CN104143468A - 一种弹簧储能液压操动机构及其储能弹簧单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹簧储能液压操动机构及其储能弹簧单元，该储能弹簧单元包括套设于工作缸缸体上的上、下压板以及顶装在上、下压板之间的储能弹簧，所述储能弹簧由采用阵列方式布置并顶压在上、下压板之间的螺旋压簧构成，各螺旋压簧的阵列中心线与工作缸缸体的轴线重合。一方面，单根螺旋压簧加工误差较小，输出力与位移呈线性关系，其性能稳定且在正常使用条件下不受环境温度影响，是比较理想的储能元件；另一方面，多根螺旋压簧并列布置，可以将单根螺旋压簧特性曲线的斜率成倍地降低，通过合理设计能获得理想的输出特性，实现较小位移获得较大输出力的效果，弹簧的数量越多，组合弹簧的长度误差越小、输出精度越高。
Description
技术领域
本发明涉及一种弹簧储能液压操动机构及其储能弹簧单元。
背景技术
操动机构是高压断路器的重要部分，主要分为永磁操动机构、液压操动机构和弹簧操动机构，其作用是用来实现高压断路器的分、合闸操作。对于液压操动机构，要配备储能弹簧单元，而储能弹簧单元主要采用压缩氮气或压缩弹簧的方式进行储能。
如中国专利CN100437869C公开了一种用于高压断路器的弹簧液压操动机构，主要包括工作缸以及由储能动力单元和储能弹簧单元构成的储能总成，其中工作缸活塞杆向上伸出工作缸缸体作为操动机构的动力输出轴，储能动力单元缸和储能弹簧单元自上而下布置在工作缸的缸体上。具体地，储能动力单元以工作缸缸体和间隙套设在工作缸缸体上的外缸体作为储能缸体，在该间隙内密封活动插装有储能活塞以形成一个储能缸，储能缸活塞上部的工作腔部分与工作缸活塞上部的工作腔部分相互连通；储能弹簧单元导向滑动套设于工作缸缸体上，包括上下压板以及顶装在上下压板之间的、套设于工作缸缸体上的组合碟簧，其中，上压板导向滑动套设于工作缸缸体上，下压板固定套设在工作缸缸体上，这样依靠活塞推动上压板下移，使组合碟簧压缩变形实现储能操作。该操动机构即采用弹簧储能的方式，具有行程短、负荷大、调整方便、维护更换容易的优点，但是对于采用组合碟簧的储能弹簧单元存在如下缺点：1、由于加工、安装及热处理等因素，组合碟簧的输出特性精度不高；2、需要组合碟簧具有较高的制造精度来保证输出特性在允许偏差范围内,成本较高；3、组合碟簧需预压缩，且预压缩力较大，不易安装；4、设计操作功力大时，碟簧片尺寸大，组合压偏时存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种输出特性精度高的高压断路器的储能弹簧单元；同时本发明还提供了一种使用该储能弹簧单元的弹簧储能液压操动机构。
本发明的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元采用如下技术方案：一种弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，包括套设于工作缸缸体上的上、下压板以及顶装在上、下压板之间的储能弹簧，所述储能弹簧由采用阵列方式布置并顶压在上、下压板之间的螺旋压簧构成，各螺旋压簧的阵列中心线与工作缸缸体的轴线重合。
所述各螺旋压簧采用以工作缸缸体的轴线为中心线的环形阵列方式布置在上、下压板之间。
所述储能动力单元由固设在工作缸缸体外周面上的、沿工作缸缸体周向均布的储能缸构成，各储能缸的活塞杆分别与所述上压板顶接配合，且各储能缸的上腔分别与工作缸的上腔连通。
所述各螺旋压簧分为内、外两组，所述各储能缸的活塞杆顶压在两组螺旋压簧之间的上压板部分。
所述上压板的下板面上凸设有供各螺旋压簧的上端部分别定位套装的上定位柱，下压板的上板面上凸设有与各上定位柱一一对应的、供各螺旋压簧的下端部分别定位套装的下定位柱。
本发明的弹簧储能液压操动机构采用如下技术方案：一种弹簧储能液压操动机构，包括工作缸以及设置在工作缸缸体上的由储能动力单元和储能弹簧单元构成的储能总成，储能弹簧单元包括套设于工作缸缸体上的上、下压板以及顶装在上、下压板之间的储能弹簧，所述储能弹簧由采用阵列方式布置并顶压在上、下压板之间的螺旋压簧构成，各螺旋压簧的阵列中心线与工作缸缸体的轴线重合。
所述各螺旋压簧采用以工作缸缸体的轴线为中心线的环形阵列方式布置在上、下压板之间。
