一种高压断路器用弹簧操动机构

摘要

本发明公开了一种高压断路器用弹簧操动机构，属于输变电技术领域。本发明包括壁板、弹簧筒、棘轮、凸轮、传动滚子、连杆、拖板、导向座、合闸挚子、分闸挚子、缓冲器、分合闸弹簧，合闸弹簧的内部设有分闸弹簧，分闸弹簧下端固定在导向座上，上端连接在弹簧座上，弹簧座的上端与桥形连板和传动拐臂铰接，传动拐臂的右端与缓冲器的缓冲活塞铰接，桥形连板上端与定位拐臂铰接。本发明的弹簧操动机构将分闸弹簧和合闸弹簧共筒设置，减小了操动机构的体积；具有分合闸速度快、机械性能稳定、可靠性高等优点。

权利要求

1.一种高压断路器用弹簧操动机构，它包括壁板、弹簧筒、棘轮、凸轮、拐臂、传动滚子、导向滚子、连杆、托板、导向座、分闸弹簧和合闸弹簧；其特征在于：两块壁板用定位柱平行的固定在一起，两个壁板下端与弹簧筒上端利用连接板进行连接固定；两个棘轮通过两个棘轮轴分别固定在两块壁板内壁上，两个棘轮的内侧面之间设有轴销，通过轴销将棘轮、凸轮和连杆上端铰接在一起；连杆下端与导向滚子和接头用轴销铰接在一起，接头连接螺杆上端，螺杆下端固定在托板上，导向滚子与导向座内壁接触，在导向座内壁上下滑动，托板上设有通道，导向座穿过托板上通道固定在弹簧筒下端，托板中心与螺杆下端固定连接，托板上面与合闸弹簧下端接触，合闸弹簧的上端与弹簧筒上端固定；合闸弹簧内设有分闸弹簧，分闸弹簧上端与弹簧座下端固定，分闸弹簧下端和导向垫一起套装固定在导向座凸台环面上，导向座凸台限位固定分闸弹簧；弹簧座上端与传动拐臂左端和桥形连板下端通过轴销铰接在一起，传动拐臂通过输出轴连接在两块壁板内，输出轴同时连接输出拐臂，输出拐臂设置于两块壁板外侧，传动拐臂右端通过接头与缓冲活塞上端连接，缓冲活塞下端置于缓冲器内，缓冲器下端固定在弹簧筒下端；桥形连板的上端与定位掣子和小拐臂右端通过轴销铰接，并且置于两个棘轮内侧，小拐臂左端通过轴销固定在两块壁板上，小拐臂右端铰接传动滚子，小拐臂下面利用螺栓连接转接头，转接头右侧装有球头顶杆，通过弹簧使球头顶在定位掣子上，棘轮的圆周上设有棘齿和锁定卡槽，两个棘轮的圆周分别与合闸挚子拐臂上的两个合闸滚子、内外储能棘爪接触，外储能棘爪和内储能棘爪通过曲轴固定于两块壁板间，通过棘爪复位扭簧使棘爪顶端紧紧的接触棘轮的棘齿，操动机构储能时内、外储能棘爪推动棘齿使棘轮转动，棘轮的上方两块壁板间设有电磁铁、合闸挚子、半轴、合闸挚子拐臂组成的合闸脱扣器，合闸挚子拐臂利用轴销固定于两块壁板内侧，合闸挚子拐臂上设有合闸滚子，通过合闸复位扭簧紧紧接触棘轮的圆周，机构储能完毕后合闸滚子顶住锁定卡槽，从而锁定棘轮；半轴直接固定在两块壁板之间，半轴和合闸挚子固定在一起转动，合闸挚子的锁杆接触合闸电磁铁顶杆，通过合闸电磁铁顶杆和合闸复位弹簧进行限位；分闸挚子利用轴销固定于两块壁板间弹簧座的左边，通过分闸电磁铁顶杆和分闸复位扭簧限位，分闸挚子拐臂中间利用轴销固定于两块壁板间，分闸挚子拐臂右端装有分闸前滚子，分闸挚子拐臂左端装有分闸后滚子，通过定位轴销、分闸挚子和分闸后滚子接触限位。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器用弹簧操动机构，其特征在于：本弹簧操动机构的结构基于两块壁板的中面完全对称。

