CC BY
43
УДК 681.01
Надежная контактная система электромеханического прибора
Е.В. БАБУШКИНА, В.Н. КИТАЕВ, Е.Н.КИТАЕВА, Д.И. САФОНОВ
ФГУП «Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научноисследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина» 456770, г. Снежинск, Челябинской обл., ул. Васильева, 13 E-mail: kb2@vniitf.ru
Тел.: (351-46)-54721, факс: (351-46)-55566
Описывается высоконадежная контактная система с поступательным перемещением перемыкателя, используемая в электромеханических приборах.
Ключевые слова: контакт; контактная система; перемыкатель; надежность.
Введение
Одним из основных конструктивных элементов электромеханических приборов является контактная система, осуществляющая необходимую коммутацию электрических цепей объекта применения.
Контактная система обеспечивает выполнение требований по
обеспечению необходимых конструктивных и электрических характеристик -количеству коммутируемых электрических цепей, переходному сопротивлению контактов, диапазонам токов и напряжений, электрическому сопротивлению и электрической прочности изоляции, сохранению исходного состояния контактов при хранении и транспортировании, а также при возможных аварийных ситуациях и надежному переключению в сработанное состояние.
В настоящее время разработано множество вариантов технических решений контактов и контактных систем, используемых в
электромеханических приборах (переключателях, инерционных включателях, барометрических реле, датчиках температуры).
Основная часть
Надежность контактной системы при заданных эксплуатационных воздействиях зависит от принятых конструктивных решений. При проектировании контактной системы особо учитываются процессы переключения (размыкания и замыкания контактов). При неудачно выполненной конструкции в процессе замыкания могут наблюдаться явления «дребезга» (замыкания-замыкания) контактов, а также их эрозия и
приваривания друг к другу. Эти явления нежелательны, так как приводят к снижению надежности работы контактных систем, сбоям в работе систем объекта применения, а в ряде случаев и к значительному износу контактов [1]. На предприятии разработана малогабаритная высоконадежная контактная система, в которой значительно снижена вероятность появления вышесказанных недостатков.
1
Следует отметить, что существующие контактные системы переключаются в основном за вполне определенное время (не релейно), то есть контактная система занимает некоторое время неопределенное промежуточное состояние, что зачастую неприемлемо во многих объектах использования. Для исключения этого неопределенного промежуточного состояния при переключении созданы новые технические решения, примененные в разработанной контактной системе.
Компоновка (внешний вид) контактной системы представлена на рисунке 1.
Конструкция и взаимодействие составных частей контактной системы показано на рисунке 2.
Контактная система состоит из двух плат 1, 2, в которых на расположенных по окружности токовыводах 3, 4 закреплены контакты 5. На оси 6, размещенной в центре, установлен перемыкатель 7 с торцевым кулачковым профилем 8, поджатый пружиной 9 к радиальному штифту 10, запрессованному в ось 6, с возможностью осевого поступательного перемещения. Токовыводы 3, 4 изолируются от соответствующих плат стеклоизоляторами.
Переключение контактной системы в сработанное состояние (срабатывание) происходит при повороте оси 6 на требуемый угол, при этом форма кулачкового профиля 8 обеспечивает «мгновенное» осевое перемещение перемыкателя 7 пружиной 9. Перемычки 11, закрепленные на перемыкателе 7 размыкают соответствующие контакты 5, закрепленные на токовыводах 4, и затем замыкают также соответствующие контакты 5, закрепленные на токовыводах 3. Перемыкатель 7 для снижения сил трения перемещается в шариковых опорах, образуемых шариками 12, установленными в кольцевых проточках плат 1, 2..
Переключение контактной системы в исходное состояние (взведение) происходит также при повороте оси 6 на определенный угол, при этом соответствующий участок кулачкового профиля 8 обеспечивает требуемое осевое перемещение перемыкателя 7, вызывающее переключение контактов 5.
I tiii II
Рисунок 1 - Контактная система
2
3
Рисунок 2 - Конструкция контактной системы
При этом перемещение перемыкателя происходит за определенное время. Для разрабатываемых предприятием электромеханических приборов, предназначенных для разрушаемых при применении объектов, релейного переключения контактов при приведении прибора, а, следовательно и контактов, в исходное состояние не требуется.
