181

Chú ý đến phương
trình (8-27) từ (8-31) sẽ nhận
được :
2
1
0
0
00
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
k
t
t
CC
γ
γ

Và phương trình (8-30) có
dạng:
2

0
γ
γ
=
=
t
;t nghiệm của phương trình này có dạng:
()
1
2
0
0
1
2
1
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+
=
k
t
k
tα
γ
γ

=
γ
γ
1
(8-36)
()
tf
p
p
p
p
t
t
a
t
=== β
00
1
(8-37)
dt
d
kdt
d
t
k
k
t
at
β
β

k
k
t
t
n
d
CkF
V
t
ββ
β
βϕβ
β
530
1
01
1
(8-40)
Tương tự như trên, phương trình (8-40) giải bằng phương pháp đồ thị tích phân.
Trong kết quả của tính toán xác định được quan hệ:
Hình 8-8. Sơ đồ để tính thể tích tối thiểu của bình chứa.

t
a
t
p
p
β
=
0
(8-41)
Ta xác định hành trình của sự thay đổi áp suất trong thể tích làm việc, trong thời gian của
quá trình này trị số
t
β thay đổi trong khoảng: 1530
<
≤
t
,
β
.

8.5. Sự BƠM ĐầY KHÔNG GIAN LÀM VIệC HÌNH TRụ CủA Bộ PHậN CƠ KHÍ
CHUYểN ĐộNG BằNG HƠI

Sơ đồ tính toán của bộ phận cơ khí chuyển động bằng hơi nêu ở hình 8-9.
Không khí nén có các tham số ban đầu
000
θ
γ
,,p qua lỗ F vào không gian làm việc
hình trụ, pít tông càng chuyển động thể tích hình trụ càng thay đổi. Trong trường hợp này

t

P
o

g
o

I

o

F

V

t

,
P

t

,

g

t
tt
t
ttt
γ
γ
γ +=== (8-42)
∫
+=
t
tt
VdtGQ
0
00
γ (8-43)
Trong đó: V
0
là thể tích ban đầu của không gian làm việc.

γ
0
: Khối lượng riêng ban đầu của khí.
+ Phương trình cân bằng nhiệt.

ttttt
dpAV)IG(ddtIG
−
=
0
(8-44)
Trong đó :I

G
t
t
t
t
t
tt
t
t
γγ
γ
γ
γ
−
−
=
0
0
(8-45)
Trong tính toán lưu lượng G
t
được xác định trên cơ sở của các phương trình đã nêu
tương ứng với các chế độ trên tới hạn và dưới tới hạn:

00
570
γ
C.F.,G
tth
=

]
()
()
xm
xpFp
dx
xmd
v
x2m
1
v
xm
xh
dt
dv
0t
22
∑
−
=++
(8-46)

Trong đó:
v : tốc độ chuyển dịch của pít tông.
m(x) : khối lượng chuyển dịch của tất cả hệ thống di động qui đổi về pít tông.
h(x) : lực chống rung qui đổi về tốc độ của pít tông (tốc độ bằng đơn vị).

184

tv
dv
dt
== =00 0;;
nghĩa là:
()
p
px
F
t0
0
0
=
∑()
px
0
∑
: lực tĩnh qui đổi tác động vào pít tông tại thời điểm đẩy.
Theo các giá trị tìm được p
t0
ta xác định γ
0t
, cũng như tính sự bơm đầy thể tích ban
đầu
V
0

01
10
1
1
V
G
ttdt
d
ttt
t
t
≈
−
==
Δ
γγ
Δ
γ
Δ
γ

Với các khoảng thời gian tiếp sau các phương trình này có dạng:
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎬
⎫
≈


Hình 8-10. Để tính giai đoạn thứ nhất về sự
bơm đầy buồng dập hồ quang của
máy ngắt BB-110.
V
2
V
1
F
1

185

Nhận thấy rằng, trong mỗi khoảng thời gian
n
t
Δ
các giá trị
ttt
G,,p
γ
không thay đổi,
ta có thể tính được trị số áp suất theo phương trình:

