ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ, ТАКИХ КАК СИГНАЛЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ПОЛОЖЕНИЮ И/ИЛИ СИГНАЛЫ ОГРАНИЧИТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
SWITCHING UNIT, IN PARTICULAR, INTENDED FOR GENERATION OF FEEDBACK SIGNALS SUCH AS POSITION FEEDBACK SIGNALS AND/OR LIMIT STOP SIGNALS

Настоящее изобретение имеет отношение к переключающему устройству, в частности, предназначенному для генерирования сигналов обратной связи, таких как сигналы обратной связи по положению и/или сигналы ограничителя перемещения, содержащему по меньшей мере один первый контакт, предназначенный для электрического соединения с первым проводником линии электропитания, и по меньшей мере один второй контакт, предназначенный для электрического соединения со вторым проводником упомянутой линии, при этом по меньшей мере первый или по меньшей мере второй контакт установлен с возможностью перемещения, так что упомянутый первый и упомянутый второй контакты попеременно занимают положение взаимного соприкосновения, в котором образуется электрическое соединение между упомянутым первым и упомянутым вторым проводниками упомянутой линии электропитания, или положение взаимного разъединения упомянутых контактов, в котором упомянутые два проводника электрически отсоединены друг от друга.
В частности, это изобретение имеет отношение к устройствам указанного выше вида, которые используются в качестве датчиков положения для генерирования сигналов обратной связи по положению в железнодорожных исполнительных устройствах, таких как силовые стрелочные приводы для железнодорожных стрелок, или в подобных устройствах, в которых сигналы обратной связи принимаются блокировочными устройствами.
Силовые стрелочные приводы для железнодорожных стрелок оснащены датчиками положения, которые широко известны и могут содержать переключатели для изменения электрической проводимости контактов обратной связи, обеспечивая возможность генерирования заранее установленного сигнала обратной связи. В известных железнодорожных стрелках приводное движение электрического двигателя или гидроцилиндра передается на такие стрелки через кинематическую цепь, образованную из подвижных частей, таких как валы, тяги, штанги и т.п. Кроме датчиков положения ограничителя перемещения, предназначенных для указывания переведенного положения стрелок, каждый силовой стрелочный привод имеет средство генерирования сигналов обратной связи, связанное с ним, которое непосредственно управляется кинематической цепью и используется для определения того, соответствует ли положение стрелок положению рабочих элементов кинематической цепи, причем это средство представляет собой переключающее устройство, описанное выше.
Тем не менее, переключающие устройства, в частности, их контакты имеют некоторые недостатки, а именно ухудшение электропроводности, например, ухудшение электропроводности, обусловленное загрязнением, и/или ухудшение электропроводности, обусловленное образованием зазора между контактами в результате вибраций, которые вызваны вибрациями, созданными движущимися поездами. Эти недостатки становятся особенно серьезными при использовании статической системы блокировки, то есть системы, образованной из электронного оборудования, а также на высокоскоростных железнодорожных линиях.
Соответственно, целью настоящего изобретения является создание описанного выше переключающего устройства, которое при относительно простой и недорогой конструкции может быть устойчивым к вибрациям, что позволяет избежать генерирования ложных сигналов обратной связи или сигналов, которые могут быть неправильно восприняты устройствами блокировки, предназначенными для распознавания сигналов обратной связи.
Настоящее изобретение достигает указанной выше цели путем создания описанного выше устройства, в котором по меньшей мере первый или второй контакт имеет контактную поверхность, т.е. предназначен для соприкосновения с взаимодействующим с ним вторым или первым контактом для образования состояния электропроводности, причем упомянутая поверхность образована из множества отдельных контактных зон, которые параллельно соединены с проводником, соединенным с соответствующим контактом, и каждая из которых независимо друг от друга соприкасается с упомянутым взаимодействующим вторым или первым контактом.
При разделении контактной поверхности электрического контакта на множество отдельных зон, например, в виде массива отдельных контактных зон, расположенных по заранее заданной схеме и имеющих заранее заданную контактную поверхность, так что упомянутые контактные зоны соединены параллельно с выводом проводника, общее электрическое сопротивление Rtot всей контактной поверхности определяется следующим уравнением:
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>R</mi><mi>t</mi><mi>o</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>i</mi></munder><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>R</mi><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mstyle></mrow>
,
i
где Rz - сопротивление i-й контактной зоны контактной поверхности.
В этом случае очевидно, что если любая из контактных зон теряет электропроводность либо вследствие загрязнения изолирующим материалом, либо вследствие механических повреждений, которые могут мешать достижению контактной зоной состояния контакта с взаимодействующей контактной поверхностью, с которой должна быть образована электропроводность, то образуется большое или даже бесконечное сопротивление упомянутой контактной зоны, и эта контактная поверхность будет обеспечивать очень малую или равную нулю долю общего электрического сопротивления, тогда как ток через нее остается по существу неизменным, и сигнал обратной связи не изменяется, разве что на несущественную величину.
Другое усовершенствование состоит в следующем: поскольку одной из причин потери электропроводности контактов обратной связи является их отделение от соответствующей контактной поверхности взаимодействующего контакта из-за вибраций, вызывающих отход взаимодействующих контактов друг от друга, дополнительно к каждой указанной выше контактной зоне, образующей контактную поверхность контакта, предусмотрены отдельные и независимые опорные средства, которые в сочетании с упомянутой контактной зоной образуют механическую систему, имеющую заранее заданную резонансную частоту, а каждая контактная зона и/или соответствующие опорные средства выполнены так, чтобы настраивать резонансную частоту каждой системы, образованной из контактной зоны и опорных средств, на резонансную частоту, отличающуюся от частоты систем, образованных из других контактных зон и соответствующих опорных средств.
