CN108565144B - 一种预储能弹簧操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预储能弹簧操作机构，包括安装板以及设置在安装板上的合闸机构、分闸机构和输出机构；其中，合闸机构包括储能轴、第一齿轮、转盘、合闸凸轮、储能压止、滑轮、弹簧挂片、弹簧拉片、滚针轴承以及第一弹簧；输出机构包括摆臂板、连接杆、输出轴以及信号输送装置；分闸机构包括分闸轴、分闸压止、分闸弹簧凸轮、分闸杆、限位板以及第二弹簧；摆臂板第一端可与合闸凸轮抵接，摆臂板第三端可与分闸压止抵接。本发明的预储能弹簧操作机构合闸时间短、能耗低、机构摩擦损耗少，适用于快速响应的开关柜。

Description

一种预储能弹簧操作机构

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种能够有效提高开关柜快速响应能力的预储能弹簧操作机构。

背景技术

目前，电力、通信和网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分，而这些设备的运作需要电力，因此可靠的电力保障尤为重要。电力保障可以分为线路保障与快速修复保障。目前，线路保障已经实现了全面覆盖，全国范围内几乎不存在没有通电的地方，而电力保障的关健点就在于如果一旦出现了线路故障，如何快速地隔断和修复故障点。随着电力电网的改造，自动化技术在电力行业应用越来越广泛，能快速响应的开关柜成为了电力系统的重要需求。

现有的开关柜大多为储能合闸同时进行，但是有先后顺序，合闸所需能量较为持续，储能合闸整个过程需要约为10秒的时间，而在智能电网的要求为0.3秒，因此不符合智能电网的要求。而且现有的开关柜在现场处置上，如果一旦操作机构出现问题，要更换就要去重新调整开关与操作机构间的连接螺栓，安装繁琐，现场更换可操作性差。

此外，现有的弹簧操作机构通常包括用于储能的弹簧、用于连接弹簧的弹簧拉片以及与弹簧拉片连接的用于传递动力的摆臂轴，在储能过程中，弹簧被拉伸，由于弹簧的拉力，弹簧拉片与摆臂轴之间的摩擦力增大，从而造成磨损。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高开关柜响应能力，降低合闸时间，减少合闸能耗，并且减少磨损。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种预储能弹簧操作机构，包括安装板以及设置在安装板上的合闸机构、分闸机构和输出机构；其中，合闸机构包括可绕自身轴线转动的储能轴、同轴套合在储能轴上且可相对于储能轴独立转动的第一齿轮、与储能轴周向联动的转盘和合闸凸轮、设在第一齿轮上的储能压止以及设置在合闸凸轮上的滑轮；转盘与第一齿轮相邻，转盘包括与储能压止配合的卡槽；合闸机构还包括可绕自身轴线转动的合闸轴、设置在合闸轴上的第一凹槽以及可从第一锁合位置移动至第一打开位置的合闸压止；在第一锁合位置上，合闸压止第一端与滑轮抵接，合闸压止第二端与合闸轴抵接，转盘的运动受限；在第一打开位置上，合闸压止第二端穿过第一凹槽，合闸压止第一端可相对于滑轮移动；合闸机构还包括与安装板连接的弹簧挂片、固定在储能轴底端的弹簧摆臂、在弹簧摆臂上且远离储能轴的摆臂轴、与摆臂轴可转动地连接的弹簧拉片、设置在摆臂轴与弹簧拉片之间的滚针轴承以及第一弹簧；第一弹簧第一端连接在所述弹簧挂片上，第一弹簧第二端连接在远离摆臂轴的弹簧拉片的一端；合闸机构还包括可绕自身轴线转动的操作轴以及与操作轴周向联动的第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合；输出机构包括可绕转轴转动的摆臂板、连接杆、输出轴、与输出轴周向联动的轴耳以及与输出轴或轴耳连接的信号输送装置；摆臂板第一端与合闸凸轮抵接，摆臂板第二端与连接杆第一端铰接，连接杆第二端与轴耳铰接；分闸机构包括可绕自身轴线转动的分闸轴、设置在分闸轴上的第二凹槽以及可从第二锁合位置移动至第二打开位置的分闸压止；在第二锁合位置上，分闸压止第一端与摆臂板第三端抵接，分闸压止第二端与分闸轴抵接，摆臂板运动受限；在第二打开位置上，分闸压止第二端穿过第二凹槽，分闸压止第一端可相对于摆臂板第三端移动；分闸机构还包括固定在输出轴底端的分闸弹簧凸轮、与远离输出轴的分闸弹簧凸轮的一端连接且垂直于输出轴的分闸杆、设置在所述分闸杆第一端且固定在安装板上的限位板、固定在分闸杆第二端的弹簧套以及套在分闸杆上的第二弹簧；第二弹簧第一端与限位板连接，第二弹簧第二端与弹簧套连接。

