CN202650876U

CN202650876U - 工位自锁式凸轮操动机构

Info

Publication number: CN202650876U
Application number: CN 201220316924
Authority: CN
Inventors: 胡光福; 程明亮
Original assignee: Ningbo Shunli High-Voltage Switch Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Shunli High-Voltage Switch Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-06-29

Abstract

本实用新型涉及一种工位自锁式凸轮操动机构，是针对解决现有同类产品结构设计欠佳的技术问题而设计。该凸轮操动机构主要利用盘形凸轮的运动原理，实现输出轴拐臂对外输出转动一定角度的目的，即盘形凸轮设有符合输出角度要求的耳形沟槽，耳形沟槽包括二段工位转换螺旋沟槽和三段工位定位圆形沟槽。当盘形凸轮轴连续作顺时针（或逆时针）转动时，盘形凸轮轴带动输出轴拐臂的滚轮轴承一起转动，使得输出轴实现工位转换。该凸轮操动机构主要应用于电力系统的EDS（隔离接地开关）、DS（隔离开关）或ES（接地开关），具有定位准确，无反弹，消除电机起动带负载、断电带惯性转动的缺陷等特点。

Description

工位自锁式凸轮操动机构

技术领域

本实用新型涉及高压开关电器的隔离开关，是一种工位自锁式凸轮操动机构。

背景技术

隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，其在电路中起到隔离作用，是电力系统实现分合、转换线路的重要开关设备。其工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。目前普遍存在二类问题，一类是隔离位置无法实现准确的机械限位，容易引起位置的错移，从而导致隔离至合闸或接地工位位置的行程处于不可预期的变化中，给电力的检修和日常维护带来安全隐患。另一类是电机构本身的问题，即起动时电机带负载导致起动电流过大，断电时电机惯性转动造成电机堵转，使电机构寿命短。此类带隔离开关如中国专利文献中披露的申请号200920200944.8，授权公告日2010年7月21日，实用新型名称“隔离开关机构的连锁装置”；其要点是该连锁装置中电动组件的位置解锁杆呈三角形固定连接，三角分别设有触杆、限位杆、限位滚轮；大直齿圆柱齿轮与小直齿圆柱齿轮啮合；所述手动组件的操作杆感应装置设有第一微动开关，操作杆感应装置设有锁端部位；操作手柄设有沟槽部位，小直齿圆柱齿轮设有柄孔。上述连锁装置由操动机构本体机械连锁装置和隔离开关装置结合，气体绝缘全封闭组合电器中隔离开关操动单元配用的机构，但其自锁效果和稳定性欠佳，定位准确度较差。

发明内容

为克服上述不足，本实用新型的目的是向本领域提供一种新型三工位操动的工位自锁式凸轮操动机构，使其解决现有同类产品整体装卸、维修不便，合闸、分闸、接地三工位操作稳定性和操动方法欠佳的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种工位自锁式凸轮操动机构，该凸轮操动机构包括电机、手动操作杆、安装板、盘形凸轮、输出轴拐臂、输出轴，以及对应的直齿圆柱齿轮组成的齿轮组件，所述电机、输出轴、齿轮组件设置于安装板，电机通过齿轮组件带动盘形凸轮和输出轴拐臂转动；其特征在于所述电机的电机输出轴通过安装板与齿轮组件连接，齿轮组件通过盘形凸轮轴与盘形凸轮连接，盘形凸轮轴连接齿轮组件，并设置于安装板；安装板的输出轴与输出轴拐臂的中间连接，输出轴拐臂的一端通过滚轮轴承与盘形凸轮连接，另一端设有连接轴承套。从而通过电机带动齿轮组件传动，齿轮组件通过盘形凸轮轴带动盘形凸轮转动，盘形凸轮带动输出轴拐臂转动，输出轴拐臂带动另一端与连接轴承套连接的部件转动。

所述齿轮组件包括小直齿圆柱齿轮、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮和第三直齿圆柱齿轮，电机的电机输出轴与小直齿圆柱齿轮的中心轴连接，小直齿圆柱齿轮与第一直齿圆柱齿轮啮合，第一直齿圆柱齿轮设有第二直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮连为一体，并中心轴设置于安装板，第二直齿圆柱齿轮与第三直齿圆柱齿轮啮合，第三直齿圆柱齿轮中心设有盘形凸轮轴。从而通过电机带动小直齿圆柱齿轮、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮、第三直齿圆柱齿轮组成齿轮组件逐级传动，其传动效果较为稳定。