()
[
]
()
()
nnnnnn

=
=
+
=
tntn
tn
n
tnn
tnt
tn
n
V
G
kD
p
kC
VtG
G
B
n
γ
γ
γ
γΔ
0
0
00
(8-49)
Phương trình về sự chuyển động (8-45) đối với khoảng thời gian ngắn
n

v
ở cuối khoảng thời gian
n
tΔ
có dạng:
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+=
−−
−
11
1
1
nn
n
n
nnn
varthtthv η
ω
ω
Δω
η
(8-51)
Trong phương trình này có:
n

Tốc độ trung bình của sự chuyển
động pít tông trong các khoảng
n
t
Δ
tìm theo
phương trình:
2
1 nn
trb
vv
v
+
=
−

và tương ứng với nó gia tốc về hành trình của
pít tông được xác định theo:
ntrbn
t.vx ΔΔ ≈
Khi đó thể tích không gian làm việc
V
tn
ở cuối khoảng thời gian đang xét được
xác định theo biểu thức:
∑
=
=
+=
ni

Trong thực tế thiết kế có thể có các trường hợp đơn giản hơn, khi các giá trị p(x),
m(x) và lực ma sát trong quá trình chuyển động ít thay đổi và xem như không đổi.
Trong trường hợp này phương trình (8-46) có dạng đơn giản hơn:
m
ppFp
dt
dv
tt τ
−
−
=
0
(8-53)
p
t
: tĩnh lực tác động về phương diện cơ học vào pít tông.
p
τ
: lực ma sát.
Khi đó tính tốc độ chuyển động của pít tông ở cuối khoảng thời gian đang xét
n
tΔ có thể tiến hành theo phương trình:
1
0
−
+
−
−
=
nn
Hình 8-11. Để tính giai đoạn thứ hai về sự bơm
đầy buồng dập hồ quang của máy
ngắt BB-110.
F
2
V
1
F
1
V
,
2
F
,
1

187 Tính toán và dựng đường cong áp suất không khí trong buồng dập hồ quang của
máy ngắt không khí khi bơm đầy trong quá trình mở.
1. Các tham số cho trước
Thể tích bình chứa V
1
=1,3m
3
.
áp suất ban đầu của không khí trong bình chứa p

2
=0,7 ta tìm tổng tiết diện hiệu ứng các
lỗ của nắp mũ:

()
(
)
][m;0,33.10.100,7.3.100,5.5,5
2
dd
2
F
2242422
22
2
112
−−−
=+=+=
π
μμ
π

3) Tính sự đồ đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ trên tới hạn
Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Thể tích được bơm đầy ở giai đoạn thứ nhất: V
2
= 6.10
-2
m
3
.

bđ
=293
0
K
3
4
bâ
bâ
bâ
1,17kg/m
29,3.293
1.10
R
p
===
θ
γ
3
4
0
0
23,5kg/m
29,3.293
20.10
R
p
===
θ
γ


0,523p=p
0t
≈
. Tương ứng với nó thời gian s,.t
3
1
108
−
≈ .

4) Tính sự bơm đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ dưới tới hạn
Sơ đồ tính toán ở hình 8-10.
Áp suất được tính theo phương trình (8-16) bằng phương pháp đồ thị tích phân.
Muốn vậy ta bắt đầu tìm:

]
s
1
[81,5
6.10
.34501,4.1,02.1
V
CkF
2
2
2
01
==
−
−

20
1
2
,
F
F
= 2) Khi 0,4
F
F
1
2
=
3) Khi
60
1
2
,
F
F
= 4) Khi 80
1
2
,
F
F
= β
0,1

ống thổi vào buồng dập hồ quang. Tính đến
điều đó cần phải lấy thể tích ruột bên trong
của buồng dập hồ quang
'
V
2
làm thể tích V
2
;
tiết diện lỗ ra từ ống vào buồng dập hồ
quang
F
1
'
làm tiết diện F
1
.
Trong trường hợp này:
0,6
F
F
;m5.10F;m1,2.10V
'
1
2
23'
1
32'
2
≈==

