CN105304420B - 一种断路器用弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器用弹簧操动机构，属于高压开关领域。本发明利用凸轮和输出拐臂的配合实现储能轴和输出轴的动力传递，利用凸轮、从动滚轮和合闸杠杆的配合实现合闸动作，利用一级、二级分闸杠杆和制动杠杆的配合实现分闸动作，结构紧凑，零件种类少，成本低，可靠性高；机架上设有可插入安全销的贯穿孔，提高了本发明的安全性；本发明还设计了手动分闸机构，确保在分闸电磁铁故障时，可以手动实现分闸动作。

Description

一种断路器用弹簧操动机构

技术领域

本发明涉及一种中高压开关的操动机构，特别涉及一种真空断路器及操作功与之相当的SF6断路器用弹簧操动机构。

背景技术

随着真空断路器的迅速发展，对配套用的操动机构提出了更高的要求。最早用的电磁操动机构，因合闸电源功率大、断路器合分速度偏低，逐渐被合闸电源功率小、输出特性与真空断路器相匹配、机械寿命长的弹簧操动机构所代替。

CT10弹簧操动机构是最早期经完善改进用于31.5kV真空断路器的弹簧操动机构，操作功约400J。由于它储能方式为棘轮结构，运转时承受冲击负荷，这样要求机械强度高，运行噪声大，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种断路器用弹簧操动机构，其具有结构紧凑，可靠性高，传动平稳，噪声低，寿命长等优点。

本发明的目的是这样实现的：

一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，包括由前后两块平行立板组成的机架，垂直贯穿两块立板的上部设置有相互平行的储能轴和输出轴；

储能轴的前、后两端分别通过曲柄与前后对称的两个合闸弹簧的顶部活动连接，两个合闸弹簧的底部与机架的下部固定连接，在前合闸弹簧和前立板之间的储能轴上设有具有储能滚轮的储能齿轮，在两块立板之间的储能轴上设有凸轮；在储能轴左下方的前立板上依次固定有离合器齿轮和电机，离合器齿轮的小齿轮和大齿轮分别与储能齿轮和电机的输出齿轮啮合；在储能轴右下方的前立板上设有竖直的具有复位功能的合闸杠杆和合闸电磁铁，合闸杠杆通过穿过其中心的转轴固定在前立板上，其下部的右侧面垂直抵接的合闸电磁铁，在合闸电磁铁的伸缩杆的推动下合闸杠杆可作顺时针转动；

输出轴的后端通过曲柄与分闸弹簧的顶部活动连接，分闸弹簧的底部与后立板的下部固定连接，在两块立板之间的输出轴上设有输出拐臂，输出拐臂靠近储能轴一端的左上角和左下角分别设有从动滚轮和可伸缩的制动杠杆，输出拐臂的另一端与竖直固定在两块立板之间的缓冲器的活塞顶部连接；在输出轴下方的前立板上通过转轴连接有联锁板，在输出轴右下方的前立板上设有辅助开关，联锁板的右端通过四连杆分别与输出轴的前端和辅助开关相连，联锁板的左端则相抵于合闸杠杆上部的右侧面；在输出拐臂下方的后立板上依次设有水平的一级分闸杠杆和竖直的二级分闸杠杆，一级分闸杠杆通过穿过其左端的转轴固定在后立板上，其中心设有制动滚轮，其右端则设有与二级分闸杠杆的顶部相抵的分闸滚轮，二级分闸杠杆通过穿过其中心的转轴固定在后立板上，在其左侧的后立板上设有防止其逆时针转动的制动轴，在其右侧的后立板上设有与其下部的右侧面垂直抵接的分闸电磁铁；

在未储能状态，储能滚轮位于储能轴的上方，凸轮位于储能轴的左下方，两个合闸弹簧呈预拉伸状态；在已储能状态，储能滚轮抵接于合闸杠杆的顶部并对合闸杠杆具有垂直向下的力，凸轮保持在储能轴的上方，从动滚轮靠近凸轮的基圆，两个合闸弹簧被拉伸呈储能状态；

