Групповой электропневматический контактор Советский патент 1935 года по МПК B60L15/12 H01H3/24 H01H3/44 H01H21/82 

Изобретение касается группового электрокневматического контактора, применяемого, главным образом, в области управления электрическими поездами и состоящего из кулачкового валика или валиков, приводящих в действие контакты.

Хорощее гашение вольтовых дуг в контакторах требует быстрого движения кулачкового вала, а последнее неизменно связано с большой кинетической энергией, которую вал должен получить во время этого движения.

Сообщение этой энергии потребует мощного привода, если ее создать во время движения кулачкового вала; поэтому в предлагаемом контакторе применено запасание этой энергии комбинированным способом-в виде кинетической энергии вращающихся частей и потенциональной энергии пружин или грузов.

Конструкция предлагаемого контакта изображена на чертеже, где фиг. 1 изображает механическую передачу от пневматического двигателя к кулачковому валику; фиг. 2 - приспоспособление для осуществления механической связи между валиком и пружинами или грузами; фиг. 3-пневматический двигатель; фиг. 4 - один из клапанов для управления этим двигателем; фиг. 5-схему главной электрической цепи (т. е. цепи тяговых двигателей); фиг. 6 - схему цепи управления.

Кулачковый вал О (фиг. 1) контактора получает движение от вала А с помощью мальтийского механизма через посредство вала В и зубчатой передачи.

На валу А расположен рычаг с грузом G, назначение которого двоякое: во-первых, запасать работу, в виде своей кинетической энергии, в начале движения вала А при повороте его на

угол а и отдавать эту энергию кулачковому валу, во-вторых, после поворота кулачкового вала приводить ведущий палец вала А в нижнее положение; для последней цели он может быть заменен пружиной.

В мальтийском кресте введены вырезы Ь, а в диске около пальца а вырез соответственно уменьщен. Этим достигается точное фиксирование положения креста, исключается возможность заклинивания диска о крест н исключаются удары пальца а о крест в начале его движения.

Применение мальтийского механизма обеспечивает надежное фиксирование положения кулачкового вала и абсолютную невозможность проскока контактором сразу двух положений.

Работа контактора проходит следующим образом. В начале движения вала А он ускоряется во время повооота на угол а, запасая кинетическую энергию в грузе G и других расположенных аа нем частях. При дальнейшем повороте он увлекает мальтийский крест, приводя в движение н кулачковый вал. При этом большая часть его кинетической энергии отдается кулачковому валу. Благодаря исключительно благоприятному закону ускорений, даваемому мальтийским механизмом, передача происходит плавно и без ударов. При дальнейшем движении мальтийский крест (а с ним и кулачковый вал) постепенно замедляется и останавливается, возвращая свою кинетическую энергию вала А,

При дальнейшем повороте вала А на угол а он тормозится сжатым воздухом и плавно останавливается.

Для достижения еще большей скорости кулачкового вала работа, потребная для сообщения ему этой скорости, запасается еще пружинами. Для этого на валу В посажен кулачок, изображениый на фиг. 2 в положении, соответствующем остановке кулачкового вала. По этому кулачку катятся ролики, нажимаемые сильными пружинами. В первый период движения кулачкового вала эти пружины с помошью роликов и кулачка ускоряют вал, отдавая ему свою энергию. Во второй период движения, гаоборот, они поглощают энергию от кулачкового вала и замедляют его, т. е. движение вала по своему закону приближается к свободному колебанию его под влиянием пружины.

Выстуаы кулачка снабжены небольшими углублениями, очерченными радиусом, несколько больщим радиуса ролика, предназначенными не для остановки механизма, так как последнее очень надежно достигается мальтийским крестом, а лишь для того, чтобы уменьшить трение диска на валу А о мальтийский крест. Поэтому эти углубления могут отсутствовать. Профиль кулпчка должен быть выбран так, чтобы была обеспечена безударная работа роликов на нем. Для этого его нeoбxdдимo очертить по .пинии эквидистантной логарифмической спирали, округляя внутренние углы радиусом, большим радиуса ролика.

Внешние углы могут быть закруглены произвольным ;iai iycoM (относительно этих закруглений см. статью автора и «Вестнике инженеров за 1932 г. .N2 I).

Для вращения ва.ча А служит пневматический коловратный двигатель (фиг. 3). Такие двигатели применяются в ьакуумных насосах и гидравлических коробках скоростей.

