Концевые выключатели

Концевые выключатели

Концевой выключатель – электрическое устройство, применяемое в системах управления в качестве датчика, формирующего сигнал при возникновении определенного события, как правило, механическом контакте пары подвижных механизмов. Используются также и бесконтактные концевые выключатели. Сам выключатель выполняет функции, аналогичные обычному выключателю.

Конструкция концевого выключателя оптимизирована для использования в системах управления: малогабаритный прочный корпус (обычно изготавливаемый из металла) имеет элементы конструкции, позволяющие легко закрепить и сориентировать в пространстве; индикация работы (поданного питания) и срабатывания датчика выполнены при помощи ярких разноцветных светодиодов; подключение производится при помощи миниатюрного разъёма общераспространённого промышленного интерфейса.

Часто концевой выключатель содержит две пары контактов, нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Замкнутая пара позволяет контролировать состояние подключения концевого выключателя: если сигнал, переданный по этой паре, не возвращается, можно сделать вывод о повреждении кабеля к выключателю. Разомкнутая пара может использоваться для прохождения сигнала после срабатывания выключателя.

Все концевые выключатели можно разделить на три основные группы:

1. Механические. Срабатывают при механическом воздействии, при этом контакты выключателя размыкаются или замыкаются, подавая сигнализирующий (управляющий) сигнал.

2. Бесконтактные. Это бесконтактная разновидность концевого выключателя, который срабатывает при приближении любого металлического предмета или другого предмета, на который настроена его коммутация.

3. Магнитные. Как видно из названия – это устройство приводится в действие при приближении к нему на определённое расстояние магнита. Также их называют герконами.

Механические концевые выключатели

Механические концевые выключатели бывают разной конструкции, которая и определяет область их применения. Зачастую они оснащены резиновым уплотнителем и содержат группу контактов, в которые входят и замыкающие и размыкающие.

Основные виды механических концевых выключателей:

• кнопочные;
• роликовые;
• рычажные.

Модель с колесиком или кнопочные состоят из корпуса, в котором имеются электрические контакты (замыкающие или размыкающие); снаружи ставится ролик либо кнопка, в зависимости от того, как он будет эксплуатироваться. На рисунке 2.34 представлен такой механизм.

Рабочий механизм «наезжает» на колесико, толкающее стержень вниз. В результате происходит размыкание контактов, которые обесточивают устройство, подключенное к ним. Таким образом, конечный выключатель ограничивает дальнейшее движение механизма, либо что-то включает (например, сигнализацию).

При установке нужно следить за точностью. Если концевой выключатель поставить далеко, тогда механизм может не достать до ролика, а если слишком близко – его попросту может раздавить. На корпусе, как правило, нарисована схема подключения с указанием номеров контактов.

Кнопочные, как и рычажные, применяются, главным образом, для включения–отключения освещения в различных помещениях, в которых не требуется постоянное освещение. Такими помещениями могут быть помещения холодных складов, подвалов (там концевиком управляет крышка подвала). Кроме того, концевые выключатели этого типа применяются для контроля положения входного люка на кран-балках (кран невозможно включить, если открыт люк).

Концевые выключатели поплавкового типа используются там, где необходимо контролировать уровень жидкости, наполняющей определенную емкость. Например, такие выключатели с успехом используются для автоматического управления насосами, выкачивающими воду из колодцев, любо наполняющих главный резервуар системы водоснабжения.

Поплавковые выключатели, в основе работы которых лежит принцип работы магнитоуправляемого контакта (геркона), используются, так же там, где нет возможности применить обычные контактные группы (например, в емкостях с горючими и взрывоопасными жидкостями).

Ползунковые концевые выключатели используются для таких устройств, как, например, подъемные ворота, шторы, которые сворачиваются.

Один из примеров, где эти приборы используются – лифтовое хозяйство. Концевые выключатели там стоят практически везде: датчик максимальной и минимальной высоты движения лифта, сигнализация открытия дверей, обрыва каната и так далее.

