Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy cắt ABB VD4
Các VD4VD4, máy cắt trung thế nổi tiếng của ABB, đã bán được gần một triệu chiếc trên toàn thế giới. Mặc dù có độ tin cậy cao, nhưng vẫn xảy ra lỗi, đặc biệt là ở cơ cấu vận hành. Nhân viên bảo trì dựa vào sổ tay hướng dẫn của ABB, nhưng hướng dẫn chi tiết lại rất khan hiếm. Bằng cách mổ xẻ một máy cắt VD4 đã qua sử dụng, tác giả cung cấp những hiểu biết sâu sắc để hỗ trợ công việc thực tế.
Cơ chế VD4 có lò xo cuộn phẳng và trục chính, với chức năng ngắt nhiều giai đoạn để duy trì và chuyển đổi vị trí, đưa ra thông qua cần cam.
1. Lưu trữ năng lượng:
VD4 sử dụng lò xo cuộn phẳng ổn định, cải thiện hiệu quả cơ chế so với lò xo truyền thống.
Văn bản đã chỉnh sửa:
Hình 1: Lò xo cuộn phẳng
Như minh họa trong Hình 1, một đầu của lò xo xoắn phẳng được cố định vào trục chính, trong khi đầu còn lại được gắn vào vỏ lò xo. Trong quá trình tích trữ năng lượng, đầu trục chính của lò xo xoắn ốc vẫn đứng yên, và động cơ tích trữ năng lượng hoặc cần đẩy tích trữ năng lượng sẽ xoay vỏ lò xo theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía bên trái của cơ cấu; hướng quay tương tự được áp dụng trong toàn bộ quá trình) thông qua chốt khóa, xích và bánh răng lớn, do đó làm căng lò xo xoắn.
Khi thực hiện thao tác mở và đóng, đầu vỏ của lò xo cuộn được cố định và khi nhả cơ cấu ngắt, trục chính sẽ quay theo chiều kim đồng hồ dưới sự truyền động của lò xo cuộn, giải phóng năng lượng được lưu trữ.
Do VD4 sử dụng lò xo cuộn phẳng, quá trình chuyển đổi giữa trạng thái "không tích điện" và "lưu trữ" của lò xo khác với hầu hết các cơ cấu vận hành bằng lò xo. Nó bao gồm một sự sắp xếp cố định khe hở trên vỏ lò xo cuộn, được tạo điều kiện thuận lợi bởi sự phối hợp của một đĩa, một cam phụ gắn trên trục chính và một con lăn gắn trên thanh truyền lưu trữ năng lượng. Nói một cách đơn giản hơn, sau khi quá trình lưu trữ năng lượng hoàn tất, con lăn, được dẫn động bởi thanh truyền lưu trữ năng lượng, sẽ ăn khớp với một rãnh trên đĩa. Do đó, thanh truyền lưu trữ năng lượng quay theo một góc xác định, khiến tiếp điểm phụ lưu trữ năng lượng liên quan và bộ chỉ báo cơ học lưu trữ năng lượng chuyển sang trạng thái "Lưu trữ năng lượng". Ngược lại, trong quá trình đóng của máy cắt, bán kính tối đa của cam phụ di chuyển qua khe hở của đĩa, đẩy con lăn trở lại mép ngoài của đĩa. Hành động này đẩy thanh truyền lưu trữ năng lượng trở lại góc ban đầu, khiến tiếp điểm phụ lưu trữ năng lượng và bộ chỉ báo cơ học lưu trữ năng lượng trở lại trạng thái "Không lưu trữ năng lượng".
Hình 2: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái lưu trữ năng lượng
Điều quan trọng cần lưu ý là, trong trường hợp công tắc VD4 truyền thống ở vị trí mở mà không có bộ lưu trữ năng lượng, một lượng năng lượng đáng kể vẫn được lưu trữ trong lò xo cuộn phẳng. Do đó, vẫn phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn.
