CN104078273B - 涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，由方形定位主轴以及套装在主轴上的涡卷弹簧筒、涡卷弹簧、涡卷弹簧内套、盖板、左右侧保持拐臂、滑道盘等组成，主轴和涡卷弹簧筒构成同轴同心的主支撑件，主轴由左右侧保持拐臂及与其对应的锁定装置控制转动或锁止；在滑道盘的螺旋轨道槽上设有从动滑块，在垂直于从动滑块的上方设置有可随从动滑块上下运动的推杆，推杆上设有与储能系统的离合联锁装置进行储能控制信号传递的连接点。本发明解决了涡卷弹簧储能驱动断路器分/合闸操作正反向运动的角位控制的难题，具有结构及空间布置紧凑、制造成本低、角位控制精准、安装调试方便等优点，大大提高了设备运行的可靠性。

Description

涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置

技术领域

本发明属于高压电气设备技术领域，涉及一种适合于涡卷弹簧储能驱动、供断路器分/合闸操作以及正/反向运动两用的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置。

背景技术

目前本领域现有弹簧操动机构大多均为螺旋式压力弹簧或拉力弹簧的储能结构形式，它们的储能系统的定位控制为线性运动方式，尽管现有不少操动机构也使用涡卷弹簧储能结构，但只能用于单向的合闸驱动操作，对于反向的分闸驱动操作，必须附加辅助的螺旋式弹簧或另置一组反向储能的涡卷弹簧，才能保证开关的分/合闸操作正/反向驱动的功能要求，因此控制装置必需采用多个四连杆、五连杆变直变向机构，结构比较复杂，兼之其控制装置与储能弹簧为两套反向分立单一功能输出布置方式，存在着占用空间大、合闸储能必须克服分闸储能反力、人为调整因素多、机械效率低、运行可靠性较差等不足，由此也制约了性能优越的涡卷弹簧机构的发展应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，进而提供一种结构简单、定位精准巧妙、成本低、装配调试方便、机械效率和运行可靠性高的涡卷弹簧操动机构储能系统转角定位控制装置。

为实现上述发明目的而提供的涡卷弹簧操动机构储能系统转角定位控制装置是一种可在涡卷弹簧旋转360°储能和360°内分区段释能的过程中，巧妙利用与涡卷弹簧中心同轴套装的滑道盘螺旋曲线旋转角度和旋转轨迹的变化来实现精准定位，从而达到控制储能系统的机械与电气联锁作用的装置。它由设置于机箱内的方形定位主轴、涡卷弹簧筒、涡卷弹簧、涡卷弹簧内套、外圆上带有弧形定位凸台的盖板、左右侧保持(角位锁止)拐臂、滑道盘及其从动滑块和推杆组成，主轴和涡卷弹簧筒构成同轴同心的主支撑件，主轴由套装定位在其上的左右侧保持拐臂及与其对应的锁定装置控制转动或锁止；左侧保持拐臂、涡卷弹簧筒、涡卷弹簧、涡卷弹簧内套、盖板、滑道盘及右侧保持拐臂从左至右依次套装在主轴上，其中涡卷弹簧筒左端法兰中心孔和盖板中心孔与主轴对角线外圆为转动套装连接，左右侧保持拐臂、涡卷弹簧内套及滑道盘与主轴为固定套装连接；涡卷弹簧内套及带有内外钩的涡卷弹簧装在涡卷弹簧筒内，在涡卷弹簧筒侧壁上开有一处用于固定涡卷弹簧外钩的沟槽及供从动滑块做径向运动的缺口，在涡卷弹簧筒位于该沟槽及缺口的对称侧筒壁处开设有用于固定盖板弧形定位凸台的沟槽，在涡卷弹簧筒外壁上还开有用于固定涡卷弹簧内钩的沟槽；滑道盘上设置有通至涡卷弹簧筒内的具有等圆面设计的凸起的螺旋轨道，在盖板上设有与滑道盘上螺旋形凸起轨道对合的开口式U形槽，从动滑块的滑动开口自由滑动骑置在滑道盘凸起的轨道上并可运动于该轨道与盖板构成的U型定位槽内，推杆由涡卷弹簧筒和盖板上开口插入并垂直对应安装在从动滑块的上方，且可在一副安装在盖板上部的复位弹簧的作用下随从动滑块上下运动，推杆上设有与储能系统的离合联锁装置进行储能控制信号传递的连接点；对应主轴左右两侧的机箱上部分别设有与左右侧保持拐臂相搭接的锁定装置，所说的锁定装置均由与保持拐臂对应搭接且安装于机箱上部的可转动的掣子和可旋转的脱扣半轴构成；当涡卷弹簧释能，一侧保持拐臂随主轴旋转到一个设定的角位时，该保持拐臂即被对应的掣子的后端搭接，而掣子的前端与脱扣半轴扣接，使主轴被该侧的保持拐臂与锁定装置锁止，涡卷弹簧停止释能；解除锁止(脱扣)后，涡卷弹簧再次释能；同样主轴旋转到另一设定的角位时，被另一侧保持拐臂与锁定装置锁止。