F
F
,
1
1
2
570
−
−= βββϕβη
Theo đó ở hình 8-13 ta xây dựng hàm số trong dấu tích phân của phương trình (8-
23)
()
()
β
βη
f=
1
, theo hàm số này với giá trị ban đầu: 650,
bâ
=
β
chúng ta tìm quan hệ của
()
tf
t 1
=β và sau đó
(
)
tfpp
tt 20

f=
1
khi
0,6
F
F
1
2
=
.
β
6
8
10
12
4

06070809

1,0
)(βη

t
0
: thời gian mở van thổi.
t
1
: thời gian của chế độ trên tới hạn.
t
2
: thời gian của chế độ dưới tới hạn .
t
3
: giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy.
t[10
-
2
s]

4
6
8
12
0
2

4

6
8 10
16
P

thuộc vào kiểu của máy ngắt và kiểu của truyền động.
Các sơ đồ nguyên lí động học của máy ngắt cao áp ở hình 9-1a, b, c, d.
Sơ đồ a, khi mở hệ thống tiếp điểm động 6 chuyển động là nhờ bộ phận truyền tác
động một chiều qua khâu trung gian 4. Tổng hợp các khâu trung gian này gọi là bộ phận
truyền động cơ khí. Hình 9-1. Các sơ đồ nguyên lí động học về các bộ phận cơ khí của máy ngắt.


6

7

6

8

1

1

a)
b)
c) d)

192

Ở các lò xo mở 5 của bộ phận truyền động cơ khí trong quá trình đóng, dự trữ một
thế năng, nhờ thế năng này khi mở hệ thống tiếp điểm và các chi tiết của bộ phận cơ khí tác
động. Thường ở các bộ phận cơ khí như thế giữa bộ phận truyền động tác động một phần
và thanh kéo 3 lắp bộ phận cơ khí tháo tự do 2 (mở sự cố và mở điều khiển gián tiếp bằng
cuộn dây K
O
). Phần làm việc của bộ phận truyền động bị phân cách với bộ phận truyền
động của máy ngắt, sau đó từng bộ phận tác động độc lập. Nhờ đó gia tốc về sự tác động
của máy ngắt được đảm bảo.
Trong các bộ phận cơ khí của sơ đồ b, ta sẽ nghiên cứu bộ phận truyền động tác
động hai chiều, ở đây b
ộ phận truyền động cơ khí 4 và hệ thống tiếp điểm động 6, trong lúc

trên một hành trình dài( điều này rất cần thiết cho nhiều máy ngắt). Trong tất cả các bộ
phận cơ khí có trục chính 0 và đòn bẩy 1 liên hợp với thanh kéo của bộ phận truyền động,
cùng với đòn bẩy 2 nối vào thanh treo 3 và đòn dẫn chủ yếu (hoặc con trượt) hợp thành bốn
khâu. Các kích thước từng khâu, khoảng cách hai trục OO
1
và đòn bẩy chính được chọn sao
cho khi máy ngắt ở vị trí đóng, góc cố định của đòn bẩy 2 trước vị trí chết không quá lớn
(khoảng 5
÷
10
0
). Đặc tính động học của bộ phận cơ khí này h=f(α), ở đây α là góc quay
của trục chính có dạng hình 9-3. Từ đặc tính này rút ra kết luận rằng, đối với các vị trí của
bộ phận cơ khí gần vị trí đóng, đạo hàm
αd
dh
rất nhỏ.


