โครงสร้างและหลักการทำงานของกลไกการทำงานของเบรกเกอร์ ABB VD4

การ วีดี4เบรกเกอร์วงจรแรงดันปานกลางอันโด่งดังของ ABB มียอดขายเกือบหนึ่งล้านเครื่องทั่วโลก แม้จะมีความน่าเชื่อถือ แต่ก็เกิดข้อผิดพลาดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของกลไกการทำงาน เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงมักอาศัยคู่มือของ ABB แต่คู่มือโดยละเอียดนั้นหาได้ยาก ผู้เขียนได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับ VD4 ที่ถูกทิ้งร้าง เพื่อช่วยในการทำงานจริง

กลไก VD4 มีลักษณะเด่นคือสปริงเลื่อนระนาบและเพลาหลักพร้อมการทำงานหลายขั้นตอนเพื่อการบำรุงรักษาตำแหน่งและการแปลง โดยส่งออกผ่านคันโยกแคม

1.การจัดเก็บพลังงาน:

VD4 ใช้สปริงเลื่อนแบบระนาบที่มั่นคง ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของกลไกเมื่อเปรียบเทียบกับสปริงแบบดั้งเดิม

ข้อความที่แก้ไข-

รูปที่ 1: สปริงเลื่อนระนาบ

ดังแสดงในรูปที่ 1 ปลายด้านหนึ่งของสปริงสโครลระนาบถูกยึดเข้ากับเพลาหลัก ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งถูกยึดติดกับตัวเรือนสปริง ในระหว่างการกักเก็บพลังงาน ปลายเพลาหลักของสปริงแบบวอลูทจะอยู่กับที่ และมอเตอร์กักเก็บพลังงานหรือแกนโยกกักเก็บพลังงานจะหมุนตัวเรือนสปริงตามเข็มนาฬิกา (เมื่อมองจากด้านซ้ายของกลไก โดยใช้ทิศทางเดียวกันตลอดทั้งกลไก) ผ่านกลไกเฟืองขับ โซ่ และเฟืองขนาดใหญ่ เพื่อปรับความตึงของสปริงสโครล

เมื่อถึงเวลาเปิดและปิดการทำงาน ปลายเปลือกของสปริงม้วนจะถูกยึดไว้ และเมื่อปลดกลไกการสะดุด เพลาหลักจะหมุนตามเข็มนาฬิกาใต้ไดรฟ์ของสปริงม้วน เพื่อส่งพลังงานที่เก็บไว้ออกไป

เนื่องจาก VD4 ใช้สปริงแบบสโครลระนาบ การเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะ "ไม่มีประจุ" และ "ถูกเก็บไว้" ของสปริงจึงแตกต่างจากกลไกที่ใช้สปริงส่วนใหญ่ กลไกนี้ประกอบด้วยการจัดเรียงแบบช่องว่างคงที่บนเปลือกสปริงสโครล ซึ่งอำนวยความสะดวกโดยการประสานงานของดิสก์ ลูกเบี้ยวเสริมที่ติดอยู่กับเพลาหลัก และลูกกลิ้งที่ติดตั้งอยู่บนก้านสูบกักเก็บพลังงาน พูดง่ายๆ คือ เมื่อการกักเก็บพลังงานเสร็จสมบูรณ์ ลูกกลิ้งซึ่งขับเคลื่อนด้วยก้านสูบกักเก็บพลังงานจะเข้าสู่รอยบากบนดิสก์ ดังนั้น ก้านสูบกักเก็บพลังงานจะหมุนไปยังมุมที่กำหนด กระตุ้นให้หน้าสัมผัสเสริมการกักเก็บพลังงานที่เกี่ยวข้องและตัวบ่งชี้กลไกการกักเก็บพลังงานสลับไปยังสถานะ "ถูกเก็บไว้" ในทางกลับกัน ในระหว่างกระบวนการปิดเซอร์กิตเบรกเกอร์ รัศมีสูงสุดของลูกเบี้ยวเสริมจะเคลื่อนผ่านช่องว่างของดิสก์ ดันลูกกลิ้งกลับไปที่ขอบด้านนอกของดิสก์ การดำเนินการนี้จะขับเคลื่อนแกนเชื่อมต่อการกักเก็บพลังงานกลับไปยังมุมเดิม ส่งผลให้หน้าสัมผัสเสริมการกักเก็บพลังงานและตัวบ่งชี้กลไกการกักเก็บพลังงานกลับไปสู่สถานะ "ไม่ได้กักเก็บพลังงาน"