3.根据权利要求1所述的一种高压断路器用弹簧操动机构，其特征在于：导向垫具有对称分布的两个球形盲孔，两个球顶螺栓固定在相对于上述导向垫上两个球形盲孔位置处的导向座上，导向垫经两个球形盲孔被球顶螺栓所支撑。

说明书

一种高压断路器用弹簧操动机构

技术领域

[0001] 本发明属于输变电技术领域，特别涉及一种高压断路器用弹簧操动机构。技术背景

[0002] 操动机构是高压输变电领域的主要设备，是高压断路器的重要组成部分，高压断路器的合分闸操作是通过操动机构来实现的。高压断路器的操动机构主要分为液压和弹簧两种操动机构，液压操动机构的分、合闸时间短并且稳定等优点，但是有结构复杂、成本高、技术实现难度高、漏油等缺点；弹簧操动机构成本低、结构简单、使用时间长、基本免维护等特点，适合在高压断路器上广泛使用。

[0003] 目前应用于高压断路器的弹簧操动机构普遍采用分合闸弹簧及储能机构和执行机构分离模式，整体体积庞大，结构复杂，安装调试不方便，制造工艺困难，成本高。由于结构的复杂性，造成断路器的分合闸时间长，机械特性不稳定，降低了高压断路器的可靠性。随着国家电力系统的发展，系统容量的不断增加，断路器技术的进步，国家电网需要一种分合闸时间短、机械特性稳定可靠的新型弹簧操动机构。

发明内容

[0004] 本发明针对以上技术问题，提供了一种弹簧操动机构，解决目前弹簧操动机构体积大、结构复杂、安装调试不方便、制造工艺困难、成本高及分合闸时间不稳定的问题。

[0005] 本发明所述的一种高压断路器用弹簧操动机构，它包括壁板、弹簧筒、棘轮、凸轮、拐臂、传动滚子、导向滚子、连杆、托板、导向座、分闸弹簧和合闸弹簧；两块壁板用定位柱平行的固定在一起，两个壁板下端与弹簧筒上端利用连接板进行连接固定；两个棘轮通过两个棘轮轴分别固定在两块壁板内壁上，两个棘轮的内侧面之间设有轴销，通过轴销将棘轮、凸轮和连杆上端铰接在一起；连杆下端与导向滚子和接头用轴销铰接在一起，接头连接螺杆上端，螺杆下端固定在托板上，导向滚子与导向座内壁接触，在导向座内壁上下滑动，托板上设有通道，导向座穿过托板上通道固定在弹簧筒下端，托板中心与螺杆下端固定连接，托板上面与合闸弹簧下端接触，合闸弹簧的上端与弹簧筒上端固定；合闸弹簧内设有分闸弹簧，分闸弹簧上端与弹簧座下端固定，分闸弹簧下端和导向垫一起套装固定在导向座凸台环面上，导向座凸台限位固定分闸弹簧；弹簧座上端与传动拐臂左端和桥形连板下端通过轴销铰接在一起，传动拐臂通过输出轴连接在两块壁板内，输出轴同时连接输出拐臂，输出拐臂设置于两块壁板外侧，传动拐臂右端通过接头与缓冲活塞上端连接，缓冲活塞下端置于缓冲器内，缓冲器下端固定在弹簧筒下端；桥形连板的上端与定位掣子和小拐臂右端通过轴销铰接，并且置于两个棘轮内侧，小拐臂左端通过轴销固定在两块壁板上，小拐臂右端铰接传动滚子，小拐臂下面利用螺栓连接转接头，转接头右侧装有球头顶杆，通过弹簧使球头顶在定位掣子上，棘轮的圆周上设有棘齿和锁定卡槽，两个棘轮的圆周分别与合闸挚子拐臂上的两个合闸滚子、内外储能棘爪接触，外储能棘爪和内储能棘爪通过曲轴固定于两块壁板间，通过棘爪复位扭簧使棘爪顶端紧紧的接触棘轮的棘齿，操动机构储能时内、外储能棘爪推动棘齿使棘轮转动，棘轮的上方两块壁板间设有电磁铁、合闸挚子、半轴、合闸挚子拐臂组成的合闸脱扣器，合闸挚子拐臂利用轴销固定于两块壁板内侧，合闸挚子拐臂上设有合闸滚子，通过合闸复位扭簧紧紧接触棘轮的圆周，机构储能完毕后合闸滚子顶住锁定卡槽，从而锁定棘轮；半轴直接固定在两块壁板之间，半轴和合闸挚子固定在一起转动，合闸挚子的锁杆接触合闸电磁铁顶杆，通过合闸电磁铁顶杆和合闸复位弹簧进行限位；分闸挚子利用轴销固定于两块壁板间弹簧座的左边，通过分闸电磁铁顶杆和分闸复位扭簧限位，分闸挚子拐臂中间利用轴销固定于两块壁板间，分闸挚子拐臂右端装有分闸前滚子，分闸挚子拐臂左端装有分闸后滚子，通过传动滚子销、分闸挚子和分闸后滚子接触限位。

