Электрическое оборудование ЭПС (стр. 2 из 3)

3. РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА

3.1. Кинематическая схема электропневматического контактора с обозначением действующих сил во включенном его состоянии и соответствующих им плеч

Целью расчета является определение основных параметров исполнительного органа пневмопривода, который срабатывает под воздействием распорядительного органа по сигналам электрической цепи управления, осуществляя рабочие перемещения подвижной системы. В качестве распорядительного органа обычно применяют электропневматические вентили включающего и выключающего типов.

Вывод расчетных соотношений базируется на кинематической схеме контактора /Рисунок 3.1. /. Определяющими состояние подвижной системы усилиями являются: FВ - сила давления сжатого воздуха, поступающего в цилиндр аппарата FП1 - сила отключающей пружины, размещенной в цилиндре, FТВ - сила трения поршня о внутренние стенки цилиндра, FК - сила реакции в точке касания силовых контактов, равная силе нажатия контактов, FП2 - сила притирающей пружины, G - вес подвижных частей контактора, приложенный в центр тяжести системы. Рассматриваем кинематическую схему контактора в статическом положении, в замкнутом состоянии контактов, когда процесс их притирания завершен.

Рисунок 3.1. - Кинематическая схема электропневматического контактора В целях упрощения не учитываем влияния сил трения в шарнирах контактора в виду их незначительной величины. Исключаем из расчета силу сжатия притирающей пружины FП2, так как при окончательном замыкании контактов положение контактодержателя фиксируется упором, и сила FП2 становится внутренней силой рычага.

3.2. Вывод расчетного уравнения и определение диаметра поршня dВ

Величина силы FШ, передающейся в процессе перемещения штока поршня на подвижный рычаг, может быть определена как разность между силой давления воздуха FВ и противодействующими ей FП1 и FТВ:

(3.1)

Из условия равновесия подвижной системы сумма моментов сил относительно общего шарнира должна быть равна нулю:

(3.2)

Здесь lП,lЦ и lК - расстояния от шарнира до линии действия соответствующей силы.

Разделив обе части равенства на плечо силы FШ, равное lП, получим:

(3.3)

Таким образом, осуществляется приведение сил и моментов к линии действия некоторой базовой силы, в данном случае FШ, совпадающей с осью пневматического цилиндра.

Произведения G*(lЦ / 1П) = G' и FК *(1К / 1П) = F 'K называются приведенными значениями веса и нажатия контактов, причем коэффициент приведения, на который должна умножаться величина приводимой силы, равен отношению ее плеча к плечу базовой силы.

Отсюда FШ-G'-F'К=0. (3.4)

Подставив в это равенство выражение для величины FШ получим FВ-FП1-FТВ-G' - F'К =0. (3.5)

Вес подвижных частей контактора G зависит от его габаритов, которые непосредственно связаны с рабочим током, а следовательно с контактным нажатием FК.

Сила отключающей пружины FП1в сжатом состоянии должна обеспечить быстрое, за время 0, 03...0, 06 с, отключение контактора. Кроме того при аварийных режимах, например, при протекании токов короткого замыкания, должно быть обеспечено размыкание взаимно приварившихся контакт деталей. Это условие является определяющим при расчете FП1. Для его реализации сила, разрывающая приварившиеся между собой контакты, должна как минимум вдвое превышать силу их нажатия при включенном контакторе F'К. Также должна быть преодолена сила трения покоя FТВO, превышающая примерно в 1,5 раза силу трения поршня о стенки цилиндра FТВ при движении. Однонаправленная с силой FП1сила тяжести G'способствует размыканию контактов. Следовательно, расчетное значение силы FП1может быть выражено равенством FП1=1,5*FТВ-G'+2* F'К(3.6)

FВ=FП1+FТВ+G'+ F'К=1,5*FТВ-G'+2* F'К + FТВ+ G'+ F'К - G'=3* F'К+2,5* FТВ (3.8)

FВ - 2,5*FТВ - 3* F'К =0.

Таким образом, далее на основе выражения для FВ приведенного выше, составляем квадратное уравнение относительно неизвестного dВ вида ах2 + bх + с = 0. Его решение с учетом ранее рассчитанного значения FК дает возможность определить диаметр поршня dВ, а затем силу давления воздуха как при минимальном, так и при номинальном давлении сжатого воздуха в магистрали. Для определения приведенной силы нажатия контактов F'К можно принять типичное для контакторов соотношение плеч 1К / 1П =1,2.

F'К=1,2* FК(3.9) F'К = 1,2* 81,32 = 97,584 Н

Сила трения поршня о стенки цилиндра FТВ линейно зависит от его диаметра dВ. Ее величину определяют по эмпирической формуле (3.10)

FТВ =5*(103) * dВ Если dВ выразить в м, то FТВ получится в Н.

Силу давления сжатого воздуха на поршень FВ рассчитывают по минимально допустимому рабочему давлению воздуха в пневматической цепи составляющему 75% от номинального давления используя соотношение

Pном=5 кгс/см2 = 5*105 Па.

FВ= Pмин*SВ= 0,75* Pном*(π* dВ2) /4 (3.11) где SВ и dВ - соответственно площадь и диаметр поршня воздушного цилиндра.