Шпиндельный концевой выключатель используются как ограничитель хода механизма или как путевой выключатель для циклического управления. Вращающий механизм его служит переключателем контактной группы, установленной внутри. Может применяться на лебёдках, и других вращающих валах с небольшой скоростью. Зачастую оснащён несколькими группами размыкающих и замыкающих контактов.

Пневматический концевой выключатель – это устройство, которое может останавливать подачу сжатого воздуха или другого газа за счёт нажатия на управляющую кнопку или рычаг. При этом существуют ещё одна разновидность данных выключателей, которая срабатывает при достижении определённого давления в системе.

Одна из разновидностей концевых выключателей называются микровыключатели, отличающиеся значительно меньшими размерами и протекающими токами. Принцип действия их аналогичен с обычными. Рабочий ход такого элементы измеряется миллиметрами, и поэтому они применяются с использованием дополнительного рычага, который может быть оснащён небольшим роликом. Поэтому установка его потребует тщательной настройки срабатывания.

Бесконтактные концевые выключатели

Бесконтактные путевые выключатели подразделяются на следующие типы:

• Индуктивные.
• Емкостные.
• Оптические.

К бесконтактным путевым выключателям предъявляются повышенные требования надежности эксплуатации, потому как работать таким устройствам приходится в тяжелых условиях. Расположение этих устройств находится в рабочей зоне машин и агрегатов, где они могут подвергаться влиянию значительных высоких температур, могут попадать под удар и работать под воздействием сильной вибрации. Также могут находиться под влиянием сильного магнитного поля, на них могут действовать различные, в том числе и агрессивные жидкости, и загрязнения.

Особенно важным является высокое требование повышенной частоты срабатывания, особенно в условиях использования на сложных технологических установках. Подключение таких устройств происходит на основе использования 2-х и 3-х проводной схемы. Питание в случае с 3-х проводной схемы приходит по специальному проводу.

Выключатель представляет собой полупроводниковый преобразователь, управляющий состоянием некой внешней исполнительной цепи в зависимости от места нахождения контролируемого объекта, причем положение объекта определяется без механического контакта с ним датчика.

Индуктивные бесконтактные выключатели

Индуктивные бесконтактные выключатели имеют чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с открытым в сторону активной поверхности магнитопроводом. Перед активной поверхностью выключателя образуется электромагнитное поле. При внесении металлического объекта в это поле колебания генератора затухают, демодулированное напряжение падает, триггер срабатывает, коммутационный элемент переключается. Упрощенная функциональная схема выпускаются с расстояниями срабатывания от 1 до 150 мм. Все индуктивные бесконтактные выключатели имеют встроенную индикацию состояния выхода, которая позволяет при эксплуатации оперативно проверить срабатывание бесконтактного выключателя.

Когда на датчик подано питание, в его рабочей зоне действует переменное магнитное поле, и если теперь внести в эту зону металл, то наведенные в этом металле вихревые токи приведут к изменению изначальной амплитуды колебаний генератора, при том величина изменения будет зависеть от расстояния между металлическим предметом и датчиком. Соответствующей величины аналоговый сигнал будет преобразован триггером в логический сигнал, чем определится величина гистерезиса и уровень переключения.

Индуктивные бесконтактные выключатели часто применяют для подсчета металлических объектов и для отслеживания их положения, например, по конвейеру движутся предметы, по крышкам которых ведется их подсчет. Объектами контроля или подсчета для бесконтактных индуктивных выключателей могут служить любые металлические предметы достаточных размеров, например: выступы на валу, фланцы, стальные пластины, головки болтов на соединительной муфте и т. п.

Емкостные концевые выключатели

Емкостные концевые выключатели выявляют проводящие ток и непроводящие материалы, которые находятся в жидком, порошкообразном или твердом состоянии. Выключатель срабатывает при расположении материала друг возле друга на настроенном расстоянии (см. рисунок 2.35).