При использовании этой конструкции в случае вибраций, вызванных, например, движущимся поездом, только некоторые контактные зоны, система с которыми (контактная зона-опорные элементы) случайно имеет резонансную частоту в полосе вибраций, созданных движущимся поездом, могут смещаться с риском перехода в непроводящее состояние, тогда как все другие контактные зоны, системы которых (контактные зоны-опорные элементы) имеют резонансную частоту за пределами полосы частот вибраций, созданных движущимся поездом, не нарушены и сохраняют свое проводящее состояние.
Упомянутая выше особенность конструкции, в соответствии с которой отдельные контактные зоны параллельно соединены с проводником, обеспечивает преимущество, состоящее в том, что любые контактные зоны, перешедшие в непроводящее состояние, оказывают несущественное влияние на генерируемый сигнал обратной связи.
Принцип, заложенный в настоящем изобретении, применим к различным конструкциям.
В первой возможной конструкции как контактная поверхность первого контакта, так и контактная поверхность второго контакта состоят из множества отдельных контактных зон, которые параллельно соединены с проводником, соединенным с соответствующим первым или вторым контактом.
В этом случае контактные зоны, которые образуют контактную поверхность первого контакта, и контактные зоны, которые образуют контактную поверхность второго контакта, расположены по одинаковым схемам, и, при соприкосновении упомянутого первого контакта с упомянутым вторым контактом, каждая контактная зона контактной поверхности первого контакта совмещается с одной контактной зоной контактной поверхности упомянутого второго контакта и соприкасается с ней.
В другой конструкции первый и второй контакты неподвижны, и предусмотрен третий контакт, который может попеременно перемещаться в положение, в котором он одновременно соприкасается с упомянутым первым и упомянутым вторым контактами, таким образом образуя электрическое соединение между упомянутыми первым и вторым контактами, и в положение, в котором упомянутый третий контакт расположен на некотором расстоянии от по меньшей мере упомянутого первого и упомянутого второго контактов.
Для выполнения средств для изменения или настройки резонансной частоты каждой колебательной системы, образованной из одной контактной зоны и соответствующих опорных средств, возможны многочисленные решения.
В первом решении опорные средства каждой контактной зоны имеют упругие средства для прижатия соответствующей контактной зоны к контактной поверхности или совпадающей контактной зоне другого контакта, причем характеристическую резонансную частоту системы, образованной каждой контактной зоной и соответствующими опорными средствами, регулируют путем настройки различных заранее заданных коэффициентов упругости или деформации упругих прижимных средств.
Дополнительно к вышеуказанному или вместо этого характеристическая резонансная частота системы, образованной из каждой контактной зоны и соответствующих опорных средств, может быть охарактеризована массой контактной зоны, т.е. размерами контактной зоны.
В этом случае каждая контактная зона имеет отличающуюся от других массу, т.е. отличающуюся от других площадь поверхности, которая соприкасается с контактной поверхностью другого контакта.
Вышеупомянутое легко объяснить, принимая во внимание то, что колебательная система образована по существу из массы и упругого элемента, который прикрепляет массу к неподвижной точке. Резонансная частота этой системы определяется модулем упругости гибкого элемента и массой, вследствие чего резонансная частота может быть отрегулирована путем настройки коэффициента упругости упругих элементов, массы или обеих этих составляющих.
Переключатель по настоящему изобретению может быть выполнен в различных вариантах исполнения.
В соответствии с одним из вариантов исполнения, который обеспечивает преимущества с точки зрения конструкции, каждая контактная зона расположена на одном из концов упругой металлической пружинной пластинки, прикрепленной к несущему каркасу своим противоположным концом. Такая пружинная пластинка консольно простирается в направлении подвижного контактного элемента в таком положении, в котором конец упомянутой пружинной пластинки, на которой расположена контактная зона, пересекает траекторию контактной поверхности второго контакта, установленного на средствах, осуществляющих перемещение по упомянутой траектории. Таким образом, когда упомянутый второй контакт перемещается в положение, совпадающее с контактной зоной на свободном конце пружинной пластинки, упомянутая пружинная пластинка упруго изгибается, тем самым вызывая прижатие контактной зоны к контактной поверхности второго контакта. Вся контактная поверхность первого контакта образована из по меньшей мере двух, трех или более контактных зон, каждая из которых расположена на отдельной пружинной пластинке. Эти пружинные пластинки расположены одна рядом с другой параллельно своим продольным боковым кромкам, тогда как контактная поверхность другого контакта, взаимодействующего с упомянутым первым контактом, имеет такой размер, что одновременно соприкасается со всеми контактными зонами упомянутого первого контакта. Каждая пружинная пластинка изготовлена из электропроводящего материала и соединяет контактную зону на одном из своих концов с клеммой для первого электрического проводника, общего для всех пружинных пластинок всех контактных зон упомянутого первого контакта.
В силу вышеизложенного пружинные пластинки контактных зон, образующих контактную поверхность контакта, могут иметь по существу одинаковую форму и длину, причем контактные зоны расположены вдоль оси, перпендикулярной траектории перемещения контактной поверхности другого контакта, взаимодействующего с упомянутым первым контактом, и параллельной контактной поверхности упомянутого другого контакта.
