ПРИВОД ПРУЖИННЫЙ ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к приводу пружинному, предназначенному для управления высоковольтным выключателем.
Известно пружинное приводное устройство к электрическому выключателю (патент на изобретение СН 385328 кл.21 с, 40/50, опубликован 15 марта 1965 г. ), механизм завода пружин которого содержит двигатель, кривошипный вал, связанный через цепную передачу с двигателем, шестерню, установленную на кривошипном валу и связанную с шестерней, установленной на другом валу, на котором жестко закреплен кулак завода пружин, а также жестко установленный на оси запирающий (блокировочный) подпружиненный четырехплечий рычаг. Одно плечо запирающего подпружиненного четырехплечего рычага установлено с возможностью воздействия на контакты вспомогательного переключателя, электрически связанного с двигателем, а другое плечо - шарнирно связано с фиксирующим элементом многозвенной кинематической цепи между ведущим звеном, на которое воздействуют включающие пружины, и выходным звеном, связанным с механизмом выключателя. Недостатком такого привода является недостаточная его надежность вследствие наличия значительного количества конструктивных элементов, взаимодействующих между собой.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является привод пружинный для высоковольтного выключателя (патент на полезную модель №43682, опубликовано 27.01.2015, бюллетень №3), содержащий механизм завода пружин, включающий вал, установленный с опорой на два шариковых подшипника, которые размещены в щеках корпуса, двигатель, связанный через редуктор и цепную передачу с валом механизма завода пружин, кулак завода пружин, жестко закрепленный на валу между щеками корпуса. Кулак завода пружин установлен на валу с возможностью взаимодействия с роликом поворотного ведущего рычага, который связан с рабочими (включающими) пружинами, и содержит палец, установленный на торцевой поверхности кулака, обеспечивающий связь кулака с подпружиненным рычагом устройства автоматической остановки двигателя после выхода кулака завода пружин из зоны действия ведущего рычага. Устройство автоматической остановки двигателя включает установленный в опоре щеки корпуса валик, на одном конце которого, выходящем с наружной стороны щеки корпуса, жестко установлен подпружиненный профильный кулачок, а на другом конце валика, выходящем с внутренней стороны щеки корпуса, установлен подпружиненный рычаг, и содержит узел блокировочного контакта моментного переключения (далее - блок контактов), установленный на щеке корпуса с той же стороны, что и подпружиненный профильный кулачок. Блок контактов электрически связан с двигателем и снабжен подпружиненным толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с профильным кулачком.
Профильный кулачок снабжен двумя возвратными пружинами: пружиной растяжения, закрепленной одним концом на щеке корпуса, другим - на профильном кулачке, и пружиной кручения, создающей дополнительный момент к пружине растяжения, обеспечивающими возврат профильного кулачка и поворот валика после воздействия профильного кулачка на подпружиненный толкатель и снятия воздействия па подпружиненный рычаг пальца кулака завода пружин. Рабочая поверхность профиля кулачка, взаимодействующая с подпружиненным толкателем, выполнена по дуге окружности, центр которой смещен относительно центра вращения профильного кулачка, и содержит участок, обеспечивающий выбег двигателя после его отключения. Кроме того, профиль кулачка содержит прямолинейные участки, один из которых предназначен для взаимодействия с фиксатором, в который упирается профильный кулачек от воздействия собственных пружин в положении привода «пружины не заведены» при вертикальном положении.
Подпружиненный рычаг выполнен с возможностью свободного вращаться на валике на определенный угол, но за счет возвратной пружины, действующей на него, и штифта, жестко закрепленного на валике, имеет фиксированное верхнее положение, при котором пружина прижимает грань рычага к штифту. Свободное вращение рычага в указанных пределах необходимо для обеспечения операции медленного включения привода при медленном оперировании контактами выключателя, когда вал вращают в обратную сторону в целях диагностики и настройки системы привод-выключатель.
