CN113972092A - 弹簧操动机构锁扣装置及弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压开关操动机构领域，特别是涉及到了一种弹簧操动机构锁扣装置及弹簧操动机构。弹簧操动机构锁扣装置包括机架、锁闩、掣子和锁闩复位簧，锁闩转动装配在机架上，具有掣子配合臂；掣子转动装配在机架上，掣子与锁闩的掣子配合臂顶抵配合；锁闩复位簧包括至少两个互相套在一起的弹簧套。本发明的弹簧操动机构的合闸锁扣装置中，锁闩复位簧包括了至少两个互相套在一起的弹簧套，即采用了组合弹簧的结构，从而增加了锁闩复位簧的刚度，减小了锁闩的振动幅值，缩短了锁闩的振动时间，进而可快速的达到操动机构的合闸保持复位状态，提高弹操动机构合闸成功率。

Description

弹簧操动机构锁扣装置及弹簧操动机构

技术领域

本发明涉及高压开关操动机构领域，特别是涉及到了一种弹簧操动机构锁扣装置及弹簧操动机构。

背景技术

操动机构是独立于高压开关本体以外的对高压开关进行操作的机械操动装置。其主要任务是将其他形式的能量转换成机械能（力和行程或力矩和转角），使高压开关准确地进行分、合闸操作。其中所述的高压开关包含了断路器、隔离/接地开关、负荷开关、旁路开关、直流转换开关等。按照传动介质分类，可将操动机构分为电动操动机构、手动操动机构、气动操动机构、液压操动机构、弹簧操动机构、电磁操动机构、永磁操动机构、电动机操动机构、爆炸操动机构等多种类型。其中弹簧操动机构是以储能弹簧为动力对断路器进行分、合闸操作的机构，具有结构简单、制造工艺要求适中、体积小、操作噪音小、对环境无污染、耐候性好、免运行维护及可靠性高的优点。在10-35kV断路器，126-252kV自能式灭弧室高压六氟化硫断路器中得到了十分广泛的应用。

弹簧操动机构的主要构成部分有储能系统、合闸系统、分闸系统、锁扣装置（储能锁扣装置、合闸锁扣装置）、缓冲器以及指示系统等。目前市场上的断路器弹簧操动机构中，锁扣装置的构成部分包括主拐臂、掣子、掣子复位簧、锁闩、锁闩复位簧等，其中掣子和锁闩分别配置有掣子限位销轴、锁闩限位销轴。在使用过程中，当弹簧操动机构收到合闸命令，其储能锁扣装置进行脱扣，在合闸弹簧的作用下使凸轮逆时针旋转推动主拐臂顺时针旋转，主拐臂旋转的过程中，由于挡块的作用，使掣子基本保持不动，使合闸锁扣装置处于分闸状态，当主拐臂按设计要求旋转到接近合闸位置的角度后，合闸锁扣装置开始切换状态，掣子在掣子复位簧的作用下逆时针旋转直到它受到主拐臂上的销轴的限位，锁闩在锁闩复位簧作用下逆时针旋转直到它受到锁闩限位销轴的限位，当凸轮不再推动主拐臂，主拐臂受到分闸弹簧的作用逆时针转动，其上安装的销轴与掣子接触作用，使掣子顺时针转动，掣子上安装的磙子与锁闩上接触作用，使锁闩逆时针旋转与其限位轴实现保持，进而实现合闸锁扣装置的保持以保持断路器的合闸状态。

上述过程中，锁闩在锁闩复位簧作用下逆时针旋转时，在被锁闩限位销轴挡止的瞬间，会产生碰撞与振动而无法快速的达到操动机构的合闸保持复位状态，严重时，这种振动还会导致合闸失败的问题发生。另外，掣子与锁闩的配合位置处的结构的不合理，也加剧了上述问题的产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧操动机构锁扣装置，以解决现有弹操动机构合闸成功率低的问题。

同时，本发明的目的还在于提供使用了上述锁扣装置的弹簧操动机构。

本发明的弹簧操动机构锁扣装置采用如下技术方案：弹簧操动机构锁扣装置，包括：

机架；

锁闩，转动装配在机架上，具有掣子配合臂；

掣子，转动装配在机架上，掣子与锁闩的掣子配合臂顶抵配合；

锁闩复位簧，所述锁闩复位簧包括至少两个互相套在一起的弹簧套。

有益效果：本发明的弹簧操动机构的锁扣装置中，锁闩复位簧包括了至少两个互相套在一起的弹簧套，即采用了组合弹簧的结构，从而增加了锁闩复位簧的刚度，减小了锁闩的振动幅值，缩短了锁闩的振动时间，进而可快速的达到操动机构的合闸保持复位状态，提高弹操动机构合闸成功率。