在合闸状态，储能滚轮、凸轮和两个合闸弹簧回复到未储能状态，输出拐臂沿逆时针转动一定角度，制动杠杆与一级分闸杠杆扣接，一级分闸杠杆与二级分闸杠杆扣接，分闸弹簧被拉伸呈储能状态，缓冲器的活塞被拉伸；在分闸状态，分闸弹簧回复到预拉伸状态，输出拐臂沿顺时针转动一定角度，制动杠杆脱离一级分闸杠杆，缓冲器的活塞收缩。

其中，在输出拐臂的下方靠近其与缓冲器的活塞连接处的前、后立板上开有供安全销插入的贯穿孔。

其中，在所述后合闸弹簧上方的后立板上设有控制电机启停的行程开关，达到储能状态时，后合闸弹簧的顶部触碰并拨动行程开关的拨杆，使得电机回路断开，电机停止转动。

其中，所述联锁板呈类扇形，联锁板的左端呈倾斜的圆弧形，联锁板的上边沿长于联锁板的下边沿。

其中，所述二级分闸杠杆的底部设有呈前后水平的分闸拨片，在分闸拨片下方的前后立板上垂直贯穿有手动分闸转轴，手动分闸转轴伸出前立板的一端设有垂直于手动分闸转轴的手柄，位于分闸拨片下方的手动分闸转轴上设有与分闸拨片的右侧面相抵接且垂直于手动分闸转轴的手动分闸推杆。

其中，在所述手柄的上下两侧的前立板上设有用于限制手柄转动角度的限位销。

其中，所述手柄通过与前立板上固定的复位销相连的复位弹簧实现复位功能。

其中，所述储能齿轮前侧面上分别设有已储能指示牌和未储能指示牌；在未储能状态，未储能指示牌保持在合闸杠杆的上方，在已储能状态，已储能指示牌保持在合闸杠杆的上方。

其中，所述四连杆中与输出轴的前端相连的第一连杆与联锁板平行，该第一连杆靠近储能齿轮的一端设有分合指示牌；在分闸状态，分合指示牌的“分”字正立；在合闸状态，分合指示牌的“合”字正立。

其中，所述第一连杆上方的前立板上设有记录合闸次数的机械计数器，机械计数器的连杆通过弹簧与分合指示牌相连；分合指示牌的“合”字正立一次，则机械计数器计数一次。

其中，所述第一连杆上方的前立板上设有记录合闸次数的电子计数器，所述电子计数器的通电回路与辅助开关相连，每当弹簧操动机构完成一次合闸，电子计数器的回路导通一次，实现一次计数。

本发明的有益效果为：本发明利用凸轮和输出拐臂的配合实现储能轴和输出轴的动力传递，利用凸轮、从动滚轮和合闸杠杆的配合实现合闸动作，利用一级、二级分闸杠杆和制动杠杆的配合实现分闸动作，结构紧凑，零件种类少，成本低，可靠性高；机架上设有可插入安全销的贯穿孔，提高了本发明的安全性；本发明还设计了手动分闸机构，确保在分闸电磁铁故障时，可以手动实现分闸动作。