В соответствии с еще одной факультативной особенностью каждая из пружинных пластинок предварительно упруго нагружена в направлении соприкосновения с контактной поверхностью подвижного контакта при помощи средства, обеспечивающего устойчивое удерживание упомянутых пружинных пластинок в упомянутом предварительно нагруженном состоянии и в положении пересечения с траекторией перемещения контактной поверхности подвижною контакта.
Резонансная частота каждой колебательной системы, образованной контактной зоной и соответствующими пружинными пластинками, может быть отрегулирована путем обеспечения того, чтобы каждая из пружинных пластинок имела отличающийся от других модуль упругости при изгибе и/или отличающиеся от других условия предварительного упругого нагружения при изгибании пружинной пластинки в направлении подвижного контакта, или путем обеспечения различной массы для каждой контактной зоны пружинных пластинок, или же путем изменения обеих характеристик конструкции.
В соответствии с другой предпочтительной особенностью конструкции каждая пружинная пластинка имеет конец, на котором расположена контактная зона и который отогнут на некоторый угол в направлении, отклоняющемся от направления набегания пружинной пластинки на траекторию контактной поверхности подвижного контакта, причем каждая контактная зона соприкасается с контактной поверхностью подвижного контакта при взаимном движении со скольжением контактной зоны и контактной поверхности подвижного контакта.
Этот вариант исполнения является предпочтительным, поскольку он обеспечивает самоочистку контактных поверхностей.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов исполнения предусмотрен третий контакт, который соединяет первый и второй контакты друг с другом и который представляет собой кулачок, который вращается вокруг оси, проходящей через его центр, и имеет длинную ось и короткую ось, пересекающиеся в упомянутом центре. У концов, соответствующих концам длинной оси, кулачок имеет контактные поверхности, электрически соединенные между собой у концов, соответствующих концам длинной оси, при этом контактные поверхности взаимодействуют с множеством контактных зон, расположенных одна рядом с другой в направлении оси вращения кулачка, которые образуют контактные поверхности первого и второго контактов соответственно, и упомянутые контактные поверхности первого и второго контактов расположены в диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения кулачка.
Путем выполнения осесимметричной компоновки устройства относительно оси вращения кулачка, переключающее устройство по настоящему изобретению может быть просто оснащено дополнительными четвертым и пятым контактами. Они выполнены подобно упомянутому первому и упомянутому второму контактам и расположены относительно третьего контакта и упомянутых первого и второго контактов под углом 180° к упомянутым первому и второму контактам, причем, когда третий контакт соприкасается с упомянутыми первым и вторым контактами, он не соприкасается с упомянутыми четвертым и пятым контактами и наоборот.
В этом варианте исполнения, в котором вращающийся кулачок представляет собой третий контакт, каждая пружинная пластинка простирается в направлении, пересекающем круговую траекторию контактных поверхностей на периферической поверхности кулачка, причем концевая часть каждой пружинной пластинки, на которой расположена контактная зона, отогнута радиально наружу до такой степени, что простирается по существу параллельно касательной к упомянутой круговой траектории контактных поверхностей кулачка, когда контактная зона соприкасается с упомянутой контактной поверхностью упомянутого кулачка.
В соответствии с другим вариантом конструкции, переключатель по настоящему изобретению может быть легко выполнен в виде модульной конструкции, позволяющей объединение большого количества отдельных контактов обратной связи в одном переключателе. В этом случае переключатель содержит изготовленное из электрически изолирующего материала основание, предназначенное для прикрепления упомянутых пружинных пластинок с контактными зонами, которое имеет средства для прикрепления упомянутого основания к опоре в заранее заданном положении относительно оси вращающегося приводного вала. Этот вал имеет кулачок, действующий как третий контакт, неподвижно прикрепленный к упомянутому валу и вращающийся вместе с ним, причем кулачок представляет собой кулачковую шайбу, осевой размер которой по меньшей мере равен осевому размеру контактных зон соответствующего контакта, и для дополнительных пружинных пластинок контактных зон дополнительных контактов выполнено по меньшей мере одно дополнительное идентичное монтажное основание, которое идентично первому монтажному основанию и может быть прикреплено к опоре над предыдущим монтажным основанием в направлении вращающегося приводного вала и может совпадать с положением первого монтажного основания. Кроме того, на вращающемся приводном валу установлен дополнительный кулачок, который идентичен первому кулачку и расположен в положении, согласующемся с положением первого кулачка относительно оси вращения вращающегося приводного вала, а упомянутые кулачки или контакты, расположенные на каждом кулачке, электрически изолированы от контактов других кулачков, и упомянутый дополнительный кулачок взаимодействует с контактными зонами пружинных пластинок, которые установлены на дополнительном монтажном основании так, что они совмещаются в осевом направлении с упомянутым дополнительным кулачком.
Следовательно, неподвижные и подвижные контакты выполнены в виде элементов, которые можно объединять в пакеты из неподвижных контактов и примыкающих к ним подвижных контактов.
В соответствии с одним из вариантов исполнения к опоре могут быть прикреплены два пакета монтажных оснований, каждый из которых предназначен для установки пружинных пластинок с контактными зонами, соответствующими количеству неподвижных контактов, причем монтажные основания идентичны и симметрично размещены под углом 180° одно к другому относительно оси вращающегося приводного вала.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом исполнения каждое монтажное основание выполнено симметричным относительно центральной оси, которая проходит через ось вращающегося вала и делит на две половины два пакета монтажных оснований, расположенных диаметрально противоположно друг к другу относительно упомянутой оси, причем пружинные пластинки с контактными зонами двух различных контактов прикреплены к каждому монтажному основанию симметрично относительно упомянутой центральной оси симметрии.
