ДИСТАНЦИОННЫЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ

Полезная модель дистанционного разъединителя относится к электротехнике, в частности, к электрооборудованию электроподвижного состава, преимущественно, магистральных железных дорог, и может быть использована в коммутационных устройствах, предназначенных для замыкания и размыкания силовых электрических цепей без тока, а также для заземления электроподвижного состава.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому дистанционному разъединителю является дистанционный разъединитель 7FC (см. Skoda, Альбом чертежей. Электровоз типа ЧС7 №151÷210. Приборы 82E 1, 2, 3, 4, 5, 6, стр. 38÷43 и С.А. Алябьев, Е.В. Горчаков, СИ. Осипов и др. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока. Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. Москва, "Транспорт", 1977, с. 174-176).
Известный дистанционный разъединитель предназначен для отключения высоковольтных цепей в обесточенном состоянии на электровозах ЧС2 и ЧС7. Также он может быть использован в качестве заземлителя. Данный дистанционный разъединитель включает опорную плиту, на которой смонтированы неподвижный и подвижный изоляторы с контактными устройствами, электропневматический привод и механизм фиксирования крайних положений подвижных частей дистанционного разъединителя. Подвижный изолятор с помощью составного двуплечего рычага установлен шарнирно относительно опорной плиты. Электропневматический привод состоит из двух цилиндров, выполненных соосно в едином литом корпусе с противоположных сторон корпуса и в которых помещены поршни с уплотнительными кольцами. Поршни соединены между собой жестко зубчатой рейкой. С рейкой находится в зацеплении зубчатый сектор, имеющий штифт, входящий в прорезь двуплечего рычага подвижного изолятора. Штифт зубчатого сектора и прорезь двуплечего рычага подвижного изолятора составляют кинематическую пару трения скольжения. В состав привода входят два электромагнитных вентиля. При возбуждении одного из вентилей сжатый воздух попадает в полость цилиндра, управляемого этим вентилем, и поршни вместе с рейкой сдвигаются в сторону невозбужденного вентиля. При этом рейка поворачивает зубчатый сектор, а последний - двуплечий рычаг с подвижным изолятором и контактным устройством, производя включение или выключение контактных устройств, расположенных на изоляторах. Для фиксирования подвижных частей дистанционного разъединителя в крайних положениях подвижного изолятора имеется механизм фиксации, состоящих из двух идентичных узлов, расположенных симметрично с обеих сторон подвижного изолятора. Каждый узел механизма фиксации состоит из шатуна с шипом, фиксирующей пружины растяжения и направляющей, выполненной заедино с корпусом пневматических цилиндров. Шатун шарнирно установлен на двуплечем рычаге подвижного изолятора. Шип шатуна введен в паз направляющей. Шип шатуна соединен с помощью фиксирующей пружины с осью шарнира двуплечего рычага подвижного изолятора. Фиксирующая пружина стремится поставить привод дистанционного разъединителя в одно из крайних положений, то есть производит упругую фиксацию и удерживает подвижные части с определенной силой, предотвращая самопроизвольное движение при эксплуатации от вибрации и инерционных сил. Для перевода дистанционного разъединителя из одного положения в другое требуется преодоление этой удерживающей силы электропневматическим приводом. Включение и выключение разъединителя можно осуществлять как электропневматическим приводом, так и вручную гаечным ключом. Последнее допустимо при отсутствии сжатого воздуха и в аварийных ситуациях.
Недостатками известного дистанционного разъединителя являются относительно низкая надежность переключения, сложная, громоздкая конструкция, необходимость подачи сжатого воздуха с повышенным давлением в электропневматический привод и низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за наличия в конструкции дистанционного разъединителя большого количества кинематических пар трения скольжения. Сложность конструкции обусловлена, в том числе и наличием большой литой корпусной детали, в которой необходимо выполнить соосно с высокой точностью пневматические цилиндры, а также пазы для направляющей фиксирующего механизма. Применяемая в пневматическом приводе зубчатая реечная передача также сложна в изготовлении и при эксплуатации подвержена частым поломкам из-за попадания в нее инородных тел, что значительно снижает надежность переключения. Использование соосных цилиндров, обрабатываемых с двух разных сторон корпуса, вызывает определенные отклонения от соосности. Резиновые уплотнения вызывают повышенное трение в цилиндрах. Силы в зубчатом зацеплении отклоняют рейку с поршнями в противоположную сторону от зубчатого сектора, нарушая соосность осей пневматических цилиндров с осями поршней. Все это вызывает повышенное сопротивление перемещению поршней, требует использования повышенного давления сжатого воздуха и также снижает КПД. Сопряжения шипа шатуна с пазом направляющей и штифта зубчатого сектора с прорезью двуплечего рычага представляют кинематические пары трения скольжения. При данных сопряжениях происходит износ покрытий в местах контакта, особенно при повышенной концентрации пыли в воздухе, и самих сопряженных деталей. В процессе эксплуатации на поверхностях сопряжения кинематических пар трения скольжения происходит неравномерных износ и смятие плоских поверхностей, приводящих к образованию лунок, а цилиндрическая поверхность шипа шатуна теряет правильную цилиндрическую форму из-за одностороннего износа, получая огранку. Все это провоцирует заедание фиксирующего механизма, снижая надежность работы.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является дистанционный разъединитель, применяемый на электровозах 2ЭС6 и 2ЭС10 (Патент на полезную модель разъединителя дистанционного №79716, зарегистрированный 10.01.2009, заявка №2008117862/22 от 07.05.2008).