Подачей сжатого воздуха управляют обычные электромагниты М тз. N; электромагнит Л снабжен вспомогательной обмоткой, предназначенной для удержания якоря во время переключения главной обмотки из одной электрической цепи « другую. Вспомогательная обмотка может быть выполнена коротко замкнутой и питаться током, индуктиро1;пнным экстра-током размыкания главной обмотки.

Если в обоих электромагнитах Ж и N нет тока, то М сообщает левую полость с трубопроводом сжатого воздуха, а N-правую полость с атмосферой. Давлением этого воздуха контактор поворачивается в выключенное положение и в нем и удерживаетсп. При ьозбзжяении электромагнита ЛГ празая полость сообщается с трубопроводом сжатого воздзха, но этого еще недостаточно для движения контактора, так как и левая полость сообщена с этим трубопроводом. При возбуждении электромагнита М, который управляется ускорительным реле, воздух из левой полости выпускается. Привод приходит в движение и поворачивает кулачковый вал на одно деление.

Ток в электромагните М прерывается реле ускорения или блокировочным барабаном контактора. Благодаря этому сжатый воздух через обратный клапан Р наполнит левую полость и, следовательно, давления в обеих полостях еравняются.

Привод будет продолжать двигаться по инерции, выталкивая сжатый воздух из левой полости в трубопровод. Клапан Р при этом закроется и воздух будет проходить только через узкое отверстие, регулируемое клапаном р (последний может быть заменен отверстием в клапане Р).

За счет того, что торможение происходит сжатым воздухом, оно будет гораздо более сильным, чем в обычных пневматических катарактах, приближаясь ко своим свойствам к торможению гидравлическому. Плавность торможения при этом однако будй,т гораздо выше.

Когда реле ускорения снова замкнет цепь электромагнита М. контактор совершенно таким же образом повернется на следующее положение и т. д. Выключение контактора (движение в обратную сторону) происходит совершенно таким же образом, с той лишь разницей, что при этом оба электромагнита М и N находятся без тока. Остановка контактора и торможение происходят при возбуждении электромагнита Л .

Так как при полном выключении тяговых двигателей выключается и ток управления, то для остановки контактора в крайнем выключенном положении необходимо механически передвинуть клапан электромагнита N в положение, соответствующее впуску сжатого воздуха. Это достигается с помощью кулачка, сидящего на кулачковом валу и рычаге. Это приспособление на фиг. 3 показано букьой L.

В тех случаях, когда контактор включается на полное параллельное соединение двигателей с ослаблением поля после кратковременного выключения тока, когда скорость поезда не успела понизиться, а также при выключении, ему приходятся проходить cpi3v восемнадцать положений. Так как при этом скорость привода при каждом повороте будет возрастать, то затормозить его в последнем положении будет затруднительно-. Поэтому необходимо после первого поворота вала А (фиг. 1) дросселировать поступающий B03iyx, чтобы не приисходнло дальнейшего повьпинния скорости этого вала.

Устройство, предназначенное для этого, показано на фиг. 4. Воздух из трубопровода поступает к клапану Q через к.аапан R, снабженный пружиной, стремящейся его открыть. Закрытие клапана производится давлением кулачка, сидящего на ва.чу А (фиг. 1), на ролик. Это закрытие происходит после окончания поворота вала А на уг;.Л к до прихода ведущего па.гьца мальтийского креста в нижнее положение (на фиг. 4 механизм изображен в положении окончания поворота кулачкового вала). При этом закрытии давление за клапаном К падает и этот клапан остается придатым давлением воздуха к сьоему седлу.

Воздух к клапану Q поступает только через клапан г, которым он и дросселируется, так что дальнейшее повышение скорости прекращается. Если поЕорот происходит толко на одно положение, то закрытие клапана R помогает торможению. К следующему движению контактора клапан К будет уже открыт своей пружиной, так как давления сравниваются через клапан г. Для дросселирования воздуха при включении контактора необходима устаноака такого же устройства перед клапаном Р с той лишь разницей, что закрытие соответствующего клапана будет происходить в другое время, чем клапана В.

Удержание клапана R прижатым к седлу может быть произведено собачкой, отпускаемой электромагнитом, включаемым реле ускорения при его действии.

