Путевые и конечные переключатели
Для автоматизации рабочих циклов исполнительных механизмов в гидравлических и пневматических установках широко используют путевые и конечные выключатели (переключатели). Основная их функция заключается в контроле положения рабочих элементов машины и подаче управляющего сигнала в момент достижения заданной точки или позиции.
В зависимости от того, какой вид энергии используется в системе управления, такие выключатели могут выдавать сигнал в электрической, пневматической или иной форме.
Следует различать путевые и конечные выключатели: первые фиксируют прохождение исполнительного органа через определённый участок траектории, а вторые информируют о достижении крайнего (конечного) положения.
Рис. ZSK.37.1. Примеры конструкций выключателей: а — обычный электрический конечный выключатель; б — электрический путевой выключатель моментного действия; в — микропереключатель; г — путевой выключатель струйного типа; д — конечный выключатель пневматического типа
Путевые переключатели, принцип работы и конструкция
На рис. ZSK.37.1 представлены варианты путевых переключателей, передающих управляющий сигнал в электрической форме. По своей конструкции они относятся к контактным устройствам, выполняющим функции замыкания одних электрических цепей и одновременного размыкания других.
По принципу действия контактного узла путевые выключатели делятся на простые и моментные. В качестве примера на рис. ZSK.37.1, а показан простой конечный выключатель.
Основание устройства выполнено в виде изоляционной плиты 12, на которой закреплены неподвижные контакты 1, 5, 9 и 15. С ними взаимодействует подпружиненный шток 7 из диэлектрического материала. На штоке расположена перемычка 3 с подвижными контактами 2, 4, 10 и 11. В исходном положении пружины 6, 8 и 14 удерживают замкнутыми пары 4–5 и 9–10.
Внутри корпуса размещён толкатель (на рисунке не показан), установленный по оси штока. При воздействии движущегося механизма на толкатель шток смещается влево. В этот момент контакты 4–5 и 9–10 размыкаются, а цепи 1–2 и 11–13, наоборот, замыкаются. Таким образом, выключатель формирует управляющий сигнал, который может быть использован, например, для реверса или остановки исполнительного механизма. После того как рабочий орган машины перестаёт воздействовать на выключатель, возвратные пружины возвращают шток в исходное положение, восстанавливая первоначальную схему соединений.
В тех случаях, когда скорость срабатывания недостаточна, применяют моментные выключатели (рис. ZSK.37.1, б). Здесь подвижная часть машины нажимает на ролик 7, который поворачивает рычаг 2 влево. Одновременно с ним смещается поводок 4, отводящий защёлку 6 через ролик 12 и поворачивающий планку 11. В результате контактная пара 7–8 размыкается, а контакты 9–10 замыкаются практически мгновенно, что исключает возникновение дуги. Для компенсации избыточного поворота ролика 7 применяются кольцевые пружины 3, соединяющие рычаг 2 и поводок 4. После снятия усилия возврат выключателя в исходное положение обеспечивается пружиной 5.
В пневматических системах автоматического управления используют также конечные и путевые выключатели пневматического типа. Одним из вариантов является струйный выключатель (рис. ZSK.37.1, г). В его исходном состоянии поток сжатого воздуха из канала А проходит через сопло 1, далее через отверстие — в сопло 2 и затем в управляющий канал Б. Когда же заслонка 3, закреплённая на подвижной детали машины, перекрывает прорезь, поступление воздуха в канал Б прекращается, и давление там падает до нуля.
В гидросистемах в качестве путевых переключателей могут использоваться не только указанные устройства, но и распределители с механическим управлением.
Конечные переключатели и их разновидности
Для надёжной работы простых выключателей требуется, чтобы скорость перемещения штока была не ниже 0,4 м/мин. При меньших скоростях размыкание происходит слишком медленно, и на контактах образуется электрическая дуга, вызывающая быстрый износ.
Для случаев, когда требуется высокая точность и надёжность переключения, применяют микропереключатели (рис. ZSK.37.1, в). При нажатии на штифт 4 упругий контактный элемент 3 изменяет своё положение: соединение с верхним неподвижным контактом 2 размыкается, а замыкание происходит с нижним неподвижным контактом 1. Конструктивная форма пружины рассчитана так, чтобы переключение выполнялось только после достижения определённого усилия на штифте. В результате контакт 3 моментально переходит из верхней позиции в нижнюю, что предотвращает длительное искрение при размыкании электрической цепи.
Другим вариантом конструкции является кнопочный пневматический конечный выключатель, рассчитанный на эксплуатацию в условиях среднего давления (рис. ZSK.37.1, д). Его конструкция предусматривает два варианта функционирования, зависящих от того, какой вход используется для подвода воздуха: Рвх1 либо Рвх2 в крышке 1.
При подаче воздуха через вход Рвх1 он заполняет глухую полость А и остаётся там до момента срабатывания. Нажатие на шток 5 вызывает перемещение плунжера 6 вверх, его торец воздействует на затвор 2, и канал Рвх1 соединяется с полостью Б, а затем с выходом Рвых. В результате в управляющую линию подаётся давление, запускающее исполнительное устройство.
При подаче воздуха во вход Рвх2 он заполняет полость В, расположенную между мембранами, затем проходит через канал в плунжере 6 и поступает в полость Б, откуда выходит через Рвых. В исходном состоянии в контуре управления всегда сохраняется давление. Когда шток 5 перемещается вверх, плунжер 6 перекрывает отверстие, прекращая подачу воздуха в полость Б. При этом открывается выход на атмосферу через Рвых1. Вследствие этого при срабатывании выключателя давление в линии управления сбрасывается, что может использоваться в качестве сигнала для включения или отключения привода.
Закрытое положение затвора 2 удерживается пружиной 7. Возврат штока 5 в исходное состояние обеспечивается пружинами 3 и 4. Благодаря упругой связи штока и плунжера через пружину 4 снижаются требования к точности установки подвижного механизма относительно штока.