[0006] 所述的一种高压断路器用弹簧操动机构，本弹簧操动机构的结构基于两块壁板的中面完全对称。

[0007] 所述的一种高压断路器用弹簧操动机构，在导向垫随分闸弹簧动作时，导向垫具有两个球形盲孔，球顶螺栓固定在导向座上，导向垫经两个球形盲孔被球顶螺栓所支撑。

[0008] 本发明具有如下优点：

[0009] 1、弹簧操动机构将分闸弹簧和合闸弹簧共筒设计，减少操动机构的体积；

[0010] 2、采用棘轮、凸轮、传动拐臂、传动滚子、桥形连板、弹簧座和分闸弹簧相连接的设计，达到机构整体结构简单，易于置备和维护的效果，同时避免了传统弹簧操动机构通过机械摩擦的方式进行分合闸操作导致分合闸时间不稳定的缺点，具有分合闸时间稳定的效果；

[0011] 3、本发明的弹簧操动机构能够在合闸动作完成后立即进行分闸操作；或在合闸操作完成后，合闸弹簧再次储能后进行重合闸操作，具有分合闸时间快、机械特性稳定、可靠性高、体积小等优点。

附图说明

[0012] 图1为本发明实例中弹簧操动机构剖面示意图；

[0013] 图2为本发明实例中弹簧操动机构储能锁定时剖面示意图；

[0014] 图3为本发明实例中弹簧操动机构合闸锁定时剖面示意图；

[0015] 图4为本发明实例中弹簧操动机构分闸后剖面示意图。

[0016] 图5是图2的沿A-A方向的视图。

[0017] 图6是图5的B向视图。

具体实施方式

[0018] 本发明的附图编号如下：1、定位柱，2、合闸挚子，3、合闸挚子拐臂，4、合闸电磁铁，5、合闸滚子，6、合闸复位扭簧，7、棘轮，8、输出拐臂，9、凸轮，10、定位掣子，11、输出轴，12、传动拐臂，13、缓冲活塞杆，14、弹簧座，15、缓冲缸，16、固定座，17、壁板，18、曲轴，19、棘爪，
20、球头顶杆，21、小拐臂，22、弹簧，23、分闸电磁铁，24、分闸前滚子，25、分闸挚子拐臂，26、分闸复位扭簧，27、分闸挚子A，28、分闸挚子B，29、分闸后滚子，30、连接板，31、连杆，32、合闸弹簧，33、分闸弹簧，34、导向座，35、弹簧筒，36、导向滚子，37、接头，38、导向垫，39、螺杆，
40、托板，41、棘爪复位扭簧，42、转接头，43、桥形连板，44、合闸复位扭簧，45、球顶螺栓、A1、棘轮轴，A2、凸轮轴，A3、半轴，A4、轴销，A5、传动滚子、A6、球形盲孔。

[0019] 本发明的弹簧操动机构如图1所示，两块壁板17用定位柱1平行的固定在一起，壁板17的下端与弹簧筒35上端通过连接板30固定在一起，两个棘轮7通过两个棘轮轴A1分别固定在两块壁板17的内侧，两个棘轮7的圆周上设有棘齿和锁定卡槽。