Принцип действия емкостных концевых выключателей заключается в следующем. Активная поверхность выключателя состоит из 2-х металлических электродов. Их можно считать пластинами конденсатора. Электроды находятся в цепи обратной связи ВЧ генератора, который настроен так, что, когда объекта нет возле активной поверхности, он не работает. При появлении возле активной поверхности объекта, возникает электрическое поле, тем самым, изменяя емкость обратной связи. При этом генератор вырабатывает колебания. Их амплитуда становится больше, когда объект приближается к поверхности.

Емкостные выключатели реагируют на токопроводящие объекты и на диэлектрики. Список разнообразных объектов, на которые реагирует емкостный выключатель, определяется сферой его применения.

Оптических концевые выключатели

Самые распространенные оптических концевые выключатели состоят из инфракрасного светодиода и фоторезистора, которые расположены друг напротив друга. Когда светодиод дает освещение на фоторезистор, ток проходит, когда светодиод блокируется, ток не будет проходить через фототранзистор и в этом случае на выходе будет генерироваться сигнал. Такие концевые выключатели часто устанавливаются в принтерах и сканерах.

Магнитные концевые выключатели

Концевые выключатели магнитного типа (основным элементом которых является магнитоуправляемый контакт), могут применяться практически где угодно. Связано это с тем, что такие выключатели абсолютно безопасны в работе (рабочие контакты их полностью защищены колбой, из которой выкачан воздух).

Принцип работы устройств КВ-1 (однопозиционного, двухканального) и КВ-2 (двухпозиционного, одноканального) линейного перемещения – концевых выключателей заключается в использовании постоянным магнитом печатной платы с двумя герконами, они используются в качестве главных, коммутирующих электрическую цепь – элементов. Кроме платы в корпусе концевого выключателя, устройство содержит клеммную колодку, в главном (первом) корпусе есть два глухих отверстия, в которых ходит шток, для КВ-02 – 2 штока. На штоке крепиться постоянный магнит, магнитопровод и пружина возвратного действия. Действие штока возвратно-поступательное, с его помощью магнит перемещается и осуществляет замыкание – размыкание контактов.

Литература

Элементы и функциональные устройства судовой автоматики — Авдеев Б.А. [2018]

Особенности применения и устройства концевых выключателей

Концевой выключатель или концевик — это электромеханическое устройство, которое подаёт управляющий сигнал при передвижении исполнительно механизма в крайнее или фиксированное положение. Также его ещё называют конечным выключателем. Например, для того чтобы ограничить подъём груза, свыше разрешаемой высоты на кранах или кран-балках устанавливаются концевые выключатели. Они подают отключающий сигнал в систему прекращая подачу напряжения на контактор включающий двигатель. В принципе по действиям которые он выполняет его работа схожа с обычным выключателем, только срабатывает он не от нажатия человека на клавишу. То есть используется, как ограничитель движения того или другого механизма.

Виды концевых выключателей

Все концевые выключатели можно разделить на три основные группы:

1. Механические. Срабатывают при механическом воздействии на рычаг или колесико, при этом контакты выключателя размыкаются или замыкаются, подавая или предупредительный сигнал, или же управляющий.
2. Бесконтактные. Это бесконтактная разновидность концевого выключателя, который срабатывает при приближении любого металлического предмета или другого предмета, на который настроена его коммутация.
3. Магнитные. Как видно из, названия это устройство приводится в действие если приблизить к нему на определённое расстояние магнит. Также их называют герконами.

Сферы применения

Для каждого вида концевого выключателя свойственно использование в различных сферах деятельности. По применению их можно разделить на:

• Защитные, которые установлены с целью защитить механизм или персонал от непродуманных действий. Например, клетка, спускающая людей в шахту, не начнёт движение пока все двери её не будут закрыты, тем самым обеспечивается безопасность шахтёров.
• Функциональные. Они регулярно включают или отключают освещение или другой электрический механизм. Самый наглядный пример такого устройства известный каждому это включение света в холодильнике при открытии двери.

В общем применение концевых выключателей зависит от возможности механизма его использования и фантазии конструктора или дизайнера. Люди даже и не подозревают как часто им приходится сталкиваться с этим электрическим механизмом:

1. в быту и бытовой технике;
2. в автомобиле и в автомобилестроении;
3. в мебельной продукции;
4. на производстве для решения самых различных задач.