所述储能动力单元由固设在工作缸缸体外周面上的、沿工作缸缸体周向均布的储能缸构成，各储能缸的活塞杆分别与所述上压板顶接配合，且各储能缸的上腔分别与工作缸的上腔连通。
所述各螺旋压簧分为内、外两组，所述各储能缸的活塞杆顶压在两组螺旋压簧之间的上压板部分。
所述上压板的下板面上凸设有供各螺旋压簧的上端部分别定位套装的上定位柱，下压板的上板面上凸设有与各上定位柱一一对应的、供各螺旋压簧的下端部分别定位套装的下定位柱。
采用上述结构的储能弹簧单元，由于储能弹簧由采用阵列的方式布置在两个压板之间的螺旋压簧构成，一方面，单根螺旋压簧加工误差较小，输出力与位移呈线性关系，其性能稳定且在正常使用条件下不受环境温度影响，是比较理想的储能元件；另一方面，多根螺旋压簧并列布置，可以将单根螺旋压簧特性曲线的斜率成倍地降低，通过合理设计能获得理想的输出特性，实现较小位移获得较大输出力的效果，弹簧的数量越多，组合弹簧的长度误差越小、输出精度越高。
附图说明
图1为本发明的液压操动机构的一种实施例的结构示意图；
图2为图1中的储能弹簧单元的结构示意图；
图3为本发明的操动机构处于储能状态的结构示意图。
具体实施方式
本发明的弹簧储能液压操动机构的实施例：如图1-3所示，主要包括工作缸4和储能总成，其中，工作缸4为液压缸，工作缸活塞杆9向上伸出工作缸缸体作为操动机构的动力输出轴，储能总成由储能动力单元和储能弹簧单元构成，储能总成在储能动力单元推动储能弹簧单元压缩的情况下进行储能。储能动力单元由三个储能缸2构成，储能缸2为液压缸，三个储能缸2固定贴设在工作缸缸体的外周面上并沿工作缸缸体的周向均匀分布，各储能缸2的上腔分别与工作缸的上腔连通。储能弹簧单元包括套设于工作缸缸体上的上压板5和下压板7，其中上压板5导向滑动套设于工作缸缸体上，并通过工作缸缸体外周面上的环形台阶对其进行向上限位，而下压板7通过工作缸缸体下端的卡环8对其进行向下限位，上压板5和下压板7之间顶装有储能弹簧，本实施例中，储能弹簧由顶接在两个压板之间的多个螺旋压簧6构成，各螺旋压簧6采用以工作缸缸体的轴线为中心线的环形阵列方式布置在两个压板之间，即各螺旋压簧6的阵列中心线与工作缸缸体轴线重合；各螺旋压簧6分为内、外两组，各储能缸的活塞杆顶压在两组螺旋压簧之间的上压板部分，这样可以确保各螺旋压簧6受力均匀；在各储能缸活塞杆3向下顶推上压板5时能够驱使各螺旋压簧6压缩，此时储能总成处于储能状态，而各螺旋压簧6处于正常状态时，上压板5与环形台阶顶接、下压板7与卡环8顶接。
储能弹簧由采用阵列的方式布置在两个压板之间的螺旋压簧构成，一方面，单根螺旋压簧加工误差较小，输出力与位移呈线性关系，其性能稳定且在正常使用条件下不受环境温度影响，是比较理想的储能元件；另一方面，单根螺旋压簧因其特性曲线陡峭，而高压断路器液压操动机构所需的输出力比较大，就需通过牺牲压缩量来实现，在操作时势必造成操作油压降大的问题，以致在操作后期动力不足，影响断路器的开断性能，因此，通过并列的方式组合n根螺旋压簧，可以将单根螺旋压簧特性曲线的斜率成n倍地降低，通过合理设计能获得理想的输出特性，实现较小位移获得较大输出力的效果，可用于高压断路器的液压操动机构，依据概率论的定理，n根弹簧组合在一起的长度误差综合值，因单根弹簧误差σ之间的相互抵消趋于一个比较稳定的数值，公式如下：，可见，弹簧的数量n越多，组合弹簧的长度误差越小、输出精度越高。
作为进一步优化，为了保证各螺旋压簧6的定位，上压板5的下板面上凸设有供各螺旋压簧6的上端部定位套装的上定位柱13，下压板7的上板面上凸设有与各上定位柱13一一对应的、供各螺旋压簧6的下端部定位套装的下定位柱14。
本实施例中，储能缸2和工作缸4由液压系统控制，液压系统主要由油箱1、油泵10、电机11和控制阀12构成，其中，电机11作为为油泵10提供动力的动力装置，油箱1固定在工作缸4的上端，油泵10串接在油箱1和储能缸2上腔之间油路上；控制阀12有两个出油口和一个进油口，其中，进油口与工作缸的下腔连接，其中一个出油口与储能缸的上腔连接，另一个出油口与油箱连接，另外各储能缸的下腔通过工作缸缸体和自身缸体之间的设置的油路通道与油箱连接。
上述实施例的具体工作过程如下：
1、储能过程（以分闸位置零压到额定油压为例）：
当液压操动机构分闸位置未储能时，液压系统的个油路内均为低压油储能弹簧处于正常状态，如图1所示状态；
