CN111128618A - 一种低压塑壳断路器的操作机构 - Google Patents

Abstract

一种低压塑壳断路器的操作机构，包括手柄杠杆组件、支架、跳扣杠杆、第一锁扣件、主弹簧、肘连杆机构、转轴和触头组件，肘连杆机构包括上、下连杆，上下连杆铰接轴的轴心记为A，上下连杆铰接轴与手柄杠杆组件之间设主弹簧;支架由一对侧板构成，上下连杆铰接轴支承在一对侧板之间；手柄杠杆组件支承一对侧板上，跳扣杠杆支承在一对侧板之间；第一锁扣件与跳扣杠杆配合；转轴与下连杆连接，此转动中心记为B；触头组件包括动、静触头，在动触头与转轴之间设触头弹簧，其中一侧板上设容腔，容腔的腔壁上有第一止挡面，第一止挡面与自A至B之间的连线平行或与自A至B的连线之间形成‑15°至15°的夹角。无需增大动作能量就能实现快速脱扣。

Description

一种低压塑壳断路器的操作机构

技术领域

本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种低压塑壳断路器的操作机构。

背景技术

如业界所知，低压塑壳断路器的合闸或分闸操作可实现接通电路或分断电路，这里所称的分断电路通常指分断故障电路，该故障电路也称异常电路，故障电路的典型的例子如短路电路。操作机构是前述低压塑壳断路器接通或分断电路的执行机构，当电路发生过载或短路时，塑壳断路器保护脱扣器检测到异常并致动操作机构脱扣，快速断开电路。在分断故障大电流如短路电流时，在断口打开即在断路器的触头系统的动触头相对于静触头打开过程中往往会产生电弧，操作机构的脱扣动作的快慢对分断故障大电流过程中产生的电弧能量大小有着直接的影响。

当遇到短路大电流时，动、静触头之间产生电动斥力，促使动触头先于机构的脱扣动作而提前斥开，动触头的动触点与静触头的静触点之间起弧（产生电弧），于是要求操作机构在动触头回落重新与静触头接触之前动作而藉以拦截动触头回落，如果操作机构的脱扣动作缓慢即不能及时拦截或称阻止动触头回落，那么动触头与静触头会发生二次接触，分断过程中的电弧能量会急剧增大乃至导致分断失败。

对于一般的尚不足以使动触头斥开的故障电流，动触头通过机构的脱扣动作而打开，并且动触头的打开速度取决于操作机构的脱扣速度，具体而言：脱扣速度越快，则越有利于使动、静触点之间的电弧快速产生并拉长，从而使电弧快速熄灭，降低分断过程中的电弧能量，降低电弧对触点的烧蚀影响程度，避免触点过度损耗。

提高低压塑壳断路器操作机构的脱扣动作速度始终是业界追求的方向，目前普遍以增加操作机构的动作能量的技术手段来提高脱扣速度，但是由于操作机构的动作能量大小与操作机构的结构件的强度成正比，因此操作机构的动作能量越大，对其结构件的强度即结构强度要求越严苛。此外，操作机构的动作能量愈大，在操作过程中愈容易出现过度磨损。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于在不增大动作能量的前提下显著提高脱扣动作速度的低压塑壳断路器的操作机构。

