Путевые и конечные выключатели

Путевой выключатель представляет собой командоаппарат, кинематически связанный с рабочей машиной, предназначенный для срабатывания на определенных расстояниях ее пути [3]. Конечный выключатель – это путевой выключатель, приводимый в действие рабочей машиной или ее частью в конце пути. У электропривода роль рабочей машины может выполнять звено кинематической цепи передачи механической энергии рабочему органу технологического механизма или сам рабочий орган.

Путевой и конечный выключатели могут быть представлены структурной схемой, как на рис. 6.1б. Входное воздействие создается контролируемым объектом, перемещающимся с некоторой (возможно малой) скоростью. В контактной системе обычно предусматривается один замыкающий контакт и один размыкающий контакт (может быть и другая комбинация контактов).

На рис. 6.6 приведена изобразительная модель путевого (конечного) выключателя (1), реагирующего на линейное перемещение объекта (например, части рабочей машины) (3). Показан один коммутирующий контакт SA выключателя, который замыкается при изменении положения органа управления (приводного рычага с роликом 2).

Путевой (конечный) выключатель практически не влияет на скорость v (t) движения объекта 3 при механическом контакте объекта с роликом приводного рычага. Воздействие на орган управления 2 выключателя зависит от координаты s (t) положения объекта, которая изменяется со скоростью v (t)= ds (t)/ dt. Скорость перемещения органа управления (ОРУ на рис. 6.1б) выключателя полностью определяется скоростью v (t) объекта и координатой положения s (t). Для ускоренного размыкания и замыкания контактов при малых v (t) в путевых и конечных выключателях используются механические передачи с защелками и механизмами мгновенного переключения (см. [1] п. 3.2, п. 3.3).

На рис. 6.6б показаны временные диаграммы, характеризующие действие путевого (конечного) выключателя с замыкающим контактом при v (t)>0 на всем времени движения объекта. Переменная d определена высказыванием

d =‹контакт замкнут›.

Замыкание контакта происходит при s = -S₁ (S₁ >0), когда приводной рычаг поворачивается против часовой стрелки (см. рис. 6.6а). Возвращение приводного рычага в исходное положение и размыкание контакта происходит под действием возвратной пружины при s = S₂ (S₁ >0), когда пропадает механический контакт ролика с объектом при перемещении объекта со скоростью v (t)>0.

Путевые и конечные выключатели в зависимости от конструкции подразделяют на рычажные (например, ВК-311, КУ-740), кнопочные (например, ВК-111), вращающиеся (например, серии УБ) и др.. Переключение контактов в рычажных выключателях осуществляется воздействием объекта на рычаг (рис. 6.6а), который передает движение подвижному контактному узлу, в кнопочных - нажатием перемещающегося объекта на толкатель (шток), с которым связан подвижный контактный узел; во вращающихся – вращением кулачковых шайб, передающих движение контактам от вала кинематической цепи. Срабатывание этих выключателей происходит при механическом контакте контролируемого объекта с органом управления выключателя (приводным рычагом, кнопкой или др.). Они выполняются на напряжение до 380 В переменного тока и до 220 В постоянного тока. Допустимый длительный ток коммутирующих контактов 10 А (до 20 А у некоторых выключателей серии УБ).

Путевые и конечные выключатели являются нелинейными элементами автоматизированных электроприводов. На рис. 6.7 показаны характеристики управления и схемы контактных систем путевых и конечных выключателей рычажного типа ВК-311 и кнопочного типа ВК-111.

Для рычажного выключателя переменная x (рис. 6.7а) характеризует угол отклонения рычага от нейтрального (вертикального на рис. 6.6а) положения со знаком «+» против направления движения часовой стрелки. Две выходные переменные: d₁ =‹контакт 1 замкнут›, d₂ =‹контакт 2 замкнут›. Контакт 1 может замкнуться только при dx (t)/ dt > 0, контакт 2 замкнется только при dx (t)/ dt < 0 (рис. 6.7б).

Для кнопочного выключателя переменная х (рис. 6.7в) характеризует линейное перемещение кнопки относительно нейтрального положения при соприкосновении с перемещающимся объектом. Характеристики управления d₁=f₁ (x) и d₂=f₂ (x)по выходу замыкающего контакта 1 и размыкающего контакта 2 показаны на рис. 6.7г.

На рис. 6.8а на примере выключателя ВК-311 отображено действие путевого выключателя в зависимости от координаты перемещения s контролируемого объекта (см. рис. 6.6).

Сплошными линиями показано как изменяется положение контакта 1 (см. рис. 6.7а, рис. 6.7б), пунктирными линиями – положение контакта 2 в зависимости от перемещения s объекта. Если v (t)= ds (t)/ dt >0, то при s (t) <-S₁ контакт 1 разомкнут и d₁= 0; при S₁< s (t) <S₂ контакт 1 замкнут, d₁= 1; при s (t)> S₂ контакт 1 разомкнут, d₁ =0. Контакт 2 все это время разомкнут и d₂= 0. Когда объект перемещается в противоположном направлении v (t)= ds (t)/ dt <0, контакт 1 остается разомкнутым (d₁= 0); замыкается контакт 2 при s (t) <S₁ и остается замкнутым (d₂= 1) до тех пор, пока объект не переместится на расстояние, при котором s (t) <-S_2. Если затем вновь v (t)= ds (t)/ dt >0, то контакт 2 не замкнется (d₂= 0).

Когда путевой выключатель используется в качестве конечного выключателя, он выдает команду на остановку объекта в конце пути. Допустим, что скорость объекта v (t)= ds (t)/ dt >0 до его остановки, и команда на остановку создается замыканием контакта 1 (d₁= 1 на рис. 6.8а). Тогда объект должен остановиться в положении, при котором координата s удовлетворяет условию –S₁<s<S_2. В этом случае диапазон изменения s ограничен условием s<S₂, и зависимость выходного сигнала d₁ от s характеризуется нелинейностью, показанной на рис. 6.8б.

Для электроприводов применяют также путевые и конечные выключатели, действующие без механической связи с контролируемым объектом. Например, выключатели на герконах реагируют на магнитное поле, созданное магнитным элементом, установленным на перемещающемся объекте. В некоторых выключателях используются индуктивные, индукционные, оптические или иные датчики положения (см. п.). Например, путевой выключатель ВПФ-11-01 на оптронных элементах реагирует на изменение светового потока, перекрываемого экраном объекта, когда экран (объект) перемещается между излучателем и светоприемником выключателя.

В путевом выключателе типа БВК-24 используется индуктивный датчик, выполненный на двух ферритовых магнитопроводах с обмотками [9]. Исполнительным элементом является электромагнитное реле. Управление датчиком осуществляется c помощью алюминиевой пластины, закрепленной на контролируемом объекте. Когда пластина входит в зазор между магнитопроводами, изменяется магнитная связь между обмотками индуктивного датчика, что приводит к возникновению генераторного режима работы полупроводникового усилителя и протеканию тока, достаточного для включения реле. При выходе пластины из зазора между магнитопроводами датчика генераторный режим работы усилителя прекращается и реле отключается.