Другие различные варианты конструкции описаны ниже со ссылками на прилагаемые фигуры.
Прочие характерные особенности и усовершенствования составляют предмет зависимых пунктов формулы изобретения.
Эти, а также другие преимущества и характерные особенности настоящего изобретения более полно поясняются в последующем описании нескольких вариантов осуществления, показанных на прилагаемых фигурах, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение первого и второго контактов, из которых первый контакт образован множеством отдельных контактных зон;
на Фиг. 2 подобно Фиг. 1 показан вариант исполнения, в котором каждая контактная зона в сочетании с соответствующими опорными элементами также образует колебательную систему, имеющую характеристическую резонансную частоту;
Фиг. 3 представляет собой выполненный в направлении оси вращения подвижного контакта схематический вид сверху переключателя по настоящему изобретению, который содержит по меньшей мере два неподвижных контакта и, в частности, четыре неподвижных контакта, которые предназначены для попарного электрического соединения друг с другом контактов, диаметрально противоположных относительно оси вращения подвижного контакта, при помощи вращающегося подвижного контакта, причем, когда последний занимает заданное угловое положение, упомянутый подвижный контакт, показанный на Фиг. 4, не соприкасается с упомянутыми неподвижными контактами;
Фиг. 4 представляет собой вид, подобный Фиг. 3, на котором подвижный контакт повернут до соприкосновения с первой парой диаметрально противоположных неподвижных контактов для образования электропроводящего соединения между ними;
Фиг. 5 представляет собой вид, подобный Фиг. 4, на котором подвижный контакт повернут до соприкосновения со второй парой диаметрально противоположных неподвижных контактов для образования электропроводящего соединения между ними;
Фиг. 6 представляет собой увеличенный вид сверху монтажного основания для двух неподвижных контактов, показанный в направлении, параллельном оси вращения третьего контакта;
Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид сбоку неподвижного контакта, установленного на монтажном основании, на котором показано вертикальное разделение контакта для увеличения количества точек контакта;
Фиг. 8a-8d и Фиг. 9a-9d представляют собой различные изображения конструкции вращающегося контакта;
Фиг.10-11 представляют собой два вида в разрезе переключателя, имеющего множество контактов, как показано в двух перпендикулярных плоскостях, параллельных оси вращения, вокруг которой происходит вращения подвижного контакта;
Фиг. 12 представляет собой вид сверху с местным разрезом переключателя, показанного на Фиг. 10 и Фиг. 11;
Фиг. 13 представляет собой дополнительный вид в поперечном разрезе переключателя, показанного на Фиг. 10-12;
Фиг. 14 представляет собой вид сверху верхней прижимной пластины для пакетов или групп монтажных оснований и вращающихся контактов;
Фиг. 15 представляет собой вид в разобранном состоянии варианта исполнения многополосного переключателя, показанного на предыдущих фигурах;
Фиг. 16 и Фиг. 17 представляют собой два изображения переключателя по п. 16 формулы изобретения, показанного в двух перпендикулярных плоскостях, одна из которых параллельна оси вращения подвижного контакта.
На Фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции переключающего устройства по настоящему изобретению. Это переключающее устройство содержит по меньшей мере один первый контакт 1, предназначенный для электрического соединения с первым проводником 101 линии электропитания, и по меньшей мере один второй контакт 2, предназначенный для электрического соединения со вторым проводником 102 упомянутой линии электропитания. Как показано на фигурах, по меньшей мере второй контакт 2 установлен с возможностью перемещения, так что упомянутый первый и упомянутый второй контакты попеременно занимают:
положение взаимного соприкосновения (второй контакт 2 показан сплошной линией на Фиг. 1 и Фиг. 2), в котором установлено электрическое соединение упомянутого первого и упомянутого второго проводников 101, 102 упомянутой электрической линии;
положение взаимного разъединения упомянутых контактов 1, 2, в котором упомянутые два проводника 101, 102 электрически отсоединены друг от друга (как показано вторым контактом 2, показанным пунктирными линиями).
Как показано на Фиг. 1, по меньшей мере первый контакт 1 имеет контактную поверхность, т.е. предназначен для соприкосновения с взаимодействующим с ним вторым контактом 2 и образования состояния электропроводности, причем упомянутая поверхность образована из множества отдельных контактных зон Zi, где i=1, 2, 3, …, N, которые параллельно соединены с проводником 101, и каждая из которых независимо друг от друга соприкасается со вторым контактом 2, когда последний введен в соприкосновение с первым контактом 1.
Каждая из упомянутых контактных зон Zi имеет заранее заданное электрическое сопротивление, когда соприкасается с контактом 2, которое схематически показано элементом Ri, где i=1, 2, 3, 4, …, N.
Таким образом, общее сопротивление между контактом 1 и контактом 2, когда упомянутые контакты соприкасаются для образования состояния электропроводности через них, определяется следующим уравнением:
<mrow><mfrac><mi>l</mi><mrow><mi>R</mi><mi>t</mi><mi>o</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>i</mi></munder><mrow><mfrac><mi>l</mi><mrow><mi>R</mi><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mstyle></mrow>
,
i
где Rz - сопротивление i-й контактной зоны контактной поверхности.
