CN108428589B - 操动机构高效传动连杆结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操动机构高效传动连杆结构，针对现有同类产品合分闸过程中，传动效率较低，稳定性较差，机械寿命较短等技术问题而设计。该传动连杆结构的连杆传动包括连板、销轴、拐臂，连杆传动通过凸轮转动带动拐臂转动，达到固封极柱中灭弧式动静触头接触和分离的过程；其要点是所述连杆铰链组通过滚轮分为上下两端，凸轮和凸轮轴焊接成一整体，凸轮的表面和连杆铰链组中滚轮的相接为相切接触；连杆铰链组中第三连板和第二拐臂一端连接，第四连板与第二拐臂一端连接，两者连接时成将近90度的夹角；连杆铰链组的一端与分闸扣板连接，另一端的翘板设有灵活转动的转动块，固封极柱下端的螺纹穿入转动块的中心孔。

Description

操动机构高效传动连杆结构

技术领域

本发明涉及机械类高压开关行业中机械原理，是一种操动机构高效传动连杆结构。

背景技术

高压开关中断路器的操动机构传动连杆组件是整个断路器动作过程的核心部分，用于传递能量的工具，使断路器能正常分合闸。如中国专利文献中披露的申请号201220628924.2，授权公告日2013.06.12，实用新型名称“小型化侧装式户内高压真空断路器”；再如中国专利文献中披露的申请号201120427809.4，授权公告日2012.07.04，实用新型名称“弹簧操动机构联锁装置”；以及如中国专利文献中披露的申请号200820047686.X，授权公告日2009.01.28，实用新型名称“户内高压交流真空断路器合闸操动机构”。上述断路器和现有断路器弹簧操动机构的合闸功较大，传动不稳定性，导致机械寿命较低等问题，对此类操动机构传动连杆结构有待进一步改进。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种操动机构高效传动连杆结构，使其解决现有同类产品在高压断路器合分闸过程中，传动效率较低，稳定性较差，机械寿命较短等技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种操动机构高效传动连杆结构，该传动连杆结构包括分闸半轴、第一销轴、分闸扣板、凸轮、合闸半轴、合闸扣板、第二销轴、第三销轴、第一连板、第四销轴、第五销轴、第一拐臂、第六销轴、第二连板、滚轮、第七销轴、输出轴、第三连板、第二拐臂、第八销轴、第九销轴、第四连板、固封极柱、第十销轴、翘板、第十一销轴、转动块、框架、凸轮轴；所述连杆传动包括连板、销轴、拐臂，连杆传动通过凸轮转动带动拐臂转动，达到固封极柱中灭弧式动静触头接触和分离的过程；其结构设计要点是所述凸轮与凸轮轴连接，并安装于两侧板，连杆铰链组中的滚轮与凸轮的表面相接处，滚轮与第二连板的一端、第三连板的一端通过第七销轴连接成一个连杆铰链，第二连板的另一端与第一拐臂的一端通过第六销轴连接成一个连杆铰链，第一拐臂的中间通过第五销轴穿入第一拐臂的中心孔，安装于两侧板，第一拐臂的另一端与第一连板的一端通过第四销轴连接成一个连杆铰链，第一连板的另一端和分闸扣板通过第二销轴连接成一个连杆铰链，分闸扣板的中间通过第一销轴安装于两侧板，分闸扣板的另一端与分闸半轴的缺口面相互接触，阻止分闸扣板转动；第三连板的另一端通过第八销轴与第二拐臂的一端连接成一个连杆连接，第二拐臂的中间通过输出轴安装于两侧板，第二拐臂的另一端通过第九销轴与第四连板的一端连接成一个连杆连接，第四连板的另一端通过第十销轴与翘板的一端连接成一个连杆铰链，翘板的中间通过翘板的中心孔穿过第十一销轴安装于框架，所述翘板的另一端与固封极柱下端的螺纹连接，固封极柱安装于框架的平面，上述分闸扣板、第一连板、第一拐臂、第二连板、第三连板、第二拐臂、第四连板、翘板依次连接构成连杆铰链组。从而高压断路器操动机构的合闸通过凸轮传递到滚轮及各个连杆铰链组，并推动翘板沿翘板的中间支撑点转动，并带动固封极柱中动端向上运动，直到合闸到位；同样的反向原理使高压断路器分闸到位，高压断路器的合闸弹簧能量、分闸弹簧能量、触头弹簧能量通过各个连杆铰链组来传递能量，实现高压断路器分合闸过程。该操动机构传动连杆结构对整体传动连杆进行改进具体如下：1、将三项翘板通过一根主轴焊接为一整体，主轴中间项通过连板与机构输出轴连接，减少传动环节，减少能量损耗，增强传动稳定性；2、改进输出拐臂与上下传动连杆的夹角，使输出力矩最大化，提高传动效率；3、设计对称型传动连杆，增强触动的稳定性，提高传动效率；4、设计整个圆周的凸轮表面，减小合闸过冲，降低合闸弹簧的能量。5、缩短分闸模块中连杆和拐臂的中心距，保证在大幅度转角的动作过程中，连杆传动稳定可靠，传动越稳定，传动效率就越高。通过以上五点的改进，使高压断路器操动机构实现高效、稳定的传动过程。操动机构在动作的过程中越稳定，传动效率越高，机械寿命越长；合闸弹簧的能量越小，也就是传动过程越稳定，效率越高，机械寿命越长。