附图说明

图1为本发明的立体结构图。

图2为本发明的正面结构图。

图3为本发明的背面机构图。

图4为图1去除机架后的立体结构图。

图5为图4中分闸机构的立体结构图。

图6为本发明中输出拐臂的结构图。

图7为本发明中一级分闸杠杆的结构图。

图8为本发明在未储能时的正面结构图。

图9为图8的立体图。

图10为本发明在已储能时的正面结构图。

图11为图10的立体图。

图12为本发明在准备合闸时的正面结构图。

图13为图12的立体图。

图14为本发明在合闸过程中的正面结构图。

图15为图14的立体图。

图16为本发明在合闸状态时的正面结构图。

图17为图16的立体图。

图18为本发明在分闸过程中的正面结构图。

图19为图18的立体图。

图20为本发明在分闸状态时的正面结构图。

图21为图20的立体图。

图22为本发明在储能和合闸状态时的正面结构图。

图23为图22的立体图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

如图1至图5所示，一种断路器用弹簧操动机构，包括由前后两块平行立板1a、1b组成的机架1，垂直贯穿两块立板1a、1b的上部设置有相互平行的储能轴2和输出轴3。

储能轴2的前、后两端分别通过曲柄与前后对称的两个合闸弹簧4、5的顶部活动连接，两个合闸弹簧4、5的底部与机架1的下部固定连接。在前合闸弹簧4和前立板1a之间的储能轴2上设有具有储能滚轮6的储能齿轮7。在两块立板1a、1b之间的储能轴2上设有凸轮8。在储能轴2左下方的前立板1a上依次固定有离合器齿轮9和电机10，离合器齿轮9的小齿轮和大齿轮分别与储能齿轮7和电机10的输出齿轮啮合。在储能轴2右下方的前立板1a上设有竖直的具有复位功能的合闸杠杆11和合闸电磁铁12，合闸杠杆11通过穿过其中心的转轴固定在前立板1a上，其下部的右侧面垂直抵接的合闸电磁铁12，在合闸电磁铁12的伸缩杆的推动下合闸杠杆11可作顺时针转动。

输出轴3的后端通过曲柄与分闸弹簧13的顶部活动连接，分闸弹簧13的底部与后立板1b的下部固定连接。在两块立板1a、1b之间的输出轴3上设有输出拐臂14，输出拐臂14靠近储能轴2一端的左上角和左下角分别设有从动滚轮15和可伸缩的制动杠杆16，具体如图6所示，输出拐臂14的另一端与竖直固定在两块立板1a、1b之间的缓冲器17的活塞顶部连接。在输出轴3下方的前立板1a上通过转轴连接有联锁板18，在输出轴3右下方的前立板1a上设有辅助开关19，联锁板18的右端通过四连杆20分别与输出轴3的前端和辅助开关19相连，联锁板18的左端则相抵于合闸杠杆11上部的右侧面。在输出拐臂14下方的后立板1b上依次设有水平的一级分闸杠杆21和竖直的二级分闸杠杆22。一级分闸杠杆21通过穿过其左端的转轴固定在后立板1b上，其中心设有制动滚轮23，其右端则设有与二级分闸杠杆22的顶部相抵的分闸滚轮24，如图7所示。二级分闸杠杆22通过穿过其中心的转轴固定在后立板1b上，在其左侧的后立板1b上设有防止其逆时针转动的制动轴25，在其右侧的后立板1b上设有与其下部的右侧面垂直抵接的分闸电磁铁26。

如图8和图9所示，为本机构处于未储能状态，此时储能滚轮6位于储能轴2的上方，凸轮8位于储能轴2的左下方，两个合闸弹簧4、5呈预拉伸状态，电机10不工作。

当进行储能时，电机10开始工作，通过离合器齿轮9带动储能齿轮7和储能轴2一同沿顺时针转动；同时，与储能轴2相连的凸轮8和储能齿轮7上的储能滚轮6也一同沿顺时针转动，与储能轴2相连的前后两个储能弹簧4、5被同时向上拉伸。

当两个储能弹簧4、5正好过了拉伸的最高点，对储能轴2产生一个顺时针力时，为储能弹簧4、5的最佳储能位置。此时，输出拐臂14上的从动滚轮15正好位于凸轮8的基圆附件，储能齿轮7上储能滚轮6正好抵接于合闸杠杆11的顶部，并对合闸杠杆11产生一个垂直向下的力。在合闸电磁铁12未动作的情况下，合闸杠杆11不会转动脱离与储能滚轮6的抵接，所以两个储能弹簧4、5可以保持拉伸状态不变，即达到已储能状态，如图10-图13所示。

当两个储能弹簧4、5达到储能状态后，电机10与储能齿轮7之间的传动断开(详见专利ZL201210391619.0)，为防止电机无限制的运转，需将电机回路断开，在后合闸弹簧5上方的后立板1b上还装有控制电机10启停的行程开关29，当两个储能弹簧4、5到达最佳储能位置时，后合闸弹簧5的顶部恰好能触碰并拨动行程开关29的拨杆，使得电机10回路断开，电机10停止转动。

