Определение параметров отключающей и буферной пружин. Оптимальные характеристики механизма при отключении достигаются в том случае, если зависимость скорости контактных стержней от их перемещения V(S) (фазовая траектория) имеет вид, показанный на рисунке 5.1. Рисунок 5.1. Фазовая траектория контактных стержней Здесь обозначено: Vp - скорость контактных стержней в момент размыкания; hk - ход в контактах; Vmax - максимально допустимая скорость контактных стержней; H - полный ход контактных стержней.
На первом участке ОА механизм быстро разгоняется до заданной скорости Vp, затем с малым ускорением проходит основной участок пути АВ, и наконец, быстро тормозится на участке ВС. Быстрый разгон механизма на участке ОА обеспечивается параллельной работой отключающей и буферной пружин, а быстрое торможение в конце хода контактов – установкой демпфера.
Подобная фазовая траектория может быть получена за счет соответствующего выбора жесткостей Сот, Сб и предварительных натягов λо0 и λб0 отключающей и буферной пружин, обеспечивающего выполнение следующих трех условий: 1. Скорость разрыва контактов (точка А) должна быть равна заданной величине Vp; 2. Максимальная скорость контактов (точка В) не должна превосходить Vmax; 3. Отключающая пружина должна удерживать подвижные контакты в верхнем положении (точка С), преодолевая силу их веса с некоторым коэффициентом запаса k1. Примем отношение длин O3М к O3E равным α, и согласно заданию, выберем из конструктивных соображений α=0.4. Тогда (мм), (5.3) (мм) (5.4) где λh – ход отключающей и буферной пружин, соответствующий ходу стержней в контактах, мм; λоН – рабочий ход отключающей пружины, соответствующий полному ходу контактных стержней Н, мм. Выберем коэффициент предварительного натяга буферной пружины . (5.5) Тогда величина предварительного натяга буферной пружины λбо определяется как (мм). (5.6) Задав коэффициент запаса k1, силу трения в контакте Fk и силу трения подвижного контакта в уплотнении Fy , (Н), (5.7) (Н). (5.8) Вычислим минимально допустимую величину предварительного натяга отключающей пружины (5.9) Выберем βо=0.5. Аналогично параметру βб определим величину предварительного натяга отключающей пружины λо0 (мм). (5.10) Находим максимальное и минимально допустимое значение для жесткости отключающей пружины Сот, Н/м: , (5.11) . (5.12) Подставим в (5.11) и (5.12) численные значения: (Н/м), (5.13) (Н/м). (5.14) Примем Сот=10000 Н/м. Тогда жесткость буферной пружины Сб, определяется из условия , (5.15) Сб=64890 Н/м. Примем Сб=65000 Н/м. На рисунке 5.2 изображены зависимости усилий, развиваемых отключающей и буферной пружинами, от вертикальной проекции λ перемещения точки М коромысла (рис. 5.1), приближенно совпадающей с изменением длины пружин. Рисунок 5.2. Характеристики отключающей (1) и буферной (2) пружин: λk – ход отключающей и буферной пружин, соответствующий ходу стержней в контактах; λод – ход отключающей пружины, соответствующий рабочему ходу штока демпфера; λон – деформация отключающей пружины, соответствующая полному ходу контактных стержней Н. отсчет координаты λ ведется от верхнего положения точки К. 5.3