CN111122662A - 一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置及其工作方法，该装置包括直线电机定子、直线电机动子、直角转接板、直线电机拖链、连接板、滑轨、球形滑块、第一连接杆、箱式直线滑动轴承、第一滑块、第一滑块锁紧旋钮、直线滑轨、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头、第二滑块、第二滑块锁紧旋钮、支架固定座、第四连接杆、静触头绝缘子、第五连接杆、静触头夹具、静触头、支架。本发明能够调节触头开距大小、实现不同规格的触头的夹持、实现大范围触头闭合速度与分断速度的无级调节，方便分析不同闭合与分断速度对于触头材料电性能的影响，可为各类开关电器触头材料的测试与试验提供条件，进而为各类开关电器触头材料的选择提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置，属于低压电器技术领域。
背景技术
近年来，随着新能源系统和智能电网的飞速发展，低压配电系统向智能化转型升级，分断电路功率等级与电寿命要求越来越高，这就要求开关电器要全面提升其快速熄弧以及触头抗熔焊、抗电弧侵蚀的能力。合理地提高交直流开关电器触头分断速度、优化触头闭合速度、改善触头材料及其配对方式，能有效地提升交直流开关电器触头抗熔焊、抗电弧侵蚀以及快速灭弧的能力。由此可见，对交直流开关电器进行触头材料电性能模拟试验研究十分必要。
目前触头材料电性能模拟试验装置基本归纳为两类：一类是以实际开关产品为载体，装配不同的触头后进行模拟试验。这类测试装置通用性差，针对不同型号的开关电器需开发不同的测试装置，且无法实现触头吸合与分断速度的调节。另一类是以步进电机、电磁铁、或气缸为驱动装置，使触头闭合与分断。采用步进电机作为操动机构时，由于步进电机转速从零到额定转速需要的时间较长，故当动静触头开距较小时，步进电机与齿轮齿条的组合件无法在开距范围内达到触头的实际闭合和分断速度，所以不适用于开距较小的开关电器。采用电磁铁作为操动机构，由于只能通过改变电磁铁电压或电流的大小，或者加装限位机构调节电磁铁工作气隙的大小，或者更换不同劲度系数的反力弹簧来改变速度，因而触头速度调节范围也十分有限。采用气缸作为操动机构，需额外增加气源装置以及气源调节装置，结构复杂，此外由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响。
发明内容
针对现有的触头材料模拟试验装置的不足，本发明的目的在于提供一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置及其工作方法，旨在解决目前的触头材料模拟试验装置的闭合与分断速度调节范围较小以及适用范围较局限的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置，包括直线电机定子、直线电机动子、直角转接板、直线电机拖链、连接板、滑轨、球形滑块、第一连接杆、箱式直线滑动轴承、第一滑块、第一滑块锁紧旋钮、直线滑轨、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头、第二滑块、第二滑块锁紧旋钮、支架固定座、第四连接杆、静触头绝缘子、第五连接杆、静触头夹具、静触头、支架。