รูปที่ 2: แผนผังของการเปลี่ยนสถานะการกักเก็บพลังงาน

สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ ในกรณีที่สวิตช์ VD4 แบบดั้งเดิมอยู่ในตำแหน่งเปิดโดยไม่มีระบบกักเก็บพลังงาน จะมีพลังงานจำนวนมากที่ยังคงถูกกักเก็บไว้ในสปริงสโครลแบบระนาบ ดังนั้น จึงยังคงต้องใช้มาตรการป้องกันความปลอดภัย

2. โมดูลการเดินทาง

โมดูลทริปของกลไกการทำงานของสวิตช์ VD4 โดดเด่นด้วยดีไซน์ที่โฉบเฉี่ยวและโดดเด่น แม้จะดูซับซ้อน แต่เมื่อถอดประกอบและวิเคราะห์แล้ว โมดูลทริปทั้งหมดสามารถแยกย่อยออกเป็นโครงสร้างทริปพื้นฐานสามแบบ ได้แก่

โครงสร้างการสะดุดขั้นแรกประกอบด้วยลูกกลิ้งด้านหน้าและจานเบรกของแผ่นรูปพัดขนาดใหญ่ ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างการสะดุดแบบพิเศษ "เดือยยึด + ลูกกลิ้ง" ขั้นที่สองประกอบด้วยแผ่นรูปพัดขนาดใหญ่และเพลาครึ่งขนาดใหญ่ ก่อให้เกิดโครงสร้างการสะดุดแบบ "เพลาครึ่ง + แผ่นรูปพัด" ทั่วไป ขั้นที่สามประกอบด้วยเพลาครึ่งช่องเปิด แผ่นรูปพัดช่องเปิด เพลาครึ่งช่องปิด และแผ่นรูปพัดปิด ซึ่งรวมกันเป็นชุดแคลมป์การสะดุดแบบ "เพลาครึ่ง + แผ่นรูปพัด" สองชุด

รูปที่ 3: แผนผังโครงสร้างของโมดูลการเดินทาง

โมดูลทริปของกลไกการทำงานของสวิตช์ VD4 ทำหน้าที่ทั้งฟังก์ชันค้างและฟังก์ชันทริป เรามาเจาะลึกฟังก์ชันเหล่านี้กันอย่างละเอียด

ฟังก์ชั่นการถือครอง-

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อปิดตำแหน่งแล้ว ลูกกลิ้งด้านหน้าของแผ่นรูปพัดขนาดใหญ่จะเลื่อนเข้าไปในช่องที่ตรงกันบนจานเบรก ณ จุดนี้ เพลาครึ่งขนาดใหญ่จะถูกยึดเข้าที่อย่างแน่นหนาด้วยโครงสร้างแบบคีมที่สร้างขึ้นจากแผ่นเซกเตอร์เปิดและปิด วิธีนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ลูกกลิ้งด้านหน้าของแผ่นเซกเตอร์ขนาดใหญ่ถูกยกขึ้น ส่งผลให้จานเบรกล็อกและรักษาเพลาหลักให้อยู่ในตำแหน่งปิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ฟังก์ชั่นการสะดุด-

ทีนี้ ลองพิจารณาฟังก์ชันการสะดุดโดยใช้การเปิดเป็นตัวอย่าง เมื่อกลไกได้รับคำสั่งเปิด แกนครึ่งแกนเปิดจะหมุนตามเข็มนาฬิกาผ่านมุมที่กำหนด การเคลื่อนไหวนี้ทำให้แผ่นพัดลมเปิดสูญเสียจุดหมุนชั่วคราวและหมุนตามเข็มนาฬิกา ทำให้โครงสร้างรองรับรูปคีมที่เกิดจากแผ่นรูปพัดลมเปิดและปิดพังทลายลง ส่งผลให้แกนครึ่งแกนขนาดใหญ่หมุนทวนเข็มนาฬิกาภายใต้การทำงานของสปริงส่งกลับ ปล่อยแผ่นรูปพัดลมขนาดใหญ่ จากนั้นแผ่นรูปพัดลมขนาดใหญ่จะยกลูกกลิ้งด้านหน้าภายใต้การทำงานของสปริงส่งกลับ ปล่อยจานเบรก จานเบรกจะหมุนตามเข็มนาฬิกาภายใต้การทำงานของสปริงเลื่อน เพื่อเริ่มต้นการเปิด