本发明的技术解决方案还在于：该装置的主支撑件主轴及其套装在其上的左右侧保持拐臂、滑道盘和主支撑件涡卷弹簧筒以及涡卷弹簧、涡卷弹簧内套、盖板均为同心同轴的结构布置方式，两个主支撑件各自具有静止锁定装置，且两者之间均在一者处于锁定静止状态，另一者在被解除锁定下，分别按顺时针做相对旋转运动，实现对涡卷弹簧的360°储能或360°内分区段的释能，完成对被驱动断路器分/合闸的标准循环操作。

本发明的技术解决方案还在于：对应主轴左右两侧的机箱上部所设的与左右侧保持拐臂相搭接的锁定装置分别准确对应控制涡卷弹簧360°内分区段150°和210°角位的释能驱动。

本发明的技术解决方案还在于：该装置于涡卷弹簧筒内的涡卷弹簧旋转360°储能和360°内分区段释能的过程中，利用滑道盘旋转角度和螺旋轨迹的变化来实现滑块的定位，从而控制储能系统的机械与电气联锁。

本发明的技术解决方案还在于：滑道盘螺旋轨迹的设定在与双轨迹槽凸轮驱动断路器分、合闸操作循环特性及旋转角位控制上是同心同轴并刚性精准对应的，从动滑块与提升推杆均受其约束控制。具体结构中，滑道盘采用一体式双轨迹槽凸轮的左向滑道盘。

本发明的技术解决方案还在于：具有开口式U形槽的盖板和具有螺旋形凸起轨道的滑道盘在轴向宽度和径向深度区域内，构成滑块既做旋转运动又做径向直线运动的一体双轨迹复合结构的固有运动空间。

实际工作中，该装置在储能过程时，主轴、涡卷弹簧轴套及滑道盘由于主轴左侧的保持拐臂被对应掣子的后端搭接，而掣子的前端与主轴左上侧的脱扣半轴扣接，使主轴被保持拐臂与锁定装置锁止而保持静止，储能系统驱动涡卷弹簧筒顺时针旋转360°，即涡卷弹簧储能(卷紧)一圈，滑块随着盖板旋转的同时沿着滑道盘上的螺旋轨道的升程变化，被下移到涡卷弹簧筒内，推杆也对应下落到涡卷弹簧筒的缺口内，这时推杆带动储能离合联锁系统并切换电气接点，致使电机停止运转，储能完毕。断路器分闸操作时，涡卷弹簧筒和盖板由于涡卷弹簧筒被锁止而保持静止，主轴左上侧的脱扣半轴在一电磁铁脱扣器的拉动下，轻松旋转，即解除此脱扣半轴与掣子的扣接以及掣子与右侧保持拐臂的搭接，主轴被保持拐臂与锁定装置解锁，涡卷弹簧再次释能，涡卷弹簧按设定角度释能(放松)小半圈，带动主轴、左右侧保持拐臂及滑道盘顺时针旋转到设定的150°角位时，右侧保持拐臂被对应掣子的后端搭接，而掣子的前端与脱扣半轴扣接，使主轴被右侧保持拐臂和锁定装置锁止，同时由于滑道盘螺旋轨道的等圆面设计，使升程没有变化，滑块、推杆均保持相对位置静止不动，亦不驱动储能离合联锁系统，使涡卷弹簧继续保持在储能状态。断路器合闸操作时，涡卷弹簧筒和盖板继续保持静止，主轴右上侧的脱扣半轴在一电磁铁脱扣器的拉动下，轻松旋转，解除了脱扣半轴与掣子的扣接以及掣子与保持拐臂的搭接，主轴被右侧保持拐臂与锁定装置解锁，涡卷弹簧再次按设定角度释能(放松)大半圈，带动主轴、左右侧保持拐臂及滑道盘再做顺时针旋转到设定的210°角位，左侧保持拐臂又被对应掣子的后端搭接，而掣子的前端则与脱扣半轴扣接，使主轴被左侧保持拐臂与锁定装置锁止，同时从动滑块随着滑道盘螺旋轨道脱离等圆面的升程变化被上移到涡卷弹簧筒的缺口顶部，在从动滑块端头的推动下，推杆也被提升至涡卷弹簧筒的缺口外，推杆带动储能离合联锁系统并接通电气接点，重新启动电机，自动重复完成储能过程。涡卷弹簧每次储能后，可驱动断路器进行一个标准循环的分、合闸操作。每一个合闸操作后，即自动启动储能的机械/电气程序控制。