保持已储能状态后，本机构便可以进行合闸动作，具体如下：

首先，合闸电磁铁12开始动作，推动合闸杠杆11作顺时针运动脱离与储能滚轮6的抵接。没有了合闸杠杆11的抵制，储能轴2在两个储能弹簧4、5的拉力作用下作顺时针运动，并带动凸轮8也随之一同作顺时针运动，从而使得凸轮8接触到从动滚轮15对输出拐臂14产生一个使其逆时针运动的力，如图14和图15所示。输出拐臂14在该力的作用下带动输出轴3一同作逆时针运动；输出轴3的转动带动分闸弹簧13向上拉伸进行储能，驱动与其相连的断路器进行合闸动作，同时还带动四连杆20动作进而驱动联锁板18作逆时针运动，使得联锁板18的左端碰触合闸杠杆11，从而对合闸杠杆11产生一个使其逆时针转动的力加快其复位；而输出拐臂14左下角的制动杠杆16会慢慢向外摆动，最终扣接在静止不动的一级分闸杠杆21中的制动滚轮23的右侧，使得分闸弹簧13即保持拉伸储能状态又能对输出轴3产生一个顺时针力，断路器保持合闸状态，输出拐臂14的右端则将缓冲器17的活塞向上拉伸，如图16和图17所示。

在到达合闸状态后，合闸杠杆11复位完成，电机10则会自动启动，使得两个储能弹簧4、5再一次进入已储能状态，以便进行下次合闸动作。

在合闸后，本机构便可以进行分闸动作，具体如下：

分闸电磁铁12开始动作，推动二级分闸杠杆22作顺时针运动脱离与一级分闸杠杆21右端的分闸滚轮24的抵接，使得一级分闸杠杆21绕其右端的转轴的作顺时针运动脱离与制动杠杆16的扣接，如图18和图19。失去一级分闸杠杆21对制动杠杆16的卡制后，输出拐臂14和输出轴3在分闸弹簧13的拉力作用下一同作顺时针转动，驱动与输出轴3相连的断路器进行分闸动作，使得输出拐臂14回复到初始状态，即输出拐臂14上的从动滚轮15靠近已储能状态时凸轮8的基圆处，如图20和图21。

在输出拐臂14的下方靠近其与缓冲器17的活塞连接处的前、后立板1b上开有供安全销28插入的贯穿孔27，当完成合闸需要保持合闸状态时，将安全销28插入贯穿孔27内，起到防止本机构进行分闸动作的作用。

本机构中的联锁板18呈类扇形，联锁板18的左端呈倾斜的圆弧形，联锁板18的上边沿长于联锁板18的下边沿。由于联锁板18逆时针转动的动作会快于合闸杠杆11逆时针转动的复位动作，联锁板18的左端圆弧形的设计可以防止联锁板18逆时针转动时敲击到合闸杠杆11的顶部，降低联锁板18的损坏率。

为防止分闸电磁铁12突然失灵导致本机构无法完成分闸的情况发生，在二级分闸杠杆22的底部设有呈前后水平的分闸拨片30，在分闸拨片30下方的前后立板1b上垂直贯穿有手动分闸转轴31，手动分闸转轴31伸出前立板1a的一端设有垂直于手动分闸转轴31的手柄32，位于分闸拨片30下方的手动分闸转轴31上设有与分闸拨片30的右侧面相抵接且垂直于手动分闸转轴31的手动分闸推杆33。当分闸电磁铁12失灵时，通过推动手柄32使手动分闸转轴31作逆时针转动，从而使得手动分闸推杆33对分闸拨片30产生产生一个向左的力，促使二级分闸杠杆22作顺时针转动，最终实现分闸动作。

在手柄32的上下两侧的前立板1a上还设有用于限制手柄32转动角度的限位销34，防止手动分闸时用力过度。手柄32还通过与前立板1a上固定的复位销35相连的复位弹簧实现复位功能，使得完成手动分闸后手柄32能快速复位，还可以防止手动误操作的发生。