При повороте вала против часовой стрелки палец кулака завода пружин приводит в движение подпружиненный рычаг, который поворачивает валик вместе с профильным кулачком, взаимодействующим с подпружиненным толкателем блока контактов, от перемещение которого контакты блока размыкаются и двигатель отключается.
Недостатком такого привода пружинного является наличие в механизме завода пружин большого количество деталей, в том числе подпружиненных, находящихся как между щеками корпуса привода, так и снаружи одной из щек, которые участвуют в передаче движения от вала через кулак завода пружин на подпружиненный толкатель, связанный с блоком контактов, отключающим двигатель в нужный для привода момент. Несмотря на наличие двух возвратных пружин у профильного кулачка, в процессе эксплуатации возможно его заклинивание. Расположение подпружиненного рычага между щеками корпуса затрудняет контроль качества его сборки, что приводит к высокой вероятности его деформации и заклиниванию в процессе работы, а также усложняет выполнение работ по замене устройства в процессе ремонта При деформации подпружиненного рычага нарушается его связь с пальцем кулака завода пружин, отсутствие которой исключает передачу сигнала на отключение двигателя в нужный момент после завода пружин, и, как следствие, приводит к отказам в работе механизма завода пружин при эксплуатации привода пружинного.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности работы привода пружинного для высоковольтных выключателей при его эксплуатации.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в упрощении конструкции привода пружинного за счет установки профильного кулачка устройства автоматического отключения двигателя на выступающем снаружи щеки корпуса участке вала механизма завода пружин и выполнения рабочей поверхности кулачка симметричной относительно его продольной оси, что позволило исключить передачу движения от кулака завода пружин через промежуточные элементы на профильный кулачок, взаимодействующий с толкателем, повысить надежность привода пружинного, отвечающего за работу высоковольтного выключателя.
Технический результат достигается благодаря тому, что в приводе пружинном для высоковольтных выключателей, содержащем механизм завода пружин, включающий вал, установленный на подшипниковых опорах, размещенных в щеках корпуса, двигатель, связанный через редуктор и цепную передачу с валом, кулак завода пружин, жестко закрепленный на валу между щеками корпуса и установленный с возможностью взаимодействия с роликом поворотного ведущего рычага, связанного с включающими пружинами, устройство автоматической остановки двигателя, содержащее расположенные с наружной стороны одной щеки корпуса профильный кулачок и блок контактов, электрически связанный с двигателем и снабженный подпружиненным толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с профильным кулачком, причем рабочая поверхность профиля кулачка содержит участок, обеспечивающий выбег двигателя после его отключения, согласно полезной модели, вал механизма завода пружин содержит выступающий снаружи щеки корпуса участок, на котором жестко закреплен профильный кулачок, установленный по отношению к кулаку завода пружин таким образом, что при расположении рабочего профиля кулачка в зоне взаимодействия с подпружиненным толкателем кулак завода пружин расположен вне зоны вращения ведущего рычага, причем продольная ось подпружиненного толкателя проходит через ось вращения профильного кулачка, рабочая поверхность которого выполнена симметричной относительно своей продольной оси.
В частном случае выступающий снаружи щеки корпуса участок вала механизма завода пружин выполнен с резьбой и пазом, на котором жестко закреплен профильный кулачок при помощи гаек и стопорной шайбы с усиками.
В частном случае участок рабочей поверхности профиля кулачка, обеспечивающий выбег двигателя после его отключения, выполнен по дуге окружности с максимальным радиусом кулачка.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Выполнение вала механизма завода пружин с выступающим снаружи щеки корпуса участком, на котором жестко закреплен профильный кулачок, и установка профильного кулачка по отношению к кулаку завода пружин таким образом, что при расположении рабочего профиля кулачка в зоне взаимодействия с подпружиненным толкателем кулак завода пружин расположен вне зоны вращения ведущего рычага, позволило обеспечить передачу движения от вала через профильный кулачок на подпружиненный толкатель, связанный с блоком контактов, подающим сигнал на отключение двигателя в нужный момент после завода пружин, тем самым исключить воздействие кулака завода пружин на профильный кулачок через промежуточные элементы, приводящие к заклиниванию, что привело к упрощению конструкции и повышению надежности привода пружинного, отвечающего за работу высоковольтного выключателя.