1

1

2

b)

c
)

6

4

3

2

0

5

B
K
a
)

5



f
)

6

B

K

2

0

1

3

0

1

e
)194

Điều đó có khả năng truyền ứng lực lớn đến hệ thống tiếp điểm động trong thời gian
các tiếp điểm tiếp xúc ở giá trị mô

động cho trước.
Khi điện áp định mức lớn và
số lượng khoảng ngắt dập hồ quang
trên một pha ít (ví dụ trong máy
ngắt dầu) thì hành trình của các tiếp
điểm rất dài. Trong trường hợp này
khi thời gian chuyển động cho trước
ngắn, gia tốc của hệ thống động và
trị số của lực quán tính rất lớn.
Để khắc phục những điều
này người ta sử dụng lò xo mở rất
lớn, bộ phận truyền động tốt hơn và
tăng cường
độ bền cơ khí của các
khâu cơ khí. Cho nên khi chọn sơ
đồ kết cấu của máy ngắt dầu ở điện
áp cao, để tăng cường tác động
nhanh trên mỗi pha tạo thành nhiều
khoảng ngắt cùng một lúc. Điều này
thường đạt được bằng cách cho các
tiếp điểm động cùng lúc trên cùng
một xà ngang cách điện hay thanh
kéo.


Vị trí đóng Vị trí ngắt
0

α
αd
dh

α
d
dh

h
1
h

dầu

khí
nén195

Ở một số kết cấu của máy ngắt dầu hiện đại, trong các bộ phận cơ khí kiểu a và b,
bộ phận truyền động cơ khí nhiều khâu khớp được thay thế bằng hệ thống truyền động
thủy lực như ở hình 9-4.

9.2. CÁC THAM Số CHO TRƯớC Để TÍNH TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ
XO


1) Từng khâu của bộ phận cơ khí tại thời điểm máy ngắt làm việc quan trọng nhất
(đóng ngắn mạch, ngắt ngắn mạch, làm việc trong chu trình TĐL tức thời, ) phải chịu phụ
tải cơ va đập rất lớn và theo điều kiện làm việc ổn định cần phải có độ bền cơ khí cao. Hơn
nữa, theo điều kiện tác động nhanh trọng lượng từng chi tiết động của bộ phận cơ khí phải
nhỏ nhất.

196

Các chi tiết của bộ phận cơ khí có hình dáng kết cấu phù hợp nhất và chịu va đập
cao sẽ thỏa mãn các yêu cầu này.
Các vật liệu này trước hết là thép các bua cán nóng thường và loại tăng cường chất
lượng (như trong ΓOCT 380-57).
Với các chi tiết chịu tải ít hơn dùng thép nhãn hiệu CT.3, M18KΠ, ÂCT-4 với các
chi tiết quan trọng hơn (trục, đòn bẩy chính, trụ, thanh kéo, ) dùng thép nhãn hiệu CT-5,
M-26, M-31và ÂCT-5).
Trong một số trường hợp, đặc biệt trong khi thiết kế các bộ phận cơ khí của các
máy ngắt tác động nhanh kết cấu mới (ví dụ máy ngắt không khí) phải sử dụng thép các -
bua dùng trong ngành chế tạo máy móc (như trong ΓOCT-1050-57).
Để gia công các lò xo mở và chống rung sử dụng dây lò xo các bua hay các thanh
thép nhãn hiệu 65, 70, 75 và 85 (như trong ΓOCT 5047-49, 1070-41, 1071-41 và 1546-53).
Có thể sử dụng các hợp kim nhôm, đặc tính của chúng ở bảng 9-1.
Theo điều kiện độ dài va đập thấp sử dụng gang một cách giới hạn để gia công các
đòn dẫn, các bánh răng thuộc bộ phận cơ khí của máy ngắt công suất bé,
Gỗ gia công các chi tiết cách điện chịu phụ tải cơ của bộ phận cơ khí (các đòn bẩy,
cách điện, thanh kéo, cần quay, ). Trước đây sử dụng các vật liệu tấm ép lại được gia công
trên cơ sở của nhựa phê-nôn-foóc-mal-đê-hýt -ghê-nhi-nắc (như trong ΓOCT 2718-54),
têx-tô-líc (như trong ΓOCT 2910-51) và các tấm bằng gỗ, ví dụ DCΠ-∋ (BT 500-54) có độ
bền cơ khí cao.
Hiện nay người ta chế tạo được nhiều hợp chất polime dẻo có chất lượng cao về
cách điện và độ bền cơ khí cao. Trong tương lai, nhờ đặc tính độ bền cơ cao và trọng lượng