为方便操作人员查看本机构的使用状态，在储能齿轮7前侧面上分别设有已储能指示牌36和未储能指示牌37，用于显示本机构的储能情况。在未储能状态，未储能指示牌37保持在合闸杠杆11的上方；在已储能状态，已储能指示牌36保持在合闸杠杆11的上方。还在四连杆20中与联锁板18平行且与输出轴3的前端相连的第一连杆的靠近储能齿轮7的一端设有分合指示牌38，用于显示分闸和合闸情况。该分合指示牌38上有分、合两字，其中分字在下，合字在上。在分闸状态，分合指示牌38的“分”字正立；在合闸状态，分合指示牌38的“合”字正立。

在第一连杆上方的前立板1a上还设有记录合闸次数的机械计数器39，机械计数器39的连杆通过弹簧与分合指示牌38相连。分合指示牌38的“合”字正立一次，便可以使弹簧拉伸一次，从而使得机械计数器39计数一次。这里的机械计数器39还可以用电子计数器39代替，将电子计数器39的通电回路与辅助开关19相连，每当弹簧操动机构完成一次合闸，电子计数器39的回路导通一次，实现一次计数。

前述已储能指示牌36、未储能指示牌37、分合指示牌38和机械计数器39/电子计数器39的显示都位于合闸杠杆11和联锁板18的上方，位置比较集中，便于操作人员观察。

本发明结构紧凑，传动平稳，零件种类少，成本低，可靠性高，装配过程不需要繁琐的调节，并且分合闸弹簧连续可调，可以根据实际需要可以适配不同参数的弹簧，实现操作功范围更广(160J-500J)，满足多种断路器的需求。

Claims (11)

1.一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，包括由前后两块平行立板(1a、1b)组成的机架(1)，垂直贯穿两块立板(1a、1b)的上部设置有相互平行的储能轴(2)和输出轴(3)；

储能轴(2)的前、后两端分别通过曲柄与前后对称的两个合闸弹簧(4、5)的顶部活动连接，两个合闸弹簧(4、5)的底部与机架(1)的下部固定连接，在前合闸弹簧(4)和前立板(1a)之间的储能轴(2)上设有具有储能滚轮(6)的储能齿轮(7)，在两块立板(1a、1b)之间的储能轴(2)上设有凸轮(8)；在储能轴(2)左下方的前立板(1a)上依次固定有离合器齿轮(9)和电机(10)，离合器齿轮(9)的小齿轮和大齿轮分别与储能齿轮(7)和电机(10)的输出齿轮啮合；在储能轴(2)右下方的前立板(1a)上设有竖直的具有复位功能的合闸杠杆(11)和合闸电磁铁(12)，合闸杠杆(11)通过穿过其中心的转轴固定在前立板(1a)上，其下部的右侧面垂直抵接的合闸电磁铁(12)，在合闸电磁铁(12)的伸缩杆的推动下合闸杠杆(11)可作顺时针转动；

输出轴(3)的后端通过曲柄与分闸弹簧(13)的顶部活动连接，分闸弹簧(13)的底部与后立板(1b)的下部固定连接，在两块立板(1a、1b)之间的输出轴(3)上设有输出拐臂(14)，输出拐臂(14)靠近储能轴(2)一端的左上角和左下角分别设有从动滚轮(15)和可伸缩的制动杠杆(16)，输出拐臂(14)的另一端与竖直固定在两块立板(1a、1b)之间的缓冲器(17)的活塞顶部连接；在输出轴(3)下方的前立板(1a)上通过转轴连接有联锁板(18)，在输出轴(3)右下方的前立板(1a)上设有辅助开关(19)，联锁板(18)的右端通过四连杆(20)分别与输出轴(3)的前端和辅助开关(19)相连，联锁板(18)的左端则相抵于合闸杠杆(11)上部的右侧面；在输出拐臂(14)下方的后立板(1b)上依次设有水平的一级分闸杠杆(21)和竖直的二级分闸杠杆(22)，一级分闸杠杆(21)通过穿过其左端的转轴固定在后立板(1b)上，其中心设有制动滚轮(23)，其右端则设有与二级分闸杠杆(22)的顶部相抵的分闸滚轮(24)，二级分闸杠杆(22)通过穿过其中心的转轴固定在后立板(1b)上，在其左侧的后立板(1b)上设有防止其逆时针转动的制动轴(25)，在其右侧的后立板(1b)上设有与其下部的右侧面垂直抵接的分闸电磁铁(26)；

