CN101086931A - 面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构 - Google Patents

Abstract

面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构，包括电机、变速器、动力传动装置、分、合闸碟簧储能部件，凸轮安装在电机及变速器的输出轴上，并与安装在扇形拐臂圆柱形滚轮相接触，扇形拐臂另一端安装驱动爪，其爪尖成半圆状，主动轮的轮齿也成半圆状，相互啮合成面接触。主动轮安有圆柱形销轴，其位于分合闸连杆的中间槽型缺口中又处于合闸连板的中间槽型缺口中，组成了滑动四连杆离合结构，本发明结构新颖、独到且又科学，设计合理、采用了面接触关节式高载荷储能系统及滑动四连杆强动力离合技术和具有高能量密度的碟形弹簧作储能元件，获得9000焦耳操作功，适宜安装在252KV至363KV的高压断路器上。独家采用带销轴的分闸制子减少了能量耗损和冲击力。

Description

面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构

(一)技术领域

本发明涉及一种电路断路器的操动机构，具体是涉及具有较大操作功的高压电路断路器的面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构。

(二)背景技术

断路器是高压输变电回路中的一个主要设备，而用来使断路器合闸与分闸的操动机构也是必不可少的重要配套设备。目前我国高压输变电行业中普遍采用的六氟化硫断路器并与其配用的操动机构大致分为四种类型，即气动机构、液压操动机构、碟簧储能液压操动机构和弹簧操动机构，前三个操动机构虽然能在较高电压和较大电流的回路中工作，但存在着漏气漏油现象，预储能量的逸失需要不断的补充和维护，尤其是液压机构在失压状态下，潜有慢分的致命危险。因此电力用户和开关行业一致认为弹簧操动机构最为可靠，然而现有的弹簧机构虽然没有前三种操动机构的缺陷和问题，但其不足的是不能在252KV以上的高压回路上使用，目前国产的弹簧操动机构只能应用在126KV的高压线路中，且其操作功最大仅为3.8千焦尔，即使国外几个知名度较大的电力生产公司像ABB公司、法国的阿尔斯通公司、日本的三菱公司生产的操动机构的操作功分别为4.8千焦尔、5千焦尔和4.7千焦尔，而他们生产的操动机构和断路器为分体式结构，且不可单独操作。阿尔斯通公司生产的操动机构最大操作功也不过为5千焦尔。而随着科学技术的突飞猛进，电力行业急切希望拥有既能保证在252KV以上的高压回路安全送电又具有更大操作功的操动机构。

(三)发明内容

本发明是为了解决目前操动机构存在的缺欠与不足而提供一种能达到9千焦尔操作功并适宜在电压252KV、363KV，电流在40KA的高压回路使用的面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构。

采用的技术方案是：

面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构，包括机箱及装在里面的电机、变速器、动力传动装置、分闸部件、合闸部件、分、合闸碟簧储能部件，凸轮安装在电机及变速器的输出轴上，其结构要点是：

所述的动力传动装置包括主动轮、滑动四连杆，凸轮与安装在扇形拐臂一端的圆柱形滚轮相接触，扇形拐臂由销轴定位，扇形拐臂另一端安装驱动爪，且驱动瓜的爪尖部制成半圆弧状，主动轮的轮齿也制成半圆弧状，正好与驱动爪的爪尖部相啮合形成了面接触，这与线接触操动过程中的功耗相比极其明显的减少了。主动轮上安有与主动轮共体的圆柱形销轴，且圆柱形销轴既位于在分合闸连杆的中间槽型缺口中又处于合闸连板的中间槽型缺口中，圆柱形销轴能分别在分合闸连杆和合闸连板的中间槽型缺口中滑动，分合闸连杆的上部与传动拐臂相连结，组成了滑动四连杆离合结构，主动轮的转动带动滑动四连杆动作，进而可按指令完成合闸或分闸的操作。因柱形圆轮为面接触又是滑动减少阻尼这使整个断路器操动机构面接触式动力传动装置的操动功得以增加。