更进一步地，所述锁闩复位簧还配置有弹簧座，所述弹簧座沿锁闩复位簧的轴向位置可调的安装在机架上。沿沿锁闩复位簧的轴向位置可调的弹簧座可以调整锁闩复位簧的压缩量，进一步的实现对锁闩复位簧的振动时间和振幅的调整。

更进一步地，所述弹簧座与机架之间螺纹配合。弹簧座与机架之间螺纹配合一方面结构简单，另一方面能够实现弹簧座位置的微调，保证调整的精确性。

更进一步地，所述锁闩上设有配重安装部，用于通过安装配重调整锁闩的转动惯量，调整断路器的合闸时间。锁闩上设置配重安装部，可通过增加配重的方式，调整锁闩的转动惯量，以此与锁闩复位簧配合或独立达到调整合闸时间的目的。

更进一步地，所述配重安装部上设有配重安装孔。配重安装孔的设置是为了方便对配重的安装。

更进一步地，所述配重安装孔设有多个，多个配重安装孔间隔分布于配重安装部上。间隔分布的多个配重安装孔，可以实现通过设置配重的位置来对锁闩的转动惯量进行调整。

更进一步地，该弹簧操动机构锁扣装置还包括配重，所述配重包括配重块和设于配重块上的、与所述配重安装孔对应的配重安装杆。配重安装杆与配重安装孔配合，可以使配重的安装更加方便。

更进一步地，所述配重安装杆上设有外螺纹，用于安装相应的锁紧螺母，以将配重块固定于二级锁闩上。在所述配重安装杆上设置外螺纹，可以实现通过锁紧螺母固定配重，操作方便，调节也更加容易。

更进一步地，锁闩的掣子配合臂用于与掣子配合的部位的表面为圆弧面，该圆弧面的圆心位于锁闩的转动中心的与锁闩复位簧相对的一侧。将锁闩的掣子配合臂用于与掣子配合的部位的表面设为圆弧面，使得无论接触作用发生在哪个位置，都能忽略掉装配和零件加工公差累积的作用，都能实现既定的力臂的转动方向，相比直线段而言，大大提高了锁扣成功率，最终实现提高合闸成功率。