[0020] 棘轮7的上方设有曲轴18和合闸挚子拐臂3，曲轴18上固定有内、外储能棘爪19各一对，内、外储能棘爪19的另一端分别与两个棘轮7圆周上的棘齿通过棘爪复位扭簧41压缩紧紧的接触，合闸挚子拐臂3上设有合闸滚子5，对称的两个合闸滚子5与对称的两个棘轮7的圆周接触，合闸挚子拐臂3的左端用轴销A4固定在两块壁板17的中间，用合闸复位扭簧6限位合闸挚子拐臂3和合闸滚子5，使合闸滚子5紧紧的接触棘轮7的圆周。

[0021] 棘轮7的上方还设有半轴A3，半轴A3的两端固定在壁板17间，合闸挚子2固定在半轴A3上，两者可一起转动，合闸挚子2的锁杆利用扭簧限位于合闸电磁铁4的顶杆上。

[0022] 通过凸轮轴A2将凸轮9和连杆31的上端铰接在两个棘轮7之间，当棘轮7转动可带动凸轮9和连杆31一起运动，连杆31的下端用轴销将导向滚子36、接头37和螺杆39铰接在一起，螺杆39的下端与托板40的中心固定连接，导向滚子36与导向座34内壁接触，可在导向座34内上下滑动，导向座34下端固定在弹簧筒35的下端，托板40上面与合闸弹簧32接触，托板40上设有通道槽，导向座34穿过托板40上的通道槽，合闸弹簧32的下端接触在托板40的上面，合闸弹簧32的上端与弹簧筒35上端固定，托板40可在弹簧筒35内利用导向座34导向上下滑动。

[0023] 合闸弹簧32的内部设有分闸弹簧33，分闸弹簧33的下端固定于导向垫38上，导向垫38和分闸弹簧33套装在导向座34的凸台上，分闸弹簧33的上端连接弹簧座14的下端，弹簧座14的上端用轴销与桥形连板43的下端和传动拐臂12的左端铰接，弹簧座14的右边用输出轴11将传动拐臂12和输出拐臂8固定在壁板17上，传动拐臂12置于壁板17之间，输出拐臂8置于壁板17外侧，传动拐臂12的右端用接头连接缓冲活塞杆13的上端，缓冲活塞杆13的下端置于缓冲缸15中，缓冲缸15下端用固定座16固定在弹簧筒35的下端右侧。

[0024] 桥形连板43的上端用传动滚子A5将小拐臂21的右端与定位掣子10铰接在一起，小拐臂21的左端用轴销固定于两块壁板17之间，小拐臂21的下面用螺栓将转接头42固定限位，转接头42的右端装有球形顶杆20，并用弹簧将球头部分顶住定位掣子10，定位掣子10的左端与小拐臂21的上面接触，利用小拐臂21、球形顶杆20和弹簧22进行限位。

[0025] 分闸挚子拐臂25用轴销固定在壁板17内侧位于弹簧座14的左端的，分闸挚子拐臂29的两端装有分闸前滚子24和分闸后滚子29，分闸挚子A27和分闸挚子B28固定在同一个轴销上，并用轴销固定在两块壁板17之间，分闸挚子A27的锁杆上方安装分闸电磁铁23，分闸电磁铁23的顶杆与分闸挚子A27的锁杆接触，并用分闸复位扭簧26限位分闸挚子A27和分闸挚子B28，用小轴销和分闸挚子B28限位分闸挚子拐臂25。

[0026] 导向垫38与球顶螺栓45的安装图参见图5、图6。导向垫38随分闸弹簧33动作，导向垫38具有对称分布的两个球形盲孔A6，两个球顶螺栓45固定在相对于上述导向垫38上两个球形盲孔A6位置处的导向座34上，导向垫38经两个球形盲孔A6被球顶螺栓45所支撑，使得导向垫38随分闸弹簧33可作偏摆动作。

[0027] 本发明弹簧操动机构工作方式：

[0028] 储能工作：如图1所示本发明实例中弹簧操动机构的初始状态，当操动机构需要储能时，电机通电利用减速齿轮驱动曲轴18转动，曲轴18带动内、外储能棘爪19交替推动两个棘轮7圆周上的棘齿，使棘轮7逆时针转动，棘轮7带动连杆31向上运动，连杆31带动导向滚子36、接头37、螺杆39和托板40一起向上运动，托板40向上运动便压缩合闸弹簧32，使合闸弹簧32弹性势能得以存储。