所述电机设有齿轮箱，齿轮箱内的齿轮与电机的电机输出轴连接，齿轮箱的电机手动旋转轴与手动操动杆连接。通过手动操动杆带动齿轮箱传动，从而实现手动操作该凸轮操动机构的技术目的。

所述盘形凸轮设有耳形沟槽，即耳形沟槽呈半圆形弧，耳形沟槽由与盘形凸轮轴同心，但不同半径的三段圆弧沟槽和二段连接线沟槽组成，三段圆弧沟槽为三个工位定位圆形沟槽，二段连接线沟槽为工位转换螺旋沟槽，工位定位圆形沟槽之间设置工位转换螺旋沟槽；盘形凸轮的形状与耳形沟槽对应，输出轴拐臂与盘形凸轮的连接端通过滚轮轴承设置于盘形凸轮的耳形沟槽内。上述结构中盘形凸轮的耳形沟槽三个位置即该凸轮操动机构的合闸、分闸、接地的三个操作工位，采用滚轮轴承在中盘形凸轮的耳形沟槽内滑动，其操动稳定性好，效果稳定。

所述输出轴拐臂由对称设置的拐臂夹板组成，滚轮轴承夹持于输出轴拐臂的拐臂夹板之间。通过上述夹持结构，输出轴拐臂不易与中盘形凸轮的耳形沟槽脱离，稳定性进一步提高。

所述电机、手动操作杆、盘形凸轮轴、盘形凸轮、输出轴、齿轮组件设置于安装板，滚轮轴承、输出轴拐臂与输出轴连为一体，输出轴拐臂通过滚轮轴承与盘形凸轮的耳形沟槽连为一体，即电机、手动操作杆、盘形凸轮轴、盘形凸轮、滚轮轴承、输出轴拐臂、输出轴、齿轮组件与安装板连为一体。从而便于该凸轮操动机构通过安装板整体装卸、更换和维修。

本实用新型结构设计合理，使用、存储、携带方便；适合作为国内12kV和40.5kV配电系统中固体绝缘开关柜的隔离、接地三工位开关使用，及其同类产品的结构改进。

附图说明

图1是本实用新型的操动前合闸位置时结构示意图，图中为合闸位置，箭头为盘形凸轮的运动方向。

图2是图1操动至分闸位置时的结构示意图，图中为分闸位置。

图3是图1操动至接地位置时的结构示意图，图中为接地位置。

图4是本实用新型的电动操动结构示意图，图中省略了手动操作杆。

图5是图2的盘形凸轮与输出轴拐臂运动原理结构示意图，图中ABC构成的三角形为盘形凸轮与输出轴拐臂之间连接轴承套点、滚轮轴承点、盘形凸轮轴点构成；R1段沟槽为“合闸”位置的工位定位圆形沟槽，R2段沟槽为“分闸”位置的工位定位圆形沟槽，R3段沟槽为“接地”位置的工位定位圆形沟槽。

