Блок щелчковых контактов

Кинематическая схема механического узла блока щелчковых контактовреле, представленного на рис. 1.36.

Рис. 1.36. Кинематическая схема механического узла блока щелчковых контактов.

Этот механический узел состоит из штока 1 массы , который двигается в опоре скольжения 4 с коэффициентом вязкого трения k _тр. К штоку подсоединены под углом две симметричные пружины 3 с жесткостью . Эти пружины связаны с контактной рейкой 2 массой и перемещают ее. Сила прикладывается к штоку вдоль его оси. При движении штока вверх контактная рейка перескакивает с верхнего неподвижного контакта на нижний. При обратном движении штока контактная рейка перескакивает в противоположном направлении. Неподвижные контакты представим моделями упоров, т.е. подсоединим между подвижным и неподвижным контактом упругий элемент - пружину, которая скачкообразно изменяет свои свойства (см. рис. 1.36). Когда нет касания контактов, эта пружина отключена, при касании пружина подсоединяется. Жесткость пружины должна быть достаточно велика, чтобы моделировать небольшую упругую податливость неподвижного контакта. Кроме того, необходимо ввести в модель такого упора элемент диссипации энергии - вязкое трение R _П, который будет поглощать энергию удара. Эквивалентная схема модели упора приведена на рис. 1.37.

Рис. 1.37. Эквивалентная схема модели упора.

В схеме упора присутствует идеальный ключ, который управляется функцией расстояния до упора . Для модели механизма за фазовую переменную типа потенциала принята скорость, а за фазовую переменную типа потока — сила.

Составим граф кинематической схемы устройства(рис. 1.38). Присвоим номера тем деталям механизма, где необходимо определить скорость (см. рис. 1.36). Это будут вершины графа: номер 1 - шток; номер 2 - контактная рейка. Неподвижным деталям присваиваем номер 0. Элементы механизма представляются ребрами графа. Массы подвижных деталей (шток и контактная рейка) включаются в соединения с неподвижным основанием. Приводящая в движение шток сила Р также имеет отсчет от неподвижного основания. К неподвижному основанию подсоединяются ребра графа, обозначающие трение штока в опоре скольжения и упоры контактной рейки – неподвижные контакты. Шток и контактная рейка соединены пружиной с нелинейными свойствами как функции относительного положения штока и контактной рейки.

Рис. 1.38. Граф кинематической схемы блока контактов.

В соответствии с составленным графом построим эквивалентную схему узла блока щелчковых контактов в Matlab Simulink (SimPower Systems) [26](рис. 1.39). В ней сила Р – источник тока, массы – конденсаторы с емкостями, равными массам, вязкое трение – резистор с сопротивлением , упоры представлены своими эквивалентными схемами, а пружина – функцией силы от положения контактной рейки относительно штока - управляемым источником тока Р _у.

Рис. 1.39. Эквивалентная схема блока щелчковых контактов в Matlab Simulink.

Сила вычисляется по формуле

где — нижнее начальное положение штока относительно контактной рейки, при котором усилие пружин равно нулю. При движении штока результирующая упругая сила пружин по оси принимает нулевые значения три раза: при . Причем в положении контактная рейка находится в неустойчивом равновесии и малое смещение штока приводит к перебрасыванию рейки в противоположном движению направлении. В эквивалентной схеме расчет силы реализован с помощью измерения относительной скорости движения штока и контактной рейки вольтметром , интегратором (1/s) скорости для расчета перемещения и блоком функции Р _у.Идеальные ключи упоров управляются значениями перемещений контактной рейки и срабатывают при касании неподвижных контактов. Для этого вольтметром измеряется скорость контактной рейки, далее она интегрируется -получается перемещение. Перемещение в релейном блоке (Rele) сравнивается с положением неподвижных контактов и при их совпадении выдается сигнал на включение ключа упора.

На рис. 1.40 приведены осциллограммы перемещений штока и контактной рейки, а также скорости контактной рейки и усилия пружин, рассчитанные для следующих исходных данных: x₀= 5мм; r= 10 мм; m= 0.02 кг; m₁= 0.04 кг; K _у = 1e4 Н/м; К _тр = 100 кг/с; раствор контактов в среднем положении . На шток воздействует периодическая сила .