Установка подпружиненного толкателя с блоком контактов с наружной стороны щеки корпуса так, что его продольная ось проходит через ось вращения профильного кулачка, установленного на выступающем участке вала, выполнение рабочей поверхности профильного кулачка симметричной относительно его продольной оси позволило выполнить устройство автоматического отключения двигателя только из элементов, установленных снаружи щеки корпуса, и минимизировать их количество, что привело к упрощению конструкции и обеспечило свободный доступ ко всем деталям устройства автоматического отключения двигателя в процессе проведения ремонтных работ. Кроме того, выполнение рабочей поверхности профильного кулачка симметричной относительно его продольной оси обеспечило взаимодействие профильного кулачка с подпружиненным толкателем при вращении вала в любом направлении, что позволило проводить операцию медленного оперирования контактами выключателя.
Выполнение в частном случае выступающего снаружи щеки корпуса участка вала механизма завода пружин с резьбой и пазом и жесткое крепление профильного кулачка при помощи гаек и стопорной шайбы с усиками позволило обеспечить требуемое взаимное положение на валу профильного кулачка и кулака завода пружин относительно друг друга без дополнительных затрат.
Выполнение в частном случае участка рабочей поверхности профиля кулачка, обеспечивающего выбег двигателя после его отключения, по дуге окружности с максимальным радиусом кулачка позволило упростить изготовление рабочего профиля кулачка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 - кинематическая схема привода пружинного для высоковольтного выключателя при включенном двигателе;
на фигуре 2 - кинематическая схема привода пружинного для высоковольтного выключателя при отключенном двигателе;
на фигуре 3 - разрез А-А на фиг. 2 (редуктор и элементы 12, 17, 18, 19 показаны условно);
на фиг.4 - выносной элемент Б на фиг.2.
Привод пружинный для высоковольтных выключателей содержит механизм завода пружин, включающий вал 1 (фиг. 1, фиг. 2), установленный на подшипниковых опорах 2 в щеках 3, 4 корпуса (фиг. 3), двигатель 5, связанный через редуктор 6 и цепную передачу 7 с валом 1, кулак 8 завода пружин 9, жестко закрепленный на валу 1 и установленный между щеками 3 и 4 корпуса с возможностью взаимодействия с роликом 10 поворотного ведущего рычага 11, связанного с включающими пружинами 9, устройство автоматического отключения двигателя. Устройство автоматического отключения двигателя содержит профильный кулачок 12 и блок 13 контактов, электрически связанный с двигателем 5. Ведущий рычаг 11 снабжен зубом 14 для фиксации его за ролик 15 механизма пуска включения (на чертеже не показан). Для обеспечения гашения механической энергии включающих пружин 9 после включения выключателя (на чертеже не показан) установлен буфер 16.
Вал 1 содержит выступающий снаружи щеки 4 корпуса участок 17 (фиг. 3), выполненный с резьбой и пазом (на чертеже не показаны), на котором жестко закреплен профильный кулачок 12 при помощи гаек 18 и стопорной (замковой) шайбы 19 с усиками (фиг. 4). Жесткое крепление профильного кулачка 12 с валом 1 может быть обеспечено разными способами, например, при помощи штифта, шлицевого профиля, шпонки, вкрученного винта, и другими способами.
Блок 13 контактов снабжен подпружиненным толкателем 20, продольная ось которого проходит через ось вращения профильного кулачка 12 (кулачковый механизм с центральным толкателем). При этом профильный кулачок 12 жестко установлен на валу 1 по отношению к кулаку 8 завода пружин таким образом, что при нахождении рабочего профиля кулачка 12 в зоне взаимодействия с подпружиненным толкателем 20 кулак 8 завода пружин расположен вне зоны действия ведущего рычага 11 (на фиг. 2 зона действия ведущего рычага 11 показана штрихпунктирной линией).