Подставляем в формулу 3.8 формулы 3.10 и 3.11, получаем квадратное уравнение:

0,75* Pном*(π* dВ2) /4-2,5* 5*(103) * dВ - 3* F'К =0

Таким образом получили коэффициенты: а = 294375; b = - 12500; с = - 292,752 Решив квадратное уравнение ах2 + bх + с, где в роли х выступает dВ и откинув отрицательный корень, получим: dВ= 0,059248 м FТВ =5*1 03 * 0,059248 = 296,24 Н

3.3. Расчет приведенного веса подвижных частей G'

Вес подвижных частей контактора G зависит от его габаритов, которые непосредственно связаны с рабочим током, а следовательно с контактным нажатием FК Для расчета рекомендуется принять значение G'=0,1* FК(3.12) G'= 0,1*97,584= 9,758 Н

3.4. Расчет силы отключающей пружины FП1в конечном (сжатом) состоянии

Расчетное значение силы FП1 может быть выражено равенством FП1=1,5* FТВ - G' + 2* F'К(3.13) FП1= 1,5 * 296,24 - 9,758 + 2 * 97,584 = 629,77Н

3.5. Расчет зазора контактов hP

Контактный зазор hР однозначно определяется номинальным рабочим напряжением контактора UНОМ

hР = (10-5) * UНОМ (3.14)

Если UНОМ выражено в В, то hР получается в м.

hР = 10-5* 1500 = 0,015м.

3.6 Расчет хода поршня при включении аппарата hX

Ход поршня в процессе включения контактора hX зависит от зазора контактов hр и величины провала hП Провал hП равен расстоянию, на которое перемещается подвижный контакт при устранении неподвижного в их замкнутом состоянии, и характеризует дополнительное перемещение рычажной системы контактора после первоначального касания контакт - деталей между собой.

Величина провала контактов hП может быть принята усредненной для электропневматических контакторов и равной 10-2.

Тогда с учетом принятого ранее соотношения между 1К и 1П ход поршня hх приближенно можно рассчитать по формуле hX =(hП + hр) /1,2. (3.15)

hX = (10-2 + 0,015) /1,2 = 0,0208 м.

3.7 Расчет жесткости отключающей пружины Ж

Ж= FП1/2*h0(3.16)

Обычно значения h0 и hх близки между собой и могут быть приравнены в расчете.

Ж = 629,77/ 2* 0,0208= 15138,7 Н/м 3.8 Расчет начального натяжения отключающей пружины F'П1

В выключенном состоянии контактора отключающая пружина имеет начальное натяжение F'П1за счет ее сжатия при сборке аппарата на величину h 0.

Количественно F'П1=h0*Ж,(3.17) где Ж - жесткость пружины, определяемая усилием, требующимся для ее сжатия на единицу длины.

F'П1= 0, 0208 * 15138,7 = 314,884 Н

3.8 Расчет максимального значения силы сжатия FШ

Максимальная величина силы FШ, создающей напряжение сжатия в материале штока, может быть установлена при условии р=1,5*рНОМ и начальном натяжении отключающей пружины F'П1

FШ = FВ - FП1 –FТВ,(3.18)

где FВ = 1,5* рНОМ *(π* dВ2) /4

FП1=1,5*FТВ-G'+2* F'К

FТВ =5*(103) * dВ

FВ = 1,5* 500000 *(π *0,0592482) /4 = 2066,625 Н

FШ = 2066,625 - 314,884 - 296,24 = 1455,501 Н

4 РАСЧЕТ ДУГОГАСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

4.1. Эскиз конструкции дугогасителыюй системы контактора

Рисунок 4.1. - Эскиз конструкции дугогасителыюй системы контактора

Катушка 2 имеет стальной сердечник 3, охваченный стальными полюсами (щетками) 5, которые непосредственно подводят поток к зоне дугогашения. Обычно в камере 6 закрепляют один из рогов (рог 7), обычно нижний, который электрически надежно соединяют с подвижным контактом 8. Дуга, возникшая между контактами 1 и 8, в дальнейшем под воздействием силы FД перебрасывается на рога 4 и 7 и растягивается на них под воздействием силы FД4.2. Расчет конечной длинны дуги отключения lДК

В настоящей работе предусматривается применение системы дугогашения электромагнитного типа с последовательным включением дугогасителыюй катушки в коммутируемую электрическую цепь и дугогасительной камеры щелевой конструкции.

В процессе гашения дуга отключения растягивается до конечной длины lдк, величина которой может быть ориентировочно определена по эмпирической формуле:

(4.1)

где UНОМ - номинальное напряжение аппарата, значение которого выбирают из таблицы исходных данных;

Iр - расчетная величина разрываемого тока, принимаемая равной 2*IДЛ

lДК=13*10-5*1500*11001/3=2.008 м 4.3. Расчет площади полюса магнитной системы SП

При применении щелевой камеры разрыв максимального тока сопровождается выходом дуги за пределы камеры на 0,1...0,2 м. С учетом этого требуемая для размещения дуги площадь боковой поверхности камеры при типичном для контакторов соотношении ее сторон 1: 2 определяют как

(4.2)

где кип - коэффициент использования пространства, который зависит от типа дугогасительной камеры; для щелевой камеры принимают кип=0,8.