与现有技术相比，涡卷弹簧操动机构内在装设了本发明所述的储能系统转角定位控制装置后，解决了迄今为止涡卷弹簧储能驱动断路器分/合闸操作正反向运动的角位控制的难题，从真正意义上做到了一簧两用的目的，同时又可使设备的结构及空间布置大为简化和紧凑、角位控制更为精准、安装调试也更为方便，大大提高了设备运行的可靠性，减少输出功，节约能源，同时也大大减低了制造成本。本发明装置不仅特别适合于配涡卷弹簧操动机构使用，也可用于其它旋转驱动的操动机构。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2－图4为本发明中涡卷弹簧筒的结构示意图。其中图3是涡卷弹簧筒主视向的装配结构示意图，图2为图3中B向旋转90°的结构示意图，图4为图3中A向旋转90°的结构示意图。

图5为本发明中部件2、6、7、8、11、12等的工作结构示意图，图中I处表示盖板的弧形凸台插入涡卷弹簧筒的筒壁的位置。

图6为滑道盘的右视向结构示意图。

图7为滑道盘的侧向结构示意图。

图8为滑道盘的左视向结构示意图。

图9为本发明一个具体实施例正视局部结构示意图。

图10为图9的C-C向局部结构示意图。

附图中各标号的名称分别是：1―主轴，2―涡卷弹簧筒，2a―缺口，2b―沟槽，3―涡卷弹簧，3a―外钩，3b―内钩，4―涡卷弹簧内套，5―盖板，6―推杆，7―从动滑块，8―滑道盘，8a―(滑道盘左面)螺旋轨道，8b―(滑道盘右面)双轨迹凸轮槽，9-左侧保持拐臂，10―右侧保持拐臂，11―复位弹簧，12―储能电机的离合联锁装置，13―锁定装置(左),14―锁定装置(右),15-掣子,16-脱扣半轴,17―储能电机的驱动齿轮，18―储能电机，I―盖板的弧形凸台插入涡卷弹簧筒的筒壁的位置。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于附图所示的实施例。

参见附图，本发明所述的涡卷弹簧操动机构储能系统转角定位控制装置由方形定位主轴1、涡卷弹簧筒2、涡卷弹簧3、涡卷弹簧内套4、盖板5、左右侧保持(角位锁止)拐臂9和10、一体式双轨迹槽凸轮的左向滑道盘8及其从动滑块7和推杆6组成。对应主轴1左右两侧分别设有与左右侧保持拐臂9和10相搭接的锁定装置13和14，锁定装置13和14均由与保持拐臂相搭接且安装于机箱上部的可转动的掣子15和可旋转的脱扣半轴16构成。涡卷弹簧3释能过程中，当两个保持拐臂9和10随主轴1旋转到设定的角位时，右侧保持拐臂10即被对应掣子15的后端搭接，而掣子15的前端与脱扣半轴16扣接，使主轴1被右侧保持拐臂10与锁定装置14锁止。解除锁止(脱扣)时，脱扣半轴16可在一电磁铁脱扣器的拉动下轻松旋转，即解除脱扣半轴16与掣子15的扣接以及掣子15与右侧保持拐臂10的搭接，此时涡卷弹簧3再次释能，同样主轴1旋转到另一设定的角位时，又被左侧保持拐臂9与锁定装置13锁止。涡卷弹簧3及涡卷弹簧内套4装在涡卷弹簧筒2内，涡卷弹簧3的内钩固定于涡卷弹簧内套4的沟槽内，涡卷弹簧3外钩固定于涡卷弹簧筒2壁沟槽上。左侧保持拐臂9、涡卷弹簧筒2、涡卷弹簧3、涡卷弹簧内套4、盖板5、一体式双轨迹槽凸轮的左向滑道盘8和右侧保持拐臂10从左至右依次套装定位在主轴1上。涡卷弹簧筒2左端法兰的中心孔和盖板5的中心孔与方形主轴1的对角线外圆为转动套装连接，二者不随主轴1驱动而旋转；涡卷弹簧内套4、滑道盘8、左右侧保持拐臂9和10与主轴1的方形外缘静态连接且同时运动。即当主轴1静止不动时，涡卷弹簧筒2顺时针转动，带动涡卷弹簧的外钩3a，使涡卷弹簧3卷紧(储能)；当涡卷弹簧筒2静止不动时，涡卷弹簧内套4(涡簧内钩)顺时针转动，使涡卷弹簧3放松(释能)，带动主轴1、滑道盘8及左右侧保持拐臂9和10运动。在涡卷弹簧筒2侧壁上开有一处用于固定涡卷弹簧外钩3a的沟槽及提供从动滑块7径向运动空间的缺口2a，在缺口对称侧处开设有固定盖板5弧形凸台的沟槽2b。盖板5外圆上凸起的弧形定位凸台对应插于涡卷弹簧筒2壁处的沟槽2b内，且固定安装在涡卷弹簧筒2内右侧端面上，其上的开口U形槽对应于涡卷弹簧筒2壁处的缺口2a，且在缺口对应区域内与同轴的滑道盘之间构成从动滑块7旋转和径向运动空间。一体式双轨迹槽凸轮的左向滑道盘8上设置有螺旋形凸起的轨道，从动滑块7限位运动在轨道和盖板5开口U形槽内，且从动滑块7的滑动开口自由骑置在滑道盘8凸起的轨道上。推杆6垂直安装在从动滑块7的上方，它可在复位弹簧11的作用下随从动滑块7上下运动，并对应驱动储能电机的离合连锁装置12。即在滑道盘8旋转的同时，其螺旋轨道升程变化，使从动滑块7在盖板5开口U形槽约束下做径向上下往复滑动，带动推杆6做上下运动，将储能控制信号传递给储能电机的离合联锁装置12。