Устройство конечных выключателей

Конструкция любого такого устройства состоит из:

1. Корпуса. Он может быть выполнен из диэлектрического или токопроводящего материала, в зависимости от исполнения.
2. Подвижной части с помощью воздействия, на которую происходит нажатие на контактную группу. Отсутствует подвижной механизм в герконах и бесконтактных концевых аппаратах.
3. Контактная часть. Может содержать как замыкающие (нормально открытые), так и размыкающие (нормально закрытые) контакты. При выборе концевого выключателя стоит обратить внимание на напряжение и ток, который будет протекать по контактам. Так как от этого напрямую зависит продолжительность исправной работы выключателя. Это зависит от управления какими механизмами он предназначен.

Механические

Механические концевые выключатели бывают разной конструкции, которая и определяет область их применения.

Основные их виды:

1. кнопочные;
2. роликовые;
3. рычажные.

Чаще всего они применяются, конечно же, в производственных целях, металлургии, машиностроении, строительстве. Зачастую они оснащены резиновым уплотнителем и содержат группу контактов в которые входят и замыкающие и размыкающие.

Одна из разновидностей такого рода концевиков называются микровыключатели и принцип действия их аналогичен с обычными. Вот только размеры и токи значительно меньше. Рабочий ход такого элементы измеряется миллиметрами, и поэтому они применяются с использованием дополнительного рычага, который может быть оснащён небольшим роликом. Поэтому установка его потребует тщательной настройки срабатывания.

Бесконтактные

Бесконтактные концевые выключатели разработаны в противовес механическим и считаются более совершенными устройствами. Они работают на транзисторных ключах, которые в открытом положении обладают небольшим сопротивлением. За счёт применения бесконтактного включения и отключения отсутствует эффект подгорания контакта при разрывании электрической цепи.

Все эти устройства бесконтактной коммутации делятся на:

• Емкостные — основаны на взаимодействии с человеческим телом. Дело в том что когда человек приближается к нему то возникает электрическая ёмкость в результате которой, приводится в действие контур мультивибратора, установленный внутри концевика. Чем ближе приближается человеческое тело тем больше ёмкость и ниже частота импульса. Такой элемент обладает большой чувствительностью. Основную функцию выполняет пластина, плотно присоединенная к конденсатору.
• Индуктивные — это электронный бесконтактный выключатель отзывается на передвижение магнитного материала. В зависимости от этого такой датчик оснащён металлическим или же немагнитным сердечником. При приближении или отдалении объекта, на который настроено срабатывание, он вырабатывает электрические импульсы, которые обрабатываются пороговым элементом, и даётся сигнал на закрытие или открытие ключа.
• Оптические — это особая разновидность концевых выключателей, которая оснащена инфракрасным светодиодом и специальным транзистором, улавливающим этот сигнал (фототранзистором). Оптический элемент работает вне зависимости от естественного освещения. При прерывании луча светодиода фотоэлемент будет закрываться, тем самым выключая исполнительный механизм, в схему которого он подключен.
• Ультразвуковые. Здесь применяются уже кварцевые звуковые излучающие элементы. Они также могут применяться как датчики движения или объёма. При появлении в радиусе его действия меняется амплитуда звукового сигнала определённой частоты, зачастую неслышной человеческому уху.

На базе этих выключателей изготавливаются всевозможные датчики контроля сыпучих и жидких материалов, дозаторов и т. д. alt=»выключатель концевой» width=»300″ height=»97″ />

Магнитные

Электромагнитный концевой выключатель (герконовый) реагирует на постоянное магнитное поле. Содержит зачастую один или пару контактов из специального ферромагнетика. Если к нему приблизить магнит то контакты замыкаются тем самым, давая сигнал в схему управления. Основным преимуществом данного устройства является полное отсутствие механического воздействия, что заметно повышает срок его службы. Изготавливается магнитный концевой выключатель в стеклянном или пластиков корпусе, и имеют очень миниатюрные габариты.

