ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ
ELECTROMECHANICAL TIME RELAY

Изобретение относится к электрическим переключателям, срабатывающим в зависимости от времени, а более конкретно - к электромеханическим реле времени.
Известно электромеханическое реле времени, содержащее контактное устройство и пружинный часовой механизм [1]. Часовой механизм вращает с постоянной скоростью вал, на котором закреплен кулачок, осуществляющий переключение электрических контактов с заданной выдержкой времени. Недостатком данного реле является то, что взвод пружины часового механизма осуществляются вручную. Это не позволяет использовать реле для коммутации электрических цепей в устройствах автоматики.
Известно электромеханическое реле времени, содержащее контактное устройство и пружинный часовой механизм с заводным рычагом и электромагнитом, якорь которого поворачивает заводной рычаг (прототип) [2, стр.313]. Конструкция реле исключает недостаток аналога, поскольку взвод пружины часового механизма осуществляется в автоматическом режиме с помощью электромагнита.
Недостатком реле является его низкая надежность, обусловленная частыми поломками зубчатых передач часового механизма. Это связано с ударным характером взаимодействия якоря электромагнита и заводного рычага часового механизма. В результате удара якоря по заводному рычагу при взводе возникает большая динамическая нагрузка, которая передается по кинематической цепи и приводят к поломке зубьев зубчатых колес часового механизма.
Настоящее изобретение направлено на повышение надежности электромеханического реле времени путем устранения ударного взаимодействия якоря и заводного рычага.
Новое электромеханическое реле времени, так же как прототип, содержит контактное устройство и пружинный часовой механизм с заводным рычагом и электромагнитом, якорь которого поворачивает заводной рычаг.
Конструктивной особенностью реле является то, что оно снабжено пневматическим амортизатором одностороннего действия, обеспечивающим безударное воздействие якоря на рычаг при взводе часового механизма и свободный ход якоря в обратную сторону.
Пневматический амортизатор содержит присоединенный к якорю поршень, расположенный в неподвижно установленном закрытом цилиндре. Торцевая часть поршня, образующая с цилиндром замкнутую полость, выполнена в форме чаши с тонкой, способной к упругой деформации стенкой, включающей соприкасающийся с цилиндром и примыкающий к торцу поршня герметизирующий поясок. В донной части цилиндра имеется дросселирующее отверстие, связывающее гильзу с внешней воздушной средой.
Поршень амортизатора изготовлен из антифрикционного полимерного материала, его торцевая часть в форме чаши содержит внутреннюю коническую поверхность с углом уклона конуса α=8…10 градусов. Остальные геометрические параметры поршня определяются следующими соотношениями: толщина стенки поршня на торце составляет s=(0,01…0,04)*d, длина герметизирующего пояска t=(0,06…0,08)*d, высота пояска h=(0,006…0,008)*d, где d - наружный диаметр поршня.
Использование пневматического амортизатора (демпфера), обеспечивающего торможение якоря электромагнита в конце его хода с целью уменьшения ударной нагрузки и шума является известным техническим решением. Известно реле с пневматическим демпфером, включающим поршень, цилиндр и дроссель [3]. Конструкция реле предусматривает присоединение поршня к якорю. Недостатком данного реле является то, что якорь электромагнита тормозится демпфером не только при торможении, но и при разгоне якоря. Это связано с тем, что при возврате поршня в исходное положение воздух повторно проходит через дроссель. В результате цикл времени срабатывания увеличивается.
В предлагаемой конструкции реле времени с односторонним амортизатором при обратном ходе (разгоне) поршня амортизатора дроссель не работает. Поэтому время разгона якоря очень мало. Данное обстоятельство имеет принципиальное значение для реле времени, поскольку время разгона якоря влияет на точность выдержки времени.
На фиг.1 представлен сборочный чертеж реле времени, на фиг.2 - амортизатор в разрезе А-А (фиг.1), на фиг.3 - местный вид А (фиг.2) поршня в разрезе.