Схема глаьной цгпи предлагаемого контактора дана иа фиг. 5. Она представляет o6HqHY o последовательно-параллельную схему управления двигателями постоянного тока с переходом но способу моста.

Все 18 контакторов приводятся в действие от .ку.чачкового вала; совершенно отсутствуют линейные контакторы и переключатели шунтироьки поля, что си,1ьно упрощает и удешевляет оборудование управления.

Предлагаемый контактор позволяет выключить ток с параллельного соединения с клаб тайным аолем не только вращением назад, но и сразу вращением вперед. 11ри этом сперва включаются jBce реостаты, чем ток сильно ослабляется, а потом разрывается ток в десяти местах (четыре контактора последовательно), что вместе с очень быстрым движением кулачкового вала дает хорошее гашение вольтовых дуг.

При переходе от параллельного к последовательному соединению ток разрывается «; четырех местах (контакторы В-, БЗ, GI. Go); а при выключении с последовательного соединения - в пяти местах (см. таблицу замыкания контакторов). Мри выключении тока участвуют и контакторы ослабления поля /j. Fa, Fg, F, благо.даря чему при малом общем количестве контакторов 11олучаегся большое число мест разрыва тока. Для повышения безопасности на случай -отказа группового контактора вс.чедствие засорения трубопроводов или отсутствия сжатого BOJдуха, или попадания инорлдиего тела в схрму введен аварийный выключатель АВ, обеспечивающий надежное выключениэ тока.

Он представляет собой электропнгвматический индивидуальный контактор без нскригасятеля. Параллельно ему через сопротивление включен плавкий предохранитель, рассчитанный так, чтобы он плавился током нагрузки. При замкнутом аварийном выключателе почти весь ток нагрузки идет через него и потому предохранитель не плавится. При авариях аварийный выключатель размыкается, весь ток проходит через предохранитель, плавит его и разрывается. Блтгодаря такому устройству аварийного выключателя ему не прихолится размыкаться под напряжением и поэтому он получается очень простым и дешевым, Дальнейшее выключение аварийного выключателя возможно только при замененном предохранителе, так как в противном случае включению помешает нулевое реле HP, которое останется без тока.

Схема цепи упра1 ления дана на фиг, 6. Работает она следующим образом. При постановке главного контроллера (мастер-контроллера) на первое (маневровое) положение ток от положительного полюса через выключатель упраЕле:1Ия и кнопку безопасности поступает в контроллер, где разветвляется: во-первых, ток идет к реверсивному бфабану контроллера и, смотря по его положению, в провод И или 12, в соответствующую катушку реверсера и к отрицательному полюсу.

Реверсер перекидывается, замыкается его блокнровоч:5Ый контакт и ток поступает к контакту d блокировочного барабана контактора, оттуд через контакт / в главную катушку N контактора и через контакты нулевого реле и реле перегрузки к минусу. Из контакта d ток, кроме того,

пойдет li контакт С, катушку аварийного выключателя, контакты нулевого реле н реле перегрузки и в минус. Аварийный выключатель заМлнется и замкнет свой блокировочный контакт АВ, благодаря которому останется все время замкнутым. Другой путь тока: от контро.лера ь провод 1 (манеьровый), контакт а, контакт G и оттуда ч.-рез вспомогательную катушку реле ускорения РУ, электромагнит М контактора, блокироьочныг контакты нулевого реле пе,.е.рузки к минусу. Оба электромагнита М к N контроллера будут возбуждены и он придет в движение. При переходе из нулевого в первое по.шжение контактора пазомю.ется цепь электромагнита М в контакте G и дальнейшее движение поекратится. Кроме того катушка электромаг, ита N переключится из провода pjве,.сера в маневровый. Чтобы при ее переключениях не отпал якорь, включается контактом е вспомогательная кагушка (только на время переключения).

Если контроллер стоит па последовательном или одном из дальнейших положений, ток через провод 2, контакт /, контакт Л подойдет к контакту реле ускорения РУ, и если последнее отпало, то в катушку электромагнита Ai и т, д. Контактор перейдет из первого ьо второе положение, замыкая одну секцию пусковых реостатов. При этом катушка электромагнита JV переключится из маиеировоги проьида 1 в последовательный 2.