本发明的任务是这样来完成的，一种低压塑壳断路器的操作机构，包括手柄杠杆组件、支架、跳扣杠杆、第一锁扣件、主弹簧、肘连杆机构、转轴和触头组件，肘连杆机构包括一上连杆和一下连杆，该上连杆和下连杆由上下连杆铰接轴铰接连接，所述上下连杆铰接轴的轴心记为A，在上下连杆铰接轴与所述手柄杠杆组件之间连接设置有主弹簧；支架由彼此面对面设置的并且相互固定连接在一起的一对侧板构成，所述的上下连杆铰接轴移动地支承在所述的一对侧板之间；手柄杠杆组件枢转支承在支架的一对侧板上，跳扣杠杆通过跳扣杠杆枢轴转动地支承在支架的一对侧板之间并且与所述的上连杆枢转连接；第一锁扣件与跳扣杠杆相配合，用于锁住或解锁跳扣杠杆；所述转轴与所述下连杆转动连接，此转动中心记为B，并且通过所述的肘连杆机构的动作实现转动；触头组件包括相互配合的动触头与静触头，动触头枢置在转轴上，在该动触头与转轴之间设置有用于提供预紧力而藉以在合闸时提供触头压力的触头弹簧，在所述的一对侧板中的其中一个侧板上开设有一容腔，所述的上下连杆铰接轴的端部探入所述的容腔中，在该容腔的容腔腔壁上构成有一第一止挡面，所述的第一止挡面位于上下连杆铰接轴与跳扣杠杆枢轴之间，并且第一止挡面与自所述A至所述B之间的连线平行或者与自所述A至所述B的连线之间形成-15°至15°的夹角，在操作机构脱扣动作初始阶段走超程过程中，上下连杆铰接轴沿第一止挡面限定的轨迹移动，从而带动动触头与静触头的快速脱离。

在本发明的一个具体的实施例中，在所述的断路器合闸时，自所述A至所述B之间的连线与自所述B至所述转轴的回转中心O₂之间的连线形成有一度数为85-95°的夹角。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的容腔的容腔腔壁上还构成有一第二止挡面和一第三止挡面，所述的第一止挡面与所述的第二止挡面形成面对面的关系，所述的第三止挡面位于第一、第二止挡面之间。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的一对侧板中的另一个侧板上也开设有一容腔，并且与所述一个侧板上的容腔彼此对应。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于在构成支架的一对侧板上并且在对应的位置各开设了一容腔，又由于将用于使肘连杆机构的上、下连杆铰接的上下连杆铰接轴的端部探入容腔，还由于在容腔的容腔腔壁上构成有第一、第二止挡面以及第三止挡面，进而由于第一止挡面对应于上下连杆铰接轴与跳扣杠杆枢轴之间，因而在操作机构脱扣动作初始阶段走超程过程中，促使上下连杆铰接轴沿第一止挡面限定的轨迹移动，与已有技术中上下连杆铰接轴随上连杆一起倚靠于跳动杠杆枢轴上的脱扣动作相比，可以显著提高提拉转轴的速度，在转轴脱扣过程的超程阶段能以更快捷的速度作分闸动作，并且在转轴带动动触头一起脱离后，在跳扣杠杆尚未与止挡轴接触之前也可达到快速动作的目的。达到了无需增大动作能量实现快速脱扣的目的。

