Механизм свободного расцепления

Механизм предназначен для отключения и удержания во включенном состоянии аппарата. Схема механизма свободного расцепления представлена на рис. 1.41. Он состоит из трех рычагов (звенья 1-3), соединенных шарнирами 2,3 между собой и шарнирами 1,4 с неподвижным основанием. В шарнире 1 на звене 1 жестко закреплен шток, соединенный с контактной системой. При повороте штока происходит размыкание контактов. На звено 1 постоянно действует момент сил М _пр, создаваемый предварительно поджатой пружиной. На рис. 1.41 сплошными линиями показано взведенное положение механизма, когда контакты замкнуты. Расположение звеньев механизма с небольшим прогибом в шарнире 3 обеспечивает при отсутствии силы P прижатие звена 2 к упору под действием момента пружины М _пр. Сила P приводит в действие механизм расцепления и обычно создается электромагнитом или другим устройством, которое срабатывает, например, при превышении тока уставки аппарата. Эта сила поднимает шарнир 3 выше точки неустойчивого равновесия, где звенья 2 и 3 находятся на одной прямой, и механизм начинает движение под действием момента приложенного к звену 1 момента до устойчивого положения, показанного на рисунке пунктирной линией. В этом положении звенья 2 и 3 удерживаются вытянутыми вдоль прямой линии усилием звена 1.

Рис. 1.41. Схема механизма свободного расцепления.

Имитационная модель для анализа динамики работы механизма свободного расцепления, созданная с помощью инструментов Matlab Simulink (Simscape SimMechanics) [26]показана на рис. 1.42. Основные элементы модели: звено, шарнир, упор, момент пружины и сила. Звено – это стержень, который в модели представлен элементом Body: твердое тело с массой m, моментом инерции относительно центра масс J, координатами центра масс и координатами точек присоединения к шарнирам. Модель шарнира составлена из элемента Custom Joint с одной степенью свободы вращения. Момент, действующий на звено 1 относительно оси шарнира 1, задан элементом Joint Spring & Damper как пружина кручения с предварительным поджатием. Импульс силы формируется элементами Pulse Generator и Body Actuator, подключенными к звену 2 в месте шарнира 3. К этому же шарниру подключен упор, ограничивающий угол относительного вращения звеньев 2 и 3 в диапазоне от начального до максимального.

Рис. 1.42. Имитационная модель для анализа динамики работы механизма свободного расцепления с помощью инструментов Matlab Simulink (Simscape SimMechanics).

Динамику работы устройства иллюстрируют рассчитанные осциллограммы процессов перемещения шарниров 1 и 2, приведенные на рис. 43. Там же показан импульс силы P, воздействующий на шарнир 3. На рис. 43, а процесс при снятом верхнем ограничении на относительный угол поворота звеньев 2 и 3. Конечное положение деталей устройства изображены пунктирной линией на рис. 1.41. На рис. 1.43, б введено ограничение на максимальный относительный угол разворота звеньев 2 и 3 – 80 градусов. В этом случае конечное положение деталей устройства изображено на рис. 1.41 точечной линией. Осциллограммы показывают изменение во времени координат X и Y шарниров, по которым можно определить время срабатывания расцепителя.