所述的分闸部件，包括分闸半轴、分闸连板、滑动轴销、拉簧，分闸制子由销轴定位并在轴部安有复位扭簧，分闸制子的前端面一半为弧形，旁边安有分闸半轴，分闸半轴的槽面对着分闸制子的前端弧面时，分闸制子可以切入分闸半轴的槽面中，分闸制子的前端面另一半有一120°圆弧缺口，恰好与分闸连板下端的柱形圆轮相扣住，分闸连板的上端与传动拐臂相连结。在分闸制子的底面下方有一个固定销子，销子上安装两条拉簧，拉簧的另一头安有一个圆柱形的滑动轴销，滑动轴销在合闸保持状态时是顶住分闸制子前端，使分闸制子不能转动，滑动轴销可在一个专设的槽中移动，移动到槽的另一端头时滑动轴销卡住分闸制子前端面120°圆弧缺口中，使分闸制子又不能自行归位，这种制动机构灵活稳妥可靠。

所述的合闸部件，包括合闸半轴、合闸连板、分闸碟式弹簧，主动轮的左侧安有合闸制子，合闸制子由销轴定位并在轴部安装了扭簧，合闸制子的一个侧面被合闸半轴的柱面卡住而不能转动，合闸制子的另一侧面有一近120°弧形缺口，正与合闸保持制子上的小柱轮相扣合，在合闸保持制子上小柱轮的对侧面有一近120°的圆弧形缺口与主动轮共体的圆柱形销轴相扣合，合闸保持制子的末端处由一销轴定位。当合闸制子进入半轴的槽形缺口中，这时合闸制子释放了合闸保持制子，合闸保持制子释放了主动轮上的圆柱形销轴。

所述的分合闸碟簧储能部件包括分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件，分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件在外形上基本相同，分、合闸碟式弹簧组件由碟式簧片组合连接而成为分、合闸碟式弹簧，在分、合闸碟式弹簧的前端面连结一个筒形的前壳体，分、合闸碟式弹簧的中心部位形成了缸体内腔，分、合闸碟式弹簧内部的连杆就处于前壳体与缸体内腔中，内部的连杆的前端通过筒形的前壳体与碟式弹簧前端面连结，内部的连杆的末端分别固定在操动装置的分、合闸连板上，分、合闸碟簧的后端固定在机箱的壳体上。

本发明结构新颖、独到极富科学性，由于采用了面接触关节式高载荷储能系统及滑动四连杆强动力离合技术及具有高能量密度的碟形弹簧作储能元件，不仅储能密度高，而且力特性也稳定，获得了较大的操作功，可抵抗压气缸灭弧后期的高压力，特别是能满足单压式灭弧开关对分闸簧释放后期仍需提供较高动力的要求，合闸的操动功接近9000焦尔，是国内外操动功最大的弹簧操动机构，适宜安装在252KV至363KV的高压断路器上，操作功加大还可以安装在550KV断路器上。整机主要技术参数为：

(1)合闸操作功8700J，为国内外同类机构中最大的；

(2)分闸操作功5500J，为国内外同类机构中最大的：

(3)额定工作顺序0-0.3S-CO-180S-CO：

(4)分闸受电至输出轴始转时间≤18ms；

(5)合闸受电至输出轴始转时间≤20ms；

(6)具有空合保护功能；

(7)可水平或垂直安装，这是同类机构所不具备的；

(8)分合闸弹簧与主机一体，这是同类机构所不具备的。

本发明设计合理，结构简单，实现了小型化，能自由滑动的四连杆机构及面接触的动力传动装置的采用，使各环节受力均衡，增加承载能力，减少了能量耗损和冲击力，独家采用带销轴的分闸制子使分合闸操作更为灵敏可靠。

本发明所用的部件少且安装紧凑，整体布局为对称式主体结构，充分发挥轴件效能，避免了轴件受扭曲，维护简单，调试方便。

(四)附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2是图1中的传动装置部分示意图。

(五)具体实施方式

实施例

如图1-2所示，面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构，包括机箱30及装在里面的电机27、变速器28、动力传动装置31、合闸部件、分闸部件、分合闸碟簧储能部件、合分闸缓冲器，将凸轮1安装在电机27及变速器28的输出轴上，且凸轮1与安装在扇形拐臂2一端的圆柱形滚轮3相接触，扇形拐臂2由销轴4定位，扇形拐臂2另一端安装驱动爪5，驱动爪5的爪尖部制成半圆弧状，主动轮6的轮齿也制成半圆弧状，正好与驱动爪5的爪尖部相啮合，主动轮6上安有与主动轮6共体的圆柱形销轴9，且圆柱形销轴9既位于在分合闸连杆7的中间槽型缺口中又处于合闸连板8的中间槽型缺口中，圆柱形销轴9能分别在分合闸连杆7和合闸连板8的中间槽型缺口中滑动，分合闸连杆7的上部与传动拐臂10相连结，组成了滑动四连杆离合结构，主动轮6的转动带动滑动四连杆动作，进而可按指令完成合闸或分闸的操作。