弹簧的储能操作：左侧保持拐臂9与锁定装置13锁止，使主轴1、涡簧轴套4和滑道盘8保持静止，电机储能系统电气回路接通，驱动涡卷弹簧筒2带动涡卷弹簧3的外钩及盖板5相对于主轴1固定系统顺时针旋转至设定的360°，即涡卷弹簧3储能(卷紧)一圈，这时电机储能的电气接点被切换，同时实现储能联锁机械离合；装置内从动滑块7随着盖板5旋转的同时，亦沿着U型槽及滑道盘8螺旋轨道的升程变化被下移到涡卷弹簧筒2内，推杆6在复位弹簧11的作用下，也对应下落到涡卷弹簧筒2的缺口内，这时推杆6带动储能电机的离合联锁装置12并切换电气接点，使电机停止运转，储能完毕。

断路器分闸操作：储能系统被逆锁自转构件静止锁定，涡卷弹簧筒2及其固定其上的涡卷弹簧外钩3a被锁止，涡卷弹簧筒2和盖板5保持静止，而主轴1左侧保持拐臂9与锁定装置13解锁，使涡卷弹簧3释能，涡卷弹簧3释能(放松)小半圈，带动涡卷弹簧轴套4、方形主轴1、左右侧保持拐臂9和10、滑道盘8顺时针旋转到设定的150°，被右侧保持拐臂10与锁定装置14锁止，此时滑道盘8等圆面的螺旋轨道的升程没有变化，从动滑块7和推杆6因基于滑道盘的螺旋形轨迹等圆面上，保持相对位置静止不动。

断路器合闸操作：储能系统仍被锁定，涡卷弹簧筒2和盖板5继续保持静止，主轴1右侧保持拐臂10与锁定装置14解锁，涡卷弹簧3再次释能(放松)大半圈，涡卷弹簧3内钩带动涡卷弹簧轴套4、主轴1、左右侧保持拐臂9和10以及滑道盘8再顺时针旋转到设定的210°角位，被左侧保持拐臂9与锁定装置13锁定，而从动滑块7随着滑道盘8螺旋轨道的升程变化被上移到涡卷弹簧筒2缺口顶部，在从动滑块7端头的推动下，推杆6也被提升至涡卷弹簧筒2的缺口外，在推杆6的传动下，储能电机的离合联锁装置12恢复并接通电气接点，重新启动电机，完成360°自动储能，涡卷弹簧3卷紧一圈到起始状态，之后再进入下一循环操作。

Claims (7)