所述翘板的一端孔中与固封极柱一端连接处设有灵活转动的转动块，固封极柱下端的螺纹穿入转动块的中心孔，转动块的两侧通过螺母紧固于翘板。从而通过转动块间接将翘板的作用力传动至固封极柱中动端，使传动至固封极柱的操作更加稳定。

所述凸轮和凸轮轴焊接成一整体，凸轮的表面和连杆铰链组中滚轮的相接为相切接触。上述进一步增强了凸轮和凸轮轴对应的整体性，并提高了凸轮和凸轮轴的使用寿命和稳定性。

所述分闸扣板为凸轮板，凸轮面位于分闸扣板的两端之间，分闸扣板呈扇形夹角排布，分闸扣板的分闸半轴一端为尖角端，对称的另一端为平角端，分闸扣板的中间位于三角形凸起处。上述结构的分闸扣板为进一步满足该高压断路器操动机构的分闸、合闸时的联动效果。

所述第一拐臂呈“〈”字形，第一拐臂的中间位于弯曲处，第一拐臂的中间弯曲处外径与分闸扣板的平角端相抵。上述为一种具体的第一拐臂结构，满足该高压断路器操动机构的分闸、合闸时的联动效果。

所述凸轮呈“，”字形，凸轮轴位于凸轮的弯曲处，凸轮的钩端处设有凸轮滚轮。上述为一种具体的凸轮结构，满足该高压断路器操动机构的分闸、合闸时的联动效果。

所述第二拐臂呈“〈”字形，第二拐臂的中间位于弯曲处，第二拐臂的中间弯曲处设有向外翘起的凸耳，第二拐臂的凸耳与T字形的合闸扣板一端相抵，合闸扣板的中间通过第三销轴安装于框架，合闸扣板对称的另一端与合闸半轴相抵，合闸扣板T形的伸出一端与凸轮的圆形端外径相抵。上述为一种具体的第二拐臂结构，满足该高压断路器操动机构的分闸、合闸时的联动效果。

所述合闸扣板的第二拐臂一端为三角形尖头端，合闸扣板的合闸半轴一端为平头端，相抵处设有端钩，合闸扣板的凸轮一端的斜面端为圆弧面，通过圆弧面与凸轮的圆形端上两铆接轮外径相抵。上述为一种具体的合闸扣板结构，满足该高压断路器操动机构的分闸、合闸时的联动效果。

所述第二拐臂两侧的第三连板、第四连板与第二拐臂之间的夹角小于90度大于70度。上述连接是将近90度的夹角设计，通过力学分析，以第二拐臂支撑点力的分解，越接近90度的夹角力分解越少，所以此输出拐臂传动组件设计将大大减小能量的损失。

本发明结构设计合理，合分闸过程中传动效率高，稳定性、安全性高，机械寿命高，损耗小；其适合作为高压断路器的脱扣器使用，及其同类产品的结构改进。

附图说明

图1是本发明的合闸状态结构示意图。

图2是本发明的分闸状态结构示意图。

附图序号及名称：1、分闸半轴，2、第一销轴，3、分闸扣板，4、凸轮，5、合闸半轴，6、合闸扣板，7、第二销轴，8、第三销轴，9、第一连板，10、第四销轴，11、第五销轴，12、第一拐臂，13、第六销轴，14、第二连板，15、滚轮，16、第七销轴，17、输出轴，18、第三连板，19、第二拐臂，20、第八销轴，21、第九销轴，22、第四连板，23、固封极柱，24、第十销轴，25、翘板，26、第十一销轴，27、转动块，28、框架，29、凸轮轴。