Автомобильные

Такие применяемые в автомобилях устройства применяются зачастую для схем освещения и сигнализации. По большому счёту это механический конечный выключатель. Конструктивно он выполнен с одним выводом, на который подключается положительный потенциал. Отрицательная клемма считается корпусом, зажимаемым к металлическому элементу кузова машины.

При этом нужно следить чтобы часть кузова где устанавливается концевик была зачищена от краски.

Шпиндельные

Шпиндельный концевой выключатель используются как ограничитель хода механизма или как путевой выключатель для циклического управления. Вращающий механизм его служит переключателем контактной группы, установленной внутри. Может применяться на лебёдках, и других вращающих валах с небольшой скоростью.

Зачастую оснащён несколькими группами размыкающих и замыкающих контактов.

Пневматические

Пневматический концевой выключатель — это устройство, которое может останавливать подачу сжатого воздуха или другого газа за счёт нажатия на управляющую кнопку или рычаг. При этом существует ещё одна разновидность данных выключателей, которая срабатывает при достижении определённого давления в системе.

Хотелось бы напомнить что подключать или отключать концевые выключатели к электрической схеме стоит при полностью снятом напряжении. После чего указателем напряжения убедится в его отсутствие, а металлические корпуса нужно обязательно заземлять.

Книга: Башенные краны

Конечные выключатели служат для ограничения действия механизмов крана, включения цепей сигнализации, а также используются в качестве выключателей блокировки.

По принципу работы конечные выключатели разделяют на рычажные, срабатывающие при действии на них отключающих устройств, и приводные (шпиндельные), которые жестко связаны с валом механизма и срабатывают после поворота вала выключателя на определенный угол (после определенного числа оборотов, совершенного валом механизма).

На кранах применяют рычажные выключатели серии КУ и приводные серии ВУ.

Рис. 84. Конечные выключатели: а — схема рычажного конечного выключателя, б—КУ-701, в — КУ-704, г— КУ-703, д — КУ-706, е — ВУ-250; 1, 4 — неподвижные контакты, 2, 3 — контактные мостики, 5, 9, 13 — рычаги, 6 — ролик, 7 — возвратная пружина, 8 — пружины контактных мостиков, 10 — сектор, И — рычаг с противовесом, 12 —: груз, 14 — входной вал

Рычажный конечный выключатель (рис. 84, а) работает таким образом. Под действием пружины 7 рычаг 5 выключателя занимает такое положение, при котором контактный мостик 2 замыкает неподвижные контакты 1. Если на ролик 6 рычага воздействовать внешней силой (по стрелке), то рычаг повернется вокруг оси на некоторый угол; контакты 1 разомкнутся, а контактный мостик 3 замкнет неподвижные контакты 4. Контакты 1 называются размыкающими, контакты 4 — замыкающими.

Конечные выключатели, устанавливаемые в ограничителях или применяемые в качестве выключателей блокировки, должны иметь размыкающие контакты. Замыкающие контакты выключателей применяют только в цепях сигнализации. Контакты конечных выключателей рассчитаны на небольшие токи, их можно включать в цепи управления катушек контакторов и реле.

Рычажный выключатель состоит из установленных в корпусе двух кулачковых элементов и кулачкового барабана, соединенного с рычагом. Рычаг может устанавливаться в различные положения относительно корпуса.

Рычажные выключатели имеют четыре исполнения, различающиеся приводными механизмами. Выключатель КУ-701 (рис. 84, б) имеет рычаг 9 с самовозвратом и фиксацией в нулевом положении. Барабан ныключателя имеет три положения: выключенное влево, нулевое и выключенное право. У выключателя КУ-704 (рис. 84, в) вместо рычага на валу установлен сектор 10 с тремя фиксированными положениями, без самовозврата. Выключатель КУ-703 (рис. 84, г) имеет рычаг 11 с противовесом и связанный с рычагом груз 12. Рычаг этого выключателя фиксируется в крайних положениях, а барабан имеет два положения. У выключателя КУ-706 (рис. 84, д) на общем валу укреплены два рычага 13, фиксирующихся в крайних положениях, при двух положениях кулачкового барабана.

