实现快速分闸的三工位机构
技术领域
本发明涉及一种气体绝缘开关设备,特别是涉及一种GIS开关设备的三工位机构。
背景技术
GIS(Gas insulated Switchgear)气体绝缘金属封闭开关设备,它将断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、等等设备都有机组合成一个整体。其优点是占地面积小,可靠性高,安全性强,维护工作量小,因此广泛应用于电力领域。
现有的全封闭组合电器的隔离、接地开关的操作机构多为两工位的电动机构,通过电机驱动丝杆和丝杆螺母连杆传动完成分、合操作,这样的机构存在丝杆螺母下杆后不容易上杆的缺陷,也不能同时操作三工位隔离、接地开关。而且这种机构还存在体积大、操作力大、零部件数量多等缺陷。
现有的三工位机构隔离位置和接地位置分合闸速度是同样的,而国内三相共箱式GIS向大电流方向发展时要求隔离位或接地位快速分闸。有的机构厂家用改变电机输出转速的方法来改变隔离位的分闸速度,但它不能从本质上解决问题,因为电机转速加快,分合闸速度都要快;而且电机速度加快后,机构到位要可靠稳定地停下会很困难。开关厂家限于机构的原因,在设计隔离开关和接地开关时对速度要求很高的机构只能将隔离开关和接地开关分开设置,因此这样就增加制造成本和增大占地面积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能够实现隔离开关快速分闸、并且接地开关和隔离开关合闸分闸速度不同的三工位机构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种实现快速分闸的三工位机构,包括箱罩以及位于箱罩内将该箱罩分为3个空间的前板、中间板和后板,其特征在于:
所述中间板和后板之间的空间内,两侧部位分别设有电机,电机底部的输出轴上带有电机齿轮,所述电机齿轮分别与两侧部位的小轴上的齿轮相匹配;
两侧部位上的两根小轴和两根蜗杆分别固定在中间板与前板之间,小轴的旋转运动分别通过两侧部位上的离合器装置传动至两侧各自的蜗杆,并且带动与两侧蜗杆分别相配合的左、右侧的蜗轮旋转,左侧的蜗轮与拐臂同轴安装在中间板与前板之间,右侧的蜗轮与曲柄同轴安装在中间板与前板之间;
驱动板通过驱动轴安装在中间板与前板之间,并且位于所述三工位机构的中轴线上,所述驱动板的左侧具有斜槽,所述拐臂上的销在所述斜槽内运动,所述驱动板的右侧具有一销与所述曲柄具有的让位缺口相匹配;
所述驱动板后方、所述中间板与后板之间的驱动轴上固定有一大齿轮,所述大齿轮与一小齿轮相啮合,所述小齿轮安装在输出轴上,并且在所述中间板与所述后板之间还安装有隔离开关合闸时压缩储能、隔离开关分闸时释放能量的弹簧储能装置。这样的三工位机构,不但能够实现隔离开关和接地开关的互锁功能,而且能够使隔离开关具有较快的合闸速度。
优选地,所述两侧部位上的小轴分别通过两侧的离合器座和定位座安装在所述中间板与前板之间,所述两侧的蜗杆分别通过两侧的轴承座与中间座安装在中间板与前板之间,并且所述轴承座、中间座、离合器座和定位座依次从上往下间隔排列。
优选地,为了使隔离开关和接地开关能在各自分合闸时都能有效地离合,所述离合器装置包括离合器套、位置识别板、螺杆、复位簧以及小拐臂,其中所述螺杆连接于所述中间座与所述离合器座之间,所述复位簧套于所述螺杆外侧,所述位置识别板为一折弯部件,其竖直部分位于所述蜗杆外侧并且具有两个上下间隔设置的调整螺钉,其横向部分插入在所述中间座与离合器座之间并与所述离合器套相固定,所述横向部分还供螺杆穿过,所述离合器套的上下部分别具有两条长槽,并且所述长槽内分别插入有位于离合器套上方的蜗杆上的销和位于所述离合器套下方的小轴上的销,所述小拐臂固定在所述中间板上,其一端与所述蜗轮上的两个间隔设置的销相配合,另一端与所述位置识别板上的两个上下间隔设置的调整螺钉相配合。