具体实施方式

现结合附图，对本发明结构作进一步描述。如图1、图2所示，该传动连杆结构的连杆传动包括连板、销轴、拐臂，连杆传动通过凸轮4转动带动拐臂转动，达到固封极柱2中灭弧式动静触头接触和分离的过程。其具体结构如下：凸轮4与凸轮轴29焊接为一整体，并安装于两侧板，连杆铰链组中的滚轮15与凸轮4的表面相接处，相接为相切接触，滚轮15与第二连板14的一端、第三连板18的一端通过第七销轴16连接成一个连杆铰链，第二连板14的另一端与第一拐臂12的一端通过第六销轴13连接成一个连杆铰链，第一拐臂12的中间通过第五销轴11穿入第一拐臂12的中心孔，安装于两侧板，第一拐臂12的另一端与第一连板9的一端通过第四销轴10连接成一个连杆铰链，第一连板9的另一端和分闸扣板3通过第二销轴7连接成一个连杆铰链，分闸扣板3的中间通过第一销轴2安装于两侧板，分闸扣板3的另一端与分闸半轴1的缺口面相互接触，阻止分闸扣板3转动；第三连板18的另一端通过第八销轴20与第二拐臂19的一端连接成一个连杆连接，第二拐臂19的中间通过输出轴17安装于两侧板，第二拐臂19的另一端通过第九销轴21与第四连板22的一端连接成一个连杆连接，第四连板22的另一端通过第十销轴24与翘板25的一端连接成一个连杆铰链，翘板25的中间通过翘板25的中心孔穿过第十一销轴26安装于框架28，所述翘板25的另一端设有灵活转动的转动块27，固封极柱23下端的螺纹穿入转动块27的中心孔，转动块27的两侧通过螺母紧固于翘板25，固封极柱23安装于框架28的平面，上述分闸扣板3、第一连板9、第一拐臂12、第二连板14、第三连板18、第二拐臂19、第四连板22、翘板25依次连接构成连杆铰链组。

同时，分闸扣板3为凸轮板，凸轮面位于分闸扣板2的两端之间，分闸扣板2呈扇形夹角排布，分闸扣板2的分闸半轴1一端为尖角端，对称的另一端为平角端，分闸扣板2的中间位于三角形凸起处。第一拐臂12呈“〈”字形，第一拐臂12的中间位于弯曲处，第一拐臂12的中间弯曲处外径与分闸扣板3的平角端相抵。凸轮4呈“，”字形，凸轮轴29位于凸轮4的弯曲处，凸轮4的钩端处设有凸轮滚轮。第二拐臂19呈“〈”字形，第二拐臂19的中间位于弯曲处，第二拐臂19的中间弯曲处设有向外翘起的凸耳，第二拐臂19的凸耳与T字形的合闸扣板6一端相抵，合闸扣板6的中间通过第三销轴8安装于框架28，合闸扣板6对称的另一端与合闸半轴5相抵，合闸扣板T形的伸出一端与凸轮4的圆形端外径相抵。合闸扣板6的第二拐臂19一端为三角形尖头端，合闸扣板6的合闸半轴5一端为平头端，相抵处设有端钩，合闸扣板6的凸轮4一端的斜面端为圆弧面，通过圆弧面与凸轮4的圆形端上铆接轮外径相抵。第二拐臂19两侧的第三连板18、第四连板22与第二拐臂19之间连接时成将近90度的夹角。

根据上述结构特征，其工作原理如下：所述连杆铰链组通过滚轮15分为上下两端，高压断路器储能到位后，将合闸弹簧能量通过凸轮4推动滚轮15，使连杆铰链组按相应轨迹转动，因上端连杆铰链组受力较小，直接转动，下端连杆铰链组在分闸弹簧力的作用下保持能量平衡，首先转动的是滚轮15上端的连杆铰链组，滚轮15、第二连板14和第三连板18在往外推的同时第一拐臂12沿自身侧板的支点旋转，带动第一连板9转动同时分闸扣板3相应转动直至分闸扣板3的另一端被分闸半轴1挡住，上端的连杆铰链组停止转动；然后相应滚轮下端的连杆铰链组在不断增加力的作用下也相应随轨迹转动，在第三连板18的推动下，第二拐臂19在输出轴支点的作用下按对应的轨迹转动，同时带动第四连板22相应转动，第四连板22推动翘板25的一端下压，在翘板25支撑中点作用下，翘板25的另一端上翘，并带动转动块27往上移动，同时带动固封极柱23中动端往上移动，直至灭弧式中动静触头接触，合闸到位，连杆铰链组受力，最终通过分闸扣板3压住分闸半轴1，将能量保持；当旋转分闸半轴1，将分闸扣板3的阻挡力取消，分闸扣板3及相应的连杆铰链组按受力方向运动，直到固封极柱23中灭弧式分闸到位。