Известный дистанционный разъединитель предназначен для отключения высоковольтных цепей в обесточенном состоянии на электровозах, а также он может быть использован в качестве заземлителя.
Указанный дистанционный разъединитель включает опорную плиту, на которой смонтированы подвижный и неподвижный изоляторы с контактными устройствами. В нижней части каждого изолятора имеется крепежный стакан, посредством которого неподвижный изолятор связан с плитой, а подвижный - с двуплечим составным рычагом, установленным шарнирно относительно опорной плиты с возможностью его качения. Приводом подвижного изолятора является электропневматический привод с двумя пневмодвигателями мембранного типа и двумя управляющими электромагнитными вентилями. Пневмодвигатели мембранного типа не имеют трущихся частей, не требуют смазки, работают в сравнении с пневмодвигателями поршневого типа при более низких давлениях сжатого воздуха, не склонны к примерзанию и имеют более высокий КПД. В качестве пневмодвигателей возможно применение серийных тормозных камер, применяемых, в том числе для тормозных систем серийных грузовых автомобилей, например, автомобилей КамАЗ. Пневмодвигатели закреплены на опорной плите с помощью кронштейнов и связаны с помощью штоков-толкателей с двуплечим составным рычагом подвижного изолятора. Штоки-толкатели установлены таким образом, что один из них обеспечивает перемещение подвижного изолятора в одну сторону, а другой - в обратную, тем самым обеспечивая включение и выключение дистанционного разъединителя. Соединение каждого штока-толкателя с рычагом - шарнирное независимое с повышенной адаптивностью. Для фиксации подвижных частей дистанционного разъединителя в крайних положениях подвижного изолятора он оснащен механизмом фиксации крайних положений. Механизм фиксации состоит из двух идентичных узлов, расположенных симметрично с обеих сторон от подвижного изолятора с двуплечим составным рычагом. Каждый узел состоит из шатуна с шипом, фиксирующей пружины растяжения и направляющей. Направляющая выполнена в виде самостоятельной детали и закреплена на опорной плите болтовым соединением. Шатун установлен на двуплечем рычаге подвижного изолятора шарнирно, шип шатуна введен в паз направляющей. Фиксирующая пружина зацеплена с одного конца на оси качания двуплечего рычага с подвижным изолятором, а с другого - на шипе шатуна. При этом шип шатуна под воздействием фиксирующей пружины взаимодействует с пазом направляющей, создавая силу, стремящуюся поставить привод разъединителя и подвижный изолятор с двуплечим рычагом в одно из крайних положений, то есть производится упругая фиксация и подвижные части дистанционного разъединителя удерживаются с определенной силой.