本发明预储能弹簧操作机构合闸的预储能过程包括：首先转动操作轴，操作轴通过第二齿轮带动第一齿轮转动，第一齿轮上的合闸压止与转盘上的卡槽抵接，带动储能轴转动，储能轴带动弹簧摆臂转动，通过摆臂轴和弹簧拉片拉伸第一弹簧。滚针轴承在摆臂轴和弹簧拉片之间，能够有效减少两者的摩擦损耗。弹簧拉伸到达拐点以后开始收缩，此时转盘上的滑轮顶到合闸压止，合闸压止把转盘限制在此位置，从而达到储能的目的。

当合闸时，合闸轴转动，解除合闸压止对转盘的限制作用，由第一弹簧提供能量带动合闸凸轮转动，使摆臂板第一端产生位移，通过连接杆带动输出轴转动，完成合闸操作。此时，分闸压止与摆臂板第三端抵接，限制摆臂板的位置。同时，输出轴带动分闸弹簧凸轮转动，使第二弹簧储能，即在第一弹簧释放的同时会为第二弹簧进行储能，无需另外再为第二弹簧进行储能。当合闸操作完成以后，第一弹簧恢复到自然状态，由于第一弹簧和第二弹簧是独立分开的，第一弹簧能够再次进行预储能，为下次储能做好准备，从而使合闸时间与储能时间分开，实现快速合闸。

当分闸时，分闸轴转动，解除分闸压止对摆臂板的限制作用，由第二弹簧提供能量带动输出轴转动，完成分闸操作。此时，摆臂板恢复到合闸前的位置，准备下一次合闸操作。只要第二弹簧完成储能，无论第一弹簧是否处于储能完成的状态，弹簧操作机构都能独立完成分闸操作。

进一步的技术方案是，分闸机构还包括缓冲垫，缓冲垫设置在靠近分闸弹簧凸轮的限位板的一侧。

进一步的技术方案是，合闸机构还包括可转动的棘爪，棘爪末端与第二齿轮抵接。

进一步的技术方案是，合闸机构还包括可移动的合闸按钮，合闸轴随合闸按钮动作而转动；分闸机构还包括可移动的分闸按钮，分闸轴随分闸按钮动作而转动。

进一步的技术方案是，合闸机构还包括合闸电磁铁，合闸电磁铁推动合闸轴转动；分闸机构还包括分闸电磁铁，分闸电磁铁推动分闸轴转动。

进一步的技术方案是，合闸机构还包括电机，电机与所述操作轴连接。

进一步的技术方案是，摆臂板第二端与转轴轴心的距离大于摆臂板第一端与转轴轴心的距离。

进一步的技术方案是，摆臂板第二端与转轴轴心的距离大于摆臂板第三端与转轴轴心的距离。

进一步的技术方案是，摆臂板第一端包括第一滚轮，摆臂板第一端通过第一滚轮与合闸凸轮接触；摆臂板第三端包括第二滚轮，摆臂板第三端通过第二滚轮与分闸压止第一端接触。

进一步的技术方案是，输出机构还包括设置在输出轴顶端的联锁凸轮以及与联锁凸轮抵接的可移动的联锁杆。

进一步的技术方案是，信号输送装置包括辅助开关、辅助开关拉杆以及辅助开关摆臂；辅助开关拉杆第一端与辅助开关固定连接，辅助开关拉杆第二端与辅助开关摆臂第一端铰接；辅助开关摆臂第二端与轴耳铰接。

本发明能够取得以下有益效果：

本发明采用预储能的方式，实现了快速分合闸。本发明把储能时间与合闸时间分开，能够使得合闸时间在100 ms内，大大减少了线路上隔断恢复的操作时间，符合智能电网的要求，且提供合闸能量的时间也是在100ms以内，减少能耗，大大降低了对继电保护装置的要求。本发明解决了现有弹簧操作机构存在的合闸时间长、所需要合闸能量较为持续的技术问题，不需要等待以往约为10秒的储能时间。本发明主要用于电力行业的开关柜上，能有效的提高开关柜的快速响应能力。

本发明通过大量的试验和分析，发现弹簧操作机构中摆臂轴和弹簧拉片之间易磨损，通过在摆臂轴和弹簧拉片之间增加滚针轴承，在承重的同时能够减少摩擦损耗，提高机构使用寿命。