所述直线电机动子安装在直线电机定子中，所述直角转接板的一个直角边安装在直线电机动子的侧面，所述直角转接板的另一个直角边与直线电机拖链一端的下端面相连，所述直线电机拖链的另一端的下端面安装在连接板的上端面，所述连接板与直线电机定子的下端面相连；所述滑轨安装在直线电机动子的上端面，所述球形滑块嵌入滑轨的凹槽中，所述第一连接杆的一端嵌入球形滑块的上端面，第一连接杆沿其长度方向套有箱式直线滑动轴承，所述第一连接杆的另一端与触头弹簧相连，所述第二连接杆的一端贯穿触头弹簧且嵌入第一连接杆中，所述第二连接杆的另一端与动触头绝缘子的一端相连，所述动触头绝缘子的另一端安装在第三连接杆的一端，所述第三连接杆的另一端与动触头夹具相连，所述动触头夹具加持有所述动触头，所述箱式直线滑动轴承的下端面固定在第一滑块的上端面，所述第一滑块的一侧安装有第一滑块锁紧旋钮，所述第一滑块的下端面安装在直线滑轨的上端面的一端，所述直线滑轨的上端面的另一端安装有第二滑块，所述第二滑块的一侧安装有第二滑块锁紧旋钮，所述支架固定座的下端面固定在第二滑块的上端面，所述第四连接杆固定在支架固定座的轴孔上，第四连接杆沿其长度方向安装有静触头绝缘子，所述静触头绝缘子的另一端与第五连接杆相连，所述第五连接杆与静触头夹具相连，所述静触头夹具夹持有所述静触头，且所述第一连接杆、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头、静触头、静触头夹具、第五连接杆、静触头绝缘子、第四连接杆设置在同一直线上，所述支架的上端面固定有直线滑轨，所述支架的侧面固定在直线电机定子的侧面；
更进一步地，所述滑轨内嵌转弯角度为θ的“Z”字型凹槽，更换不同转弯角度θ的滑轨，可以改变动静触头开距的大小。
更进一步地，所述箱式直线滑动轴承内嵌石墨铜套。
更进一步地，还包括第一滑块和第二滑块可在直线滑轨上滑动，且第一滑块可由第一滑块锁紧旋钮锁紧，第二滑块可由第二滑块锁紧旋钮锁紧。
更进一步地，还包括动触头夹具和静触头夹具可以是扳手式钻夹头或者手紧式钻夹头。
本发明还提供了一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，所述直线电机定子通电时带动直线电机动子和滑轨作直线往复运动，进而带动球形滑块、第一连接杆、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头沿第一连接杆的长度方向运动，当直线电机定子通电时带动直线电机动子和滑轨往左作直线运动时带动球形滑块、第一连接杆、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头向靠近静触头的方向移动，直到动静触头稳定接触，当直线电机定子通电时带动直线电机动子和滑轨往右作直线运动时带动球形滑块、第一连接杆、触头弹簧、第二连接杆、动触头绝缘子、第三连接杆、动触头夹具、动触头向远离静触头的方向移动，回到初始位置，从而实现基于直线电机的触头材料模拟试验装置的闭合与分断功能。
更进一步地，调整第二滑块锁紧旋钮以及第四连接杆在支架固定座中的位置，实现静触头位置的调整,调整方向与直线电机动子运动方向相垂直；通过更换不同转弯角度θ的滑轨，能够调节动触头与静触头之间开距的大小。
更进一步地，调节第一滑块锁紧旋钮以调节箱式直线滑动轴承在第一连接杆上的位置，减小动触头与箱式直线滑动轴承之间的距离，能够减小动触头运动过程中的抖动；通过调节直线电机动子的运动速度，改变动、静触头闭合速度与分断速度大小。
更进一步地，球形滑块与第一连接杆端头为转动铰接，以使球形滑块在滑轨凹槽中运动时能够转动，以减小球形滑块在滑轨中运动的阻力。
更进一步地，直线电机的电源为单相220V交流电源，动触头与静触头所在的触头回路的电源为直流或交流电源，负载为电阻或电感，在动触头与静触头两端接入示波器和电流探针，能够获得触头两端电压和触头电流波形。
本发明的基于直线电机的触头材料模拟试验装置能够模拟各类开关电器触头系统的动作过程，能够调节动静触头开距大小、实现不同规格的触头的夹持、实现触头的大范围闭合速度与分断速度的无级调节，方便分析不同闭合与分断速度对于触头材料电性能的影响，适用于各种容量的开关电器的触头材料电性能的模拟试验研究。该装置可为各类开关电器触头材料的测试与试验提供条件，进而为各类开关电器触头材料的选择与设计提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例的基于直线电机的触头材料模拟试验装置的立体图。