安装分闸部件，包括分闸制子15、分闸半轴16、分闸连板14、滑动轴销17、拉簧18，分闸制子15由销轴定位并在轴部安有复位扭簧，分闸制子15的前端面一半制成为弧形，并旁边安有分闸半轴16，分闸半轴16的槽而对着分闸制子15的前端弧面时，分闸制子15可以切入分闸半轴16的槽面中，分闸制子15的前端面另一半制成有120 °圆弧缺口，恰好与分闸连板14下端安设的柱形圆轮19相扣住，分闸连板14的上端与传动拐臂10相连结。

在分闸制子15的底面下方安有一个固定销子20，固定销子20上安装两条拉簧18，拉簧18的另一头安有一个圆柱形的滑动轴销17，滑动轴销17在合闸保持状态时是顶住分闸制子15正前端，使分闸制子稳固，滑动轴销17可在一个专设的槽21中移动，移动到槽的另一端头时滑动轴销17卡住分闸制子15前端面120°圆弧缺口中，使分闸制子15不能自行归位。

安装合闸部件，包括合闸半轴16、合闸连板8、合闸制子13、合闸保持制子11，在主动轮6的左侧安有合闸制子13，合闸制子13由销轴定位并在轴部安装了扭簧，合闸制子13的一个侧面被合闸半轴12的柱面卡住而不能转动，合闸制子13的另一侧面有一近120°弧形缺口，正与合闸保持制子11上安有的小柱轮29相扣合，在合闸保持制子11上小柱轮29的对侧面制成一近120°的圆弧形缺口与主动轮6共体的圆柱形销轴9相扣合，合闸保持制子11的未端处安设一销轴定位。当合闸制子13进入合闸半轴12的槽形缺口中，这时合闸制子13释放了合闸保持制子11，合闸保持制子11释放了主动轮6上的圆柱形销轴9。

安装分合闸碟簧储能部件，包括分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件，分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件在外形结构基本相同，分、合闸碟式弹簧组件由碟式簧片组合连接而成为分闸碟式弹簧22、合闸碟式弹簧23，分、合闸碟式弹簧22、23的前端面连结一个筒形的前壳体25，分、合闸碟式弹簧22、23的中心部位形成了缸体内腔24，分、合闸碟式弹簧22、23的内部连杆26就处于前壳体25与缸体内腔24中，内部连杆26的前端通过筒形的前壳体25与分、合闸碟式弹簧22、23前端面连结，内部连杆26的末端分别固定在动力传动装置31的分闸连板14和合闸连板8上，分、合闸碟式弹簧22、23的后端固定在机箱30的壳体上。

工作原理

机构储能

减速器输出轴带动凸轮1旋转，推动由扇形拐臂2和驱动爪5及扭簧组成的关节爪。凸轮1旋转一周面接触的驱动爪5推动主动轮6转动一个齿距，和主动轮6共体的圆柱形销轴9拉动合闸连板8给合闸碟簧储能，当主动轮6旋转到图1上位置时圆柱形销轴9被合闸保持制子11卡住，完成了合闸碟式弹簧23储能动作。

合闸操作

合闸电磁铁受电推动杠杆带动合闸半轴12旋转，释放合闸制子13，同时也释放了合闸保持制子11，主动轮6通过圆柱形销轴9推动合闸连板8向上运动，分合闸连杆7使传动拐臂10逆时针转动，同时推动分闸连板14，给分闸碟式弹簧22储能。当主动轮6旋转到90°时，分闸连板14被分闸制子15锁住完成了合闸动作。主动轮6继续旋转时圆柱形销轴9沿合闸连板8的槽形缺口向下滑动，带动滑动四连杆随主动轮6旋转180°以后，又开始给合闸碟式弹簧23重新储能。