[0029] 合闸储能锁定：如图2所示本发明实例中弹簧操动机构的储能锁定状态，当连杆31和棘轮7转动过死点时，合闸挚子拐臂3受合闸复位扭簧6作用，使合闸滚子5进入棘轮
7的锁定卡槽内，同时合闸挚子拐臂3顶端顶开半轴A3，半轴A3被合闸挚子拐臂3顶开时，半轴A3带动合闸挚子2转动，合闸挚子2压缩合闸复位弹簧44；合闸挚子拐臂3顶端脱离半轴A3后，合闸挚子2受合闸复位弹簧44作用力恢复初始状态带动半轴A3转动，半轴A3卡住合闸挚子拐臂3，合闸挚子拐臂3上的合闸滚子5被卡在棘轮7的锁定卡槽内，将棘轮
7锁定，此时合闸弹簧32的势能被锁定，储能动作完成。

[0030] 连杆31运动到最高点时，连杆31所在位置为死点。

[0031] 合闸操作：当合闸电磁铁4通电，合闸电磁铁4的推杆推动合闸挚子2的锁杆，合闸挚子2压缩合闸复位弹簧44并带动半轴A3转动，半轴A3脱离合闸挚子拐臂3的顶端；棘轮7位置不再被合闸滚子5锁定，由于合闸弹簧32的作用力大于合闸复位扭簧6的作用力，合闸挚子拐臂3和合闸滚子5被推离棘轮7的卡槽，合闸弹簧32的弹力势能被释放，推动托板40向下快速运动，托板40带动螺杆39、接头37、导向滚子36、连杆31、凸轮9一起向下运动，棘轮7快速逆时针转动，合闸挚子2受合闸复位弹簧44的作用，恢复到储能前的状态，合闸挚子拐臂3和合闸滚子5也恢复到储能前状态；当棘轮7和凸轮9一起转动时，凸轮9撞击定位掣子10和小拐臂21的传动滚子A5，推动定位掣子10、小拐臂21和桥形连板43向下运动，桥形连板43推动弹簧座14向下运动，并带动传动拐臂12转动，传动拐臂
12带动输出轴11转动，输出轴11带动输出拐臂8转动，输出拐臂8驱动断路器合闸，进行合闸操作。

[0032] 合闸位置锁定(分闸储能锁定)：如图3所示本发明实例中弹簧操动机构的合闸锁定(分闸储能锁定)状态，当棘轮7带动凸轮9逆时针快速转动时，凸轮9撞击定位掣子10和小拐臂21的传动滚子A5，推动定位掣子10、小拐臂21、桥形连板43和弹簧座14向下运动，同时弹簧座14压缩分闸弹簧，当定位掣子10被推到分闸挚子拐臂25一端，两者撞击接触后，定位掣子10上的钩槽锁定分闸挚子拐臂25上的分闸前滚子24，分闸挚子B28顶住分闸挚子拐臂25上的分闸后滚子29，对分闸挚子拐臂25进行限位，从而限位定位掣子10、桥形连板43、弹簧座14和传动拐臂12，传动拐臂12锁定输出轴11和输出拐臂10，从而合闸位置被锁定，同时分闸弹簧33被压缩，分闸弹簧33的弹性势能被存储。

[0033] 分闸操作：如图4所示本发明实例中弹簧操动机构的分闸后状态，当分闸电磁铁23通电后，分闸电磁铁23推杆推动分闸挚子A27转动，分闸挚子A27和分闸挚子B28共轴锁定一起转动，分闸挚子B28脱离分闸后滚子29，使分闸挚子拐臂25失去限位限制，分闸弹簧33势能被释放，定位掣子10与分闸挚子拐臂25上的分闸前滚子24被分闸弹簧33的势能驱动而脱离，分闸弹簧33推动弹簧座14向上运动，弹簧座14带动传动拐臂12转动，传动拐臂12带动输出轴11和输出拐臂8转动，输出拐臂8驱动断路器分闸，完成分闸操作；
分闸操作完成后，传动拐臂12、弹簧座14、桥形连板43、定位掣子10、分闸挚子A27和分闸挚子B28都恢复到分闸储能前的状态。