מבנה ועקרון של מנגנון הפעלת מפסק ABB VD4

ה VD4, מפסק המעגל המפורסם של ABB למתח בינוני, מכר כמעט מיליון יחידות ברחבי העולם. למרות אמינותו, מתרחשות תקלות, במיוחד במנגנון ההפעלה. אנשי התחזוקה מסתמכים על המדריך של ABB, אך מדריכים מפורטים הם נדירים. על ידי ניתוח של VD4 שגוי, המחבר מספק תובנות שיסייעו בעבודה המעשית.

מנגנון VD4 כולל קפיץ גלילה מישורי וציר ראשי, עם הפעלה רב-שלבית לשמירה והמרה של המיקום, המופקת דרך ידית זיזים.

1. אחסון אנרגיה:

ה-VD4 משתמש בקפיצי גלילה מישוריים יציבים, מה שמשפר את יעילות המנגנון בהשוואה לקפיצים מסורתיים.

טקסט ערוך:

איור 1: קפיץ גלילה מישורי

כפי שמודגם באיור 1, קצה אחד של קפיץ הגלילה המישורי מחובר לציר הראשי, בעוד שהקצה השני מחובר למעטפת הקפיץ. במהלך אגירת אנרגיה, קצה הציר הראשי של קפיץ הגלגל נשאר נייח, ומנוע אגירת האנרגיה או נדנדת אגירת האנרגיה מסובבים את מעטפת הקפיץ עם כיוון השעון (כפי שנצפה מצד שמאל של המנגנון; אותו כיוון חל לכל אורכו) באמצעות לולאת הראצ'ט, השרשרת וגלגל השיניים הגדול, ובכך מותחים את קפיץ הגלילה.

כשמדובר בפעולות פתיחה וסגירה, קצה הקליפה של קפיץ הגלילה קבוע, ועם שחרור מנגנון ההפעלה, הציר הראשי מסתובב עם כיוון השעון תחת הנעת קפיץ הגלילה, ופולט את האנרגיה האצורה שלו.

בהתחשב בכך ש-VD4 משתמש בקפיץ גלילה מישורי, המעבר בין המצבים "לא טעון" ל"מאחסן" של הקפיץ שונה מרוב המנגנונים המופעלים על ידי קפיץ. הוא כרוך בסידור קבוע בפער על מעטפת קפיץ הגלילה, המאפשר תיאום של דיסק, זיז עזר המחובר לציר הראשי, וגליל המותקן על מוט החיבור לאגירת אנרגיה. במילים פשוטות יותר, לאחר השלמת אחסון האנרגיה, הגליל, המונע על ידי מוט החיבור לאגירת אנרגיה, נכנס לחריץ בדיסק. כתוצאה מכך, מוט החיבור לאגירת אנרגיה מסתובב לזווית מסוימת, מה שגורם למגע העזר לאגירת אנרגיה המשויך ולמחוון המכני לאגירת אנרגיה לעבור למצב "אנרגיה מאוחסנת". לעומת זאת, במהלך תהליך הסגירה של מפסק הזרם, הרדיוס המקסימלי של זיז העזר חוצה את הפער של הדיסק, ודוחף את הגליל חזרה לקצה החיצוני של הדיסק. פעולה זו דוחפת את מוט החיבור לאגירת אנרגיה חזרה לזווית המקורית שלו, וגורמת למגע העזר לאגירת אנרגיה ולמחוון המכני לאגירת אנרגיה לחזור למצב "לא מאוחסן באנרגיה".

איור 2: תרשים סכמטי של מעבר מצב אחסון אנרגיה

חשוב לציין שבמקרה של מתג VD4 מסורתי שנמצא במצב פתוח ללא אגירת אנרגיה, כמות משמעותית של אנרגיה נשארת מאוחסנת בתוך קפיץ הגלילה המישורי. לכן, עדיין יש לנקוט באמצעי זהירות.

2. מודול טיול

מודול ההפעלה של מנגנון ההפעלה של מתג VD4 מתגאה בעיצוב אלגנטי וייחודי. למרות מורכבותו לכאורה, לאחר פירוקו וניתוחו, ניתן לחלק את מודול ההפעלה כולו לשלושה מבני הפעלה בסיסיים:

מבנה ההפעלה בשלב הראשון מורכב מהגליל הקדמי ודיסק הבלם של הלוח הגדול בצורת מניפה, המתפקד כמבנה הפעלה מיוחד של "מעצור + גליל". השלב השני מורכב מהלוח הגדול בצורת מניפה וחצי הציר הגדול, היוצרים מבנה הפעלה טיפוסי של "חצי ציר + לוח בצורת מניפה". השלב השלישי כולל את חצי הציר הפותח, את הלוח בצורת מניפה הפותח, את חצי הציר הסוגר ואת הלוח בצורת מניפה הסוגר, אשר יחד יוצרים שתי קבוצות של שילובי מהדק הפעלה של "חצי ציר + לוח בצורת מניפה".

