Механизм выключателя предназначен:
а) для передачи движения от привода к подвижным контактам выключателя при включении (и при отключении, если последнее производится также приводом), а также для одновременного завода отключающих пружин (при их наличии);
б) для передачи движения от отключающих пружин выключателя к тем же контактам при отключении (после освобождения удерживающего устройства привода).
Рис 10. Схема шарнирного четырехзвенника.
Наиболее употребительными и простыми механизмами выключателей являются рычажно-шарнирные механизмы, основой которых служит шарнирный четырехзвенный механизм и его разновидности. Схема шарнирного четырехзвенника показана на рис. 10. Как видно из названия и из схемы, этот механизм состоит из четырех звеньев, связанных между собой шарнирами. Одно из звеньев AD закреплено неподвижно и называется стойкой или станиной. Звено А В, могущее поворачиваться на полный оборот вокруг шарнира А, называется кривошипом.
Звено CD, совершающее качательное движение вокруг шарнира D, называется коромыслом. Звено ВС, два шарнира которого движутся по дугам окружностей, называется шатуном.
Характер движения отдельных звеньев зависит от соотношения их размеров. Так, при определенном соотношении размеров механизм может иметь два кривошипа или два коромысла. Важная разновидность шарнирного четырехзвенника получается при увеличении длины коромысла (удалении точки D); при этом кривизна дуги, по которой движется точка С, уменьшается, а если мысленно отнести точку D в бесконечность, то эта дуга превращается в прямую линию, и вместо коромысла появляется ползун в прямолинейных направляющих.
Рис. 12. Схема наиболее употребительного частного случая шатунно-кривошипного механизма.
Рис. 11. Схема шатунно-кривошипного механизма.
Полученный механизм (рис. 11) носит название шатунно-кривошипного механизма. Наиболее употребительный частный случай такого механизма (ось направляющих ползуна проходит через точку А) показан на рис. 12.
Основными преимуществами шарнирного четырехзвенного механизма, благодаря которым он получил широкое применение, в частности в механизмах выключателей, являются:
- возможность простейшим путем передать вращательное движение от одного вала (например А на рис. 10) другому (например D), в особенности при сравнительно большом расстоянии между валами и когда ведомый вал совершает только качательное движение на угол не более 180°;
- возможность использования так называемых «шатунных кривых» для преобразования вращательного движения вала А в заданное движение точки, жестко связанной с шатуном (см. ниже);
- возможность использования «мертвых положений» механизма (см. ниже);
- конструктивная простота и технологичность.
Под шатунными кривыми понимаются кривые, описываемые различными точками, жестко связанными с шатуном, при вращении кривошипа или коромысла. Примеры таких кривых показаны на рис. 13. В зависимости от назначения механизма может быть использована та или иная кривая. Как видно из рисунка, некоторые части отдельных кривых по своей форме приближаются к прямой линии. При некоторых условиях может быть получена и точная прямая линия.
Рис. 13. Шатунные кривые.
В связи с этим оказывается возможным осуществлять так называемые «прямила» — механизмы, в которых вращательное движение одного из звеньев преобразуется в прямолинейное (или близкое к прямолинейному) движение одной из точек шатуна. Точное прямило показано на рис. 14.
Если АВ =ВС = BE, то при вращении кривошипа А В точка Е движется по прямой FF.
Применение точного прямила оказывается иногда неудобным по конструктивным соображениям в связи с необходимостью устройства ползуна с направляющими, а также в связи с тем, что точка Е при своем движении по прямой FF пересекает ось А, которую в этом случае приходится делать разрезной.
Во избежание указанных конструктивных неудобств, во многих случаях применяют приближенные прямила. Пример такого прямила показан на рис. 15.
Точка Е этого механизма движется по кривой FF, которая на некоторой своей части достаточно близка к прямой.
Под «мертвым положением» шарнирного четырехзвенника понимается такое положение, при котором кривошип или коромысло лежат на одной прямой линии с шатуном. Примеры мертвых положений показаны на рис. 16.
Рис. 14. Схема точного прямила.
Рис. 15. Схема приближенного прямила.
Двумя важными особенностями мертвого положения являются:
1. Выведение механизма из этого положения может быть осуществлено перемещением только тех звеньев, которые оказались расположенными на одной прямой линии. Выведение из мертвого положения перемещением третьего звена невозможно, и это звено оказывается, таким образом, как бы запертым (что, в частности, иногда используется в механизмах приводов для удержания выключателя во включенном положении).