图2为本发明实施例的基于直线电机的触头材料模拟试验装置的触头系统及夹持机构的立体图。
图3为本发明实施例的基于直线电机的触头材料模拟试验装置的触头系统及夹持机构的平面图。
图4为本发明实施例的基于直线电机的触头材料模拟试验装置的触头弹簧安装平面图。
图5为本发明实施例的基于直线电机的触头材料模拟试验装置的滑轨俯视图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置，该装置适用于各种容量的开关电器的触头材料电性能的模拟试验研究。可为各类开关电器触头材料的测试与试验提供条件，进而为各类开关电器触头材料的选择与设计提供依据。
本发明的基于直线电机的触头材料模拟试验装置包括直线电机定子1、直线电机动子2、直角转接板3、直线电机拖链4、连接板5、滑轨6、球形滑块7、第一连接杆8、箱式直线滑动轴承9、第一滑块10、第一滑块锁紧旋钮11、直线滑轨12、触头弹簧13、第二连接杆14、动触头绝缘子15、第三连接杆16、动触头夹具17、动触头18、第二滑块19、第二滑块锁紧旋钮20、支架固定座21、第四连接杆22、静触头绝缘子23、第五连接杆24、静触头夹具25、静触头26、支架27；
其中，直线电机动子2安装在直线电机定子1中，直角转接板3的一个直角边安装在直线电机动子2的侧面，直角转接板3的另一个直角边与直线电机拖链4一端的下端面相连，直线电机拖链4的另一端的下端面安装在连接板5的上端面，连接板5与直线电机定子1的下端面相连；
滑轨6安装在直线电机动子2的上端面，球形滑块7嵌入滑轨6凹槽61中，第一连接杆8的一端嵌入球形滑块7的上端面，第一连接杆8沿其长度方向套有箱式直线滑动轴承9，第一连接杆8的另一端与触头弹簧13相连，第二连接杆14的一端贯穿触头弹簧13且嵌入第一连接杆8中，第二连接杆14的另一端与动触头绝缘子15的一端相连，动触头绝缘子15的另一端安装在第三连接杆16的一端，第三连接杆16的另一端与动触头夹具17相连，动触头夹具17夹持有动触头18，箱式直线滑动轴承9的下端面固定在第一滑块10的上端面，第一滑块10的一侧安装有第一滑块锁紧旋钮11，第一滑块10的下端面安装在直线滑轨12的上端面的一端，直线滑轨12的上端面的另一端安装有第二滑块19，第二滑块19的一侧安装有第二滑块锁紧旋钮20，支架固定座21的下端面固定在第二滑块19的上端面，第四连接杆22固定在支架固定座21的轴孔上，第四连接杆22沿其长度方向安装有静触头绝缘子23，静触头绝缘子23的另一端与第五连接杆24相连，第五连接杆24与静触头夹具25相连，静触头夹具25夹持有静触头26，且第一连接杆8、触头弹簧13、第二连接杆14、动触头绝缘子15、第三连接杆16、动触头夹具17、动触头18、静触头26、静触头夹具25、第五连接杆24、静触头绝缘子23、第四连接杆22设置在同一直线上，支架27的上端面固定有直线滑轨12，支架27的侧面固定在直线电机定子1的侧面；
直线电机定子1通电时带动直线电机动子2和滑轨6作直线往复运动，进而带动球形滑块7、第一连接杆8、触头弹簧13、第二连接杆14、动触头绝缘子15、第三连接杆16、动触头夹具17、动触头18沿第一连接杆8的长度方向运动，当直线电机定子1通电时带动直线电机动子2和滑轨6往左（如图1所示）作直线运动时带动球形滑块7、第一连接杆8、触头弹簧13、第二连接杆14、动触头绝缘子15、第三连接杆16、动触头夹具17、动触头18向靠近静触头26的方向移动，直到动静触头稳定接触，当直线电机定子1通电时带动直线电机动子2和滑轨6往右（如图1所示）作直线运动时带动球形滑块7、第一连接杆8、触头弹簧13、第二连接杆14、动触头绝缘子15、第三连接杆16、动触头夹具17、动触头18向远离静触头26的方向移动，回到初始位置，从而实现基于直线电机的触头材料模拟试验装置的闭合与分断功能。
在本发明实施例中，通过调节直线电机动子2的运动速度，可以改变动、静触头闭合速度与分断速度大小，直线电机的调速是公知常识，在此不做详细说明。