איור 3: תרשים מבני של מודול הנסיעה

מודול ההפעלה של מנגנון ההפעלה של מתג VD4 משמש גם כפונקציית החזקה וגם כפונקציית הפעלה. בואו נעמיק בפונקציות אלו בפירוט.

פונקציית החזקה:

אם ניקח לדוגמה את מצב הסגירה, לאחר השלמת פעולת הסגירה, הגליל הקדמי של הפלטה הגדולה בצורת מניפה נופל לתוך החריץ המתאים בדיסק הבלם. בנקודה זו, חצי הציר הגדול מוחזק היטב במקומו על ידי מבנה המלקחיים שנוצר על ידי פלטות הסקטור הפתיחה והסגירה. זה מונע מהגלילים הקדמיים של פלטות הסקטור הגדולות להתרומם, נועל ביעילות את דיסק הבלם ושומר על הציר הראשי במצב הסגירה.

פונקציית טריפינג:

כעת, בואו נבחן את פונקציית ההפעלה באמצעות פעולת הפתיחה כדוגמה. כאשר המנגנון מקבל פקודת פתיחה, חצי ציר הפתיחה מסתובב עם כיוון השעון בזווית מסוימת. תנועה זו גורמת ללוחית המניפה של הפתיחה לאבד את נקודת המשען הזמנית שלה ולסובב עם כיוון השעון, תוך פירוק מבנה התמיכה בצורת מלקחיים שנוצר על ידי לוחות המניפה של הפתיחה והסגירה. כתוצאה מכך, חצי הציר הגדול מסתובב נגד כיוון השעון תחת פעולת קפיץ ההחזרה, ומשחרר את לוחית המניפה הגדולה. לאחר מכן, לוחית המניפה הגדולה מרימה את הגליל הקדמי תחת פעולת קפיץ ההחזרה, ומשחררת את דיסק הבלם. דיסק הבלם מסתובב עם כיוון השעון תחת פעולת קפיץ הגלילה, ומתחיל את פעולת הפתיחה.

במהלך תהליך הפתיחה, מוט החיבור על ציר העזר במצב פתיחה וסגירה (כפי שמוצג באיור 4) דוחף את לוחית הסקטור הפותח כדי לאפס אותה ולחבר אותה מחדש עם חצי הציר הפותח. פעולה זו מחזירה את מבנה התמיכה בצורת מהדק שנוצר על ידי לוחות הסקטור הפותח והסגירה ודוחפת את חצי הציר הגדול חזרה לזוויתו המקורית. בו זמנית, דיסקיות העזר משני צידי דיסק הבלם פועלות על הגלילים האחוריים של הלוח הגדול בצורת מניפה כשהן מסתובבות עם הציר הראשי. פעולה זו מרימה את החלק האחורי של הלוח הגדול בצורת מניפה ומורידה את החלק הקדמי, ומכינה אותו לנעילה הבאה של הגליל הקדמי לדיסק הבלם.

איור 4: מוט חיבור ציר עזר במצב פתיחה וסגירה

מוט החיבור של ציר העזר ממלא תפקיד מכריע בפעולת מנגנון המתג VD4. הוא מבטיח מעבר חלק בין מצבי פתיחה וסגירה על ידי חיבור לוחות הסקטור הפתיחה והסגירה והקלת תנועתם.

3. מודול פלט

מודול הפלט של מנגנון ההפעלה VD4 הוא רכיב חיוני הממיר את התנועה הסיבובית של הציר הראשי לתנועה ליניארית הנדרשת לפתיחה וסגירה של מפסק הזרם. הוא מורכב משלוש דיסקיות זיזים המותקנות על הציר הראשי ושלוש חוליות נעות בעלות שתי זרועות הממוקמות בתחתית המנגנון.