当电机11通电，电机11带动油泵10工作，将油箱1内的液压油不断吸入油泵10，并压入储能缸2的上腔、工作缸4的上腔以及控制阀12与油泵10相通的油路中，形成高压，该过程中，储能缸2的上腔油压不断上升，而下腔始终为零压，在压力差的作用下，储能缸活塞杆3压着上压板5一起往下运动，从而压缩储能弹簧进行储能,如图3所示状态；
当液压系统油压达到额定油压值时，电机11断电，油泵10停止打压，完成零压到额定油压的储能。
2、补压过程（以额定油压下操作合闸为例）：
在额定油压下给合闸命令，控制阀12接收到合闸命令后进行换向，将储能缸2的上腔与工作缸4的下腔连通，使得工作缸4的上、下腔均为高压油，工作缸活塞杆9在面积差的作用下往上运动；同时，工作缸4的上腔排油量小于下腔的排油量，排油量差值由储能缸缸体的上腔的液压油进行补充，此时储能缸活塞杆3往上运动一定的位移，储能的压缩量变小，系统压力下降；
当系统压力降至设定的补压值时，电机11通电，油泵10开始打压，系统压力升高，储能缸活塞杆3带着上压板5下压储能弹簧，直至系统油压达到额定油压值，电机断电，油泵停止打压，完成补压过程。
本发明的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元的实施例：如图1-3所示，与上述实施例中的储能弹簧单元的结构一致，其内容在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，包括套设于工作缸缸体上的上、下压板以及顶装在上、下压板之间的储能弹簧，其特征在于：所述储能弹簧由采用阵列方式布置并顶压在上、下压板之间的螺旋压簧构成，各螺旋压簧的阵列中心线与工作缸缸体的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，其特征在于：所述各螺旋压簧采用以工作缸缸体的轴线为中心线的环形阵列方式布置在上、下压板之间。
3.根据权利要求2所述的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，其特征在于：所述储能动力单元由固设在工作缸缸体外周面上的、沿工作缸缸体周向均布的储能缸构成，各储能缸的活塞杆分别与所述上压板顶接配合，且各储能缸的上腔分别与工作缸的上腔连通。
4.根据权利要求3所述的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，其特征在于：所述各螺旋压簧分为内、外两组，所述各储能缸的活塞杆顶压在两组螺旋压簧之间的上压板部分。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的弹簧储能液压操动机构的储能弹簧单元，其特征在于：所述上压板的下板面上凸设有供各螺旋压簧的上端部分别定位套装的上定位柱，下压板的上板面上凸设有与各上定位柱一一对应的、供各螺旋压簧的下端部分别定位套装的下定位柱。
6.一种弹簧储能液压操动机构，包括工作缸以及设置在工作缸缸体上的由储能动力单元和储能弹簧单元构成的储能总成，储能弹簧单元包括套设于工作缸缸体上的上、下压板以及顶装在上、下压板之间的储能弹簧，其特征在于：所述储能弹簧由采用阵列方式布置并顶压在上、下压板之间的螺旋压簧构成，各螺旋压簧的阵列中心线与工作缸缸体的轴线重合。
7.根据权利要求6所述的弹簧储能液压操动机构，其特征在于：所述各螺旋压簧采用以工作缸缸体的轴线为中心线的环形阵列方式布置在上、下压板之间。
8.根据权利要求7所述的弹簧储能液压操动机构，其特征在于：所述储能动力单元由固设在工作缸缸体外周面上的、沿工作缸缸体周向均布的储能缸构成，各储能缸的活塞杆分别与所述上压板顶接配合，且各储能缸的上腔分别与工作缸的上腔连通。
9.根据权利要求8所述的弹簧储能液压操动机构，其特征在于：所述各螺旋压簧分为内、外两组，所述各储能缸的活塞杆顶压在两组螺旋压簧之间的上压板部分。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的弹簧储能液压操动机构，其特征在于：所述上压板的下板面上凸设有供各螺旋压簧的上端部分别定位套装的上定位柱，下压板的上板面上凸设有与各上定位柱一一对应的、供各螺旋压簧的下端部分别定位套装的下定位柱。
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