本发明能够实现静触头26位置调整，调整方向与直线电机动子2运动方向相垂直，具体步骤为：调整第二滑块锁紧旋钮20以及第四连接杆22在支架固定座21中的位置，能够实现静触头位置的调整。
通过更换不同转弯角度θ的滑轨6，能够调节动触头18与静触头26之间开距的大小。
调节第一滑块锁紧旋钮11可以调节箱式直线滑动轴承9在第一连接杆8上的位置，减小动触头18与箱式直线滑动轴承9之间的距离，如此设计能够减小动触头18运动过程中的抖动。
本发明中直线电机的电源为单相220V交流电源，动触头18与静触头26所在的触头回路的电源为直流或交流电源，负载可为电阻、电感或其它任意负载，通过在动触头18与静触头26两端接入示波器和电流探针，可以获得触头两端电压和触头电流波形。
本发明中箱式直线滑动轴承9内嵌石墨铜套。
本发明中动触头夹具17和静触头夹具25可以是扳手式钻夹头或者手紧式钻夹头，如此可以实现不同规格不同材料的触头的夹持。
本发明球形滑块与第一连接杆端头为转动铰接，使球形滑块7在滑轨6中运动时可以转动，如此设计可以使得球形滑块7与滑轨6之间的摩擦为滚动摩擦，减小球形滑块7在滑轨6中运动的阻力。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (10)
1.一种基于直线电机的触头材料模拟试验装置，其特征在于，包括直线电机定子（1）、直线电机动子（2）、直角转接板（3）、直线电机拖链（4）、连接板（5）、滑轨（6）、球形滑块（7）、第一连接杆（8）、箱式直线滑动轴承（9）、第一滑块（10）、第一滑块锁紧旋钮（11）、直线滑轨（12）、触头弹簧（13）、第二连接杆（14）、动触头绝缘子（15）、第三连接杆（16）、动触头夹具（17）、动触头（18）、第二滑块（19）、第二滑块锁紧旋钮（20）、支架固定座（21）、第四连接杆（22）、静触头绝缘子（23）、第五连接杆（24）、静触头夹具（25）、静触头（26）、支架（27）；
所述直线电机动子（2）安装在直线电机定子（1）上，所述直角转接板（3）的一个直角边安装在直线电机动子（2）的侧面，所述直角转接板（3）的另一个直角边与直线电机拖链（4）一端的下端面相连，所述直线电机拖链（4）的另一端的下端面安装在连接板（5）的上端面，所述连接板（5）与直线电机定子（1）的下端面相连；
所述滑轨（6）安装在直线电机动子（2）的上端面，所述球形滑块（7）嵌入滑轨（6）的凹槽（61）中，所述第一连接杆（8）的一端嵌入球形滑块（7）的上端面，第一连接杆（8）沿其长度方向套有箱式直线滑动轴承（9），所述第一连接杆（8）的另一端与触头弹簧（13）相连，所述第二连接杆（14）的一端贯穿触头弹簧（13）且嵌入第一连接杆（8）中，所述第二连接杆（14）的另一端与动触头绝缘子（15）的一端相连，所述动触头绝缘子（15）的另一端安装在第三连接杆（16）的一端，所述第三连接杆（16）的另一端与动触头夹具（17）相连，所述动触头夹具（17）夹持有所述动触头（18），所述箱式直线滑动轴承（9）的下端面固定在第一滑块（10）的上端面，所述第一滑块（10）的一侧安装有第一滑块锁紧旋钮（11），所述第一滑块（10）的下端面安装在直线滑轨（12）的上端面的一端，所述直线滑轨（12）的上端面的另一端安装有第二滑块（19），所述第二滑块（19）的一侧安装有第二滑块锁紧旋钮（20），所述支架固定座（21）的下端面固定在第二滑块（19）的上端面，所述第四连接杆（22）固定在支架固定座（21）的轴孔上，第四连接杆（22）沿其长度方向安装有静触头绝缘子（23），所述静触头绝缘子（23）的另一端与第五连接杆（24）相连，所述第五连接杆（24）与静触头夹具（25）相连，所述静触头夹具（25）夹持有所述静触头（26），且所述第一连接杆（8）、触头弹簧（13）、第二连接杆（14）、动触头绝缘子（15）、第三连接杆（16）、动触头夹具（17）、动触头（18）、静触头（26）、静触头夹具（25）、第五连接杆（24）、静触头绝缘子（23）、第四连接杆（22）设置在同一直线上，所述支架（27）的上端面固定有所述直线滑轨（12），所述支架（27）的侧面固定在直线电机定子（1）的侧面。