分闸操作

分闸电磁铁受电推动杠杆，带动分闸半轴16转动，释放分闸制子1 5和分闸连板14，分闸簧推动传动拐臂10顺时针转动，带动滑动四连杆动作直到合闸连板8被圆柱形销轴9卡住停止运动完成分闸操作。

Claims (1)

1、面接触式滑动四连杆传动的碟簧储能操动机构，包括机箱(30)及装在里面的电机(27)、变速器(28)、动力传动装置(31)、合闸部件、分闸部件、分合闸碟簧储能部件，凸轮(1)安装在电机(27)及变速器(28)的输出轴上，其特征在于：

A、所述的动力传动装置(31)，包括主动轮(6)、滑动四连杆，凸轮(1)与安装在扇形拐臂(2)一端的圆柱形滚轮(3)相接触，扇形拐臂(2)由销轴(4)定位，扇形拐臂(2)还有一端安装驱动爪(5)，且驱动爪(5)的爪尖部制成半圆弧状，主动轮(6)的轮齿也制成半圆弧状，正好与驱动爪(5)的爪尖部相啮合，主动轮(6)上安有与主动轮(6)共体的圆柱形销轴(9)且圆柱形销轴(9)既位于在分合闸连杆(7)的中间槽型缺口中又处于合闸连板(8)的中间槽型缺口中，圆柱形销轴(9)能分别在分合闸连杆(7)和合闸连板(8)的中间槽型缺口中滑动，分合闸连杆(7)的上部与传动拐臂(10)相连结，组成了滑动四连杆离合结构；

B、所述的分闸部件，包括分闸制子(15)、分闸半轴(16)、分闸连板(14)、滑动轴销(17)、拉簧(18)，分闸制子(15)由销轴定位并在轴部安有复位扭簧，分闸制子(15)的前端面一半为弧形，旁边安有分闸半轴(16)，分闸制子(15)的前端面另一半有120°圆弧缺口，恰好与分闸连板(14)下端安装的柱形圆轮(19)相扣住，分闸连板(14)的上端与传动拐臂(10)相连结；在分闸制子(15)的底面下方有一个固定销子(20)，固定销子(20)上安装两条拉簧(18)，拉簧(18)的另一头安有一个圆柱形的滑动轴销(17)，滑动轴销(17)在合闸保持状态时是顶住分闸制子(15)前端，滑动轴销(17)可在一个专设的槽(21)中移动，移动到槽的另一端头时滑动轴销(17)卡住分闸制子(15)的前端面120°圆弧缺口中，使分闸制子(15)不能自行归位；

C、所述的合闸部件，包括合闸半轴(16)、合闸连板(8)、分闸碟式弹簧(22)，主动轮(6)的左侧安有合闸制子(13)，合闸制子(13)由销轴定位并在轴部安装了扭簧，合闸制子(13)的一个侧面被合闸半轴(12)的柱面卡住而不能转动，合闸制子(13)的另一侧面有一近120°弧形缺口，正与合闸保持制子(11)上的小柱轮(29)相扣合，在合闸保持制子(11)上小柱轮(29)的对侧面有一近120°的圆弧形缺口与主动轮(6)共体的圆柱形销轴(9)相扣合，合闸保持制子(11)的末端处由一销轴定位；当合闸制子(13)进入合闸半轴(12)的槽形缺口中，这时合闸制子(13)释放了合闸保持制子(11)，合闸保持制子(11)释放了主动轮(6)上的圆柱形销轴(9)；

D、所述的分、合闸碟簧储能部件，包括分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件，分闸碟式弹簧组件和合闸碟式弹簧组件在外形与结构基本相同，分、合闸碟式弹簧组件由碟式簧片组合连接而成为分闸碟式弹簧(22)、合闸碟式弹簧(23)，分、合闸碟式弹簧(22)、(23)的前端面连结一个筒形的前壳体(25)，分、合闸碟式弹簧(22)、(23)的中心部位形成了缸体内腔(24)，分、合闸碟式弹簧(22)、(23)的内部连杆(26)就处于前壳体(25)与缸体内腔(24)中，内部连杆(26)的前端通过筒形的前壳体(25)与分、合闸碟式弹簧(22)、(23)前端面连结，内部连杆(26)的末端分别固定在动力传动装置(31)的分闸连板(14)和合闸连板(8)上，分、合闸碟式弹簧(22)、(23)的后端固定在机箱(30)的壳体上。

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