ในระหว่างกระบวนการเปิด ก้านสูบบนเพลาเสริมในตำแหน่งเปิดและปิด (ดังแสดงในรูปที่ 4) จะดันแผ่นเซกเตอร์เปิดเพื่อรีเซ็ตและเข้าล็อกกับเพลาครึ่งเปิดอีกครั้ง การกระทำนี้จะทำให้โครงสร้างรองรับรูปทรงแคลมป์ที่สร้างขึ้นจากแผ่นเซกเตอร์เปิดและปิดกลับคืนสู่สภาพเดิม และดันเพลาครึ่งขนาดใหญ่กลับสู่มุมเดิม ในเวลาเดียวกัน จานเบรกเสริมทั้งสองด้านของจานเบรกจะทำหน้าที่กับลูกกลิ้งด้านหลังของแผ่นรูปพัดขนาดใหญ่ขณะที่หมุนไปกับเพลาหลัก ซึ่งจะยกส่วนด้านหลังของแผ่นรูปพัดขนาดใหญ่ขึ้นและลดส่วนหน้าลง เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการล็อกลูกกลิ้งด้านหน้าเข้ากับจานเบรกครั้งต่อไป

รูปที่ 4: ตำแหน่งการเปิดและปิดของก้านสูบเสริม

ก้านสูบเสริมมีบทบาทสำคัญในการทำงานของกลไกสวิตช์ VD4 ช่วยให้การเปลี่ยนผ่านระหว่างตำแหน่งเปิดและปิดเป็นไปอย่างราบรื่น โดยการเชื่อมต่อแผ่นเปิดและแผ่นปิดเข้าด้วยกันและอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่

3. โมดูลเอาต์พุต

โมดูลเอาต์พุตของกลไกการทำงาน VD4 เป็นส่วนประกอบสำคัญที่แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนของเพลาหลักให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่จำเป็นสำหรับการเปิดและปิดเซอร์กิตเบรกเกอร์ ประกอบด้วยดิสก์ลูกเบี้ยวสามแผ่นที่ติดตั้งอยู่บนเพลาหลัก และข้อต่อเคลื่อนที่แบบแขนคู่สามชิ้นที่ด้านล่างของกลไก

ข้อต่อเคลื่อนที่แบบแขนคู่ทำหน้าที่เป็นคันโยก โดยมีจุดหมุนอยู่ตรงกลาง ปลายด้านหน้าของคันโยกได้รับอิทธิพลจากจานลูกเบี้ยวบนเพลาหลัก ขณะที่ปลายด้านหลังเชื่อมต่อกับแกนดึงฉนวนของฟองสุญญากาศและสปริงเปิด

ในระหว่างการดำเนินการปิด ดิสก์ลูกเบี้ยวจะหมุนไปพร้อมกับเพลาหลัก กดลูกกลิ้งที่ปลายด้านหน้าของข้อต่อเคลื่อนที่แบบแขนคู่ลง การกระทำนี้จะยกปลายด้านหลังของข้อต่อขึ้น ดันแกนดึงฉนวนขึ้นด้านบน และปิดหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบสถิตภายในฟองสุญญากาศ พร้อมกันนั้น สปริงเปิดจะถูกบีบอัดเพื่อกักเก็บพลังงานไว้สำหรับการดำเนินการเปิดครั้งต่อไป

ในทางกลับกัน ระหว่างการเปิด ดิสก์ลูกเบี้ยวจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ปล่อยลูกกลิ้งที่ปลายด้านหน้าของข้อต่อเคลื่อนที่แบบแขนคู่ วิธีนี้ช่วยให้สปริงเปิดขยายตัว แยกหน้าสัมผัสไดนามิกและสแตติกออกจากกัน และเปิดวงจร

4. ฟังก์ชั่นการล็อค

กลไกการทำงานของ VD4 มาพร้อมกับฟังก์ชันการล็อกที่ครอบคลุม ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ ต่อไปนี้คือรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟังก์ชันการล็อกแต่ละแบบ:

