Г. Механические характеристики реле

Под механическими характеристиками реле будем понимать зависимость суммарного воздействия F всех приведенных к рабочему зазору сил, воздействующих на подвижную часть реле, от перемещения d.

Ниже рассматриваются механические характеристики одностабильных электромагнитных реле с плоскими контактными пружинами, консольно закрепленными на корпусе. На рис. 21 а) приведена схема усилий на якорь реле при одном размыкающем контакте, а на рис. 21 б) диаграмма изменения статических усилий при срабатывании реле. Статические усилия не учитывают инерционность подвижных масс. В исходном положении 1 (см.рис. 21 б) верхняя контакт-пружина В воздействует через шток на якорь с усилием K₁ , которое уравновешено реакцией опоры R. Результирующее усилие F = 0 и реле занимает исходное положение. Верхняя контакт-пружина В воздействует также на нижнюю контакт-пружину Н. При этом усилие пружины рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить требуемое контактное нажатие K_ВН в размыкающем контакте. Поскольку между якорем и сердечником имеется зазор, то реакция сердечника на якорь R_Я отсутствует.

Рассмотрим поведение системы при увеличении результирующего усилия F воздействующего на якорь. Усилие контакт-пружины В зависит от величины зазора d, поэтому возрастание F на участке 1-3 приводит только к уменьшению реакции опоры R, перемещения не происходит. В точке 3 реакция опоры равна нулю. При дальнейшем росте усилия F начинается перемещение якоря и уменьшение зазора d. Контакт-пружина B через шток начинает разгружаться и уменьшать давление на нижнюю контакт-пружину Н. В точке 4 контактное нажатие K_ВН =0. Дальнейшее увеличение усилия F ведет к уменьшению зазора и соответственно к увеличению воздействия K₁ верхней контакт-пружины на якорь. В точке 5 якорь через диамагнитную прокладку касается сердечника и изменение зазора больше не происходит. Дальнейший рост усилия F приводит к росту реакции на якорь со стороны сердечника R_Я. Участки характеристики 1-3 и 5-6 обеспечивают виброустойчивость реле.

а) б)

Рис. 21. Схема усилий при срабатывании реле с размыкающим контактом.

а – схема усилий, б – тяговая характеристика

Существенную роль для формирования механической характеристики играет жесткость системы. Под жесткостью понимают тангенс угла наклона механической характеристики к оси абсцисс. Так для участка 3-4 рис.21 б) жесткость определится по выражению

 

 

На протяжении всей характеристики реле может иметь различные жесткости, в частности на участке 4-5 жесткость характеристики уменьшается, поскольку на этом участке перемещается только одна пружина. Отметим, что плоские пружины обычно рассматриваются как балка с одним жестко защемленным концом. Жесткость такой балки обратно пропорциональная кубу ее длины [2]. На рис.22 б) приведена расчетная схема для одной плоской пружины, а на рис. 22 в) ее механическая характеристика. На рис. 24 показаны расчетные схемы и механические характеристики для плоской пружины при различных точках приложения усилий F и реакций опор R.

 

 

В качестве второго примера рассмотрим схему усилий в реле с замыкающим контактом, показанную на рис. 22. В исходном состоянии контакт-пружины деформированы и стремятся занять ненапряженные состояния (при которых они выглядят как отрезки прямых). В реле действуют следующие усилия:

на якорь со стороны нижней контакт-пружины Н усилие K₁, которое уравновешивается реакцией R₁ ограничителя, реакция со стороны сердечника R_Я отсутствует;

на верхнюю контакт-пружину В воздействует внутреннее усилие, связанное с деформацией пружины (на рисунке не показано) и реакция R₂ ограничителя, реакция ограничителя R₃ отсутствует;

на нижнюю контакт-пружину Н воздействует внутреннее усилие, связанное с деформацией пружины, усилие со стороны якоря (на рисунке не показаны), воздействие со стороны верхней контакт-пружины R_ВН отсутствует.

Расчетная схема для определения усилий в контакт-пружинах приведена на рис. 22 б), а зависимость между деформацией и возникающим усилием на рис. 22 в).

Механическая характеристика реле приведена на рис. 23. В исходном состоянии в точке 0 зазор имеет наибольшее значение. При увеличении результирующего усилия F, воздействующего на якорь на участке 0-1 уменьшается реакция R₁, но изменение зазора не происходит, поэтому усилия в контакт-пружинах не изменяются. На участке 1-2 изменение зазора приводит к увеличению деформации контакт-пружины Н, ее реакция на якорь возрастает. В точке 2 происходит замыкание контакта пружин В и Н. Дальнейшее уменьшение зазора приводит к уменьшению реакции R₂ и увеличению контактного нажатия R_ВН. В точке 3 реакция R₂=0 дальнейшее изменение зазора ведет к деформации двух контакт-пружин. В точке 4 изменение зазора прекращается и дальнейшее увеличение усилия F ведет в зависимости от конструкции реле либо к увеличению реакции сердечника якоря R_Я , либо к увеличению реакции R₃ ограничителя верхней контакт-пружины.

Особенности механических характеристик реле в зависимости соотношения точек приложения электромеханических усилий F и реакции опоры R для пластинчатых пружин, имеющих одну точку закрепления, приведены на рис. 24.

 

Рис. 22. Схема усилий в реле (а), расчетная схема (б) и диаграмма усилий (в) в контакт-пружине

 

 

Рис.23. Тяговая характеристика реле с замыкающим контактом

2 – точка касания верхней и нижней пружины, 2-3 – пружина Н осуществляет давление на верхнюю пружину, идет разгрузка реакции R₂.

Рис. 24. Расчетные схемы (а, в) и механические характеристики (б, г) реле при различных точках приложения электромагнитных усилий F и реакций опор R

а, б – при совпадении, в, г – при несовпадении.