附图号及名称：1、电机，101、齿轮箱，2、手动操作杆，3、安装板，4、小直齿圆柱齿轮，5、第一直齿圆柱齿轮，6、第二直齿圆柱齿轮，7、第三直齿圆柱齿轮，8、盘形凸轮轴，9、盘形凸轮，901、耳形沟槽，10、滚轮轴承，11、输出轴拐臂，1101、拐臂夹板，1102、连接轴承套，12、输出轴。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型结构和使用作进一步描述。如图1～图5所示，该凸轮操动机构带动电机1、输出轴12、齿轮组件设置于安装板3，电机通过齿轮组件带动盘形凸轮和输出轴拐臂转动；电机设有齿轮箱101，齿轮箱内的齿轮与电机的电机输出轴连接，齿轮箱的电机手动旋转轴与手动操动杆2连接。电机的电机输出轴通过安装板与小直齿圆柱齿轮4的中心轴连接，小直齿圆柱齿轮与第一直齿圆柱齿轮5啮合，第一直齿圆柱齿轮设有第二直齿圆柱齿轮6，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮连为一体，并中心轴设置于安装板，第二直齿圆柱齿轮与第三直齿圆柱齿轮7啮合，第三直齿圆柱齿轮中心设有盘形凸轮轴8连接，上述直齿圆柱齿轮、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮和第三直齿圆柱齿轮组成齿轮组件。安装板的输出轴与输出轴拐臂11的中间连接，输出轴拐臂的一端通过滚轮轴承10与盘形凸轮9连接，另一端设有连接轴承套1102，输出轴拐臂由对称设置的拐臂夹板1101组成，滚轮轴承夹持于输出轴拐臂的拐臂夹板之间；盘形凸轮设有耳形沟槽901，即耳形沟槽呈半圆形弧，耳形沟槽由与盘形凸轮轴同心，但不同半径的三段圆弧沟槽和二段连接线沟槽组成，三段圆弧沟槽为三个工位定位圆形沟槽，二段连接线沟槽为工位转换螺旋沟槽，工位定位圆形沟槽之间设置工位转换螺旋沟槽；盘形凸轮的形状与耳形沟槽对应，输出轴拐臂与盘形凸轮的连接端通过滚轮轴承设置于盘形凸轮的耳形沟槽内。上述电机、手动操作杆、盘形凸轮轴、盘形凸轮、滚轮轴承、输出轴拐臂、输出轴、齿轮组件与安装板连为一体。

该凸轮操动机构主要利用盘形凸轮的运动原理，实现输出轴拐臂对外输出转动一定角度的目的，即盘形凸轮设有符合输出角度要求的耳形沟槽，耳形沟槽包括工位转换螺旋沟槽和工位定位圆形沟槽，工位转换螺旋沟槽用于控制输出角度实现工位转换，工位定位圆形沟槽用于控制输出轴工位定位及消除电机起动带负载、断电带惯性转动的缺陷。当盘形凸轮轴连续作顺时针（或逆时针）转动时，盘形凸轮轴带动输出轴拐臂的滚轮轴承一起转动，使得输出轴实现工位转换。即：当输出轴拐臂的滚轮轴承在工位转换螺旋沟槽转动时，输出轴实现工位转换；当输出轴拐臂上的滚轮轴承在工位定位圆形沟槽转动时，既能消除电机起动带负载、停电带惯性转动的缺陷，又能使输出轴具有工位定位的自锁功能。该凸轮操动机构主要应用于电力系统的EDS（隔离接地开关）、DS（隔离开关）或ES（接地开关），具有定位准确，无反弹，消除电机起动带负载、断电带惯性转动的缺陷等特点。

同时，该凸轮操动机构根据隔离开关设计开关行程的需要，可改变耳形沟槽曲线达到输出角度的弧形过渡槽，以匹配其设计要求，并配用于电力系统的EDS（隔离接地开关）、DS（隔离开关）或ES（接地开关）上的电机构。即通过电机或手动操作杆旋转，利用直齿圆柱齿轮驱动盘形凸轮，再驱动与盘形凸轮上耳形沟槽相啮合的输出轴拐臂的滚轮轴承，使得输出轴旋转而实现开关的“分闸、合闸、接地”操作。

下面以EDS（隔离接地开关）为例，说明一下该凸轮操动机构的整个运动过程（包括手动操作和电动操作），即由合闸位置到分闸位置，再到接地位置操作的整个运动过程。

一、手动操作（手动操作杆插入齿轮箱的电机手动旋转轴）

1、由“合闸”到“分闸”：

手动操作杆插入电机手动旋转轴，电动操作回路电源切断（此时电动无法实现），手动控制回路接通，转动手动操作杆，电机输出轴的小直齿圆柱齿轮开始旋转，并通过第一、第二、第三直齿圆柱齿轮旋转带动盘形凸轮正方向（顺时针）运转，先在“合闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽中旋转（即图1所示，合闸位置）。此时电机不带负载，然后转到耳形沟槽的工位转换螺旋沟槽，通过与耳形沟槽相啮合的输出轴拐臂上的滚轮轴承带动输出轴拐臂到达“分闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽；同时给出电信号，切断电机控制回路电源，失电的电机惯性在“分闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽内旋转后停止转动，同时盘形凸轮自锁锁定输出轴拐臂（即图2所示，分闸位置）。