综上所述，本发明具有如下五点结构和原理创新：1、所述翘板传动组件的设计方法，将现有同类产品的三项翘板通过一根主轴焊接为一整体，主轴中间项通过第四连板与机构输出轴连接，此设计将操动机构的输出功发挥极致，损耗很小，因多一根销轴连接能量将损失一部份，翘板分体式装配相互之间出现变形也容易出现能量损失。2、所述输出拐臂传动组件的设计方法，将操动机构分闸已储能位置中，第三连板和第二拐臂一端连接，此连接时成将近90度的夹角，第四连板与第二拐臂一端连接，此连接时成将近90度的夹角，通过力学分析，以第二拐臂支撑点力的分解，越接近90度的夹角力分解越少，所以此输出拐臂传动组件设计将大大减小能量的损失。3、连杆组铰链的设计方法，合闸弹簧能量传递过程中的连板及拐臂设计时全部以滚轮为中心，两侧对称设计，此设计方案将能量通过两侧平稳传递，能量损耗更少，对连杆组件冲击越小，传递越稳定，效率越高，寿命越长。4、合闸凸轮的设计方法，将整个凸轮设计成与滚轮相切连接，合闸凸轮的等圆保持面将达到三分之二以上，使机构合闸更有效，合闸过程中不用考虑，合闸的过冲不够而导致机构空合问题，通过合闸曲线看出，合闸过冲是越大即合闸触头弹簧的压缩就越大，合闸能量就需要越多，通过减少合闸过冲，大大减少合闸弹簧的能量。从而使高压断路器操动机构更省力，固封极柱合闸过程中冲击更小，整个高压断路器使用寿命更高。5、分闸模块连杆组件的设计方法，因此类连杆组的设计，分闸扣板和拐臂相应转动角度加大，通过将第一拐臂和连杆的角度设计和位置设计，缩短连板和拐臂的长度，将所有的连板和拐臂在运动过程中始终控制在框架以内的范围，在满足固封极柱爬电距离的情况下，同时也保证在大幅度转动的情况下连板组件动作的稳定性。

本发明通过以上五点的结构及原理，使高压断路器操动机构实现高效、稳定的传动过程。高压断路器操动机构在动作的过程中越稳定，传动效率越高，机械寿命越长；合闸弹簧的能量越小，也就是传动过程越稳定，效率越高，机械寿命越长。在同等电压等级的高压断路器中，开断31.5KA的其他操动机构合闸功要100-120J，采用本传动连杆结构的操动机构合闸功只要70-80J就足够。通过此传动连杆组件的设计，在相对偏小的合闸功和分闸功的作用下，还能更好的体现高压断路器快合、快分的功能。

Claims (8)

