УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ
CONTROL DEVICE FOR SWITCH

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода для переключателей, работающих в условиях вибрационных, линейных и ударных воздействий, а также в аварийных ситуациях.
Известно «Управляющее устройство для переключателя» (см. А.С. СССР. №1539852 Кл. H01H 5/04, опубликовано 30.01.90 Бюлл. №4), содержащее электродвигатель с редуктором, цепь управления электродвигателя, входной вал, связанный с выходным валом с помощью пружины, стопорный механизм выходного вала в виде рычага, жестко закрепленного на выходном валу, и двух упоров, установленных с возможностью взаимодействия с рычагом в исходном положении и в конце цикла переключения. При этом устройство снабжено стопором входного вала, предотвращающим его вращение в обратном направлении, двуплечим рычагом, жестко закрепленным на входном валу и двумя выключателями с размыкающими контактами, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с плечами двуплечего рычага выходного вала, пружиной, соединяющей валы и установленной во взведенном состоянии, рычагом стопорного механизма выходного вала, выполненным двуплечим, а упоры - в виде электромагнитов, якоря которых взаимодействуют поочередно с каждым плечом двуплечего рычага, а в цепь питания каждой катушки электромагнита включен размыкающий контакт одного из выключателей, причем цепь управления электродвигателем соединена с цепью питания катушек электромагнитов через развязывающие диоды. Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является нежесткая кинематическая связь между входным и выходным валами и наличие в кинематике элемента с запасенной энергией {аккумулятора механической энергии) в виде пружины, что может привести в случае ее поломки при действии внешних механических факторов (вибраций, линейных и ударных воздействий, а также в аварийных ситуациях) к нештатному переключению.
Другим недостатком устройства является повышенное энергопотребление, т.к. в цепи одновременно присутствуют обмотки электромагнита и электродвигателя.
Решаемой технической задачей заявляемого изобретения является создание управляющего устройства для переключателя с повышенной надежностью его функционирования в условиях вибрационных, линейных и ударных воздействий, а также в аварийных ситуациях и уменьшенным энергопотреблением при его работе.
Достигаемым техническим результатом является применение новой кинематической схемы и исключение из цепи управления энергопотребляющих элементов.
Для достижения технического результата в управляющем устройстве для переключателя, содержащем первый электродвигатель с редуктором, цепь управления электродвигателем с первым и вторым выключателями, входной вал и выходной элемент, стопорный механизм выходного элемента, первый и второй упоры, пружину, новым является то, что дополнительно введены второй электродвигатель с редуктором и цепь управления этим электродвигателем с третьим и четвертым выключателями, дифференциальный механизм, кинематически связанный с редукторами первого и второго электродвигателя и входным валом, выходной элемент выполнен в виде зубчатой рейки, установленной с возможностью взаимодействия с зубчатым колесом входного вала, а стопорный механизм выходного элемента выполнен в виде зубцов рейки с возможностью взаимодействия с зубцами зубчатого колеса входного вала, первый и второй упоры установлены с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой, соединенной с одним концом пружины, и под ее действием имеющей возможность перемещения до первого упора, при этом другой конец пружины соединен со вторым упором, первый, второй, третий и четвертый выключатели выполнены механическими с возможностью управления ими кулачками, установленными на входном валу, дополнительно введен механизм блокировки, выполненный в виде несбалансированной массы, с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой для предотвращения ее нештатного перемещения % прямом направлении, на каждом электродвигателе с редуктором установлен стопор, взаимодействующий с одним из зубчатых колес соответствующего редуктора.
Реализация кинематической связи подвижного выходного элемента с электродвигателями «напрямую» (без промежуточных упругих связей) и выполнение стопорного механизма с возможностью фиксации выходного элемента в исходном положении, в конце цикла переключения (сработанном положении) и при переводе из первого во второе положение, т.е. на этапах проведения основной рабочей части цикла переключения, позволяют исключить ложное переключение при действии вибрационных, линейных и ударных перегрузок, что обеспечивает надежную работу в указанных условиях.
Кроме того, введение механизма блокировки, выполненного в виде несбалансированной массы с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой для предотвращения ее нештатного перемещения в прямом направлении в момент аварийного воздействия (падение, столкновение…), также позволяет повысить надежность работы управляющего устройства для переключателя за счет надежного удержания выходного элемента в исходном положении.
Введение в управляющее устройство для переключателя второго электродвигателя с редуктором, цепи, управляющей этим электродвигателем, и дифференциального механизма, кинематически связанного с редукторами первого и второго электродвигателя и входным валом, позволяет осуществлять цикл переключения как от двух цепей управления одновременно; так и от каждой в отдельности в случае отказа одной из них, что также повышает надежность его работы.
Установленные на каждом электродвигателе с редуктором стопоры, взаимодействующие с одним из зубчатых колес соответствующего редуктора, исключают вращение электродвигателей в обратном направлении, что также повышает надежность работы управляющего устройства для переключателя.
С целью уменьшения энергопотребления в управляющем устройстве для переключателя используются первый, второй, третий и четвертый переключатели, которые выполнены механическими с возможностью управления ими кулачками, установленными на входном валу.