Приводной конечный выключатель ВУ-250 (рис. 84, е) имеет встроенный редуктор с передачей 1:50. Пятидесяти оборотам входного вала 14 выключателя соответствует один полный оборот вала редуктора. На валу редуктора установлены регулируемые кулачковые шайбы, которые замыкают и размыкают контакты выключателя при заданном числе оборотов.

Кроме указанных конечных выключателей, на башенных кранах применяют выключатели других типов, отличающиеся малыми габаритами и небольшим перемещением отключающих рычагов (штоков).

Используются как конечные выключатели

Концевые выключатели служат также дополнительными приборами безопасности при работе с кранами.

Данные приборы используют для предотвращения столкновения крана с тупиковыми упорами, что может привести к выезду крана за пути и его падению.

Также бывает, что крановщик отвлекается и не успевает отключить контроллер или контроллер оказывается неисправным. В таких ситуациях, в случае приближения механизма к крайнему допустимому положению, концевые выключатели автоматически отключают электродвигатели крана.

Срабатывание концевой защиты не препятствует включению электродвигателя в целях движения крана в обратную сторону.

Для мостовых электрических кранов используются концевые выключатели, обеспечивающие ограничение хода механизмов подъема, передвижения тележки тали и передвижения моста.

Как правило, на всех талях по умолчанию установлены концевые выключатели на подъем.

Что же касается остальных, то они устанавливаются опционально. Чем больше их установлено, тем безопаснее работа крана и его сохранность.

Возможно использование двух типов концевых выключателей кранов.

Самый распространённый из них — это кулачковый концевой выключатель. Он устанавливается на концевые тележки крана с одной стороны, или с обоих, в зависимости от потребностей клиента. Его конструкция предусматривает рычаг. При его установке определяется крайнее положение крана на крановых путях, и в этих положениях устанавливаются отключающие линейки.

Как правило, они изготавливаются из профиля металлического уголка. В том случае, когда кран достигает крайнего допустимого положения, рычаг концевого выключателя упирается в уголок и переключается, тем самым размыкая контакты. В таком положении контактная система находится до тех пор, пока рычаг находится в переключенном положении. Как только механизм начинает перемещаться в противоположную сторону и рычаг освобождается, пружина быстро возвращает выключатель в исходное положение.

Также могут использоваться двухпозиционные концевые выключатели. Как правило, их применяют для дополнительной безопасности. Принцип такой же, что и у обычных концевых выключателей, с одним лишь небольшим отличием.

При их использовании на крановые пути с каждого края устанавливаются два крайних положения, другими словами два уголка. При переключении об первый уголок движение крана не прекращается, а замедляется на заданную скорость.

При достижении же самого крайнего положения происходит еще одно переключение концевика и полная остановка крана. Как мы отметили ранее, движение крана в обратном направлении не отключается. При обратном движении концевик возвращается в обратное положение и кран вновь начинает двигаться с малой заданной скоростью. При достижении первого уголка выключатель переключается в свое исходное положение, возвращая крану возможность перемешаться с его обычной скоростью. Данный тип концевого выключателя также используется, если требуется определенная скорость крана в определенных промежутках кранового пути.

В зависимости от назначения и мощности электродвигателя различают два вида концевой защиты: отключением главного тока или тока цепи управления.

Первый вид концевой защиты применяют при малой мощности двигателя или сравнительно редком срабатывании концевой защиты. Чаще всего прибегают к концевой защите отключением тока управления, так как при этом можно использовать концевые выключатели небольших габаритов, обеспечивающие защиту электродвигателей любой мощности.

Срабатывание концевой защиты не должно препятствовать включению электродвигателя в целях движения механизма в обратную сторону.

Завод кранов UNIQ CRANE.
С 2011 года производим краны.
Качественно, быстро и надёжно.

UNIQ CRANE – производственная компания с высокими стандартами. Мы предлагаем комплексные решения в области грузоподъёмного оборудования, начиная от разработки проектной документации и заканчивая сдачей кранов в эксплуатацию.