本发明的开关与机构之间的连接主要是由动配合完成，动配合实现连接也作为分界。当出现问题时，可以直接更换后直接使用，无需试调，不影响开关内部性能，而不需要像传统的操作机构那样需要重新调整开关与操作机构之间的连接螺栓，本发明安装简单，现场更换可操作性强。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本发明弹簧操作机构实施例的立体示意图。

图2是本发明弹簧操作机构实施例的另一立体示意图。

图3是本发明弹簧操作机构实施例移去顶板等部件后的立体示意图。

图4是本发明弹簧操作机构实施例移去顶板等部件后的主视图。

图5是本发明弹簧操作机构实施例底部结构的立体示意图。

图6是本发明弹簧操作机构实施例分闸机构和输出机构的立体示意图。

图7是本发明弹簧操作机构实施例合闸机构的立体示意图。

图8是本发明弹簧操作机构实施例第一工作状态的结构示意图。

图9是本发明弹簧操作机构实施例第二工作状态的结构示意图。

具体实施方式

如图1至4所示，本实施例的预储能弹簧操作机构包括安装板100以及设置在安装板100上的合闸机构200、分闸机构300和输出机构400。

其中，安装板100包括相互平行放置的底板110、中板120和顶板130，中板120位于底板110和顶板130之间，并且通过柱分别与底板110和顶板130固定连接。

如图7所示，合闸机构200包括储能轴210，储能轴210穿过中板120和顶板130并且可以绕自身轴线转动。在中板120与顶板130之间，储能轴210同轴套合有第一齿轮211，第一齿轮211可以相对于储能轴210独立转动。储能轴210和第一齿轮211可以通过轴套可转动地连接。在中板120与顶板130之间，储能轴210还固定连接有转盘212和合闸凸轮213，转盘212和合闸凸轮213能够与储能轴210共同转动。转盘212位于第一齿轮211的上方，与第一齿轮211相邻。第一齿轮211上设有储能压止214，转盘212包括卡槽215，储能压止214可与卡槽215配合，从而使转盘212跟随第一齿轮211而转动，继而带动储能轴210转动。转盘212上还设有滑轮216。合闸凸轮213设置在第一齿轮211的下方，靠近中板120。

合闸机构200还包括合闸轴220，合闸轴220上设有第一凹槽221。合闸轴220旁边还设有合闸压止222，合闸压止222呈弯折状，且可绕弯折处的轴转动。第一凹槽221和合闸压止222均位于中板120与顶板130之间。合闸压止222包括第一端和第二端，第一端和第二端分别位于弯折的两个末端。当合闸压止222处于第一锁合位置时，合闸压止222第一端与滑轮216抵接，合闸压止222第二端与合闸轴220抵接，从而限制转盘212的转动。在第一打开位置上，合闸压止222第二端穿过第一凹槽221，即合闸压止222第二端可在第一凹槽221内或外移动，合闸压止222第一端可相对于滑轮216移动，从而解除对转盘212的限制。

如图5所示，合闸机构200还包括连接在中板120下方的弹簧挂片230、固定在储能轴210底端的弹簧摆臂231、连接在远离储能轴210的弹簧摆臂231的一端的摆臂轴232、与摆臂轴232可转动地连接的弹簧拉片233以及连接在弹簧挂片230和弹簧拉片233之间的第一弹簧234。第一弹簧234第一端连接在所述弹簧挂片230上，第一弹簧234第二端连接在远离摆臂轴232的弹簧拉片233的一端。为了减少磨损，在摆臂轴232与弹簧拉片233之间相互转动的位置上设置有滚针轴承235。

合闸机构200还包括操作轴240，操作轴240可绕自身轴线转动。操作轴240上设有与操作轴240周向联动的第二齿轮241，第二齿轮241与第一齿轮211啮合。可以通过手动或电机280控制操作轴240转动，从而带动储能轴210转动。为了防止齿轮回退导致储能失败，操作轴240旁边还设置有可转动的棘爪250，棘爪250末端与第二齿轮241抵接。

如图6所示，输出机构400包括摆臂板410、连接杆411、输出轴412以及信号输出装置420。摆臂板410可绕转轴413转动。摆臂板410第一端与合闸凸轮213抵接，摆臂板410第二端与连接杆411第一端铰接。输出轴412上固定有轴耳414，轴耳414与连接杆412第二端铰接。输出机构400还包括设置在输出轴412顶端的联锁凸轮418以及与联锁凸轮418抵接的可移动的联锁杆417。信号输出装置420包括辅助开关421、辅助开关拉杆422以及辅助开关摆臂423；辅助开关拉杆422第一端与辅助开关421固定连接，辅助开关拉杆422第二端与辅助开关摆臂423第一端铰接；辅助开关摆臂423第二端与轴耳414铰接。信号输出装置420用于将输出机构的动作转换为信号。