- При подходе к мертвому положению соотношение скоростей (или перемещений) шарниров В и С (рис. 16) резко меняется, а именно: одной и той же скорости шарнира В соответствует все меньшая скорость шарнира С, а при достижении полного мертвого положения скорость шарнира С становится равной нулю
Если звено АВ является ведущим и его конечное положение близко или совпадает с мертвым положением, то указанная выше вторая особенность дает следующие преимущества;
а) неточность конечного положения звена АВ (вследствие отклонений при изготовлении и сборке) мало отражается на соответствующем положении звена CD; это может оказаться весьма полезным, если, например, звено CD связано с подвижными контактами выключателя, конечное положение которых, определяющее величину контактного давления, не должно сильно колебаться; б) усилие (или момент), приложенное к звену АВ, уменьшается по сравнению с усилием (моментом), приложенным к звену CD, во столько раз (если не учитывать трения в шарнирах), во сколько раз скорость шарнира В больше скорости шарнира С.
Рис. 16. Примеры мертвых положений шарнирного четырехзвенника.
Так как в выключателях усилия к концу включения обычно резко увеличиваются (вследствие сжатия контактных и отключающих пружин), то подход к мертвому положению дает возможность значительно уменьшить требуемое усилие (момент) на ведущем звене, связанном с приводом.
Сочетание различных описанных выше разновидностей шарнирных четырехзвенников используется в механизмах выключателей для:
а) получения поступательного движения подвижных контактных частей, для чего эти части шарнирно связываются с прямолинейно движущимися точками точных или приближенных прямил, либо с ползунами шатуннокривошипных механизмов;
б) уменьшения усилий в конце включения путем использования мертвых положений в соответствующих четырехзвенниках;
в) одновременного приведения в движение механизмов всех трех полюсов от одного привода (в случае трех полюсного управления).
Рис. 17. Схема механизма выключателя МГ-35 (без прямил).
Для иллюстрации на рис. 17, 18 и 19 показаны принципиальные схемы некоторых механизмов, часто применяемых в выключателях. При включении эти механизмы приводятся в движение приводом, а при отключении — отключающими пружинами, заведенными при предыдущей операции включения. Положение отключающих пружин на принципиальных схемах не показано, так как оно не отражается на принципе работы механизма и определяется конструктивными соображениями.
На рис. 17 показана схема механизма, примененного, в частности, в описываемом ниже выключателе типа МГ-35. Тяга от привода при включении движется вверх и с помощью рычажного механизма приводит одновременно в движение подвижные контактные стержни всех трех полюсов.
Рис. 18. Схема механизма выключателя сточными прямилами.
Рис. 19. Схема механизма выключателя с приближенными прямиламн.
Рассмотрение механизма показывает, что он состоит из трех шатунно-кривошипных механизмов A1BlC1D1, А2В2С2О2 и А3В C3D3— для получения поступательного движения подвижных контактных стержней — и шарнирного четырехзвенника A0B0C0D0, звенья А0В0 и В0С0 которого близко подходят к мертвому положению в конце включения (показано пунктиром — A0В0; в'0 С0).
На рис. 18 показана схема механизма с точными прямилами, применяемого, в частности, в выключателе ВМ-35.
Механизм каждого полюса состоит из двух шарнирных четырехзвенников (например, на втором полюсе — A2B2C2D2 и A6B6C6D6), для которых один является точным прямилом, а второй служит для получения в нем положения, близкого к мертвому, в конце включения. Крайняя точка шатуна прямила (на втором полюсе — точка Е2) движется по прямой, проходящей через ось вращения кривошипа, и шарнирно связана с подвижными контактными частями полюса. Привод поворачивает вал А5, от которого движение передается через четырехзвенник A5B5C5D5 прямилу второго полюса и одновременно соседним полюсам также с помощью четырехзвенников (к первому полюсу — четырехзвенником (A5B7C7D7).
Точное прямило механизма выключателя ВМ-35 применено в качестве части механизма описываемого ниже выключателя МГ-110.
В качестве примера использования в механизме выключателя приближенного прямила на рис. 19 показана принципиальная схема механизма выключателя МКП-76. Здесь также механизм каждого полюса состоит из двух четырехзвенников, из которых один (A1B1C1D1) является приближенным прямилом, точка Е1, которого шарнирно соединена с подвижными контактными частями полюса, а второй служит для получения в конце включения положения, близкого к мертвому.