Разработанная двухуровневая контактная система с осевым возвратно поступательным перемещением перемыкателя, позволяет обеспечить большое
3
количество размыкающихся и замыкающихся контактов в малом цилиндрическом объеме.
Контактная система выполнена в габаритах 028х2О и обеспечивает коммутацию электрических цепей шестью размыкающимися и шестью
замыкающимися контактами.
Двойные электрические разрывы обеспечивают высокую вероятность сохранения исходного состояния разомкнутых контактов с требуемыми величинами сопротивления изоляции.
Используемые в контактной системе контакты показаны на рисунке 2.
Рисунок 3 - Конструкция контакта
Основная особенность разработанных контактов - обеспечение регулировок контактных усилий и зазоров, а также пространственного расположения в контактной системе без применения регулировочных шайб и доработок по месту.
Возможность регулирования контактов в сборе позволяет скомпенсировать погрешности изготовления. Таким образом, при невысоких требованиях к точности изготовления деталей и сборок (особенно стеклоспаев по допуску позиционного расположения токовыводов) обеспечивается требуемая точность взаимного расположения контактирующих поверхностей контактов и перемычек перемыкателя. Конструкция контактов обеспечивает регулировку по усилию поджатия без применения дополнительных деталей (шайб, прокладок и др.) и каких-либо доработок в процессе сборки.
В контактной системе применены контакты “врубающегося” типа. Это обусловлено их высокой надежностью, устойчивостью к механическим воздействиям и способностью пропускать большие токи. К достоинствам “врубных” контактов можно отнести большее контактное нажатие, двойное контактирование и самоочистка контактных поверхностей. Устойчивость к механическим воздействиям двухсторонним контактированием. При воздействии, когда один контакт отжимается от перемычки перемыкателя, второй контакт сильнее прижимается с другой стороны к перемычке перемыкателя, тем самым обеспечивая постоянство электрического контактирования. В контактах такого типа обеспечивается малое и стабильное
4
переходное сопротивление, так как всякий раз при переключении происходит очистка контактирующих поверхностей от всякого рода пленок и загрязнений.
В разработанной контактной системе контакты одного уровня -замыкающиеся, другого - размыкающиеся, размещаются очень “плотно” без снижения электрического сопротивления и электрической прочности изоляции (рисунок 2).
Контакты прочно закреплены на токовыводах с помощью сварки, что обеспечивает их надежное закрепление, а также низкое и стабильное сопротивление электрических цепей.
Изолятор перемыкателя выполнен из теплостойкого изоляционного материала.
Контакт имеет рабочую поверхность в виде полусферы, при таком исполнении контактов реализуются повышенные удельные давления в контактах, а также облегчаются условия сборки, так как устраняется необходимость точной установки контактов по общей осевой линии.
Контакты выполнены составными - внутренний контактирующий элемент из материала с низким удельным электрическим сопротивлением, внешний поджимающий элемент из материала сохраняющего упругие свойства в широком диапазоне температур.
Указанная совокупность технических решений обеспечила выполнение контактной системы в термостойком исполнении (работоспособность контактной системы при высоких температурах окружающей среды).
Выбранные покрытия контактирующих поверхностей обеспечивают требуемый ресурс и переходное сопротивление в контактах.
При конструировании контактной системы был учтен значительный научно-технический задел, созданный школой конструкторов - прибористов предприятия. Созданные ранее наработки, эффективность которых
подтверждена многолетней безотказной эксплуатацией приборов,
использовались при выборе материалов контактов, покрытий, контактных усилий, материалов изоляторов и токовыводов, способов монтажа проводов к токовыводам и др.
Заключение
Разработанная контактная система, выполненная в ударостойком и термостойком исполнении, благодаря малым габаритам и массе, обладает хорошей «встраиваемостью» в различные электромеханические приборы.
На конструктивное исполнение прибора с подобной контактной системой была оформлена заявка на изобретение [2].
5
Литература
1 Ступель Ф.А.. Электромеханические реле. - Харьков, Вища школа, 1956 г. - 355 с.
2 Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Бабушкина Е.В. Исполнительнокоммутирующее устройство. Заявка на изобретение №2010133336 от 09.08.2010 г.
3 Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле. - Л.:
Энергоатомиздат, 1986. - 252 с.
6