Недостатками известного дистанционного разъединителя является относительно низкая надежность переключения. Такое положение дел связано с тем, что сопряжение шипа шатуна с пазом направляющей представляет собой кинематическую пару трения скольжения. При данном сопряжении со временем происходит износ покрытия направляющей, самой направляющей и самого шипа, что может вызвать коррозию деталей. При этом износ и коррозия направляющей происходит неравномерно. Усугубляет эту ситуацию смятие поверхностей. Совместно коррозия и смятие вызывает появление лунок. Цилиндрический шип шатуна от износа теряет правильную цилиндрическую форму и приобретает огранку. Все это может вызывать заедание фиксирующего механизма, снижает КПД и сказывается на надежности работы фиксирующего механизма в частности и дистанционного разъединителя в целом. Введение смазки в паз направляющей дает временное улучшение ситуации. Со временем смазка загрязняется внешними осаждениями, такими как пыль, деградирует и требует постоянной замены. При пониженных температурах смазка густеет и создает повышенное сопротивление скольжению шипа шатуна в пазу направляющей. Для исключения коррозии и снижения износа детали шипа шатуна и направляющей должны быть изготовлены из нержавеющих материалов, термически обрабатываемых на высокую твердость, или иметь твердые износостойкие покрытия. Это приводит к увеличению трудоемкости и к повышению стоимости изготовления дистанционного разъединителя.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности переключения за счет исключения случаев заедания фиксирующего механизма крайних положений дистанционного разъединителя, повышение КПД, снижение трудоемкости и уменьшение стоимости изготовления дистанционного разъединителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном дистанционном разъединителе, включающим размещенные на опорной плите неподвижный и подвижный изоляторы с контактными устройствами, привод подвижного изолятора и фиксирующий механизм крайних положений подвижного изолятора, состоящим из двух идентичных узлов, расположенных симметрично относительно подвижного изолятора, каждый из которых содержит фиксирующую пружину, направляющую и шатун с шипом, шарнирно соединенным с одного конца с двуплечим рычагом подвижного изолятора, а с другого конца с помощью шипа с пазом направляющей, при этом подвижный изолятор установлен на двуплечем рычаге, шип шатуна выполнен в виде цапфы с насаженным на нем подшипником качения с защитными шайбами.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 - изображен аксонометрический вид разъединителя дистанционного;
На фиг. 2 - изображен разъединитель дистанционный;
На фиг. 3 - изображен разрез А-А на фиг. 2.
В связи с тем, что графическое изображение фигур 1 и 2 заявленной полезной модели дистанционного разъединителя плохо читаются при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно было расположить листы горизонтально, что позволило существенно укрупнить чертежи.
Дистанционный разъединитель содержит опорную плиту 1 с размещенными на нем выполненными из электроизолирующего материала неподвижным изолятором 2 и подвижным изолятором 3, электропневматическим приводом 4, механизмом фиксации крайних положений подвижного изолятора 5 и вспомогательного выключателя 6. Электропневматический привод 4 состоит из двух пневмодвигателей 7.1, 7.2, двух электромагнитных вентилей 8.1, 8.2 и системы трубопроводов 9, подающих сжатый воздух. Пневмодвигатели 7.1 и 7.2 - мембранного типа. Они смонтированы на опорной плите 1 посредством стоек 10.1, 10.2. К стойке 10.2 кронштейном 11 крепится вспомогательный выключатель 6. Неподвижный изолятор 2 размещен на опорной плите 1 с помощью П-образной опоры 12. Подвижный изолятор 3 установлен на составном двуплечем рычаге 13. Составной двуплечий рычаг 13 состоит из шкворня 14, рычага 15 и рукоятки 16. Шкворень 14 служит для установки подвижного изолятора 3. Двуплечий рычаг 13 с подвижным изолятором 3 установлен в опорной плите 1 шарнирным соединением 17, выполненным с помощью оси 18 и размещенным в держателе 19. Держатель 19 ограничивает углы качания двуплечего рычага 13. Пневмодвигатели 7.1 и 7.2 с помощью штоков-толкателей 20.1 и 20.2 шарнирными соединениями 21.1 и 21.2 соединены с нижним плечом составного двуплечего рычага 13. На неподвижном и подвижном изоляторах 2 и 3 для производства включения или выключения установлены контактные устройства 22.1 и 22.2. Пневмодвигатели 7.1, 7.2 установлены таким образом, что один из них обеспечивает перемещение системы в одну сторону, а другой - в обратную. При этом происходит включение или выключение контактных устройств 22.1 и 22.2. Включение-выключение производится посредством электромагнитных вентилей 8.1 и 8.2. Для надежной фиксации в крайних положениях подвижного изолятора 3 дистанционный разъединитель оснащен механизмом фиксации крайних положений 5. Механизм фиксации 5 состоит из двух идентичных узлов 23.1 и 23.2, расположенных симметрично с обеих сторон от составного двуплечего рычага 13. Каждый из узлов 23.1 и 23.2 включает шатун 24 с цапфой 25 с насаженной на ней подшипником качения с защитными шайбами 26 и стопорным кольцом 27, направляющей 28 и пружины растяжения 29. Шатун 24 установлен своим верхним концом с помощью шарнирного соединения 30 на нижнем плече составного двуплечего рычага 13. Цапфа 25 с подшипником 26 введены в направляющую 28. В направляющей 28 выполнен паз 31 для взаимодействия с подшипником качения 26. Сопряжение подшипника качения 26 с пазом 31 направляющей 28 представляет кинематическую пару трения качения. Пружина растяжения 29 своим верхним зацепом зацеплен за ось 18, а нижним - за цапфу 25 шатуна 24. Рукоятка 16 составного двуплечего рычага 13 предназначена для ручного производства переключения дистанционного разъединителя при отсутствии сжатого воздуха или в аварийных ситуациях.