Рабочая поверхность профиля кулачка 12 выполнена симметричной относительно его продольной оси. В частном случае участок рабочей поверхности профиля кулачка 12, обеспечивающий выбег двигателя 5 после его отключения, выполнен по дуге окружности с максимальным радиусом (Rmax) кулачка 12. Длина участка рабочей поверхности, обеспечивающего выбег двигателя после его отключения, определяется в результате испытаний при различных режимах и принята с надежным запасом.
Привод пружинный для высоковольтного выключателя работает следующим образом.
При включении двигателя 5 вращение через редуктор 6 и цепную передачу 7 передается на вал 1, который вращается против часовой стрелки. При этом кулак 8 завода пружин 9 взаимодействует с роликом 10 и поворачивает ведущий рычаг 11, находящийся в нижнем положении, по часовой стрелке (фиг. 1). Ведущий рычаг 11 взводит включающие пружины 9. В конце завода включающих пружин 9 ведущий рычаг 11 фиксируется своим зубом 14 за ролик 15 механизма пуска включения. Зуб 14 удерживает ведущий рычаг 11 в верхнем положении после выхода кулака 8 завода пружин из контакта с роликом 10. Включающие пружины 9 взведены, привод готов к включению. Кулак 8 завода пружин продолжает вращаться вместе с валом 1 и выходит из зоны действия ведущего рычага 11. После выхода кулака 8 из зоны действия ведущего рычага 11 профильный кулачок 12, вращаясь вместе с валом 1 против часовой стрелки, воздействует своим рабочим профилем на подпружиненный толкатель 20. Подпружиненный толкатель 20 под действием кулачка 12 перемещается влево и размыкает контакты блока 13, который отключает двигатель 5. После отключения двигателя 5 в процессе его выбега вал 1 продолжает вращаться в направлении против часовой стрелки, при этом подпружиненный толкатель 20 не перемещается, а остается в левом крайнем положении за счет воздействия на него рабочего участка, профиль которого выполнен по дуге окружности с максимальным радиусом кулачка 12, до момента полной остановки двигателя 5.
После отключения двигателя 5 подается команда на электромагнит включения. Механизм пуска включения поворачивает рычаг с роликом 15, который освобождает зуб 14, и ведущий рычаг 11 с роликом 10 поворачивается под действием включающих пружин 9 против часовой стрелки до упора на буфер 16, и, прожав его поршень, останавливается На фиг.2 штриховыми линиями показано положение ведущего рычага 11 после разрядки включающих пружин 9, когда силовой механизм сработал (включил выключатель) и ведущий рычаг 11 остановился в нижнем положении.
В процессе медленного оперирования контактами выключателя двигатель 5 выключен, вал 1 ручным приводом вращается по часовой стрелке, при этом профильный кулачок 12, жестко закрепленный на валу 1, также перемещается по часовой стрелке и воздействует на подпружиненный толкатель 20, который, перемещаясь влево, не мешает выполнению процесса медленного оперирования контактами выключателя. Таким образом, выполнение рабочего профиля кулачка симметричным относительно его продольной оси и установка подпружиненного толкателя с блоком контактов на щеке корпуса так, что продольная ось подпружиненного толкателя проходит через ось вращения профильного кулачка, обеспечивает воздействие профильного кулачка на подпружиненный толкатель при повороте вала в обе стороны.
Выполнение вала механизма завода пружин с участком, который выступает снаружи щеки корпуса, жесткое крепление на этом участке профильного кулачка в определенном положении относительно кулака завода пружин, а также выполнение рабочей поверхности профильного кулачка симметричной формы позволило свести к минимуму количество деталей, участвующих в автоматической остановке двигателя, что повысило надежность работы привода пружинного, от которого зависит работа высоковольтного выключателя, и обеспечило свободный доступ ко всем деталям устройства автоматического отключения двигателя в процессе проведения ремонтных работ.
В соответствии с заявленной полезной моделью в ООО «Эльмаш (УЭТМ)» разработан и изготовлен опытный образец привода пружинного для высоковольтного выключателя, который прошел успешные испытания.