附图说明

图1为本发明的手柄杠杆组件、跳扣杠杆、第一、第二锁扣件、牵引杆、肘连杆机构的上连杆以及下连杆组装于支架上的示意图。

图2为图1所示的支架的一对侧板的示意图。

图3为本发明低压塑壳断路器的操作机构处于分闸状态时的示意图。

图4为本发明低压塑壳断路器的操作机构处于再扣状态时的示意图。。

图5为本发明低压塑壳断路器的操作机构处于合闸状态的示意图。

图6为本发明低压塑壳断路器的操作机构处于合闸状态时，上连杆靠近上下连杆铰接轴区域的上连杆卡止端与跳扣杠杆枢轴的接触的状态图。

图7为触头组件的动触头与转轴刚接触时的状态图。

图8为当跳扣杠杆受止挡轴接触止动时，触头组件的动触头与静触头脱离的状态图。

图9为当上下连杆铰接轴带动上连杆、下连杆及设置动触头的转轴运动至第三止挡面受其限位停止运动时，低压塑壳断路器的脱扣状态示意图。

图10为本发明为触头组件的动触头与转轴刚接触时的示意图。

具体实施方式

请参见图1至图10，本发明中的操作机构为平面连杆机构，示出了包括手柄杠杆组件1、支架5、跳扣杠杆2、第一锁扣件4、第二锁扣件3、牵引杆8、主弹簧9、肘连杆机构、转轴40和触头组件20。肘连杆机构包括一上连杆6和一下连杆7，上连杆6和下连杆7由上下连杆铰接轴10铰接连接，所述上下连杆铰接轴10的轴心记为A。在上下连杆铰接轴10与所述手柄杠杆组件1之间连接设置有主弹簧9；支架5由彼此面对面设置的并且相互固定连接在一起的一对侧板51构成，手柄杠杆组件1枢转支承在支架5的一对侧板51上；跳扣杠杆2通过跳扣杠杆枢轴21转动地支承在支架5的一对侧板51之间并且与前述的上连杆6枢转连接，该跳扣杠杆枢轴21的转动中心为O₁；第一锁扣件4与跳扣杠杆2相配合，第二锁扣件3与第一锁扣件4相配合；牵引杆8与第二锁扣件3连接并且随第二锁扣件3的转动而转动；转轴40通过肘连杆机构的动作实现转动并且该转轴40与前述的下连杆7枢转连接，此转动中心记为B。触头组件20包括相互配合的动触头201与静触头202，动触头201枢置在转轴40上，转轴40的转动中心为O₂；在该动触头201与转轴40之间设置有用于提供预紧力而得以在合闸时提供触头压力的触头弹簧50，前述的上下连杆铰接轴10移动地支承在前述的一对侧板51之间。

作为本发明提供的技术方案的技术要点：在前述的一对侧板51中的一个侧板上开设有一容腔511，优选的是一对侧板51上并且在彼此对应的位置各开设有一容腔511，所述的上下连杆铰接轴10的端部探入所述的容腔511中，在该容腔511的容腔腔壁上构成有一第一止挡面5111，所述的第一止挡面5111位于上下连杆铰接轴10与跳扣杠杆枢轴21之间，并且第一止挡面5111与自所述A至所述B之间的连线平行或者与自所述A至所述B的连线之间形成-15°至15°的夹角，在操作机构脱扣动作初始阶段走超程过程中，上下连杆铰接轴10沿第一止挡面5111限定的轨迹移动，从而带动动触头201与静触头202的快速脱离。具体的，在所述的断路器合闸时，自所述A至所述B之间的连线与自所述B至所述转轴40的回转中心O₂之间的连线形成有一度数为85-95°的夹角。优选的，自所述的A至所述的B之间的连线与自所述的B至所述转轴40的转动中心O₂的连线形成的夹角为90度。当操作机构发生脱扣动作，操作机构中的跳扣杠杆2与第一锁扣件4以及第二锁扣件3的搭接瓦解，跳扣杠杆2在主弹簧9的主弹簧力作用下，带动上连杆6一起绕跳扣杠杆枢轴21转动，上连杆6带动下连杆7，下连杆7带动转轴40，转轴40转过一个较小的角度与动触头201抵触后，进而带动动触头201克服触头弹簧50的触头压力一起转动，直至动触头201与静触头202完全脱离。因此上述走超程过程就是发生在下连杆7带动转轴40开始动作到转轴40转过一个较小的角度与动触头201抵触，而动触头201与静触头202尚未完全脱离之前的过程。

由于在前述支架5的一对侧板51之间由一连接横板连接，因而整个支架5呈一U型件（图1示），一对侧板51上对称设置有四个安装支点514，在各安装支点514上各配设有一安装支点固定螺钉5141，由该安装支点固定螺钉5141而将整个支架5固定在断路器的基座（图中未示出）上。前述的第一锁扣件4通过第一锁扣枢轴41转动地支承在一对侧板51之间，前述的第二锁扣件3通过第二锁扣枢轴31转动地支承在一对侧板51之间。在图1中还示出了支承于一对侧板51之间的一止挡轴515。在一对侧板51上并且在彼此对应的位置各具有用于使手柄杠杆组件1在支架5上枢转的即在一对侧板51上枢转的手柄杠杆枢转部516、用于手柄杠杆合闸操作的合闸限位止挡512和用于分闸操作的分闸限位止挡513。

在图1中清楚地示出了上下连杆铰接轴10的两端分别探入于一对侧板51上的容腔511内的情形。由图2所示，前述的所述的容腔511的容腔腔壁上还构成有一第二止挡面5112和一第三止挡面5113，所述的第一止挡面5111与所述的第二止挡面5112形成面对面的关系，所述的第三止挡面5113位于第一、第二止挡面5111、5112之间。