1.一种操动机构高效传动连杆结构，该传动连杆结构包括分闸半轴（1）、第一销轴（2）、分闸扣板（3）、凸轮（4）、合闸半轴（5）、合闸扣板（6）、第二销轴（7）、第三销轴（8）、第一连板（9）、第四销轴（10）、第五销轴（11）、第一拐臂（12）、第六销轴（13）、第二连板（14）、滚轮（15）、第七销轴（16）、输出轴（17）、第三连板（18）、第二拐臂（19）、第八销轴（20）、第九销轴（21）、第四连板（22）、固封极柱（23）、第十销轴（24）、翘板（25）、第十一销轴（26）、转动块（27）、框架（28）、凸轮轴（29）；连杆传动包括连板、销轴、拐臂，连杆传动通过凸轮（4）转动带动拐臂转动，达到固封极柱（23）中灭弧式动静触头接触和分离的过程；其特征在于所述凸轮（4）与凸轮轴（29）连接，并安装于两侧板，连杆铰链组中的滚轮（15）与凸轮（4）的表面相接处，滚轮（15）与第二连板（14）的一端、第三连板（18）的一端通过第七销轴（16）连接成一个连杆铰链，第二连板（14）的另一端与第一拐臂（12）的一端通过第六销轴（13）连接成一个连杆铰链，第一拐臂（12）的中间通过第五销轴（11）穿入第一拐臂（12）的中心孔，安装于两侧板，第一拐臂（12）的另一端与第一连板（9）的一端通过第四销轴（10）连接成一个连杆铰链，第一连板（9）的另一端和分闸扣板（3）通过第二销轴（7）连接成一个连杆铰链，分闸扣板（3）的中间通过第一销轴（2）安装于两侧板，分闸扣板（3）的另一端与分闸半轴（1）的缺口面相互接触，阻止分闸扣板（3）转动；第三连板（18）的另一端通过第八销轴（20）与第二拐臂（19）的一端连接成一个连杆连接，第二拐臂（19）的中间通过输出轴（17）安装于两侧板，第二拐臂（19）的另一端通过第九销轴（21）与第四连板（22）的一端连接成一个连杆连接，第四连板（22）的另一端通过第十销轴（24）与翘板（25）的一端连接成一个连杆铰链，翘板（25）的中间通过翘板（25）的中心孔穿过第十一销轴（26）安装于框架（28），所述翘板（25）的另一端与固封极柱（23）下端的螺纹连接，固封极柱（23）安装于框架（28）的平面，上述分闸扣板（3）、第一连板（9）、第一拐臂（12）、第二连板（14）、第三连板（18）、第二拐臂（19）、第四连板（22）、翘板（25）依次连接构成连杆铰链组；所述翘板（25）的一端孔中与固封极柱（23）一端连接处设有灵活转动的转动块（27），固封极柱（23）下端的螺纹穿入转动块（27）的中心孔，转动块（27）的两侧通过螺母紧固于翘板（25）；所述连杆铰链组通过滚轮（15）分为上下两端，高压断路器储能到位后，将合闸弹簧能量通过凸轮（4）推动滚轮（15），使连杆铰链组按相应轨迹转动，因上端连杆铰链组受力较小，直接转动，下端连杆铰链组在分闸弹簧力的作用下保持能量平衡，首先转动的是滚轮（15）上端的连杆铰链组，滚轮（15）、第二连板（14）和第三连板（18）在往外推的同时第一拐臂（12）沿自身侧板的支点旋转，带动第一连板（9）转动同时分闸扣板（3）相应转动直至分闸扣板（3）的另一端被分闸半轴（1）挡住，上端的连杆铰链组停止转动；然后相应滚轮下端的连杆铰链组在不断增加力的作用下也相应随轨迹转动，在第三连板（18）的推动下，第二拐臂（19）在输出轴支点的作用下按对应的轨迹转动，同时带动第四连板（22）相应转动，第四连板（22）推动翘板（25）的一端下压，在翘板（25）支撑中点作用下，翘板（25）的另一端上翘，并带动转动块（27）往上移动，同时带动固封极柱（23）中动端往上移动，直至灭弧式中动静触头接触，合闸到位，连杆铰链组受力，最终通过分闸扣板（3）压住分闸半轴（1），将能量保持；当旋转分闸半轴（1），将分闸扣板（3）的阻挡力取消，分闸扣板（3）及相应的连杆铰链组按受力方向运动，直到固封极柱（23）中灭弧式分闸到位。

2.根据权利要求1所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述凸轮（4）和凸轮轴（29）焊接成一整体，凸轮（4）的表面和连杆铰链组中滚轮（15）的相接为相切接触。

3.根据权利要求1所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述分闸扣板（3）为凸轮板，凸轮面位于分闸扣板（3）的两端之间，分闸扣板（3）呈扇形夹角排布，分闸扣板（3）的分闸半轴（1）一端为尖角端，对称的另一端为平角端，分闸扣板（3）的中间位于三角形凸起处。

4.根据权利要求1所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述第一拐臂（12）呈“〈”字形，第一拐臂（12）的中间位于弯曲处，第一拐臂（12）的中间弯曲处外径与分闸扣板（3）的平角端相抵。

5.根据权利要求1所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述凸轮（4）呈“，”字形，凸轮轴（29）位于凸轮（4）的弯曲处，凸轮（4）的钩端处设有凸轮滚轮。

6.根据权利要求5所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述第二拐臂（19）呈“〈”字形，第二拐臂（19）的中间位于弯曲处，第二拐臂（19）的中间弯曲处设有向外翘起的凸耳，第二拐臂（19）的凸耳与T字形的合闸扣板（6）一端相抵，合闸扣板（6）的中间通过第三销轴（8）安装于框架（28），合闸扣板（6）对称的另一端与合闸半轴（5）相抵，合闸扣板T形的伸出一端与凸轮（4）的圆形端外径相抵。

7.根据权利要求6所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述合闸扣板（6）的第二拐臂（19）一端为三角形尖头端，合闸扣板（6）的合闸半轴（5）一端为平头端，相抵处设有端钩，合闸扣板（6）的凸轮（4）一端的斜面端为圆弧面，通过圆弧面与凸轮（4）的圆形端上两铆接轮外径相抵。

8.根据权利要求6所述的操动机构高效传动连杆结构，其特征在于所述第二拐臂（19）两侧的第三连板（18）、第四连板（22）与第二拐臂（19）之间的夹角小于90度大于70度。

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