2、由“分闸”到“接地”：

手动操作杆插入电机手动旋转轴，电动操作回路电源切断（此时电动无法实现），手动控制回路接通，转动手动操作杆，电机输出轴的小直齿圆柱齿轮开始旋转，并通过第一、第二、第三直齿圆柱齿轮旋转带动盘形凸轮正方向（顺时针）运转，先在“分闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽中旋转。此时电机不带负载，然后转到耳形沟槽的工位转换螺旋沟槽，通过与耳形沟槽相啮合的输出轴拐臂上的滚轮轴承带动输出轴拐臂到达“接地”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽；同时给出电信号，切断电机控制回路电源，失电的电机惯性在“接地”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽内旋转后停止转动，同时盘形凸轮自锁锁定输出轴拐臂（即图3所示，接地位置）。

二、电动操作（手动操作杆拔出齿轮箱的电机手动旋转轴）

1、由“合闸”到“分闸”：

输入（隔离开关分闸）指令：接通电机电源，电机获得电信号，同时电机输出轴的小直齿圆柱齿轮开始旋转，并通过第一、第二、第三直齿圆柱齿轮旋转带动盘形凸轮正方向（顺时针）运转，先在“合闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽中旋转。此时电机不带负载，然后转到耳形沟槽的工位转换螺旋沟槽，通过与耳形沟槽相啮合的输出轴拐臂上的滚轮轴承带动输出轴拐臂到达“分闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽；同时给出电信号，切断电机控制回路电源，失电的电机惯性在“分闸”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽内旋转后停止转动，同时盘形凸轮自锁锁定输出轴拐臂。

2、由“分闸”到“接地”：

输入（隔离开关接地）指令：接通电机电源，电机获得电信号，同时电机输出轴的小直齿圆柱齿轮开始旋转，并通过第一、第二、第三直齿圆柱齿轮旋转带动盘形凸轮正方向（顺时针）运转，先在“合闸”位置耳形沟槽工位定位圆形沟槽中旋转。此时电机不带负载，然后转到耳形沟槽的工位转换螺旋沟槽，通过与耳形沟槽相啮合的输出轴拐臂上的滚轮轴承带动输出轴拐臂到达“接地”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽；同时给出电信号，切断电机控制回路电源，失电的电机惯性在“接地”位置耳形沟槽的工位定位圆形沟槽内旋转后停止转动，同时盘形凸轮自锁锁定输出轴拐臂。

上述“合闸”、“分闸”、“接地”的工作原理即如图5所示，盘形凸轮的耳形沟槽由与盘形凸轮轴同心，但不同半径的三段圆弧沟槽和二段连接线沟槽组成，三段圆弧沟槽为三个工位定位圆形沟槽，二段连接线沟槽为工位转换螺旋沟槽，工位定位圆形沟槽之间设置工位转换螺旋沟槽。即：R1段沟槽为“合闸”位置的工位定位圆形沟槽，R2段沟槽为“分闸”位置的工位定位圆形沟槽，R3段沟槽为“接地”位置的工位定位圆形沟槽，二段连接线沟槽的中心线与盘形凸轮轴的轴心半径是变化的，即输出轴拐臂在二段连接线沟槽内随着盘形凸轮转动而转动的。在“合闸”和“接地”位置时，输出轴拐臂均有一个反弹力，在“分闸”位置则无反弹力。当输出轴拐臂连接的滚轮轴承在“分闸”位置时，连接轴承套点、滚轮轴承点、盘形凸轮轴点构成的三角形ABC为唯一（即“分闸”和“合闸”位置时，输出轴拐臂的滚轮轴承点不动，盘形凸轮转动）。因此，在此该段“分闸”位置的工位定位圆形沟槽内时，电机不工作，盘形凸轮可旋转，但输出轴拐臂不动；同时，输出轴拐臂无法带动盘形凸轮旋转，起到工位自锁的作用。电动工作时，输出轴拐臂从“分闸”位置通过工位转换螺旋沟槽进入“合闸”或“接地”位置的起始位置时，即给出电机停转信号，由电机停电后的惯性转动将盘形凸轮空载带到工位定位圆形沟槽的末端停转，消除电机停电后的独转缺陷。当输出轴拐臂在“合闸”或“接地”位置向“分闸”位置转换时，因电动在耳形沟槽的末端，电动起动后在工位定位圆形沟槽内运动，达到空载起动的效果。根据上述工作原理，盘形凸轮增加一个不同半径的等圆面，即可增加一个工位。