在未储能状态，储能滚轮(6)位于储能轴(2)的上方，凸轮(8)位于储能轴(2)的左下方，两个合闸弹簧(4、5)呈预拉伸状态；在已储能状态，储能滚轮(6)抵接于合闸杠杆(11)的顶部并对合闸杠杆(11)具有垂直向下的力，凸轮(8)保持在储能轴(2)的上方，从动滚轮(15)靠近凸轮(8)的基圆，两个合闸弹簧(4、5)被拉伸呈储能状态；

在合闸状态，储能滚轮(6)、凸轮(8)和两个合闸弹簧(4、5)回复到未储能状态，输出拐臂(14)沿逆时针转动一定角度，制动杠杆(16)与一级分闸杠杆(21)扣接，一级分闸杠杆(21)与二级分闸杠杆(22)扣接，分闸弹簧(13)被拉伸呈储能状态，缓冲器(17)的活塞被拉伸；在分闸状态，分闸弹簧(13)回复到预拉伸状态，输出拐臂(14)沿顺时针转动一定角度，制动杠杆(16)脱离一级分闸杠杆(21)，缓冲器(17)的活塞收缩。

2.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，在输出拐臂(14)的下方靠近其与缓冲器(17)的活塞连接处的前、后立板(1b)上开有供安全销(28)插入的贯穿孔(27)。

3.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，在后合闸弹簧(5)上方的后立板(1b)上设有控制电机(10)启停的行程开关(29)，达到储能状态时，后合闸弹簧(5)的顶部触碰并拨动行程开关(29)的拨杆，使得电机(10)回路断开，电机(10)停止转动。

4.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述联锁板(18)呈类扇形，联锁板(18)的左端呈倾斜的圆弧形，联锁板(18)的上边沿长于联锁板(18)的下边沿。

5.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述二级分闸杠杆(22)的底部设有呈前后水平的分闸拨片(30)，在分闸拨片(30)下方的前后立板(1a、1b)上垂直贯穿有手动分闸转轴(31)，手动分闸转轴(31)伸出前立板(1a)的一端设有垂直于手动分闸转轴(31)的手柄(32)，位于分闸拨片(30)下方的手动分闸转轴(31)上设有与分闸拨片(30)的右侧面相抵接且垂直于手动分闸转轴(31)的手动分闸推杆(33)。

6.根据权利要求5所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，在所述手柄(32)的上下两侧的前立板(1a)上设有用于限制手柄(32)转动角度的限位销(34)。

7.根据权利要求6所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述手柄(32)通过与前立板(1a)上固定的复位销(35)相连的复位弹簧实现复位功能。

8.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述储能齿轮(7)前侧面上分别设有已储能指示牌(36)和未储能指示牌(37)；在未储能状态，未储能指示牌(37)保持在合闸杠杆(11)的上方，在已储能状态，已储能指示牌(36)保持在合闸杠杆(11)的上方。

9.根据权利要求1所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述四连杆(20)中与输出轴(3)的前端相连的第一连杆与联锁板(18)平行，该第一连杆靠近储能齿轮(7)的一端设有分合指示牌(38)；在分闸状态，分合指示牌(38)的“分”字正立；在合闸状态，分合指示牌(38)的“合”字正立。

10.根据权利要求9所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述第一连杆上方的前立板(1a)上设有记录合闸次数的机械计数器(39)，机械计数器(39)的连杆通过弹簧与分合指示牌(38)相连；分合指示牌(38)的“合”字正立一次，则机械计数器(39)计数一次。

11.根据权利要求9所述的一种断路器用弹簧操动机构，其特征在于，所述第一连杆上方的前立板(1a)上设有记录合闸次数的电子计数器(39)，所述电子计数器(39)的通电回路与辅助开关(19)相连，每当弹簧操动机构完成一次合闸，电子计数器(39)的回路导通一次，实现一次计数。