Если в одной из контактных зон условия электропроводности ухудшаются, то очевидно, что сопротивление этой зоны увеличивается. Тем не менее, даже в случае очень большого или бесконечного сопротивления (контактная зона Zi полностью отделена от контакта 2), такая контактная зона обеспечивает очень малую или близкую к нулевой долю общего сопротивления, причем общее контактное сопротивление между контактом 1 и контактом 2 остается по существу неизменным, и сила тока сигнала, образующегося при замыкании контактов, также остается по существу неизменной.
Очевидно - как предполагалось выше - второй контакт может быть выполнен подобным первому контакту. В этом случае возможны два варианта.
В первом варианте два контакта 1 и 2 всегда перемещаются в непосредственном соприкосновении друг с другом для образования состояния электропроводности. Таким образом, в данном случае второй контакт 2 предпочтительно имеет контактные зоны, по существу идентичные контактным зонам первого контакта и расположенные по идентичной схеме, причем каждая контактная зона любого контакта может быть перемещена для соприкосновения с контактной зоной другого контакта.
Во втором варианте, как более подробно описано ниже, электрическое соединение между первым и вторым контактами 1, 2 создается третьим контактом 3, выполненным в виде подвижного элемента, тогда как второй контакт 2 также является неподвижным и расположен в заранее заданном положении на заранее заданном расстоянии от первого контакта и от траектории перемещения третьего контакта.
В этом случае третий контакт предпочтительно имеет непрерывную контактную поверхность подобно второму контакту, показанному на Фиг. 1 и Фиг. 2.
На Фиг. 2 показано усовершенствование по настоящему изобретению, согласно которому каждая контактная зона Zi также опирается независимо от других зон и образует колебательную систему (маятник) в сочетании с опорными средствами. Это показано на Фиг. 2 путем введения отдельного упругого элемента между каждой контактной зоной и основанием контакта 1, причем упругий элемент показан своим коэффициентом упругости Ki, где i=l, 2, 3,…, N.
В этом случае каждый узел, образованный контактной зоной Zi и опорным элементом, имеет характеристики колебательной системы или параметры маятника, т.е. массу системы, в частности, в предположении идеальных условий, при которых опорные средства не имеют массы, такие параметры как масса контактной зоны Zi и коэффициент упругости Ki опорных средств. Путем регулирования одного или обоих упомянутых параметров система может быть настроена на конкретную резонансную частоту.
При такой конструкции по меньшей мере часть контактных зон и соответствующих опорных средств могут иметь различные резонансные частоты, так что в случае вибраций, вызванных движущимся поездом, по меньшей мере часть систем, образованных контактной зоной и ее опорным элементом, может быть изготовлена с резонансными частотами за пределами полосы частот вибраций, создаваемых движущимся поездом, в результате чего по меньшей мере некоторые контактные зоны будут устойчивы к смещениям из состояния соприкосновения с соответствующим контактом 2 и тем самым будут сохранять состояние электропроводности.
В сочетании с описанным выше явлением и принимая во внимание общее сопротивление контактной поверхности контакта, образованной из отдельных контактных зон Zi, очевидно, что в данном случае, когда некоторые контактные зоны отделяются от другого взаимодействующего контакта, тем самым теряя электропроводность, в общем сопротивлении существенных изменений не происходит и оно остается по существу неизменным, вследствие чего сгенерированный сигнал обратной связи также не изменяется в существенной степени, т.е. до такой степени, что он мог бы восприниматься как неправильный.
Как показано на Фиг. 2, резонансная частота каждой системы, образованной из опорных средств и соответствующей контактной зоны, может быть установлена путем настройки конкретного коэффициента упругости, изменения массы, например, контактной зоны, или того и другого. Например, если каждая контактная зона Zi содержит опорные средства, имеющие упругие средства для прижатия контактной зоны к соответствующему контакту 2, то резонансная частота каждой колебательной системы, образованной из опорных средств и соответствующей контактной зоны Zi, может быть настроена путем выбора разных коэффициентов упругости для каждого опорного элемента. Альтернативным вариантом может быть выполнение опорных элементов идентичными и изменение массы контактных зон путем соответственного регулирования, например, толщины и/или площади поверхности плоских элементов, образующих эти контактные зоны Zi.
На других фигурах показаны несколько различных вариантов исполнения конструкции переключателя в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Как показано на Фиг. 3-15, переключающее устройство по настоящему изобретению содержит четыре неподвижных контакта, в целом обозначенных позициями 1, 2, 4 и 5. Эти неподвижные контакты расположены парами симметрично относительно двух перпендикулярных осей симметрии S1 и S2, пересекающихся на оси А вращения вращающегося контакта, в целом обозначенного позицией 3.
Каждая пара контактов опирается на общее монтажное основание 6, а два идентичных монтажных основания расположены симметрично относительно одной из упомянутых выше осей S1 симметрии, причем каждое монтажное основание 6 симметрично относительно центральной оси, совпадающей с другой осью S2 симметрии, перпендикулярной оси S1 симметрии.
Каждое из двух монтажных оснований выполнено в виде пластины и имеет две боковые кромки, расположенные в направлении оси S2 симметрии и наклоненные в направлении пересечения упомянутой оси S2 симметрии с осью S1 симметрии. Наклонные стороны каждого монтажного основания 6 вдоль по меньшей мере части их длины сходятся в направлении упомянутого центра и соответственно в направлении оси А вращения и расположены по существу в радиальном направлении симметрично относительно упомянутой оси S2 симметрии.