优选地,所述位置识别板的横向部分具有大缺口和大缺口两侧的孔,所述大缺口套入所述离合器套外表面的槽中并与所述离合器套相固定,所述孔中装有尼龙套,并且所述尼龙套中供螺杆穿过。
为了使所述离合器套能够顺利得脱出蜗杆和小轴,所述离合器套的一个端面为左旋凸轮,另一个端面为右旋凸轮。
为了使隔离开关在分闸时具有较快的并且不同于合闸时的速度,所述弹簧储能装置包括驱动轮、圆盘、导杆、弹簧座、压簧和两个滚轮,其中所述驱动轮和圆盘安装在所述输出轴上,所述圆盘为两个,分别位于所述驱动轮的前后两侧,所述圆盘上具有沿其圆周方向上的弧形槽,所述两个滚轮分别与弹簧座和导杆相连,与导杆相连的滚轮通过销固定在所述中间板和后板之间并且该销插入到圆盘的弧形槽中,所述与弹簧座相连的滚轮通过铜座套固定在中间板与后板之间,压簧套于所述弹簧座和导杆外侧,并且抵于两者之间,所述驱动轮上具有与所述导杆的一端相配合的缺口。
与现有技术相比,本发明的优点在于:该GIS开关设备在隔离开关合闸时,接地开关不动作,隔离开关在分闸位置时才能操作接地开关,使其合闸;接地开关合闸时,隔离开关不动作,接地开关在分闸位置时才能操作隔离开关合闸,达到隔离开关与接地开关的互锁功能。机构带有双向离合器,可以实现大角度调节角度和机械脱扣保护开关功能。并且本发明在操作隔离开关时,由于具有弹簧储能装置,能实现隔离开关或接地开关快速分闸,从而保护开关。
附图说明
图1为本发明的快速分闸三工位机构的俯视剖视图。
图2为本发明的沿图1中A-A线的剖视图。
图3为本发明的沿图1中B-B线的剖视图。
图4为本发明的沿图1中C-C线的剖视图。
图5为本发明的快速分闸三工位机构的运行状态示意图,其中图5a中接地开关合闸状态,图5b为隔离、接地开关开闸状态,图5c为隔离开关合闸状态。
1---后板 2---中间板 3---前板 4---输出轴 5---驱动轮 6---圆盘 7---销 8---滚轮 9---导杆 10---压簧 11---弹簧座 12---销 13---铜套座 14---滚轮 15---铜套座16---大齿轮17---小齿轮 18---驱动轴 19---驱动板 20---右蜗轮轴 21---左蜗轮轴22---曲柄 23---蜗轮 24---拐臂 25---轴承座 26---蜗杆 27---位置识别板 28---小拐臂 29---中间座 30---复位簧 31---传动销 32---尼龙套 33---离合器套 34---离合器座 35---齿轮 36---定位座 37---小轴 38---连锁板 39---定位销 40---座41---指示轴 42---指示器 43---小齿轮 44---继电器 45---电机 46---电机齿轮47---电机固定板 48---锥齿轮 49---螺杆轴 50---锥齿轮拐臂 51---磁吹开关 52---偏心轮 53---调节头 54---拉杆 55---座 56---锥齿轮 57---锥齿轮 58---杆 59---磁吹开关 60---盖板 61---小齿轮 62---辅助开关 63---箱罩 64---销 65---辅助开关安装板 66---销 67---销 68---螺杆 69---弧形槽
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