החוליה הנעה בעלת הזרוע הכפולה מתפקדת כמנוף, כאשר נקודת המשען שלה ממוקמת במרכז. הקצה הקדמי של המנוף מושפע מדיסק הזיזים שעל הציר הראשי, בעוד שהקצה האחורי מחובר למוט המשיכה המבודד של בועת הוואקום ולקפיץ הפתיחה.

במהלך פעולת הסגירה, דיסק הזיז מסתובב יחד עם הציר הראשי, ולוחץ כלפי מטה על הגלילים בקצה הקדמי של החוליה הנעה בעלת הזרועות הכפולות. פעולה זו מרימה את הקצה האחורי של החוליה, דוחפת את מוט המשיכה המבודד כלפי מעלה וסוגרת את המגעים הדינמיים והסטטיים בתוך בועת הוואקום. בו זמנית, קפיץ הפתיחה נדחס, ואוגר אנרגיה לפעולת הפתיחה הבאה.

לעומת זאת, במהלך פעולת הפתיחה, דיסק הזיז מסתובב בכיוון ההפוך, ומשחרר את הגלילים בקצה הקדמי של החוליה הנעה בעלת הזרוע הכפולה. זה מאפשר לקפיץ הפתיחה להתרחב, להפריד בין המגעים הדינמיים והסטטיים ולפתוח את המעגל.

4. פונקציית נעילה

מנגנון ההפעלה של VD4 כולל פונקציית נעילה מקיפה המשפרת את הבטיחות והאמינות. הנה מבט מקרוב על כל אחת מתכונות הנעילה:

1. איסור סגירה כאשר עגלת היד נמצאת במצב אמצעי:
   • מותקן אלקטרומגנט נעילה לסגירה (Y1).
   • מתגי גבול (S8 ו-S9) מחוברים במקביל לאלקטרומגנט נעילת הסגירה כדי ליצור את מעגל נעילת הסגירה.
   • כאשר עגלת היד נמצאת במצב בדיקה או במצב עבודה, S8 או S9 מתחברים למעגל נעילת הסגירה, טוענים את האלקטרומגנט לנעילת הסגירה ומשחררים את הנעילה המכנית של חצי ציר הסגירה.
   • מתג עזר (S2) במעגל הסגירה של מפסק הזרם מחובר בטור עם ליבת הברזל הנעה של האלקטרומגנט הנעילה לסגירה, ומכין את המעגל לביצוע פקודת הסגירה. כפי שהוזכר לעיל, המדד משלב נעילה מכנית ונעילה חשמלית, שהיא תוכנית נעילה מקיפה.

התיאור שסופק מפרט את החשיבות והפונקציונליות של מתג העזר S2 במעגל הסגירה של דיאגרמת חיווט בקרה חשמלית VD4 עבור מפסק מסוג עגלת יד. להלן סיכום תמציתי והסבר של הנקודות המרכזיות:

מתג עזר S2 במעגל הסגירה

1. אמינות נעילה משופרת:
   • מתג העזר S2 משמש בשילוב עם הנעילה המכנית המסופקת על ידי האלקטרומגנט הסגירה Y1.
   • מנגנון נעילה כפול זה מגביר את אמינות פונקציית הנעילה של מפסק הזרם.
2. מניעת התחממות יתר ונזק:
   • אם S2 אינו כלול במעגל הסגירה, ועגלת היד של מפסק הזרם מקבלת פקודת סגירה כשהיא במצב האמצעי, מעגל הסגירה יופעל.
   • עקב פעולת החסימה של האלקטרומגנט Y1, חצי ציר הסגירה אינו יכול להסתובב, מה שמונע ממפסק הזרם להיסגר.
   • דבר זה יוביל להפעלת אנרגיה ממושכת של האלקטרומגנט הסוגר, מה שיגרום לו להתחממות יתר ולשריפה אפשרית.
3. תפקיד מתג העזר:
   • על ידי הכללת S2 במעגל, מבטיחים שהאלקטרומגנט הסגירה יופעל רק כאשר מפסק הזרם נמצא במצב הנכון לסגירה.
   • זה מונע אנרגיה מיותרת ונזק פוטנציאלי לאלקטרומגנט.

