть выполнены из электроизоляционного материала, например, пластмассы. В этом случае существенно упрощается и технология их изготовления.

Предлагаемый электропневматический контактор работает следующим образом,

При включении электропневматического вентиля 5 сжатый воздух через отверстие 16 в крышке 4, полость 14, отверстие 12 в диафрагме 8, отверстие 15 в панели 6 проходит в рабочую полость 17 пневмоцилиндра 1. Под действием сжатого воздуха подвижная часть 2 перемещается, сжимая етключающую пружину 20 до замыкания контактов 3 и 21 (фиг. 2). При этом сжатый воздух, попадая в полость 14,создает избыточное давление на диафрагму-8, которая, плотно прижимаясь к кромке 11 кольцевой выступающей части 9, перекрывает возможность утечки воздуха в полость окна 10 и через каналы от пазов 18, 19 в атмосферу. Так как наиболее ответственным режимом работы контактора является продолжительное включение, то отсутствие значительных утечек является важным положительным эффектом.

При отключении электропневматического вентиля 5 полость 13 оказывается соединенной с атмосферой через выхлопной клапан электропневматического вентиля 5. Давление сжатого воздуха на диафрагму 8 со стороны пневмоцилиндра 1 оказывается большим, так как отверстие 15 существенно больше отверстия 12. Диафрагма 8 прогибается, открывая возможность свободного выхода сжатого воздуха в атмосферу из рабочей полости 17 пневмоцилиндра 1 через отверстие 15 в полость окна 10 и пазы 18 и 19, минуя электропневматиче ский вентиль 5 и воздуховод (отверстие 16) в крышке 4,

Так как эффективные сечения отверстия 15, зазора между диафрагмой 8 и кромкой 11. окна 10 и пазов 18, 19 принимаются относительно существенно большими, чем

эффективные сечения отверстий крышки 4 и клапанной системы электропневматического вентиля 5,то скорость истечения воздуха, в следовательно, и скорость перемещения контактов будет также существенно боль0 шей. Увеличение скорости размыкания контактов способствует, как известно, снижению дуговой эрозии контактов, и таким образом повышается коммутационная износостойкость контактора. Результаты

5 коммутационных испытаний электропневматических контакторов, оборудованных предлагаемым устройством, показывают возможность уменьшения в полтора-два раза времени горения электрической дуги и

0 электрического износа контактов. Применение предлагаемого устройства особенно эф- фективно в мощных и групповых электропневматических контакторах для тепловозов, где вследствие большого числа

5 контактных групп ( 4, 6 или 8) и больших контактных нажатий имеет место особо рез- копеременная нагрузка на пневмопривод в момент размыкания контактов и резкое снижение их скорости, что крайне отрицатель0 но сказывается на коммутационной износостойкости. Применение предлагаемого решения позволяет существенно повысить скорость размыкания контактов, тем самым снизить время горения дуги и износ

5 контактов.

Применение клапана быстрого выхлопа, встроенного в контактор и выполненного в основном в виде плоских панелей, позволяет добиться повышения скорости

0 при незначительном (в опытных образцах до 15 мм) удлинении контактора.

При изготовлении панелей из пластмассы просто решается проблема электрической изоляции электропневматического

5 вентиля от пневмоцилиндра, существенно упрощается технология изготовления клапана быстрого сброса, так как все его детали могут быть качественно изготовлены простым методом прямого прессования из пла0 стмассы.

Формула изобретения 1. Электропневматический контактор, содержащий пневмоцилиндр, предназначенный для перемещения подвижного кон5 такта и закрытый крышкой, на которой установлен электропневматический вентиль, отличающийся тем. что, с целью повышения коммутационной износостойкости и технологичности, между пневмо- цилиндром и его крышкой встроен

пневмоклапан быстрого выхлопа, корпус которого образован двумя сложенными вместе панелями, внутри корпуса установлена диафрагма, при этом панель, соприкасающаяся с пневмоцилиндром, содержит выступающую кольцевую часть, которая входит в окно второй панели и соприкасается с центральной частью диафрагмы, диафрагма размещена в кольцевой проточке второй панели и зажата в ней крышкой, в выступающей кольцевой части панели, соприкасающейся с пневмоцилиндром, диафрагме и крышке выполнены скозные отверстия, которые вместе образуют открытый канал для прохода сжатого воздуха от электропневматического вентиля в рабочую

5

полость пневмоцилиндра, а в панелях, в плоскостях их соединения, выполнены пазы, образующие канал для возможности вы хода сжатого воздуха через сквозные отверстия и окно в каналах из пневмоцилиндра наружу.

2.Контактор поп, 1,отличающий- с я тем, что по крайней мере одна из упомянутых панелей выполнена из электроизолированного материала.

3.Контактор поп. 1,отличэющий- с я тем, что центральная часть диафрагмы выполнена с утолщением в виде диска.

4.Контактор поп. 1,отличающий- с я тем, что в диафрагме по наружному диаметру выполнен кольцевой выступ.