Соответствующие контакты 1, 2, 4, 5 прикреплены к упомянутым боковым сторонам зажимной колодкой 106 и зажимными винтами 7, причем каждое монтажное основание 6 несет только пару контактов, то есть соответственно 1, 4 и 2, 5, как показано на Фиг. 3-6.
Каждый контакт 1, 2, 4, 5 образован из по меньшей мере двух, в частности, грех или более пружинных пластинок или полос 301, изготовленных из электропроводящего материала, и простирается параллельно соответствующей стороне монтажного основания, к который они прикреплены зажимной колодкой 106. Колодка 106 прижимает общую концевую часть, от которой два, три или более пружинных пластинок или полос 301 простираются одна рядом с другой, и оставляет остальную часть свободной, консольно простирающейся в направлении оси А вращения вращающегося контакта 3. Также со стороны зажатого конца упомянутая концевая часть имеет выступ 401, простирающийся в направлении соответствующей стороны монтажного основания 6 и предназначенный для установки в соответствующее отверстие, выполненное в упомянутой кромке. Колодка 106 изготовлена из проводящего материала и имеет средство 201, 202, 204, 205 для присоединения соответствующего проводника линии электропитания (не показан), который таким образом параллельно соединен с каждой пружинной пластинкой или полосой 301. Конец каждой пружинной пластинки или полосы 301 с одной из двух сторон монтажного основания 6, который обозначен позицией 501, отогнут так, чтобы отклоняться наружу относительно конца 501 пружинных пластинок или полос 301, прикрепленных к противоположной стороне того же монтажного основания 6 и образующих другой контакт 4, установленный на том же монтажном основании 6. Упомянутая концевая часть 501 пружинных пластинок отогнута на некоторое расстояние от конца соответствующей пружинной пластинки, и упомянутая концевая часть 501 образует или несет соответствующую контактную зону соответствующего контакта. Таким образом, каждый контакт в данном варианте исполнения образован тремя контактными зонами Z1, Z2, Z3, каждая из которых расположена на одной пружинной пластинке 301 из трех соседних пружинных пластинок, которые простираются от общего конца, где они прикреплены к монтажному основанию 6.
Разумеется, эти три пружинных пластинки имеют идентичную форму, так что все их части точно совмещаются, и расположены по направлению к оси А вращения подвижного контакта.
Отклоненная концевая часть 501, которая образует контактную зону Zi, имеет такое расположение и находится в таком положении, что частично совмещается с круговой траекторией периферической контактной поверхности 103 вращающегося контакта 3, определяемую его большим радиусом. Вращающийся контакт 3 имеет продолговатую форму с большим радиусом и меньшим радиусом, за счет чего в заранее заданном угловом положении контактная поверхность 103 вблизи конца с большим радиусом скользит по отогнутой концевой части 501 пружинных пластинок 301 контакта 1, 2, 4 или 5, и одновременно - по отогнутой концевой части пружинных пластинок контакта 2, 1, 5, 4, находящегося в положении, диаметрально противоположном к первому контакту, относительно оси А вращения подвижного контакта 3.
Отклоненные концевые части 501 пружинных пластинок 301 имеют такое расположение, что, после их соприкосновения с контактной поверхностью 103 вблизи конца упомянутого вращающегося контакта 3 со стороны более длинного радиуса вращающегося контакта 3, упомянутые части расположены по существу параллельно касательной к периферической контактной поверхности 103 и/или по существу перпендикулярно упомянутой более длинной оси, тогда как отогнутые части двух других контактов находятся на некотором расстоянии от периферической контактной поверхности 103 вращающегося контакта 3. Это состояние показано на Фиг. 4 и Фиг. 5. При этом вращающийся контакт 3 соприкасается с контактами 1, 2 и 4, 5, соответственно, в то же время оставаясь на некотором расстоянии от контактов 4, 5 и 1, 2.
На Фиг. 6 показан увеличенный местный вид монтажного основания 6 с пружинными пластинками 301 контактов 1 и 4, а Фиг. 7 представляет собой вид сбоку, на котором показано, что каждый контакт 1, 2, 4 и 5 образован тремя пружинными пластинками, параллельными, примыкающими друг к другу и простирающимися от одного общего конца, где они прикреплены к поверхности монтажного основания винтом 7 и колодкой 106. Также оказывается, что различные резонансные частоты могут быть легко отрегулированы для каждой пружинной пластинки 301 и для каждой контактной зоны Z1, Z2 и Z3 путем простого придания каждой пружинной пластинке 301 в пределах общей ширины группы пружинных пластинок 301 (т.е. в направлении, параллельном оси А вращения вращающегося контакта 3) разной ширины по сравнению с другими пружинными пластинками, таким образом задавая для каждой пружинной пластинки по меньшей мере разный параметр массы, а возможно также и коэффициент упругости, отличающийся от других пружинных пластинок, тем самым настраивая резонансную частоту этой пружинной пластинки и системы контактных зон на различное значение для каждого узла, образованного из пружинной пластинки 301 и контактной зоны Z1, Z2, Z3.
Следует отметить, что когда вращающийся контакт 3 соприкасается с двумя диаметрально противоположными контактами 1, 2 или 4, 5, соответственно показанными на Фиг. 4 и Фиг. 5, пружинные пластинки отогнуты наружу в радиальном направлении на заранее заданную величину, тем самым прикладывая упругое возвратное усилие, которое прижимает соответствующую контактную зону Z1, Z2, Z3 на отогнутом контакте 501 к периферической контактной поверхности 103 вращающегося контакта 3.