本发明的弹簧操动机构采用如下技术方案：弹簧操动机构，包括合闸弹簧、分闸弹簧和锁扣装置，所述锁扣装置为合闸锁扣装置或储能锁扣装置，所述锁扣装置包括：

机架；

锁闩，转动装配在机架上，具有掣子配合臂；

掣子，转动装配在机架上，掣子与锁闩的掣子配合臂顶抵配合；

锁闩复位簧，

所述锁闩复位簧包括至少两个互相套在一起的弹簧套。

更进一步地，所述锁闩复位簧还配置有弹簧座，所述弹簧座沿锁闩复位簧的轴向位置可调的安装在机架上。

更进一步地，所述弹簧座与机架之间螺纹配合。

更进一步地，所述锁闩上设有配重安装部，用于通过安装配重调整锁闩的转动惯量，调整断路器的合闸时间。

更进一步地，所述配重安装部上设有配重安装孔。

更进一步地，所述配重安装孔设有多个，多个配重安装孔间隔分布于配重安装部上。

更进一步地，该弹簧操动机构锁扣装置还包括配重，所述配重包括配重块和设于配重块上的、与所述配重安装孔对应的配重安装杆。

更进一步地，所述配重安装杆上设有外螺纹，用于安装相应的锁紧螺母，以将配重块固定于二级锁闩上。

更进一步地，锁闩的掣子配合臂用于与掣子配合的部位的表面为圆弧面，该圆弧面的圆心位于锁闩的转动中心的与锁闩复位簧相对的一侧。

本发明的弹簧操动机构的技术方案的有益效果是由于采用了本发明的锁扣装置而带来的，具体可参考脱扣装置的技术方案的有益效果，此处不予赘述。

附图说明

图1是本发明的弹簧操动机构锁扣装置的一种实施例的结构示意图（锁扣状态）；

图2是图1中的弹簧操动机构锁扣装置的原理图；

图3是图2的局部放大图；

图4是图1中的弹簧操动机构锁扣装置的状态变化示意图；

图5是配重块的第一立体图；

图6是配重块的第二立体图；

图7是配重块的第三立体图；

图8是弹簧操动机构的实施例的结构示意图，也是图1中的锁扣装置的使用状态示意图。

图中：1-机架，2-主拐臂，21-主拐臂转动中心，22-掣子限位块，23-第一销轴，24-主拐臂滚轮，3-掣子，31-掣子转动中心，32-掣子滚轮，33-第一弧面，34-第一力臂，35-第一圆心， 36-掣子复位簧，37-第一弹簧座，4-锁闩，41-锁闩转动中心，42-配重安装部，43-第二弧面，44-第二圆心，45-第二力臂，46-锁闩限位销轴，47-锁闩复位簧，48-第二弹簧座，5-配重，51-配重块，52-连接杆，101-储能锁扣装置，102-合闸锁扣装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施方式对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1-8所示，该锁扣装置可以作为合闸锁扣装置，也可以作为储能锁扣装置，在本实施例中，结合其作为合闸锁扣装置的使用来进行说明，其以操动机构的机架1为固定支撑基础，包括主拐臂2，主拐臂2相当于合闸系统的棘轮或飞轮齿轮；主拐臂2具有第一受力端、主拐臂转动中心21和第二受力端，通过主拐臂转动中心21处的轴安装在机架上。在主拐臂2上装配有掣子限位块22、第一销轴23和主拐臂滚轮24，其中主拐臂2以及掣子限位块22、第一销轴23和主拐臂滚轮24的结构以及上述各构成部分之间的装配关系均为现有技术，此处不予赘述。

以图2所示方位为基准，由图1可知，主拐臂2的左端（第二受力端）处设置了掣子3，掣子3具有掣子转动中心31和掣子钩部，掣子3上安装了掣子滚轮32。其中掣子钩部用于与主拐臂2上的第一销轴23配合，掣子钩部的内侧面为第一弧面33，第一弧面33为圆弧面，在掣子3与主拐臂2接触时，起到定主拐臂2与掣子3间的作用力方向以及力臂的作用，该力臂称为第一力臂34，第一弧面33的圆心此处称为第一圆心35，第一圆心35位于掣子钩部以上的位置。掣子滚轮32用于与锁闩4顶抵配合。为了限制掣子3的摆动范围，机架上在掣子3的左边还设置了掣子限位销轴（图中未显示）。为了掣子3的自动复位，在掣子3的左侧设置了掣子复位簧36，掣子复位簧36通过机架上所设的第一弹簧座37支撑。

机架上在掣子3的左侧设置了锁闩4，锁闩4具有锁闩转动中心41、掣子配合臂和配重安装部42，掣子配合臂位于锁闩转动中心41的靠近掣子3的一侧，配重安装部42位于锁闩转动中心41下方处，相对于掣子配合臂，更加靠近锁闩4的远离掣子3的一端。掣子配合臂的与掣子3配合的部位设置了第二弧面43，第二弧面43为圆弧面，第二弧面43的圆心此处称为第二圆心44，第二圆心44位于锁闩转动中心41的上方，第二弧面用于定掣子3与锁闩4之间的作用力方向及力臂，该力臂称为第二力臂45。配重安装部42设置了配重安装孔，用于安装配重5，配重安装孔有多个，在使用时可通过调整配重5的安装位置来达到调整断路器分闸或合闸速度的目的。配重5为铜质配重，结构如图4-6所示，包括扇形的配重块51和设于配重块51一侧的连接杆52，连接杆52的外端设置了螺纹，用于安装锁紧螺母，其内端设置了光杆段，与相应的配重安装孔间隙配合，可以通过改变配重块51的厚度t，角度a，扇形半径R以改变配重块的质量来改变二级锁闩的转动惯量。为了限制锁闩4的转动范围，锁闩4配置了锁闩限位销轴46，锁闩限位销轴46固定装配在机架1上，为了实现锁闩4的自动复位，锁闩4还配置了锁闩复位簧47，锁闩复位簧47具体包括互相套在一起的内弹簧套和外弹簧套，内、外弹簧套均为螺旋弹簧，一起构成组合弹簧，可增加锁闩复位簧47的刚度，减小其振动幅度，缩短其振动时间。当然，在其它实施例中，锁闩复位簧47的弹簧套的数量还可以为三个以上，根据实际的需求设置即可。锁闩复位簧47通过机架1上设置的第二弹簧座48支撑；第二弹簧座48与锁闩复位簧47同轴，通过外螺纹安装在机架1上，可通过旋拧第二弹簧座48实现对锁闩复位簧47的压缩量的调节，当然，在其它实施例中，第二弹簧座还可以固定装配在机架上，或者是以其他的任意方式沿锁闩复位簧的轴向位置可调的安装在机架上。