1. ห้ามปิดเมื่อรถเข็นอยู่ในตำแหน่งกลาง-
   • มีการติดตั้งแม่เหล็กไฟฟ้าล็อคปิด (Y1)
   • สวิตช์จำกัด (S8 และ S9) เชื่อมต่อแบบขนานกับแม่เหล็กไฟฟ้าล็อคการปิดเพื่อสร้างวงจรล็อคการปิด
   • เมื่อรถเข็นมืออยู่ในตำแหน่งทดสอบหรือตำแหน่งทำงาน S8 หรือ S9 จะเชื่อมต่อกับวงจรล็อกการปิด โดยชาร์จแม่เหล็กไฟฟ้าล็อกการปิด และปลดการล็อกเชิงกลของแกนกึ่งกลางการปิด
   • สวิตช์เสริม (S2) ในวงจรปิดของเบรกเกอร์วงจรจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแกนเหล็กเคลื่อนที่ของแม่เหล็กไฟฟ้าล็อคการปิด เพื่อเตรียมวงจรสำหรับการดำเนินการคำสั่งปิด ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น มาตรการนี้รวมการล็อคแบบกลไกและการล็อคแบบไฟฟ้า ซึ่งเป็นรูปแบบการล็อคที่ครอบคลุม

คำอธิบายที่ให้ไว้นี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับความสำคัญและฟังก์ชันการทำงานของสวิตช์เสริม S2 ในวงจรปิดของแผนผังการเดินสายควบคุมไฟฟ้า VD4 สำหรับเบรกเกอร์วงจรแบบรถเข็นมือ ต่อไปนี้คือบทสรุปและคำอธิบายประเด็นสำคัญโดยย่อ:

สวิตช์เสริม S2 ในวงจรปิด

1. ความน่าเชื่อถือในการล็อคที่ได้รับการปรับปรุง-
   • สวิตช์เสริม S2 ใช้ร่วมกับการล็อกเชิงกลที่ให้มาโดยแม่เหล็กไฟฟ้าล็อกการปิด Y1
   • กลไกการล็อคแบบสองชั้นนี้เพิ่มความน่าเชื่อถือของฟังก์ชันการล็อคของเบรกเกอร์
2. การป้องกันความร้อนสูงเกินไปและความเสียหาย-
   • หากไม่รวม S2 ไว้ในวงจรปิด และรถเข็นเบรกเกอร์วงจรได้รับคำสั่งปิดในขณะที่อยู่ในตำแหน่งตรงกลาง วงจรปิดจะถูกจ่ายพลังงาน
   • เนื่องจากการทำงานของการบล็อกของแม่เหล็กไฟฟ้าล็อคการปิด Y1 แกนครึ่งหนึ่งของการปิดจึงไม่สามารถหมุนได้ ทำให้เบรกเกอร์ไม่สามารถปิดได้
   • สิ่งนี้จะนำไปสู่การจ่ายพลังงานให้กับแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำลังปิดอยู่เป็นเวลานาน ส่งผลให้แม่เหล็กไฟฟ้าร้อนเกินไปและอาจไหม้ได้
3. บทบาทสวิตช์เสริม-
   • การรวม S2 ไว้ในวงจรช่วยให้แน่ใจว่าแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปิดจะถูกจ่ายพลังงานเมื่อเบรกเกอร์อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องสำหรับการปิดเท่านั้น
   • วิธีนี้ช่วยป้องกันการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นและป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับแม่เหล็กไฟฟ้า

กลไกการปิดล็อค

1. การล็อคแบบกลไก-
   • กลไกการปิดล็อคเป็นระบบกลไกล้วนๆ ที่ใช้โครงสร้างสี่ลิงก์ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นล็อคเบรกเกอร์ คันล็อค และคันล็อค
   • กลไกนี้ถูกสร้างขึ้นระหว่างสกรูลีดของตัวถังรถและเพลาปิดครึ่งหนึ่งของเบรกเกอร์
2. ฟังก์ชันการทำงาน-
   • เมื่อรถเข็นเบรกเกอร์อยู่ในตำแหน่งทดสอบหรือทำงาน แผ่นล็อคเบรกเกอร์ในแชสซีจะอยู่ในแนวนอน ช่วยให้เพลาครึ่งที่ปิดอยู่หมุนได้อย่างอิสระ
   • เมื่อรถเข็นมืออยู่ในตำแหน่งตรงกลาง แผ่นล็อคจะถูกยกขึ้นโดยสกรูลีด ทำให้คันโยกล็อคเข้าที่กับแคมพลาสติกของเพลาครึ่งที่กำลังปิดอยู่ จึงล็อคการหมุนได้

สรุปได้ว่า สวิตช์เสริม S2 ในวงจรปิดและกลไกล็อคการปิด ล้วนเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยให้รถเข็นเบรกเกอร์ทำงานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ ทั้งสองส่วนทำงานร่วมกันเพื่อป้องกันการปิดโดยไม่ได้รับอนุญาตหรือการปิดที่ไม่ปลอดภัย และปกป้องอุปกรณ์จากความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น