2. Mô-đun chuyến đi
Mô-đun ngắt của cơ cấu vận hành công tắc VD4 sở hữu thiết kế tinh tế và đặc biệt. Mặc dù có vẻ phức tạp, nhưng khi tháo rời và phân tích, toàn bộ mô-đun ngắt có thể được chia thành ba cấu trúc ngắt cơ bản:
Cấu trúc phanh giai đoạn đầu bao gồm con lăn trước và đĩa phanh của tấm hình quạt lớn, hoạt động như một cấu trúc phanh "chốt + con lăn" chuyên dụng. Giai đoạn thứ hai bao gồm tấm hình quạt lớn và nửa trục lớn, tạo thành cấu trúc phanh "nửa trục + tấm hình quạt" điển hình. Giai đoạn thứ ba bao gồm nửa trục mở, tấm hình quạt mở, nửa trục đóng và tấm hình quạt đóng, tạo thành hai bộ kẹp phanh "nửa trục + tấm hình quạt".
Hình 3: Sơ đồ cấu trúc của mô-đun chuyến đi
Mô-đun ngắt của cơ cấu vận hành công tắc VD4 vừa có chức năng giữ vừa có chức năng ngắt. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu chi tiết về các chức năng này.
Chức năng giữ:
Lấy ví dụ về vị trí đóng, sau khi hoàn tất hành động đóng, con lăn phía trước của đĩa phanh hình quạt lớn sẽ rơi vào khe tương ứng trên đĩa phanh. Lúc này, nửa trục lớn được giữ cố định chắc chắn bởi cấu trúc kẹp được tạo thành bởi các tấm sector mở và đóng. Điều này ngăn không cho các con lăn phía trước của các tấm sector lớn bị nâng lên, khóa đĩa phanh hiệu quả và giữ trục chính ở vị trí đóng.
Chức năng vấp ngã:
Bây giờ, hãy xem xét chức năng ngắt bằng cách sử dụng hành động mở làm ví dụ. Khi cơ cấu nhận được lệnh mở, nửa trục mở quay theo chiều kim đồng hồ qua một góc xác định. Chuyển động này khiến tấm quạt mở mất đi điểm tựa tạm thời và quay theo chiều kim đồng hồ, phá hủy cấu trúc đỡ hình gọng kìm được tạo thành bởi các tấm hình quạt mở và đóng. Kết quả là, nửa trục lớn quay ngược chiều kim đồng hồ dưới tác động của lò xo hồi vị, giải phóng tấm hình quạt lớn. Tấm hình quạt lớn sau đó nâng con lăn phía trước lên dưới tác động của lò xo hồi vị, giải phóng đĩa phanh. Đĩa phanh quay theo chiều kim đồng hồ dưới tác động của lò xo cuộn, khởi động hành động mở.
Trong quá trình mở, thanh truyền trên trục phụ của vị trí mở và đóng (như minh họa trong Hình 4) đẩy tấm chặn mở để đặt lại và khớp lại với nửa trục mở. Điều này thiết lập lại cấu trúc đỡ hình kẹp được tạo thành bởi các tấm chặn mở và đóng và đẩy nửa trục lớn trở lại góc ban đầu. Đồng thời, các đĩa phụ ở cả hai bên đĩa phanh tác động lên các con lăn sau của tấm chặn hình quạt lớn khi chúng quay cùng trục chính. Thao tác này nâng phần sau của tấm chặn hình quạt lớn lên và hạ phần trước xuống, chuẩn bị cho lần khóa tiếp theo của con lăn trước vào đĩa phanh.
Hình 4: Thanh kết nối trục phụ vị trí đóng và mở
Thanh truyền trục phụ đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của cơ cấu chuyển mạch VD4. Nó đảm bảo sự chuyển đổi mượt mà giữa các vị trí đóng và mở bằng cách kết nối các tấm sector đóng và mở, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động của chúng.
3. Mô-đun đầu ra
Mô-đun đầu ra của cơ cấu vận hành VD4 là một thành phần quan trọng, chuyển đổi chuyển động quay của trục chính thành chuyển động thẳng cần thiết để đóng mở máy cắt. Mô-đun này bao gồm ba đĩa cam được lắp trên trục chính và ba thanh truyền động hai cánh tay nằm ở phía dưới cơ cấu.
Thanh truyền động hai tay hoạt động như một đòn bẩy, với điểm tựa nằm ở giữa. Đầu trước của đòn bẩy chịu tác động của đĩa cam trên trục chính, trong khi đầu sau được kết nối với thanh kéo cách điện của bong bóng chân không và lò xo mở.