1.一种涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：该装置由设置于机箱内的方形定位主轴(1)、涡卷弹簧筒(2)、涡卷弹簧(3)、涡卷弹簧内套(4)、外圆上带有弧形定位凸台的盖板(5)、左右侧保持拐臂(9、10)、滑道盘(8)及其从动滑块(7)和推杆(6)组成，主轴(1)和涡卷弹簧筒(2)构成同轴同心的主支撑件，主轴(1)由套装定位在其上的左右侧保持拐臂(9、10)及与其对应的锁定装置(13、14)控制转动或锁止；左侧保持拐臂(9)、涡卷弹簧筒(2)、涡卷弹簧(3)、涡卷弹簧内套(4)、盖板(5)、滑道盘(8)及右侧保持拐臂(10)从左至右依次套装在主轴(1)上，其中涡卷弹簧筒(2)左端法兰中心孔和盖板(5)中心孔与主轴(1)对角线外圆为转动套装连接，左右侧保持拐臂(9、10)、涡卷弹簧内套(4)及滑道盘(8)与主轴(1)为固定套装连接；涡卷弹簧内套(4)及带有内外钩(3b、3a)的涡卷弹簧(3)装在涡卷弹簧筒(2)内，在涡卷弹簧筒(2)侧壁上开有一处用于固定涡卷弹簧外钩(3a)的沟槽及供从动滑块(7)做径向运动的缺口(2a)，在涡卷弹簧筒(2)位于该沟槽及缺口(2a)的对称侧筒壁处开设有用于固定盖板(5)弧形定位凸台的沟槽(2b)，在涡卷弹簧内套(4)外壁上还开有用于固定涡卷弹簧内钩(3b)的沟槽；滑道盘(8)上设置有通至涡卷弹簧筒(2)内的具有等圆面设计的凸起的螺旋轨道(8a)，在盖板(5)上设有与滑道盘上螺旋轨道(8a)对合的开口式U形槽，从动滑块(7)的滑动开口自由滑动骑置在滑道盘螺旋轨道(8a)上并可运动于该轨道(8a)与盖板构成的开口式U形槽内，推杆(6)由涡卷弹簧筒(2)和盖板(5)上开口插入并垂直对应安装在从动滑块(7)的上方，且可在一副安装在盖板(5)上部的复位弹簧(11)的作用下随从动滑块(7)上下运动，推杆(6)上设有与储能系统的离合联锁装置(12)进行储能控制信号传递的连接点；对应主轴(1)左右两侧的机箱上部分别设有与左右侧保持拐臂(9、10)相搭接的锁定装置(13、14)，所述 的锁定装置(13、14)均由与保持拐臂对应搭接且安装于机箱上部的可转动的掣子(15)和可旋转的脱扣半轴(16)构成；当涡卷弹簧(3)释能，一侧保持拐臂随主轴(1)旋转到一个设定的角位时，该保持拐臂即被对应的掣子(15)的后端搭接，而掣子(15)的前端与脱扣半轴(16)扣接，使主轴(1)被该侧的保持拐臂与锁定装置(14)锁止，涡卷弹簧(3)停止释能；解除锁止后，涡卷弹簧(3)再次释能；同样主轴(1)旋转到另一设定的角位时，被另一侧保持拐臂与锁定装置(13)锁止。

2.根据权利要求1所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：该装置的主轴(1)及其套装在其上的左右侧保持拐臂(9、10)、滑道盘(8)和涡卷弹簧筒(2)以及涡卷弹簧(3)、涡卷弹簧内套(4)、盖板(5)均为同心同轴的结构布置方式，两个保持拐臂各自具有静止锁定装置，且两者之间均在一者处于锁定静止状态，另一者在被解除锁定下，分别按顺时针做相对旋转运动，实现对涡卷弹簧(3)的360°储能或360°内分区段的释能，完成对被驱动断路器分/合闸的标准循环操作。

3.根据权利要求1所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：对应主轴(1)左右两侧的机箱上部所设的与左右侧保持拐臂(9、10)相搭接的锁定装置(13、14)分别准确对应控制涡卷弹簧(3)360°内分区段150°和210°角位的释能驱动。

4.根据权利要求1所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：该装置于涡卷弹簧筒(2)内的涡卷弹簧(3)旋转360°储能和360°内分区段释能的过程中，利用滑道盘旋转角度和螺旋轨迹的变化来实现从动滑块的定位，从而控制储能系统的机械与电气联锁。

5.根据权利要求1所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：滑道盘(8)螺旋轨迹的设定在与双轨迹槽凸轮驱动断路器分、合闸操作循环特性及旋转角位控制上是同心同轴并刚性精准对应的，从动滑块(7)与提升推杆(6)均受其约束控制。

6.根据权利要求1或5所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：所述 的滑道盘(8)为一体式双轨迹槽凸轮的左向滑道盘。

7.根据权利要求1所述的涡卷弹簧机构储能系统转角定位控制装置，其特征在于：具有开口式U形槽的盖板(5)和具有螺旋轨道的滑道盘(8)在轴向宽度和径向深度区域内构成从动滑块(7)既做旋转运动又做径向直线运动的一体双轨迹复合结构的固有运动空间。