如图6所示，分闸机构300包括分闸轴310，分闸轴310可绕自身轴线转动，分闸轴310上设置有第二凹槽311。分闸机构300还包括分闸压止312，第二凹槽311和分闸压止312都位于顶板130和中板120之间。分闸压止312处于第二锁合位置时，分闸压止312第一端与摆臂板410第三端抵接，分闸压止312第二端与分闸轴310抵接，从而限制摆臂板410的运动。分闸压止312在第二打开位置上时，分闸压止312第二端穿过第二凹槽311，即分闸压止312第二端可在第二凹槽311内外移动，分闸压止312第一端可相对于摆臂板410第三端移动，从而解除对摆臂板410的限制。

分闸机构300还包括固定在输出轴412底端的分闸弹簧凸轮320、与远离输出轴412的分闸弹簧凸轮320的一端连接且垂直于输出轴412的分闸杆321、设置在所述分闸杆321第一端且固定在安装板100上的限位板322、固定在分闸杆321第二端的弹簧套323以及套在分闸杆321上的第二弹簧324；第二弹簧324第一端与限位板322连接，第二弹簧324第二端与弹簧套323连接。为了防止分闸弹簧凸轮320与限位板322刚性碰撞，在靠近分闸弹簧凸轮320的限位板322的一侧还设置有缓冲垫325。

摆臂板410第二端与转轴413轴心的距离大于摆臂板410第一端与转轴413轴心的距离，从而使得摆臂板410第二端的移动能够在摆臂板410第一端被放大，进而使输出轴412转动。摆臂板410第二端与转轴413轴心的距离大于摆臂板410第三端与转轴413轴心的距离，从而使得摆臂板410第三端移动距离较小，节省空间。摆臂板410第一端包括第一滚轮415，摆臂板410第一端通过第一滚轮415与合闸凸轮213接触，摆臂板410第三端包括第二滚轮416，摆臂板410第三端通过第二滚轮416与分闸压止312第一端接触，从而减少摩擦。

本实施例可以设置合闸按钮260来控制合闸轴220的转动，可以通过合闸电磁铁270推动合闸轴220转动。可以设置分闸按钮330来控制分闸轴310的转动，可以通过分闸电磁铁260推动分闸轴310转动。

本实施例的预储能弹簧操作机构在储能过程中，首先转动操作轴240，操作轴240通过第二齿轮241带动第一齿轮211转动，第一齿轮211上的合闸压止222与转盘212上的卡槽215抵接，带动储能轴210转动，储能轴210带动弹簧摆臂231转动，通过摆臂轴232和弹簧拉片233拉伸第一弹簧234。第一弹簧234拉伸到达拐点以后开始收缩，如图8所示，此时转盘212上的滑轮216顶到合闸压止222，合闸压止222限制转盘212运动。

当合闸时，合闸轴220转动，解除合闸压止222对转盘212的限制，如图9所示，由第一弹簧234提供能量带动合闸凸轮213转动，使摆臂板410第一端产生位移，通过连接杆411带动输出轴412转动，完成合闸操作。此时，分闸压止312第一端与摆臂板410第三端抵接，限制摆臂板410运动。同时，输出轴412带动分闸弹簧凸轮320转动，使第二弹簧324储能，即在第一弹簧234释放的同时会为第二弹簧324进行储能。当合闸操作完成以后，第一弹簧234恢复到自然状态，能够再次进行预储能。

当分闸时，分闸轴310转动，解除分闸压止312对摆臂板410的限制，由第二弹簧324提供能量带动输出轴412转动，完成分闸操作。此时，摆臂板410恢复到合闸前的位置，准备下一次合闸操作。

由上可见，本发明的预储能弹簧机构使用双弹簧操作模式，其储能弹簧与分闸弹簧独立分开，可以保证机构在什么状态下都能保证预储能状态，能为下一次动作做保证。而且在储能弹簧释放的同时会为分闸弹簧进行储能，无需再为分闸弹簧再独立进行储能操作。

最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预储能弹簧操作机构，包括安装板以及设置在所述安装板上的合闸机构、分闸机构和输出机构；其特征在于：