当操作机构分闸状态，跳扣杠杆2与锁扣系统的结构体系的第一锁扣件4以及第二锁扣件3搭接保持稳定，通过支架5的一对侧板51上的容腔511的第二止挡面5112对上下连杆铰接轴10两端部的限位，从而确定上连杆6、下连杆7和转轴40的分闸状态。

当操作机构脱扣状态，通过支架5上的止挡轴515限止跳扣杠杆2的位置，通过支架5的一对侧板51上的容腔511的第三止挡面5113对上下连杆铰接轴10两端部的限位，从而确定上连杆6、下连杆7和转轴40的脱扣状态。

当操作机构合闸状态，跳扣杠杆2与锁扣系统的结构体系的第一锁扣件4以及第二锁扣件3搭接保持稳定，通过上连杆6靠近上下连杆铰接轴10区域的上连杆卡止端61（图6示）与跳扣杠杆枢轴21的接触，从而确定上连杆6、下连杆7以及转轴40的合闸状态。

具体参见图5、图7、图8、图9和图10，首先看图5，在断路器合闸状态，操作机构发生脱扣动作，跳扣杠杆2与前述第一锁扣件4以及第二锁扣件3的搭接瓦解，跳扣杠杆2在主弹簧9的主弹簧力作用下，发生图示逆时针转动，此时，上连杆6的上连杆卡止端61靠在跳扣杠杆枢轴21上，跳扣杠杆2带动上连杆6一起绕跳扣杠杆枢轴21具有逆时针转动趋势。

继续参见图5、图7、图8、图9和图10，首先看图7和图10，由于所述的第一止挡面5111位于上下连杆铰接轴10与跳扣杠杆枢轴21之间，并且第一止挡面5111与自所述A至所述B之间的连线平行或形成在-15度到15度范围的夹角，这里所说的第一止挡面5111与连线自A至B之间的夹角是指第一止挡面5111在平面连杆机构所在平面上的投影与连线AB在平面连杆机构所在平面上的投影之间形成的夹角，促使上连杆6随跳扣杠杆2绕跳扣杠杆枢轴21向图示逆时针旋转的同时，伴随有上下连杆铰接轴10沿第一止挡面5111限定的轨迹向上移动，由于连线AB与连线AO₂成直角关系或接近直角关系，此时下连杆7对转轴40的力臂最大化，也就是下连杆7上的拉力对转轴40的转矩为最大（图10所示动触头201与转轴40刚接触时，下连杆7带动转轴40），这加速了上连杆6带动下连杆7，进而带动转轴40的运动。因此在这一走超程过程中，也就是下连杆7带动转轴40动作到转轴40转过一个较小的角度与动触头201抵触，而动触头201与静触头202尚未完全脱离之前的过程中，由于第一止挡面5111的存在，加速了转轴40在走超程阶段的运动。进一步，当转轴40与动触头201接触之后，（图7所示动触头201与转轴40刚接触），两者共同受上连杆6与下连杆7的上下连杆铰接轴10带动而运动（在转轴40与动触头201接触之后触头弹簧50的助分力结束，之后提供分闸力的为主弹簧9），具体是由主弹簧9的主弹簧力拉动上下连杆铰接轴10继续沿第一止挡面5111限定的轨迹向上移动，此时跳扣杠杆2与止挡轴515尚未接触。

参见图8，承接上文，当跳扣杠杆2受止挡轴515接触止动，此时动触头201与静触头202已脱离，之后，在主弹簧9的主弹簧力作用下，上连杆6绕其与跳扣杠杆2的跳扣杠杆枢轴21图示逆时针方向转动，则上下连杆铰接轴10脱离第一止挡面5111随上连杆6绕轴枢转。