Trong quá trình đóng, đĩa cam quay cùng trục chính, ép xuống các con lăn ở đầu trước của thanh truyền động hai tay. Hành động này nâng đầu sau của thanh truyền lên, đẩy thanh kéo cách điện lên trên và đóng các tiếp điểm động và tĩnh bên trong bong bóng chân không. Đồng thời, lò xo mở bị nén, tích trữ năng lượng cho thao tác mở tiếp theo.
Ngược lại, trong quá trình mở, đĩa cam quay theo hướng ngược lại, giải phóng các con lăn ở đầu trước của thanh truyền động hai cánh tay. Điều này cho phép lò xo mở giãn ra, tách các tiếp điểm động và tĩnh, đồng thời mở mạch.
4. Chức năng khóa
Cơ chế vận hành VD4 bao gồm chức năng khóa toàn diện giúp tăng cường độ an toàn và độ tin cậy. Dưới đây là chi tiết về từng tính năng khóa:
- Cấm đóng cửa khi xe đẩy tay ở vị trí giữa:
- Lắp đặt nam châm điện khóa đóng (Y1).
- Công tắc giới hạn (S8 và S9) được kết nối song song với nam châm điện khóa đóng để tạo thành mạch khóa đóng.
- Khi xe đẩy tay ở vị trí thử nghiệm hoặc vị trí làm việc, S8 hoặc S9 kết nối với mạch khóa đóng, nạp điện cho nam châm điện khóa đóng và giải phóng khóa cơ học của bán trục đóng.
- Một công tắc phụ (S2) trong mạch đóng của máy cắt được kết nối nối tiếp với lõi sắt chuyển động của nam châm điện khóa đóng, chuẩn bị cho mạch thực hiện lệnh đóng. Như đã đề cập ở trên, biện pháp này kết hợp khóa cơ và khóa điện, đây là một sơ đồ khóa toàn diện.
Phần mô tả cung cấp chi tiết tầm quan trọng và chức năng của công tắc phụ S2 trong mạch đóng của sơ đồ đấu dây điều khiển điện VD4 cho máy cắt kiểu xe đẩy tay. Dưới đây là tóm tắt ngắn gọn và giải thích các điểm chính:
Công tắc phụ S2 trong mạch đóng
- Độ tin cậy khóa được cải thiện:
- Công tắc phụ S2 được sử dụng kết hợp với khóa cơ học được cung cấp bởi nam châm điện khóa đóng Y1.
- Cơ chế khóa kép này làm tăng độ tin cậy của chức năng khóa của máy cắt mạch.
- Ngăn ngừa quá nhiệt và hư hỏng:
- Nếu S2 không có trong mạch đóng và xe đẩy máy cắt nhận được lệnh đóng khi ở vị trí giữa, mạch đóng sẽ được cấp điện.
- Do tác động chặn của nam châm điện khóa đóng Y1, nửa trục đóng không thể quay, ngăn không cho máy cắt mạch đóng lại.
- Điều này sẽ dẫn đến việc cung cấp năng lượng kéo dài cho nam châm điện đang đóng, khiến nó quá nóng và có khả năng bị cháy.
- Vai trò công tắc phụ:
- Bằng cách đưa S2 vào mạch, nó đảm bảo rằng nam châm điện đóng chỉ được cấp điện khi cầu dao ở đúng vị trí để đóng.
- Điều này ngăn ngừa sự cung cấp năng lượng không cần thiết và nguy cơ hư hỏng cho nam châm điện.
Cơ chế khóa liên động đóng
- Khóa cơ học:
- Cơ cấu khóa liên động đóng là một hệ thống hoàn toàn cơ học sử dụng cấu trúc bốn liên kết bao gồm tấm khóa liên động của máy cắt mạch, cần khóa liên động và cần khóa.
- Cơ cấu này được thiết lập giữa vít dẫn của khung xe và nửa trục đóng của máy cắt mạch.
- Chức năng:
- Khi xe đẩy máy cắt điện ở vị trí thử nghiệm hoặc vị trí làm việc, tấm liên kết máy cắt điện trong khung gầm nằm ngang, cho phép nửa trục đóng quay tự do.