图4示出了本实施例的锁扣装置从储能、分闸状态向未储能、合闸状态的变化过程，在将该脱扣装置用于弹簧操动机构，控制断路器的分合或合闸时，如图4所示，当弹簧操动机构收到合闸命令，储能锁扣装置101进行脱扣，在合闸弹簧的作用下使凸轮逆时针旋转推动主拐臂2顺时针旋转，主拐臂2旋转过程中，由于掣子限位块22的作用，使掣子3基本保持不动，使锁扣装置102处于分闸状态，当主拐臂2按设计要求旋转到接近合闸位置的角度后，锁闩4及掣子3开始切换状态，掣子3在掣子复位簧36的作用下逆时针旋转直到它受到主拐臂2第一销轴23的限位，锁闩4在锁闩复位簧47作用下逆时针旋转直到它受到锁闩限位销轴46的限位，锁闩4在这个过程中会产生碰撞和振动，通过其配重安装孔安装配重块5以调整其转动惯量，同时通过调整第二弹簧座48调整锁闩复位簧47压缩高度以调整锁闩复位簧47振动，通过以上两个调整环节最终实现调整锁闩3的振动时间和幅值，使得锁闩3能够尽快停止在合闸锁扣状态，当凸轮不再推动主拐臂2，主拐臂2受到分闸弹簧的作用逆时针转动，其上安装的第一销轴23与掣子3上的第一弧面33接触作用，使掣子3顺时针转动，掣子滚轮32与锁闩4上的第二弧面43接触作用，使锁闩4逆时针旋转与锁闩限位销轴46实现保持，进而实现锁扣装置的保持以实现断路器的合闸状态。由于锁闩复位簧为组合弹簧，其刚度大，振动幅值小，并且可通过其调节螺堵调整高度，加上锁闩配重调整锁闩的转动惯量，总体上可通过调整减小锁闩的振动时间和幅值，提高锁扣成功率，加上锁闩和掣子上的第一、第二弧面设计，使得无论接触作用发生在哪个位置，都能忽略掉装配和零件加工公差累积的作用，都能实现既定的力臂的转动方向，相比直线段而言，大大提高了锁扣成功率（直线段在装配和加工公差累积情况下，其作用的位置会增大使锁闩或者掣子受到的作用力臂很接近其转心或过圆心，甚至力臂相反的概率，如果锁闩受到反作用力臂，会加大锁闩的振动时间和幅值，降低锁扣成功率，如果掣子受到反作用力臂，将会形成自保持，造成下一次分闸拒动，造成事故），最终实现提高合闸成功率。

与脱扣装置的上述实施例相比，在脱扣装置的其它实施例中，配重安装部的位置还可以任意设置，通过配重的形状来补偿其位置差异即可；配重安装部还可以不设配重安装孔，此种情况下配重可以通过用U型夹夹紧、焊接等方式固定在配重安装部上，配重安装孔还可以仅有一个即可，此种情况下，可通过更换配重的方式来实现相应的调整；配重的形状还可以根据需要任意设置，仅需能够满足相应的配重要求即可。

弹簧操动机构的实施例：

如图8所示，该弹簧操动机构包括分闸弹簧、合闸弹簧、储能锁扣装置101和合闸锁扣装置102，储能锁扣装置101及合闸锁扣装置102均为上述实施例中所述的锁扣装置。

在该弹簧操动机构的其它实施例中，还可以仅就合闸锁扣装置和储能锁扣装置中的一个采用上述实施例中的锁扣装置，另一个采用现有技术中的锁扣装置。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.弹簧操动机构锁扣装置，包括：

机架；

锁闩，转动装配在机架上，具有掣子配合臂；

掣子，转动装配在机架上，掣子与锁闩的掣子配合臂顶抵配合；

锁闩复位簧，其特征在于，

所述锁闩复位簧包括至少两个互相套在一起的弹簧套。

2.根据权利要求1所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述锁闩复位簧还配置有弹簧座，所述弹簧座沿锁闩复位簧的轴向位置可调的安装在机架上。

3.根据权利要求2所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述弹簧座与机架之间螺纹配合。

4.根据权利要求1所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述锁闩上设有配重安装部，用于通过安装配重调整锁闩的转动惯量，调整断路器的合闸时间。

5.根据权利要求4所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述配重安装部上设有配重安装孔。

6.根据权利要求5所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述配重安装孔设有多个，多个配重安装孔间隔分布于配重安装部上。

7.根据权利要求5或6所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，还包括配重，所述配重包括配重块和设于配重块上的、与所述配重安装孔对应的配重安装杆。

8.根据权利要求7所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，所述配重安装杆上设有外螺纹，用于安装相应的锁紧螺母，以将配重块固定于二级锁闩上。

9.根据权利要求1所述的弹簧操动机构锁扣装置，其特征在于，锁闩的掣子配合臂用于与掣子配合的部位的表面为圆弧面，该圆弧面的圆心位于锁闩的转动中心的与锁闩复位簧相对的一侧。

10.弹簧操动机构，包括合闸弹簧、分闸弹簧和锁扣装置，所述锁扣装置为合闸锁扣装置或储能锁扣装置，其特征在于，所述锁扣装置如权利要求1-9任一项所述的锁扣装置。

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