Пружинные пластинки могут быть предварительно упруго нагружены в направлении, противоположном вращающемуся контакту, и в этом случае для того, чтобы упомянутые пружинные пластинки удерживались в конечном положении, в котором они подвергаются заранее заданному предварительному изгибному нагружению, каждое монтажное основание имеет ограничитель в виде упора 306 со стороны, к которой прикреплен соответствующий контакт, что удерживает пружинные пластинки 301 от любого смещения вовнутрь, тем самым поддерживая состояние предварительного упругого нагружения в радиальном направлении изгиба наружу.
Такая конструкция, а также выполнение четырех контактов не обязательно, однако может быть предметом различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Таким образом, это описание также охватывает и распространяется также на подкомбинации, в которых предусмотрены только два из четырех контактов 1, 2, 4, 5, например, два контакта 1 и 2, или к пружинным пластинкам не приложено предварительное упругое изгибающее нагружение и отсутствует внутренний упор-ограничитель 306.
Два монтажных основания 6 прикреплены к общей пластине сквозными крепежными элементами, которые проходят через отверстия 206 в упомянутых монтажных основаниях, при этом эти отверстия расположены на средней оси симметрии S2 упомянутого монтажного основания 6.
На Фиг. 8a-9d показаны элементы, которые образуют вращающийся контакт 3. Этот вращающийся контакт 3 установлен на приводном валу, обозначенном позицией 10 на Фиг. 11, и вращается вместе с ним. Вал имеет некруглое сечение, и вращающийся контакт 3 выполнен в виде пластинчатого элемента, который имеет по существу ромбовидную форму с осевой симметрией относительно своего центра, через который также проходит ось А вращения. Во вращающемся контакте 3 выполнено некруглое сквозное отверстие 303, соосно с упомянутой осью А и упомянутым центром, которое предназначено для установки вала 10, причем форма упомянутого отверстия 303 соответствует форме сечения вращающегося приводного вала 10.
Вращающийся контакт имеет крепежную втулку 403, которая может быть установлена на валу 10 и которая имеет центральное сквозное отверстие 303, форма которого соответствует форме сечения вала 10. Такая втулка 403 изготовлена из электрически изолирующего материала и имеет периферический элемент 203, соединенный с ней, который изготовлен из электропроводящего материала и который образует две диаметрально противоположные контактные зоны 103 у концов длинного радиуса. Эти две контактные зоны электрически соединены друг с другом, поскольку они образованы единым элементом 203.
Контактные зоны 103 вращающегося контакта 3 имеют такой осевой размер, что одновременно соприкасаются со всеми тремя контактными зонами Z1, Z2, Z3. образованными отогнутыми концевыми частями 501 пружинных пластинок 301 каждого из контактов 1, 2, 4, 5, когда вращающийся контакт 3 находится в положении соприкосновения с упомянутыми контактами 1, 2, 4, 5.
Очевидно, что в результате контактные зоны Z1, Z2, Z3 отдельных контактов 1, 2, 4 и 5 образуют параллельные ответвления между выводами 201, 202 или 204 и 205, когда вращающийся контакт занимает одно из двух угловых положений, как показано на Фиг. 4 и Фиг. 5, т.е. когда он поворачивается в положение, в котором он соприкасается с контактными поверхностями 103 контактных зон контактов 1, 2 и 4, 5 соответственно.
Описанная выше конструкция обеспечивает значительные преимущества, заключающиеся в ее модульности и многополюсности для переключателя, в частности, предназначенного для генерирования сигналов обратной связи.
Как показано на Фиг. 10-14, путем изготовления монтажного основания 6 из изолирующего материала и с толщиной большей, чем общая ширина пружинных пластинок 301 каждого контакта 1, 2, 4, 5, в одном переключателе может быть установлено множество монтажных оснований 6 с перекрыванием и совпадением параллельно оси А вращения вращающегося приводного вала К) вращающегося контакта 3, при этом для каждой пары диаметрально противоположных монтажных оснований 6 на вращающемся приводном валу может быть установлен вращающийся контакт 3.
Применение одинаковых монтажных оснований 6 для контактов и одинаковых вращающихся контактов 3 обеспечивает простоту и быстроту сборки модульной конструкции.
Две пары крепежных шпилек 12, 13 простираются от общей опоры 11 симметрично относительно центрального отверстия 111, предназначенного для размещения вращающегося приводного вала 10, который приводит в действие вращающиеся контакты 3 и расположен соосно с упомянутым отверстием 111, причем упомянутые пары установлены на общей оси S2, проходящей через ось вращения вращающегося приводного вала 10 и отверстия 111 в опоре 11. Шпильки 12, 13 из этих двух пар простираются параллельно оси вращающегося приводного вала 10 и расположены на таком же расстоянии друг от друга, что и пары сквозных отверстий 206 в каждом из монтажных оснований 6 для контактов. Таким образом, как показано на Фиг. 10-14, отдельные монтажные основания, как указано со ссылками на Фиг. 3-7, вместе с контактами, состоящими из пружинных пластинок 301 и контактных зон в концевых частях 501, просто устанавливают одно над другим с образованием двух пакетов совпадающих и перекрывающих друг друга монтажных оснований 6, которые несут контакты, выполненные в виде пружинных пластинок 301 и отогнутых концов 501, также совпадающие друг с другом, причем эти два пакета расположены диаметрально противоположно и симметрично относительно оси А вращения вращающегося приводного вала, приводящего в действие вращающиеся контакты 3. Верхняя пластина зафиксирована на этих двух пакетах гайками 16, затянутыми на концевых частях шпилек 12 и 13, как показано на Фиг. 14.