Реле времени содержит контактное устройство 1, пружинный часовой механизм 2 с заводным рычагом 3 и электромагнитом 4, якорь 5 которого поворачивает заводной рычаг 3 с помощью возвратной пружины 6 (фиг.1). Реле снабжено пневматическим амортизатором 7 одностороннего действия.
Основным несущим элементом реле является цоколь 8. К нему с помощью винтов 9 присоединен электромагнит 4. Амортизатор 7 установлен на стойке 10, которая прикреплена к цоколю винтом 11 и гайкой 12.
Узлы реле закрыты кожухом 13, который прикреплен к цоколю 8 с помощью защелок 14.
Пневматический амортизатор содержит присоединенный к якорю поршень 15, расположенный в неподвижно установленном закрытом цилиндре 16 (фиг.2). Торцевая часть поршня 15, образующая с цилиндром 16 замкнутую полость, выполнена в форме чаши с тонкой, способной к упругой деформации стенкой, включающей соприкасающийся с цилиндром и примыкающий к торцу поршня герметизирующий поясок 17. В донной части цилиндра имеется дросселирующее отверстие 18, связывающее внутреннюю полость цилиндра 16 с внешней воздушной средой. Поршень прикреплен к фланцу 19 якоря 5 с помощью скобы 20, которая присоединена к поршню 15 винтом 21.
Пример конкретных значений конструктивных параметров поршня, изображенных на фиг.3, представлен в таблице.
Параметр
Материал
Диаметр поршня d, мм
Угол уклона конуса α, град.
Толщина стенки s, мм
Длина пояска t, мм
Значение
Фторопласт Ф-4
14,2
9
0,3
1
Реле времени работает следующими образом.
При включении электромагнита 4 якорь 5 сжимает пружину 6 и освобождает заводной рычаг 3, который начинает поворачиваться, опускаясь вниз (фиг.1). Одновременно осуществляется вращение центрального вала часового механизма, который через определенный промежуток времени приводит к срабатыванию контактного устройства 1. Затем электромагнит 4 отключается и якорь 5 поднимается вверх под действием пружины 6. При этом якорь 5 поворачивает рычаг 3, возвращая его в верхнее исходное положение и производя взвод пружины часового механизма.
Подъем и опускание якоря 5 сопровождается соответствующим движением поршня 15 амортизатора 7 (фиг.2). При движении поршня 15 вверх внутри цилиндра 16 создается давление, обусловленное сопротивлением прохождения воздуха через дроссель 18. Это приводит к упругому расширению тонких стенок поршня 15 и герметизации полости цилиндра 16, что способствует торможению поршня. Происходит плавное безударное воздействие поршня 15 на рычаг 3. При движении поршня 15 вниз давление внутри цилиндра 16 уменьшается. Тонкие стенки поршня 15 сжимаются под действием атмосферного давления и пропускают воздух через зазор между стенками цилиндра 16 и поршня 15. Воздух проходит в цилиндр 16, минуя дроссель 18. Якорь 5 не испытывает сопротивления и движется с максимальной скоростью.
Новое конструктивное решение позволяет, во-первых, повысить надежность реле путем снижения динамических нагрузок и исключения поломок зубчатых передач часового механизма, во-вторых, избежать потерь времени при срабатывании реле, обеспечив тем самым необходимую точность выдержки времени.
Источники информации
1. Патент РФ №2075128 (RU). Электромеханическое реле времени. Опубликовано 10.03.1997 г. МПК: Н01Н 43/12, G04B 23/02.
2. В.И. Гуревич. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Настольная книга электротехника. Серия «Компоненты и Технологии». - М.: СОЛОН-Пресс, 2011. - 688 с.: ил.
3. Патент ЕР 0281384. Electromagnetic relay having silencing means. Дата публикации: 1988-09-07. МПК: Н01Н 50/30.