+3% đồng
Silimin(6÷13% Si
còn lại Al)
2,80

2,86

2,65
38,00

42

20-21

22-24
12

24-25

1,4
1,8-2

6-7

1,77
80
70

2) Trong sơ đồ động học của truyền động cơ khí phải chỉ rõ vị trí tương hỗ của tất
cả các chi tiết ảnh hưởng đến đặc tính chuyển động như: các lò xo mở và chống rung, các
lò xo của hệ thống tiếp điểm, các thiết bị chống rung và các thiết bị để thổi dầu cưỡng bức
của buồng dầu hồ quang.
Trên quĩ tích củ
a điểm qui đổi (thường là điểm gắn chặt với hệ thống tiếp điểm
động về chi tiết dẫn của bộ phận cơ khí) phải đánh dấu điểm hành trình tương ứng với tiếp
tuyến của các tiếp điểm hồ quang, với lối ra của tiếp điểm động ở vùng thổi mãnh liệt trong
buồng dập hồ quang,
Cần phải xây dựng sơ đồ động học cho một số vị trí của bộ phận cơ khí, trong đó có
hai vị trí ngoài cùng đóng và ngắt.
3) Xác định đặc tuyến động học h=f(α) bằng phương pháp đồ thị, trên cơ sở dựng
sơ đồ động học của bộ phận cơ khí ở các giá trị góc quay α của trục chính khác nhau
(thường sử dụng các thông số của mục 2), khi sơ đồ của bộ phận cơ khí phức tạp (ví dụ
kiểu thẳng) vì các phương trình giải tích (thậm chí gần đúng) rất dài và không đơn giản.
4) Đặc tuyến về tốc độ chuyển động của hệ thống tiếp điểm động v=f(t) khi cho
trước thời gian chuyển động và trị số của hành trình h
0
trong trường hợp chúng được xây
dựng theo phương trình 1:

() () ()
∫∫∫
++=++=
13
2
2

Xác định tốc độ v
1
(t)=f(t) từ
các điều kiện dập hồ quang trong
khi tính buồng dập hồ quang (xem
chương 4, 7). Trong nhiều trường
hợp thực tế chuyển động xem như
đều, nghĩa là:
v
1
(t)=a
1
.t
Có: a
1
là gia tốc không đổi.
Khi chọn tốc độ chuyển
động v
2
(t) trên đoạn h
2
xuất phát từ
điều kiện giới hạn của phụ tải động
trong các khoảng dưới xác định
bằng thực nghiệm và bằng tính
toán.
Đối với phần võng của đặc
tuyến người ta chọn giá trị tốc độ
v
3

+=<<
=<<
2
21
2
1m
2
11
12
1m
2
11
21
2
1
1
)tt(t
2
a
t2v
2
ta
h: t t t våïi Âäúi-
)t-(tv
2
ta
h: t t t våïi Âäúi-

2
ta

006008010

]s/m[
ν002

8,0
10,0

012014

m
ν

ν

h
h[m]
0,1

động lực của các bộ phận cơ khí thổi dầu cưỡng bức.
8) Khi xác định lực điện động tác động vào từng chi tiết của bộ phận cơ khí, ta sử
dụng các thông số tính toán chung về lực điện động trong hệ thống dẫn điện của máy ngắt,
điều này chúng ta đã nghiên cứu ở trên (xem chương 3). Bảng 9-3a: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp Kiểu máy ngắt
MKÐ-160 MKÐ-274 MÊÊ-223 MÊÊ-229 MÊÊ-529