Дистанционный разъединитель размещают на электроподвижном составе в разрыв высоковольтной цепи для отключения цепи в обесточенном состоянии. Также он может быть использован в качестве заземлителя. Работает он следующим образом. Для осуществления переключения, а именно, замыкания или размыкания цепи, подается сигнал на один из электромагнитных вентилей, например, 8.1, и сжатый воздух из управляющей магистрали электровоза по системе трубопроводов 9 подается в камеру соответствующего пневмодвигателя 7.1 мембранного типа. Мембрана пневмодвигателя 7.1 прогибается и перемещает шток-толкатель 20.1, который, воздействуя на качающийся составной двуплечий рычаг 13, осуществляет перемещение подвижного изолятора 3 со своим контактным устройством 22.1 из положения Б (разомкнуто) в контактное положение В (замкнуто). Для перевода разъединителя из положения В в положение Б сигнал подается на электромагнитный вентиль 8.2, при этом сжатый воздух подается в пневмодвигатель 7.2, который разобщает контактные устройства 22.1 и 22.2. Во время работы одного пневмодвигателя, например, 7.1, второй пневмодвигатель 7.2 находится в отключенном состоянии, и наоборот. Положения Б и В подвижного изолятора 3 с контактным устройством 22.1 квитируются вспомогательным выключателем 6. Надежная фиксация крайних положений Б и В подвижного изолятора 3 с контактным устройством 22.1, исключающая смещение от вибрации и инерционных сил, обеспечивается механизмом фиксации крайних положений 5. Механизм фиксации 5 имеет два крайних положения, соответствующие положениям Б и В подвижного изолятора 3. В этих положениях каждый узел 23.1 и 23.2 механизма фиксации 5 формирует своеобразный треугольник, одна из сторон которой является межосевое расстояние между осями шарнирного соединения шатуна 24 с двуплечим рычагом 13 подвижного изолятора 3 и двуплечего рычага 13 с опорной плитой 1, другой - межосевое расстояние между осями шарнирного соединения 30 шатуна 24 с двуплечим рычагом 13 и цапфы 25. Третьей стороной является межосевое расстояние между осями цапфы 25 и шарнирного соединения двуплечего рычага 13 с опорной плитой 1, которая стремиться сократить свою длину под действием фиксирующей пружины растяжения 29. Вершина угла воображаемого треугольника, в котором расположена цапфа 25 с подшипником качения 26 взаимодействует с пазом 31 направляющей 28. При этом создается сила реакции поверхности паза 31, направленная нормально от взаимодействующей поверхности паза 31 в сторону мертвой точки механизма фиксации 5, которая стремится поставить привод 4 дистанционного разъединителя с подвижным изолятором 3 с двуплечим рычагом 13 в одно из крайних положений Б или В, то есть производится упругая фиксация и подвижные части разъединителя дистанционного удерживаются с определенной силой, исключая сдвиг от вибрации и сил инерции при эксплуатации в составе электроподвижного состава. Мертвой точкой дистанционного разъединителя в целом и механизма фиксации в частности является вертикальное положение двуплечего рычага 13 с подвижным изолятором 3, шатуна 24 и оси пружины растяжения 29. В крайнем положении Б подвижного изолятора 3 сила реакции поверхности паза 31 создает фиксирующий момент, направленный по часовой стрелке, в крайнем положении В - против часовой стрелки. Подшипник 26 с защитными шайбами с заправленной внутри смазкой длительно не требует замены смазки, не подвержен влиянию среды и не требует особого ухода. Кинематическая пара трения качения, образованная подшипником 26 с поверхностью паза 31 направляющей 28 не требует материалов с особыми свойствами и специальных покрытий при изготовлении цапфы 25 и направляющей 28, так как отсутствует износ. В ручном режиме переключение дистанционного разъединителя производиться приложением усилия рук к рукоятке 16 составного двуплечего рычага 13 или с применением специального рычага-удлинителя.
Опытный образец дистанционного разъединителя прошел стендовые испытания на механическую износостойкость и надежность срабатывания разъединителя в целом и механизма фиксации крайних положений в частности в объеме 0,02 млн. циклов. После проведения испытаний опытный образец был в хорошем состоянии и сохранял свою работоспособность. По результатам испытаний разъединитель дистанционный с усовершенствованным механизмом фиксации внедрен в серийное производство.