该三工位机构如图1-4所示,其内部结构是三夹板包裹形式,零部件安装在前板3、中间板2后板1之间。中间板2和后板1之间的空间内两侧部位上的电机45分别利用电机固定板47固定在后板1上,电机45输出轴上带有电机齿轮46,电机齿轮46与小轴37上带着的齿轮35配对使用,使小轴37作旋转运动。小轴37通过离合器座34、定位座36安装在中间板2与前板3之间,蜗杆26通过轴承座25、中间座29安装在中间板2与前板3之间,小轴37与蜗杆26各有一个传动销31,离合器套33下方具有的两个从离合器套33底部向离合器33中间延伸的长槽,小轴37上的传动销31插入到离合器套33下方的长槽中,离合器套33的上方也具有两个从离合器套33顶部向离合器套33中间延伸的长槽,蜗杆26上的传动销31也插入到离合器套33上的长槽中,由于长槽限制了传动销31的左右位置,小轴37的旋转运动通过离合器套33传到蜗杆26作旋转运动。左、右两个蜗轮23相对于蜗杆26更靠近中轴线,左侧的蜗轮23与拐臂24通过左蜗轮轴21安装在中间板2和前板3之间,右侧的蜗轮23与曲柄22通过右蜗轮轴20安装在中间板2和前板3之间,蜗杆26的旋转运动通过蜗轮23使拐臂24和曲柄22分别作垂直于蜗杆运动的相反运动。驱动板19布置在中轴线上,它通过驱动轴18安装在中间板2与前板3之间,拐臂24上安装的销64在驱动板19左侧的斜槽内运动并将拐臂24的运动转换为驱动轴18的相反运动,另一边曲柄22的运动通过驱动板19上安装的销66转换为驱动轴18作相反运动。
该三工位机构在中间板2与前板3之间的两边各有一套离合器装置,它由离合器套33、位置识别板27、螺杆68、尼龙套32、复位簧30、小拐臂28组成。螺杆68固定在中间座29与离合器座34之间,复位簧30、尼龙套32通过螺杆68安装在中间座29与离合器座34之间。所述位置识别板27为一弯折部件,其中竖直部分位于所述蜗杆26与小轴37的外侧,横向部分位于所述中间座29与离合器座34之间。并且所述位置识别板27竖直部分的外侧具有两个上下间隔布置的调整螺钉。位置识别板27的横向部分上具有一大缺口以及两侧的小孔,所述位置识别板27的横向部分的大缺口嵌入离合器套33的槽内并且与离合器套33相固定,尼龙套32放进位置识别板27孔里,该尼龙套32内供螺杆68穿过。该复位簧30分为两段,一段抵于所述中间座29与位置识别板27横向部分的上表面之间,另一段抵于位置识别板27横向部分的下表面和离合器座34之间。小拐臂28通过螺钉销安装在中间板2上,小拐臂28的一端位于所述位置识别板27的上下两个调整螺钉之间与调整螺钉相匹配,另一端位于蜗轮23上的两个间隔的销67之间,与销67相匹配。拐臂24、曲柄22的旋转运动通过销67和小拐臂28转变成位置识别板27的直线运动,位置识别板27的缺口上套有离合器套33,离合器套33的一个端面为右旋凸轮,一个端面为左旋凸轮,对于左侧的接地开关,其离合器套33的上端面为右旋凸轮,下端面为左旋凸轮,对于右侧的隔离开关,其离合器套33的上端面为左旋凸轮,下端面为右旋凸轮,离合器33套这样的设置可用于离合时分离小轴37和离合器套33。当位置识别板27带着离合器套33向上或者向下运动时,小轴37或者蜗杆26上的传动销31就会脱离开离合器套33底部或者上部的长槽,小轴37上的传动销31或蜗杆26上的传动销31就会脱开离合器套33,达到离合的效果;当外力去除后,位置识别板27和离合器套33在复位簧30的复位力作用下,恢复原状。