该电机构满足EDS（隔离接地开关）、DS（隔离开关）或ES（接地开关）等开关在“合”、“分”、“接地”三种状态任意位置停止的要求，输出轴拐臂上的滚轮轴承在工位沟槽任一位置时，开关的负载反力（即外界负载的反力）防止机构的输出轴产生回转，有效地解决目前此类开关反弹力过大，导致配用的机构“分、合、接地”位置错移（即不能完全接触，接触不到位或虚接触），给电力系统配电带来不安全因素。同时，“合”、“分”、“接地”三种状态任意位置电机无负载起动和消除电机断电后的惯性转动，螺旋盘形凸轮工位沟槽在开关“合”、“分”、“接地”三种状态既有空行程用于电机无负载起动，又有空行程用于消除电机断电后的惯性转动。

Claims

1. 一种工位自锁式凸轮操动机构，该凸轮操动机构包括电机（1）、手动操作杆（2）、安装板（3）、盘形凸轮（9）、输出轴拐臂（11）、输出轴（12），以及对应的直齿圆柱齿轮组成的齿轮组件，所述电机、输出轴、齿轮组件设置于安装板，电机通过齿轮组件带动盘形凸轮和输出轴拐臂转动；其特征在于所述电机（1）的电机输出轴通过安装板（3）与齿轮组件连接，齿轮组件通过盘形凸轮轴（8）与盘形凸轮（9）连接，盘形凸轮轴连接齿轮组件，并设置于安装板；安装板的输出轴（12）与输出轴拐臂（11）的中间连接，输出轴拐臂的一端通过滚轮轴承（10）与盘形凸轮连接，另一端设有连接轴承套（1102）。

2. 根据权利要求1所述的工位自锁式凸轮操动机构，其特征在于所述齿轮组件包括小直齿圆柱齿轮（4）、第一直齿圆柱齿轮（5）、第二直齿圆柱齿轮（6）和第三直齿圆柱齿轮（7），电机（1）的电机输出轴与小直齿圆柱齿轮的中心轴连接，小直齿圆柱齿轮与第一直齿圆柱齿轮啮合，第一直齿圆柱齿轮设有第二直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮连为一体，并中心轴设置于安装板，第二直齿圆柱齿轮与第三直齿圆柱齿轮啮合，第三直齿圆柱齿轮中心设有盘形凸轮轴（8）。

3. 根据权利要求1所述的工位自锁式凸轮操动机构，其特征在于所述电机（1）设有齿轮箱（101），齿轮箱内的齿轮与电机的电机输出轴连接，齿轮箱的电机手动旋转轴与手动操动杆（2）连接。

4. 根据权利要求1所述的工位自锁式凸轮操动机构，其特征在于所述盘形凸轮（9）设有耳形沟槽（901），即耳形沟槽呈半圆形弧，耳形沟槽由与盘形凸轮轴同心，但不同半径的三段圆弧沟槽和二段连接线沟槽组成，三段圆弧沟槽为三个工位定位圆形沟槽，二段连接线沟槽为工位转换螺旋沟槽，工位定位圆形沟槽之间设置工位转换螺旋沟槽；盘形凸轮的形状与耳形沟槽对应，输出轴拐臂（11）与盘形凸轮的连接端通过滚轮轴承（10）设置于盘形凸轮的耳形沟槽内。

5. 根据权利要求4所述的工位自锁式凸轮操动机构，其特征在于所述输出轴拐臂（11）由对称设置的拐臂夹板（1101）组成，滚轮轴承（10）夹持于输出轴拐臂的拐臂夹板之间。

6. 根据权利要求1所述的工位自锁式凸轮操动机构，其特征在于所述电机（1）、手动操作杆（2）、盘形凸轮轴（8）、盘形凸轮（9）、输出轴（12）、齿轮组件设置于安装板（3），滚轮轴承（10）、输出轴拐臂（11）与输出轴连为一体，输出轴拐臂通过滚轮轴承与盘形凸轮的耳形沟槽（901）连为一体，即电机、手动操作杆、盘形凸轮轴、盘形凸轮、滚轮轴承、输出轴拐臂、输出轴、齿轮组件与安装板连为一体。