מנגנון סגירה נעול

1. נעילה מכנית:
   • מנגנון הסגירה והנעילה הוא מערכת מכנית בלבד המשתמשת במבנה בעל ארבע חוליות המורכב מפלטת נעילת מפסק הזרם, ידית נעילה וידית נעילה.
   • מנגנון זה מותקן בין בורג ההובלה של שלדת הרכב לבין חצי ציר הסגירה של מפסק הזרם.
2. פונקציונליות:
   • כאשר עגלת היד של מפסק הזרם נמצאת במצב בדיקה או עבודה, לוחית הנעילה של מפסק הזרם בשלדה אופקית, מה שמאפשר לחצי הציר הסגור להסתובב בחופשיות.
   • כאשר עגלת היד נמצאת במצב האמצעי, לוחית האינטרלוק מורמת על ידי בורג ההובלה, מה שגורם לידית הנעילה להיתפס עם זיז הפלסטיק של חצי הציר הסוגר, ולנעול את סיבובה.

לסיכום, מתג העזר S2 במעגל הסגירה ומנגנון נעילת הסגירה הם שניהם רכיבים חיוניים המבטיחים פעולה בטוחה ואמינה של עגלת יד מפסק הזרם. הם פועלים יחד כדי למנוע פעולות סגירה לא מורשות או לא בטוחות ולהגן על הציוד מפני נזק פוטנציאלי.

איור 6 מנגנון נעילת סגירה

התיאור המצורף נותן סקירה מפורטת של רכיבי שלדת עגלת היד VD4 ותפקידיהם, תוך התמקדות מיוחדת במנגנוני בטיחות ואילוצי תפעול. להלן סיכום והסבר של הנקודות המרכזיות:

1. עיוות שלדה ותחזוקה:
   • המחקר גילה כי עיוות או חסימה של השלדה עלולים למנוע מהמנעול המכני להשתחרר כראוי, מה שמוביל לשריפת סליל הסגירה.
   • כדי למנוע זאת, יש לבצע בדיקה ותחזוקה שוטפות של רכיבים קשורים על מנת להבטיח שהשלדה תקינה.
2. חסימת תנועת עגלת יד כאשר מפסק הזרם סגור:
   • מתג VD4 משתמש במנגנון נעילה מכני כדי למנוע הזזה או הוצאה של עגלת היד כאשר מפסק הזרם סגור.
   • זה מושג באמצעות שיתוף פעולה בין מסגרת הנעילה על לוחית השילוב לבין הגלילים הקדמיים של החוליה הנעה בעלת הזרוע הכפולה בשלב B.
   • כאשר מפסק הזרם סגור, הגלילים הקדמיים נלחצים כלפי מטה, ויוצרים פער קטן עם מסגרת הנעילה. ניסיון להזיז את עגלת היד יגרום לבורג ההובלה לדחוף כנגד לוחית הנעילה, אשר בתורה מגיבה על בורג ההובלה וחוסמת את התנועה.
3. מתג חסימה וסגירה ללא אחסון אנרגיה:
   • חיוני שמפסק החשמל יאגור מספיק אנרגיה לפני שניתן יהיה לסגור אותו.
   • ללא אגירת אנרגיה או אגירת אנרגיה לא מלאה, מהירות הסגירה וכוחה יפחתו, מה שעלול להוביל לכשל בסגירה.
   • מתג VD4 משתמש בשיתוף פעולה בין לוחית נעילת אגירת האנרגיה ללוחית ההרחבה של לוחית הסגירה בצורת מניפה כדי לחסום סגירה כאשר אין אגירת אנרגיה.
   • כאשר אגירת האנרגיה הושלמה, הגלגלת על מוט החיבור של אגירת האנרגיה נכנסת לדיסק, ומאפשרת למפסק הזרם להיסגר כרגיל.

לסיכום, רכיבי שלדת עגלת היד VD4 כוללים מנגנוני בטיחות למניעת פעולה לא תקינה, כגון חסימת תנועה כאשר מפסק הזרם סגור ומניעת סגירה ללא אחסון אנרגיה מספק. תחזוקה ובדיקה שוטפות של רכיבים אלה חיוניות להבטחת פעולה בטוחה ואמינה של הציוד.

איור 8 א. מיקום לוחית נעילת אגירת אנרגיה בעת אחסון אנרגיה

טקסט מתוקן:

איור 8(ב) ממחיש את מיקום לוחית נעילת אגירת האנרגיה כאשר לא אגורה אנרגיה.

כדי להשלים את מנגנון הנעילה המכני הנ"ל, מתג VD4 מחובר גם בטור עם מתג עזר לאגירת אנרגיה S1 (כפי שמוצג באיור 5) בתוך מעגל הסגירה. סידור זה משפר את פונקציית הנעילה החשמלית ומגן מפני שחיקה אפשרית של האלקטרומגנט הסגירה.