为了配合开关角度、隔离位分闸速度要求,机构在后板1与中间板2之间安排了一定传动比的大齿轮16和小齿轮17,并且安装了弹簧储能装置。所述大齿轮16安装在驱动轴18上,小齿轮17安装在输出轴4上,并且大齿轮16与小齿轮17相啮合。如图4所示,该弹簧储能装置包括固定压簧10用的导杆9、滚轮8、弹簧座11和滚轮14,圆盘6和驱动轮5,滚轮8通过销7、弹簧座11通过销12、滚轮14通过铜套座13、铜套座15安装在后板1与中间板2之间。压簧10套于导杆9和弹簧座11外侧并且抵于导杆9和弹簧座11之间,滚轮8与导杆9的一端相连接使导杆9可随着滚轮8转动,弹簧座11与滚轮14相连接可随着滚轮14转动。所述圆盘6分别位于驱动轮5的前后两侧,圆盘6上具有延其圆周方向延伸的弧形槽69,滚轮8上的销7从两个圆盘6的弧形槽69处穿过,输出轴4上有一长平键槽,圆盘6、驱动轮5、小齿轮17通过输出轴4安装在后板1与中间板2之间。驱动轴18作的运动通过大齿轮16与小齿轮17传递给输出轴4,输出轴4作输出运动的同时,通过圆盘6上的弧形槽69给滚轮8上的销7施加作用力,并且驱动轮5上具有缺口与所述导杆9的一端相配合相抵,在隔离位合闸时给压簧10储能,隔离位分闸时输出轴4带动驱动轮5拨动导杆9,压簧10快速释放能量,通过销7与圆盘6带动输出轴4快速运动,从而达到隔离位分闸速度要求。
在前板3和中间板2之间,还具有磁吹开关51,偏心轮52,调节头53,拉杆54,座55,锥齿轮56,锥齿轮57,杆58,磁吹开关59,盖板60,小齿轮61和辅助开关62。这些零件的配置为该领域的常规配置,在此不做赘述。
三工位机构的动作原理:图5b为接地开关、隔离开关处于分闸位置时机构的状态图,图5a为接地开关处于合闸时机构的状态图,图5c为隔离开关处于合闸时机构的状态图,在实际应用当中,可根据使用位置,将机构镜像。也就是说,两边都能操作接地开关和隔离开关。图5b中,销64处在驱动板19斜槽下槽边顶点上端,销66与曲柄22的缺口下缺口边紧靠,驱动板不能转动了,这种状态是接地开关与隔离开关同时处于分闸状态的情况。具体的分合闸运动描述如下:
1、接地开关的合闸运动:左边的电机45通电,使电机齿轮46作逆时针方向运动时,拐臂24以左蜗轮轴21为轴心作顺时针运动,当运动至驱动板19的斜槽下槽边时,销64会滑入驱动板19的斜槽中,销64对驱动板19有力的作用,随着拐臂24的向下运动,驱动驱动板19与联接在其上的驱动轴18、大齿轮16作逆时针的旋转运动,大齿轮16带动与之啮合的小齿轮17和输出轴4作顺时针的运动,输出轴4的运动带动接地开关作合闸运动,同时也带动圆盘6和驱动轮5作顺时针运动。圆盘6和驱动轮5的运动是在销7不接触圆盘6的弧形槽69的端面和驱动轮5碰不到导杆9的情况下运动,因此接地开关的合闸运动是不带动弹簧储能的运动。当运动到如5a所示状态时,此时装在拐臂24上的销67带着小拐臂28顶在位置识别板27下方的调整螺钉上,小拐臂28作逆时针运动,推动位置识别板27向下运动,位置识别板27向下运动带动离合器套33向下运动,使离合器套33脱开蜗杆26上的传动销31,小轴37的旋转运动不能传递到蜗杆26上了,蜗杆26不再转动,驱动板19运动被销64限制,与此时限位开关切换给电机断电,合闸完成。
2、接地开关的分闸运动:左边的电机45通电,使电机齿轮46作顺时针方向运动时,拐臂24以左蜗轮轴21为轴心作逆时针运动,销64对驱动板19有力的作用,使驱动板19作顺时针方向的旋转运动,随着拐臂24的向上运动,驱动驱动板19与联接在其上的驱动轴18、大齿轮16作顺时针的旋转运动,大齿轮16带动与之啮合的小齿轮17和输出轴4作逆时针的运动,输出轴4的运动带动接地开关作分闸运动,当运动到如图5b所示状态时,拐臂24上的销67带动小拐臂28顶在位置识别板的位置识别27上方的调整螺钉上,小拐臂28顺时针运动时,推动位置识别板27向上运动,进而位置识别板27带动离合器套33向上运动,使离合器套33脱开小轴37上的传动销31,小轴37的旋转运动不能传递到蜗杆26上了,蜗杆26不再转动,驱动板19被销和曲柄22限制,与此时限位开关切换给电机断电,分闸完成。