Во время ДБн ке1:ия контактора замыкается ток через контакт 6 в алектромагнит А{, чем обеспечивается движение контактора на одно деление, несмотря на то, что разрываются контакты реле ускорения. Дальнейшее движение контактора tee последовательные положения будет происходить таким же порядком при отпадениях якоря реле ускорения. Б последнем (восьмом) полох-:ении реле ускорения из последо1.ате.1ьного провода переключится в параллельный 3 с помощью контактов Л. i и /г и дальнейшее дьижеиие контактора произойдет только тогда, когда к контакту А бJдeт подзеден ток.

- Это возможно только тогда, когда контроллер стоит в соответствующем положении и когяа работают все тягсьые двигатели, так как ток к контакту k подводится через блокировочные контакты выключателей MOi ОМ двигателей.

;;ри переходе с последовательного ка па:1аллельное соединение катущка электроматора N переключается из провода 2 в провод 3.

Таким же об;)азом осуществляется переход на шунтированное поле и на выключение.

Чтобы но перегрузить двигателей преждевг.еменным переходом ьа ослабление поля, в реле ускорения устроена размагничивающая катушка, ко-орая пи1ается током, через реостат для регулирования ускорения, КЗ манеироього провода через контакт Ь. Эта катушка вык:;ючается в переходных положениях контактора, обеспечивая надежное притяжение якоря реле ускорения.

Реле ускорения рассчитано так, чтобы при управлении пусковым реостатом якорь его отпадал при желаемой силе главного тока при включенной размагничивающей катушке.

в последнем параллельном соединении размагничивающая катушка выключается и поэтому реле ускорения отпадает и переводит контактор на ослабление поля только при сильном понижении тока в цепи дьигателей. Этим исключается возможность з.юупотребления ослабленным полем ири трогании, на подъемах и т. д. со стороны машиниста.

Выключение движением вперед контактора происходит при подведений тока к контакту т по проводу 8.

Это достигаете или поворотом контроллера в пятое положение (для чего контроллер устраивается с вращением ручки кругом) или контактами нулевого реле или реле перегрузки, соединяющими провод 8 с маневровым проводом J; так как эти реле одновремонио другими контактами выключают катушки электромагнитов М и N и, следовательно, могут вызвать движение контактора назад, то в схеме предусмотрено специальное реле СР. Это реле питается током, идущим через провод 4 ослабления поля и через провод 8, и своими контактами соединяет конец катушек электромагнитов М l N с минусом помимо контактов нулевого реле и реле перегрузки. Соединение это осуществляется только в положении параллельного соединения с ослабленным полем.

Примененная схема переключения обмотки электромагнита Л в провод данного соединения позволяет осуществить переход к обратном направлении-с параллельного соединения на последовательное и манеьровое. Чтобы выяснить, как это происходит, можно проследить переход с параллельного соединения ослаблением поля на последоштельноз. Для этого главный контроллер переводят и.; первого положения во второе. Этим выключается ток в пооводах 3 и 4.

Электромагниты М и N останутся без тока и контактор придет в движение в сторону выключения. Это движение булет происходить до ьосьмого положения последовательного соединения, в котором ток из провода 2 через контакты /и/ попадает в катушку электромагнита Л , возбудит ее и движение прекратится.

Таким хсе образом осуществляются любые движения контактора в об,)атном направлении.

Работа контактора при ручном пуске с помощью байпасной катушки происходит так же, как обычно.

По мнению автора предлагаемый контактор обладает следующими преимуществами: 1) простота и дешевизна вследствие отсутствия линейного контактора и переключателя шунгировки поля; 2) абсолютная невозможность проскока контактором сразу двух положений, что является очень опасным для двигателей; 3) тфочность и надежность ьследствие плаьного движения и отсутствия ударов и большая скорость переключения; 4) хорошее гашение вольтовых дуг вследствие больших скоростей н большого числа мест разрыва тока; 5) возможность перехода с быстрого хода (параллельное соединение, ослабление поля) на тихни (последовательное и маневровое соединение) без выключения тока, благодаря чему нагрузка становится более равномерной и улучшается использование подстанций и проводов; 6) безусловно надежное ьыключение тока даже яри повреждении контактора благодаря применению аварийного выключателя, переносящего раз рыв тока в плавкий предохранитель; 7) иево ыожность злоупотребленнй ослабленным полем со стороны машиниста, благодаря чему возмож ; широкое применение ослабления поля, чем достигается уменьшение потерь в реостатах, поиышение скорости движения и улучшение исполь301-ания подьижного состава; 8) уменылеиие, более чем вдвое числа переключений отдельных, контакторов благодаря выключению тока ьиженнем контактора вперед и возможности осуществлять без выключения тока переход с быстрого хода на медленный; поэтому сильно возрастает долговечность контактора; 9) большие ускорения при трогании и хоронлее использование тяговых двигателей благодаря переходу по способу моста; 10) большая экономия схлатогО воздуха по следуюшим причинам: а) во 1время стоянки или езды поезда воздух может просачиваться только через один сальник малого днаметра, а не через два больших поршня обычного контактора; 6) для переключения на одно деление 1:ыпускается только небольшое количество сжатого воздуха, а не весь ьоздух из цилиндра, рассчитанного на поворот на все положения.