- Khi xe đẩy tay ở vị trí giữa, tấm khóa liên động được vít dẫn nâng lên, khiến cần khóa khớp với cam nhựa của nửa trục đóng, khóa chuyển động quay của nó.
Tóm lại, công tắc phụ S2 trong mạch đóng và cơ cấu khóa liên động đóng đều là những thành phần quan trọng đảm bảo xe đẩy tay máy cắt điện hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Chúng phối hợp với nhau để ngăn chặn các thao tác đóng trái phép hoặc không an toàn và bảo vệ thiết bị khỏi các hư hỏng tiềm ẩn.
Hình 6 Cơ chế khóa liên động đóng
Mô tả được cung cấp cung cấp tổng quan chi tiết về các thành phần khung gầm xe đẩy tay VD4 và chức năng của chúng, đặc biệt tập trung vào cơ chế an toàn và các hạn chế vận hành. Dưới đây là tóm tắt và giải thích các điểm chính:
- Biến dạng khung gầm và bảo trì:
- Nghiên cứu cho thấy rằng khung gầm bị biến dạng hoặc kẹt có thể ngăn chặn khóa cơ học mở đúng cách, dẫn đến cháy cuộn dây đóng.
- Để ngăn ngừa điều này, cần phải kiểm tra và bảo dưỡng thường xuyên các bộ phận liên quan để đảm bảo khung xe hoạt động tốt.
- Chặn chuyển động của xe đẩy tay khi cầu dao đóng:
- Công tắc VD4 sử dụng cơ chế khóa cơ học để ngăn xe đẩy tay di chuyển vào hoặc ra khi cầu dao đóng.
- Điều này đạt được thông qua sự kết hợp giữa khung khóa trên tấm liên động và các con lăn phía trước của liên kết chuyển động cánh tay kép pha B.
- Khi cầu dao đóng, các con lăn phía trước bị ép xuống, tạo ra một khe hở nhỏ với khung khóa. Việc cố gắng di chuyển xe đẩy tay sẽ khiến vít me đẩy vào tấm liên động, từ đó tác động lên vít me, chặn chuyển động.
- Chặn công tắc đóng không có bộ lưu trữ năng lượng:
- Điều quan trọng là máy cắt phải có đủ năng lượng dự trữ trước khi có thể đóng lại.
- Nếu không có khả năng lưu trữ năng lượng hoặc khả năng lưu trữ năng lượng không đầy đủ, tốc độ và lực đóng sẽ giảm, có khả năng dẫn đến hỏng hóc khi đóng.
- Công tắc VD4 sử dụng sự kết hợp giữa tấm khóa lưu trữ năng lượng và tấm mở rộng của tấm hình quạt đóng để chặn việc đóng khi không có bộ lưu trữ năng lượng.
- Khi quá trình lưu trữ năng lượng hoàn tất, con lăn trên thanh truyền lưu trữ năng lượng sẽ ăn khớp với đĩa, cho phép bộ ngắt mạch đóng lại bình thường.
Tóm lại, các bộ phận khung gầm xe đẩy tay VD4 bao gồm các cơ chế an toàn nhằm ngăn ngừa hoạt động không đúng cách, chẳng hạn như chặn chuyển động khi cầu dao đóng và ngăn chặn việc đóng khi không có đủ năng lượng dự trữ. Việc bảo trì và kiểm tra thường xuyên các bộ phận này là rất cần thiết để đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn và đáng tin cậy.
Hình 8 a Vị trí tấm khóa lưu trữ năng lượng khi năng lượng được lưu trữ
Văn bản đã sửa đổi:
Hình 8(b) minh họa vị trí của tấm khóa lưu trữ năng lượng khi không có năng lượng nào được lưu trữ.
Để bổ sung cho cơ chế khóa cơ học đã đề cập ở trên, công tắc VD4 cũng được kết nối nối tiếp với công tắc phụ lưu trữ năng lượng S1 (như mô tả trong Hình 5) bên trong mạch đóng. Sự sắp xếp này tăng cường chức năng khóa điện và bảo vệ nam châm điện đóng khỏi nguy cơ cháy.