2.如权利要求1所述的基于直线电机的触头材料模拟试验装置，其特征在于，
所述滑轨（6）内嵌转弯角度为θ的“Z”字型凹槽，更换不同转弯角度θ的滑轨（6），以改变动静触头开距的大小。
3.如权利要求1所述的基于直线电机的触头材料模拟试验装置，其特征在于，所述箱式直线滑动轴承（9）内嵌石墨铜套。
4.如权利要求1所述的基于直线电机的触头材料模拟试验装置，其特征在于，还包括第一滑块（10）和第二滑块（19）能够在直线滑轨（12）上滑动，且第一滑块（10）由第一滑块锁紧旋钮（11）锁紧，第二滑块（19）由第二滑块锁紧旋钮（20）锁紧。
5.如权利要求1所述的基于直线电机的触头材料模拟试验装置，其特征在于，还包括动触头夹具（17）和静触头夹具（25），动触头夹具（17）和静触头夹具（25）是扳手式钻夹头或者手紧式钻夹头。
6.一种如权利要求1-5任一项所述基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，其特征在于，所述直线电机定子（1）通电时带动直线电机动子（2）和滑轨（6）作直线往复运动，进而带动球形滑块（7）、第一连接杆（8）、触头弹簧（13）、第二连接杆（14）、动触头绝缘子（15）、第三连接杆（16）、动触头夹具（17）、动触头（18）沿第一连接杆（8）的长度方向运动，当直线电机定子（1）通电时带动直线电机动子（2）和滑轨（6）往左作直线运动时带动球形滑块（7）、第一连接杆（8）、触头弹簧（13）、第二连接杆（14）、动触头绝缘子（15）、第三连接杆（16）、动触头夹具（17）、动触头（18）向靠近静触头（26）的方向移动，直到动静触头稳定接触，当直线电机定子（1）通电时带动直线电机动子（2）和滑轨（6）往右作直线运动时带动球形滑块（7）、第一连接杆（8）、触头弹簧（13）、第二连接杆（14）、动触头绝缘子（15）、第三连接杆（16）、动触头夹具（17）、动触头（18）向远离静触头（26）的方向移动，回到初始位置，从而实现触头的闭合与分断功能。
7.如权利要求6所述基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，其特征在于，调整第二滑块锁紧旋钮(20)以及第四连接杆(22)在支架固定座(21)中的位置，实现静触头位置的调整,调整方向与直线电机动子运动方向相垂直；通过更换不同转弯角度θ的滑轨（6），能够调节动触头（18）与静触头（26）之间开距的大小。
8.如权利要求6所述基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，其特征在于，调节第一滑块锁紧旋钮（11）以调节箱式直线滑动轴承（9）在第一连接杆（8）上的位置，减小动触头（18）与箱式直线滑动轴承（9）之间的距离，能够减小动触头（18）运动过程中的抖动；通过调节直线电机动子（2）的运动速度，改变动、静触头闭合速度与分断速度大小。
9.如权利要求6所述基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，其特征在于，球形滑块（7）与第一连接杆（8）端头为转动铰接，以使球形滑块（7）在滑轨凹槽（61）中运动时能够转动，以减小球形滑块（7）在滑轨（6）中运动的阻力。
10.如权利要求6所述基于直线电机的触头材料模拟试验装置的工作方法，其特征在于，直线电机的电源为单相220V交流电源，动触头（18）与静触头（26）所在的触头回路的电源为直流或交流电源，负载为电阻或电感，在动触头（18）与静触头（26）两端接入示波器和电流探针，能够获得触头两端电压和触头电流波形。
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