3、隔离开关的合闸运动:右边的电机45通电,使电机齿轮46作顺时针方向运动时,曲柄22以右蜗轮轴20为轴心作逆时针运动,当运动至曲柄22上缺口边与驱动板19的销66接触时,曲柄22对驱动板19有力的作用,随着曲柄22的逆时针运动,驱动驱动板19与联接在其上的驱动轴18、大齿轮16作顺时针的旋转运动,大齿轮16带动与之啮合的小齿轮17和输出轴4作逆时针的运动,输出轴4的运动带动隔离开关作合闸运动,同时也带动圆盘6和驱动轮5作逆时针运动。圆盘6弧形槽69的弧面接触销7带动压簧10压缩储能,由于驱动轮5有让位缺口,隔离开关合闸运动时驱动轮5碰不到导杆9,因此隔离开关的合闸运动带弹簧储能的运动。当运动到如图5c所示状态时,此时装在曲柄22上的销67带着小拐臂28顶在位置识别板27的下方的调整螺钉上,小拐臂28作顺时针运动,推动位置识别板27向下运动,位置识别板27向下运动带动离合器套33向下运动,使离合器套33脱开蜗杆26上的传动销31,小轴37的旋转运动不能传递到蜗杆26上,蜗杆26不再转动,驱动板19运动被销66限制,与此时限位开关切换给电机断电,合闸完成。
4、隔离开关的分闸运动:右边的电机45通电,使电机齿轮46作逆时针方向运动时,曲柄22以右蜗轮轴20为轴心作顺时针运动,曲柄22对驱动板19有力的作用,使驱动板19作逆时针方向的旋转运动,随着曲柄22的向上顺时针运动,驱动驱动板19与联接在其上的驱动轴18、大齿轮16作逆时针的旋转运动,大齿轮16带动与之啮合的小齿轮17和输出轴4作顺时针的运动,输出轴的运动带动隔离开关作分闸运动,输出轴的运动同时也带动圆盘6和驱动轮5作顺时针运动,此时驱动轮5的运动会使导杆9沿着圆盘6的弧形槽69弧面作顺时针运动。当运动到销7、销12、输出轴4成一线时,压簧10释放能量带动右侧的蜗轮23转动进而带动输出轴4快速运动,由于曲柄22为U型,中间具有让位缺口,输出轴4运动快速运动不会带动曲柄22转动,进而也不会带动电机45运动。当运动到如图5b所示状态时,销7被圆盘6上的弧形槽69约束,如图3所示,曲柄22上的销67带动小拐臂28顶在位置识别板27的上方的调整螺钉上,曲柄22顺时针运动时进而带动小拐臂28作逆时针运动,推动位置识别板27向上运动,位置识别板27向上运动带动离合器套33向上运动,使离合器套33脱开小轴37上的传动销31,小轴37的旋转运动不能传递到蜗杆26上,蜗杆26不再转动,圆盘6也不再转动,驱动板19被销66和曲柄22限制,与此时限位开关切换给电机断电,分闸完成。
5、手动操作:用一摇把摇动左侧或右侧的小轴37使其作顺时针或逆时针运动,带动相应的蜗杆26作顺时针或逆时针运动,使拐臂24或曲柄22运动,从而驱动驱动板作逆时针或顺时针运动,达到输出轴输出一个固定角度后,通过位置识别板的上下移动,推开离合器套33使其与其中一个传动销31脱开,达到脱开传动,中止传动的效果。
因此,该三工位机构,能够在隔离开关合闸时无法操作接地开关,在接地开关合闸时无法操作隔离开关,实现隔离开关和接地开关的互相自锁性能,并且由于弹簧储能机构,使得隔离开关在合闸时储能弹簧,在分闸时具有较快的分闸速度,进而保护开关。并且该机构中采用的离合装置,使得在分闸和合闸时都能顺利平稳地离合,使开关具有更好的性能。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例,但是应该清楚地理解,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。