Вращающийся приводной вал 10 консольно установлен в отверстии 111 опоры 11 на подшипниках 110 с возможностью вращения и простирается параллельно шпилькам 12 и 13, проходя через сквозное отверстие в верхней прижимной пластине 15, и с возможностью вращения установлен в верхней опоре 17 вала, расположенной в соосном отверстии, выполненном в закрывающей крышке 14. Выступающий из опоры 11 конец вращающегося приводного вала 10 несет зубчатое колесо 18, предназначенное для соединения с кинематической цепью, которая передает движение, приводящее во вращение упомянутый вал. Такая кинематическая цепь, например, может представлять собой кинематическую цепь, соединенную с элементами привода железнодорожных стрелок.
На вращающемся приводном валу 10 закреплено множество вращающихся контактов 3, которые выполнены так, как описано со ссылками на Фиг. 8a-9d. Количество вращающихся контактов 3 соответствует количеству монтажных оснований 6 каждого пакета, и каждый вращающийся контакт предназначен для взаимодействия с контактами пары монтажных оснований 6, расположенных в том же осевом положении по длине вращающегося приводного вала 10. Между каждым из вращающихся контактов 3 и другим, установленным выше его, установлен изолирующий элемент 19, при этом пакет перемежающихся вращающихся контактов и изолирующих элементов удерживается на месте прижимной пластиной 15 при помощи зажима 20, установленного в соответствующем сквозном отверстии упомянутой прижимной пластины 15, имеющей форму перевернутой чашки.
Как показано на Фиг. 13, изолирующие элементы 19 простираются также между монтажными основаниями 6.
Значительная простота конструкции видна из приведенного выше описания. В частности, на Фиг. 10 показано, что каждый контакт, установленный на каждом монтажном основании, содержит три пружинных пластинки, которые простираются от общего зажатого конца и заканчиваются в зоне пересечения с подвижным контактом 3 и имеют три различные раздельные контактные зоны, выполненные в виде отогнутых концевых частей 501.
Несмотря на то, что в данном случае контакты показаны одинаковыми, по меньшей мере некоторые монтажные основания 6 могут иметь конструкцию, которая может содержать контакты с четырьмя или более пластинками, прикрепляемыми к ним. Это достигается либо путем сохранения того же осевого размера вращающегося приводного вала для приведения в действие вращающегося контакта 3, либо путем обеспечения большего осевого размера монтажного основания и пружинных пластинок 301, а также соответствующих контактных зон Zi.
На Фиг. 15-17 показан вариант конструкции переключателя, показанного на предшествующих фигурах. Такая конструкция по существу построена по тем же принципам, как в отношении общего смысла настоящего изобретения, так и более конкретных характеристик конструкции. Поэтому в последующем описании одинаковые части или части, имеющие одинаковое назначение, обозначены теми же номерами позиций, которые использованы в предыдущем варианте осуществления, только для выделения тех характеристик, которые отличаются от предшествующих вариантов осуществления.
Кроме некоторых незначительных изменений, более ясно показанных на Фиг. 16 и Фиг. 17, каждый контакт образован из четырех пружинных пластинок 301, которые простираются от общего зажатого конца и заканчиваются отделенными друг от друга, причем на каждом из них имеется контактная зона, расположенная на концевой части 501. В отличие от предыдущего варианта осуществления, в котором контактные зоны ориентированы параллельно оси А вращения вращающегося контакта 3, в данном случае пружинные пластинки и контактные зоны ориентированы перпендикулярно упомянутой оси и имеют криволинейную форму для создания заранее заданных упругих усилий для прижатия к контактной поверхности 103 вращающегося контакта 3, который также ориентирован перпендикулярно оси вращения и образован из двух диаметрально противоположных концов пружинной пластинки, которая приводится во вращение относительно ее центра.
Предпочтительно каждый контакт имеет пару расположенных друг напротив друга пружинных пластинок, которые предназначены для взаимодействия с одной из двух поверхностей контактных полос 103 вращающегося контакта 3, когда один из них установлен между двумя парами пружинных пластинок и соответствующих контактных зон в концевых частях 501. Предпочтительно пружинные пластинки из двух пар расположены симметрично относительно промежуточной плоскости, перпендикулярной оси вращения вращающегося контакта 3 и совпадают с ним. Эти концевые части 501 взаимно расходятся с образованием заходной части для контактных полос 103 вращающегося контакта 3.
Те же соображения относительно выбора различных резонансных частот для каждой контактной зоны, расположенной на одной из пружинных пластинок 301, также распространяются и на данный вариант осуществления настоящего изобретения. Подобным образом форма пружинных пластинок может создавать их предварительное упругое нагружение с прижатием к соответствующей поверхности контактных полос 103 вращающегося контакта и задавать коэффициент упругости, тогда как ширина пружинных пластинок 301 и/или контактных зон может также влиять на регулировку резонансной частоты в зависимости от массы колебательной системы.
Могут быть предложены и другие варианты конструкции, подобные описанным и показанным выше вариантам осуществления настоящего изобретения.