รูปที่ 6 กลไกการปิดล็อค

คำอธิบายที่ให้ไว้นี้ให้ภาพรวมโดยละเอียดเกี่ยวกับส่วนประกอบตัวถังรถเข็น VD4 และฟังก์ชันการทำงาน โดยเน้นที่กลไกความปลอดภัยและข้อจำกัดในการใช้งานเป็นหลัก สรุปและคำอธิบายประเด็นสำคัญต่างๆ มีดังนี้:

1. การเสียรูปของตัวถังและการบำรุงรักษา-
   • การศึกษาวิจัยเผยให้เห็นว่าการเสียรูปหรือการติดขัดของตัวถังรถอาจทำให้ตัวล็อกเชิงกลไม่สามารถปลดล็อกได้อย่างถูกต้อง ส่งผลให้คอยล์ที่ปิดอยู่ไหม้ได้
   • เพื่อป้องกันปัญหานี้ ควรทำการตรวจสอบและบำรุงรักษาส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องเป็นประจำเพื่อให้แน่ใจว่าตัวถังอยู่ในสภาพการทำงานที่ดี
2. การบล็อกการเคลื่อนที่ของรถเข็นเมื่อเบรกเกอร์ปิดอยู่-
   • สวิตช์ VD4 ใช้กลไกการล็อคเชิงกลเพื่อป้องกันไม่ให้รถเข็นเข้าหรือออกเมื่อเบรกเกอร์ปิดอยู่
   • ทำได้โดยความร่วมมือระหว่างเฟรมล็อคบนแผ่นล็อคและลูกกลิ้งด้านหน้าของลิงก์เคลื่อนที่แขนคู่เฟส B
   • เมื่อเบรกเกอร์วงจรปิด ลูกกลิ้งด้านหน้าจะถูกกดลง ทำให้เกิดช่องว่างเล็กๆ กับโครงล็อค การพยายามเคลื่อนย้ายรถเข็นจะทำให้สกรูลีดดันแผ่นอินเตอร์ล็อก ซึ่งจะไปทำปฏิกิริยากับสกรูลีด ทำให้การเคลื่อนที่ถูกขัดขวาง
3. การปิดกั้นสวิตช์ปิดโดยไม่มีการจัดเก็บพลังงาน-
   • สิ่งสำคัญคือเบรกเกอร์จะต้องมีพลังงานสำรองเพียงพอจึงจะสามารถปิดได้
   • หากไม่มีการจัดเก็บพลังงานหรือการจัดเก็บพลังงานไม่สมบูรณ์ ความเร็วและแรงในการปิดจะลดลง ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการปิดได้
   • สวิตช์ VD4 ใช้ความร่วมมือระหว่างแผ่นล็อคกักเก็บพลังงานและแผ่นขยายของแผ่นปิดรูปพัดลมเพื่อบล็อคการปิดเมื่อไม่มีการกักเก็บพลังงาน
   • เมื่อการจัดเก็บพลังงานเสร็จสมบูรณ์ ลูกกลิ้งบนแกนเชื่อมต่อการจัดเก็บพลังงานจะเข้าที่กับดิสก์ ทำให้เบรกเกอร์สามารถปิดได้ตามปกติ

โดยสรุป ส่วนประกอบตัวถังรถเข็น VD4 ประกอบด้วยกลไกความปลอดภัยเพื่อป้องกันการทำงานที่ไม่เหมาะสม เช่น การปิดกั้นการเคลื่อนที่เมื่อเบรกเกอร์ปิดอยู่ และการป้องกันการปิดโดยไม่มีแหล่งกักเก็บพลังงานเพียงพอ การบำรุงรักษาและการตรวจสอบส่วนประกอบเหล่านี้อย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของอุปกรณ์

รูปที่ 8 ตำแหน่งแผ่นล็อคกักเก็บพลังงานเมื่อมีการกักเก็บพลังงาน

ข้อความแก้ไข-

รูปที่ 8(b) แสดงตำแหน่งของแผ่นล็อคกักเก็บพลังงานเมื่อไม่มีการจัดเก็บพลังงาน

เพื่อเสริมกลไกการล็อกเชิงกลดังที่กล่าวข้างต้น สวิตช์ VD4 ยังเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับสวิตช์เสริมกักเก็บพลังงาน S1 (ดังแสดงในรูปที่ 5) ภายในวงจรปิด การจัดวางแบบนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการล็อกไฟฟ้าและป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจไหม้ได้