Kiểu truyền động ÐC-30 MÐM-108 ÐC-30 ÐC-30 ÐC-30

Điện áp định mức, kV 110 220 10 10 20

Dòng điện định mức, A 600 600 1000
2000
2000
4000
4000
Hành trình trong các tiếp xúc
dập hồ quang, mm
16/35 16/35 90 90 100
Hành trình toàn bộ của thanh
ngang, mm
860 1097 405 415 485
Tốc độ tại thời điểm dập hồ
quang, m/s
1,8/2,50 1/1,20 1,60 1,50 1,65


0405

]s/m[
ν01

4,0
5,0

0607200

ngang ra khỏi bình chứa, m/s
Tốc độ lớn nhất của thanh
ngang, m/s
3,60 3,50 1,80 2,00 2,40
Thời gian bắt đầu chuyển
động cho đến khi các tiếp
điểm tách nhau,s


BB-
110/600
CP-1001
10/1000

Kiểu truyền động ÐC-20 - - -

Điện áp định mức, kV 38 110 110 10

Dòng điện định mức, A 600 600 600

1000
Hành trình trong các tiếp xúc dập hồ
quang, mm
- 0 0 55
Hành trình toàn bộ của thanh ngang,
mm
- 15 95 285
Tốc độ tại thời điểm dập hồ quang,
m/s
- 0 0 -
Tốc độ tại thời điểm thanh ngang ra
khỏi bình chứa, m/s
- - - -
Tốc độ lớn nhất của thanh ngang, m/s - - 60-70 40

Thời gian bắt đầu chuyển động cho
đến khi các tiếp điểm tách nhau,s
- 0,007 - -


Như vậy, khi cho trước sơ đồ động của bài toán tính truyền động cơ khí sắp xếp làm
hai kiểu:
Hình 9-7. Sơ đồ tính toán về bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt nhiều dầu.

Bộ truyền

động
h

a
b

ắ
Vị trí
đ
óng202

1) Tìm tốc độ chuyển động của hệ thống tiếp điểm ở từng thời điểm hay ở từng
điểm của hành trình khi biết hình dáng kích thước và trọng lượng của từng bộ phận động
như lực đàn hồi của lò xo mở và của các lò xo khác, cũng như các lực cản tác động trong
bộ phận cơ khí.
2) Tìm đặc tuyến của lò xo mở (hay củ
a bộ lò xo) bảo đảm cho hệ thống tiếp điểm
động chuyển động với tốc độ cho trước trong lúc mở. Nếu biết đặc tuyến về tốc độ chuyển
động của hệ thống tiếp điểm, các kích thước và trọng lượng của các bộ phận cơ khí động,
lực đàn hồi của các lò xo tiếp xúc và các lực cản tác động trong bộ phận cơ
khí.
Bản chất phương pháp giải các bài toán này là: chuyển động của hệ thống các chi
tiết cơ khí liên quan với nhau rất phức tạp được coi như chuyển động theo quĩ tích các
điểm cho trước. Trên quĩ tích đó khối lượng qui đổi của tất cả các bộ phận cơ khí động và
tất cả các lực qui đổi tác dộng trong bộ phận cơ khí được tập trung về điểm này.
Thường điểm có quĩ tích chuyển động giống như quĩ tích chuyển động của hệ thống
tiếp điểm nhận làm điểm qui đổi. Trong các kết cấu hiện có quĩ tích là đường thẳng hay
cung vành tròn.
Trong trường hợp chung bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt (ví dụ chế tạo
theo sơ đồ hình 9-7) các lực qui đổi gồm:
1) Lực đàn hồi của lò xo mở và của các lò xo tăng tốc p
mtt
.

+
±
±
+
ââaqttrltâmtt
ppppppp (9-4)
Lực p
i
tác động ở điểm i nào đó của bộ phận cơ khí theo hướng chuyển động của
lực qui đổi về điểm a chuyển dịch theo hướng h
a
dựa trên cơ sở của phương trình chung:

a
i
ia
dh
dh
p=p
(9-5)
Từ đặc tuyến động h
i
=f(h
a
) ta tìm được đạo hàm
a
i
dh
dh
cho từng vị trí của bộ phận cơ