参见图9，承接上文，当上下连杆铰接轴10带动上连杆6、下连杆7及设置动触头201的转轴40运动至第三止挡面5113受其限位停止运动，此位置即为断路器的脱扣状态。

参见图1，手柄杠杆组件1设置在支架5的一对侧板51的外侧，并绕支架5的一对侧板51上的枢转部516枢转，手柄杠杆组件1的两侧夹板11在其合分操作过程，受支架5的一对侧板51上的合闸限位止挡512保持合闸位置状态，受支架5的一对侧板51上的分闸限位止挡513限制了极限分闸位置。手柄杠杆组件1的两侧夹板11在上述活动区间基本覆盖支架5的一对两侧板51上的腔体511，限止上下连杆铰接轴10，具体来说限制上下连杆铰接轴10的轴向位移。

本发明除了申请人在上面的技术效果栏所述的技术效果外，通过对本实施例的阅读还可知道：通过对第一止挡面5111的轨迹调节，可以在设计阶段优化机构脱扣的动作速度，达到最佳的技术效果。全面地印证了在无需增加操作能量的前提下实现加速的脱扣动作。

Claims (4)

1.一种低压塑壳断路器的操作机构，包括手柄杠杆组件(1)、支架(5)、跳扣杠杆(2)、第一锁扣件(4)、主弹簧(9)、肘连杆机构、转轴(40)和触头组件(20)，肘连杆机构包括一上连杆(6)和一下连杆(7)，该上连杆(6)和下连杆(7)由上下连杆铰接轴(10)铰接连接，所述上下连杆铰接轴(10)的轴心记为A，在上下连杆铰接轴(10)与所述手柄杠杆组件(1)之间连接设置有主弹簧(9)；支架(5)由彼此面对面设置的并且相互固定连接在一起的一对侧板(51)构成，所述的上下连杆铰接轴(10)移动地支承在所述的一对侧板(51)之间；手柄杠杆组件(1)枢转支承在支架(5)的一对侧板(51)上，跳扣杠杆(2)通过跳扣杠杆枢轴(21)转动地支承在支架(5)的一对侧板(51)之间并且与所述的上连杆(6)枢转连接；第一锁扣件(4)与跳扣杠杆(2)相配合，用于锁住或解锁跳扣杠杆(2)；所述转轴(40)与所述下连杆(7)转动连接，此转动中心记为B，并且通过所述的肘连杆机构的动作实现转动；触头组件(20)包括相互配合的动触头(201)与静触头(202)，动触头(201)枢置在转轴(40)上，在该动触头(201)与转轴(40)之间设置有用于提供预紧力而得以在合闸时提供触头压力的触头弹簧(50)，在所述的一对侧板(51)中的其中一个侧板上开设有一容腔(511)，所述的上下连杆铰接轴(10)的端部探入所述的容腔(511)中，在该容腔(511)的容腔腔壁上构成有一第一止挡面(5111)，其特征在于所述的第一止挡面(5111)位于上下连杆铰接轴(10)与跳扣杠杆枢轴(21)之间，并且第一止挡面(5111)与自所述A至所述B之间的连线平行或者与自所述A至所述B的连线之间形成-15°至15°的夹角，在操作机构脱扣动作初始阶段走超程过程中，上下连杆铰接轴(10)沿第一止挡面(5111)限定的轨迹移动，从而带动动触头(201)与静触头(202)的快速脱离。

2.根据权利要求1所述的低压塑壳断路器的操作机构，其特征在于在所述的断路器合闸时，自所述A至所述B之间的连线与自所述B至所述转轴(40)的回转中心O₂之间的连线形成有一度数为85-95°的夹角。

3.根据权利要求1所述的低压塑壳断路器的操作机构，其特征在于所述的容腔(511)的容腔腔壁上还构成有一第二止挡面(5112)和一第三止挡面(5113)，所述的第一止挡面(5111)与所述的第二止挡面(5112)形成面对面的关系，所述的第三止挡面(5113)位于第一、第二止挡面(5111、5112)之间。

4.根据权利要求1所述的低压塑壳断路器的操作机构，其特征在于所述的一对侧板(51)中的另一个侧板上也开设有一容腔(511)，并且与所述一个侧板上的容腔(511)彼此对应。

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