Предмет патента.

1. Групповой электропневматическкй контактор, в котором контакты приводятся в действие поворотным кулачковым валиком или валиками, отличающийся тем. что для поворачивания валика или валиков применен и коловратный, например, пневматический двигатель с целью,во-первых, автоматического останова привод:юга механизма н контактора после перехода с одногоположения на другое, и во-вторых, применения передачи с накапливающими энергию движения частями.

J. Форма выполнения контактора по п. 1, отличающаяся тем, что трубы, подводящие сжатый воздух к элактромагнитным клапа1:а.м, управляющим BnjCKOM и выпуском воздуха из двигателя, снабжены обратными клапанами Яи(5и обходными для последних -.«лапанами р н q, с целью пневматического торможения кулачкового 1;алика.

3.Форма выполнения контактора по пп. 1 и 2,. отличающаяся тем, что кулачковый валик снабжен кулачком L, взаимодействующим с включающим клапаном и служащим для открытия его в нулевом (выключенном) положении валика, с целью остановки последнего.

4.Форма выполнения контактора по пп; 1-3; отличающаяся тем, что в трубе, подводящей Воздух к включающему клапану, расположены клапан П. упра1 ляемый ку.чачком или т. п., закрепленным на оси двигателя, и обходной клапан г с целью торможения двигателя при каждом его обороте путем дросселирования этими клиианами поступающего в двигатель сжатого воздуха.

5.При контакторе по п., 4 применение собачки для клапана R, удерживающей его в закрытом состоянии и управляемой реле ускорения чер:з посредство электромагнита.

6.При контакторе по пп. 1-5 применение мальтийского креста, служащего в качестве промежуточного элемента передачи от двн1ателя

к кулачковому валику и снабженного вырезами, расположенными в средних частях кромок креста, фиксирующих по1ожение последнего, каковые вырезы предназначены для уменьшения размеров ьыреза в диске, несущем ведущий палец я.

7.При контакторе по пц. 1-6 применение в качестве пружин, воздействующих через посредство передаточного механизма на кулачковый валик, пружин, так соразмеренных, чтобы они служили для передачи накопленной ими энергии валику в период. ускорения последнего и для поглощения энергии движения в период замедления валика.

8.При контакторе по пп. 1-7 применение управляемого на расстоянии (например, электропневматического) контактора АВ, служащего для размыкания цепи, щуятирующей плавкий предохранитель в цепи тяговых двигателей, рассчитанный на плавление рабочим током последних.

9.При контакторе по пп. 1-8 применение вспомогательной катушки электромагнита Л, управляющего включающим клапаном, с целью удержания и коря при переключениях главной катущки в ту или иную цепь.

10.При контакторе по пп. 1-9 применение размагничивающей обмотки в реле ускорения /У, управляемой блокировочным барабаном контактора и выключаемой перед переключением последнего на положения ослабленного возбуждения тяговых двигателей и на переходных положениях.

11.При контакторе по пп. 1-10 применение вспомогательного реле СР, служащего для осуществления поворота контактора из последнего положения в положение выключения тяговых двигателей в том же направлении, в каком контактор поворачивался при включенни этих двигателей, с целью выключения последних через посредство реле перегрузки или нулевою.

12.При контакторе по пп. 1-11 применение в нем кулачкоЕ, служащих для включения катушки электромагнита N включающего клапана в цепь, соответствующую занятому положению (маневровому, последовательному и т. д.).

13.При контакторе по пп. 1-12 применение в качестве главного контроллера такого контроллера, который может совершать полны оборот.

ФиН..у

фиг

т

Фиг5