所述合闸机构包括：

可绕自身轴线转动的储能轴、同轴套合在所述储能轴上且可相对于所述储能轴独立转动的第一齿轮、与所述储能轴周向联动的转盘和合闸凸轮、设在所述第一齿轮上的储能压止以及设置在所述合闸凸轮上的滑轮；所述转盘与所述第一齿轮相邻，所述转盘包括与所述储能压止配合的卡槽；

可绕自身轴线转动的合闸轴、设置在合闸轴上的第一凹槽以及可从第一锁合位置移动至第一打开位置的合闸压止；在所述第一锁合位置上，所述合闸压止第一端与所述滑轮抵接，所述合闸压止第二端与所述合闸轴抵接，所述转盘运动受限；在所述第一打开位置上，所述合闸压止第二端穿过所述第一凹槽，所述合闸压止第一端可相对于所述滑轮移动；

与所述安装板连接的弹簧挂片、固定在所述储能轴底端的弹簧摆臂、连接在弹簧摆臂上且远离所述储能轴的摆臂轴、与所述摆臂轴可转动地连接的弹簧拉片、设置在摆臂轴与弹簧拉片之间的滚针轴承以及第一弹簧；所述第一弹簧第一端连接在所述弹簧挂片上，所述第一弹簧第二端连接在远离所述摆臂轴的所述弹簧拉片的一端；

可绕自身轴线转动的操作轴以及与所述操作轴周向联动的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；

所述输出机构包括：

可绕转轴转动的摆臂板、连接杆、输出轴、与所述输出轴周向联动的轴耳以及与所述输出轴或所述轴耳连接的信号输送装置；所述摆臂板第一端与所述合闸凸轮抵接，所述摆臂板第二端与所述连接杆第一端铰接，所述连接杆第二端与所述轴耳铰接；

所述分闸机构包括：

可绕自身轴线转动的分闸轴、设置在分闸轴上的第二凹槽以及可从第二锁合位置移动至第二打开位置的分闸压止；在所述第二锁合位置上，所述分闸压止第一端与所述摆臂板第三端抵接，所述分闸压止第二端与所述分闸轴抵接，所述摆臂板运动受限；在所述第二打开位置上，所述分闸压止第二端穿过所述第二凹槽，所述分闸压止第一端可相对于所述摆臂板第三端移动；

固定在所述输出轴底端的分闸弹簧凸轮、与远离所述输出轴的分闸弹簧凸轮的一端连接且垂直于所述输出轴的分闸杆、设置在所述分闸杆第一端且固定在安装板上的限位板、固定在所述分闸杆第二端的弹簧套以及套在分闸杆上的第二弹簧；所述第二弹簧第一端与所述限位板连接，所述第二弹簧第二端与所述弹簧套连接。

2.根据权利要求1所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述分闸机构还包括缓冲垫，所述缓冲垫设置在靠近所述分闸弹簧凸轮的所述限位板的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述合闸机构还包括可转动的棘爪，所述棘爪末端与所述第二齿轮抵接。

4.根据权利要求1所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述合闸机构还包括可移动的合闸按钮，所述合闸轴随所述合闸按钮动作而转动；

所述分闸机构还包括可移动的分闸按钮，所述分闸轴随所述分闸按钮动作而转动。

5.根据权利要求1所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：所述合闸机构还包括合闸电磁铁，所述合闸电磁铁推动所述合闸轴转动；

所述分闸机构还包括分闸电磁铁，所述分闸电磁铁推动所述分闸轴转动。

6.根据权利要求1所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述合闸机构还包括电机，所述电机与所述操作轴连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述摆臂板第二端与所述转轴轴心的距离大于所述摆臂板第一端与所述转轴轴心的距离。

8.根据权利要求7所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述摆臂板第二端与所述转轴轴心的距离大于所述摆臂板第三端与所述转轴轴心的距离。

9.根据权利要求1至6任一项所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述摆臂板第一端包括第一滚轮，所述摆臂板第一端通过所述第一滚轮与所述合闸凸轮接触；

所述摆臂板第三端包括第二滚轮，所述摆臂板第三端通过所述第二滚轮与所述分闸压止第一端接触。

10.根据权利要求1至6任一项所述的一种预储能弹簧操作机构，其特征在于：

所述输出机构还包括设置在输出轴顶端的联锁凸轮以及与所述联锁凸轮抵接的可移动的联锁杆；

所述信号输送装置包括辅助开关、辅助开关拉杆以及辅助开关摆臂；所述辅助开关拉杆第一端与所述辅助开关固定连接，所述辅助开关拉杆第二端与所述辅助开关摆臂第一端铰接；所述辅助开关摆臂第二端与所述轴耳铰接。