На фиг. 1 показана кинематическая схема управляющего устройства для переключателя;
На фиг. 2 - схема стопорного механизма в исходном положении;
На фиг. 3 - схема стопорного механизма в конце цикла переключения (сработанное положение);
На фиг. 4 - схема стопорного механизма в момент перемещения рейки под действием пружины;
На фиг. 5 - схема расположения стопоров;
На фиг. 6 - схема расположения механизма блокировки;
На фиг. 7 - электрическая схема устройства.
Управляющее устройство для переключателя состоит из:
- электродвигателя 2, кинематически связанного с редуктором 3 (см. фиг. 1);
- электродвигателя 5, кинематически связанного с редуктором 6 (см. фиг. 1);
- цепей управления 1 и 4 (см. фиг. 7);
- дифференциального механизма 7, который колесом 8 связан с колесом 9 редуктора 3, колесом 10 связан с колесом 11 редуктора 6 и через водило 12 с входным валом 13 (см. фиг. 1);
- выходного элемента 14, выполненного в виде зубчатой рейки 15-, установленной с возможностью взаимодействия с зубчатым колесом 16 входного вала 13 (см. фиг. 1, фиг. 2);
- упоров 17 и 18, установленных с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой 15, соединенной с одним концом пружины 19, и под ее действием рейка имеет возможность перемещения до упора 18, при этом другой конец пружины 19 соединен с упором 17 (см. фиг. 1, фиг. 4);
- выключателей 20, 21, 22 и 23, которые выполнены механическими и управляются соответствующими им кулачками 24, 25, 26, 27, установленными на входном валу 13 (см. фиг. 1);
- механизма блокировки 28, выполненного в виде несбалансированной массы, с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой 15 для предотвращения ее нештатного перемещения в прямом направлении (см. фиг. 6);
- стопоров 29 и 30, установленных с возможностью взаимодействия с колесами 31, 32 соответствующих редукторов, для исключения вращения электродвигателей 2, 5 в обратном направлении (см. фиг. 5);
- стопорного механизма 33, выполненного в виде зубцов рейки 15 с возможностью взаимодействия с зубцами зубчатого колеса 16 входного вала 13 (см. фиг. 2, фиг. 3).
Управляющее устройство для переключения работает следующим образом.
Управляющее напряжение через размыкающие контакты 35, 36 выключателей 20 и 21 подается на обмотки электродвигателей 2 и 5 соответственно. Вращение одновременно от электродвигателей 2, 5 через колеса 8, 10 и водило 12 дифференциала передается на входной вал 13 с закрепленными на нем кулачками 24, 25, 26, 27 и зубчатым колесом 16. При этом входной вал 13, повернувшись на заданный угол, перемещает из исходного в сработанное положение (см. фиг. 3) зубчатую рейку 15 и разворачивает кулачки 24, 25, 26, 27, что приводит к срабатыванию выключателей 20, 21, 22, 23 и размыканию контактов 35, 36 выключателей 20, 21, т.е. отключению управляющего напряжения от двигателей 2, 5 и замыканию контактов 37, 38 выключателей 22, 23, т.е. к подготовке цепей управления к переводу управляющего устройства для переключателя из сработанного положения обратно в исходное. Таким образом осуществляется основная рабочая часть цикла переключения - перемещение рейки 15 из исходного положения в сработанное.
Затем производится подготовительная технологическая часть цикла работы устройства - перемещение рейки 15 из сработанного положения в исходное. Управляющее напряжение через контакты 37, 38 выключателей 22 и 23 подается на электродвигатели 2, 5. При этом входной вал 13 поворачивается до момента, когда зубцы зубчатого колеса 16 выйдут из зацепления с зубцами рейки 15, и рейка под действием пружины, соединенной со вторым упором 17, переместится в обратном направлении до первого упора 18 (см. фиг. 4). Далее электродвигатели 2, 5 поворачивают входной вал 13 до момента, когда зубцы зубчатого колеса 16 войдут в зацепление с зубцами рейки 15, и рейка переместится в исходное положение (см. фиг. 2). При этом кулачки 24, 25, 26, 27 займут положение, когда выключатели 20, 21, 22, 23, срабатывая, разомкнут контакты 37, 38, т.е. отключат управляющее напряжение от электродвигателей 2, 5 и замкнут контакты 35, 36. Таким образом управляющее устройство для переключателя подготовлено к осуществлению следующего цикла переключения.
Управляющее устройство для переключателя обеспечивает выполнение цикла переключения как при совместной работе по цепям управления 1, 4 с электродвигателями 2, 5, редукторами 3, 6, выключателями 20, 21, 22, 23, так и отдельно при работе одной цепи, состоящей, например, из цепи управления 1, электродвигателя 2, редуктора 3 и выключателей 20, 21.
Для предотвращения нештатного вращения в обратном направлении электроприводов 2, 5 и, как следствие, входного вала 13 введены стопоры 29, 30 (см. фиг. 5).
Для предотвращения нештатного перемещения в прямом направлении выходного элемента 14 дополнительно к стопорному механизму 33 введен механизм блокировки 28 (см. фиг. 6).
Был изготовлен макет заявляемого устройства, который подтвердил его осуществимость.