低壓微型斷路器的機(jī)構(gòu)分析

張良程

摘 要：斷路器的機(jī)構(gòu)是斷路器的重要組成部分，決定了觸頭壓力、脫扣力、超程、開距，以及斷路器分閘、合閘、脫扣的可靠性。隨著低壓電器的不斷發(fā)展，斷路器的機(jī)構(gòu)也在不斷創(chuàng)新。以微型斷路器為例，初步分析了其機(jī)構(gòu)的組成、動(dòng)作和受力情況。

關(guān)鍵詞：斷路器；連桿；低壓電器；終端電器

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.112

低壓斷路器大多采用平面連桿機(jī)構(gòu)，在分閘、合閘位置會(huì)形成平面四連桿機(jī)構(gòu)，跳閘位置由四連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)自由脫扣機(jī)構(gòu)變成五連桿機(jī)構(gòu)。這樣的機(jī)構(gòu)通過(guò)不同的方式可滿足各種斷路器不同的分?jǐn)嗨俣?、觸頭壓力、脫扣力、超額行程、開斷距離的要求。

1 低壓微型斷路器的機(jī)構(gòu)

1.1 機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理分析

微型斷路器是近年來(lái)推出的大量用于家庭住宅的終端電器。微型斷路器機(jī)構(gòu)的分閘、合閘和脫扣的位置分別如圖1中的（a）、（b）和（c）所示。分閘、合閘時(shí)，E點(diǎn)被鎖扣機(jī)構(gòu)鎖住，因此，連桿BB與連桿AB共同轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，形成了四連桿機(jī)構(gòu)（即AB、BC、O1C三桿與兩軸心的連線O1O2）。四連桿機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，只要其中一個(gè)連桿的位置確定后，其他連桿位置也會(huì)相應(yīng)確定。因此，可實(shí)現(xiàn)手柄帶動(dòng)觸頭分合閘動(dòng)作。

圖1中的（a）是分閘位置，合閘時(shí)手柄向左推動(dòng)。手柄與連桿O1C是同一桿件，手柄帶動(dòng)連桿O1C繞O1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)CB桿推動(dòng)觸頭杠桿AB順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，觸頭杠桿將觸頭推向合閘位置。當(dāng)O1C轉(zhuǎn)過(guò)死點(diǎn)（O1C與CB同一直線時(shí)為死點(diǎn)）時(shí)，隨著AB桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，主拉彈簧被拉伸。此時(shí)，主彈簧對(duì)AB桿有逆時(shí)針?lè)较虻牧?，通過(guò)BC桿傳遞，對(duì)O1C也有一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧亍．?dāng)手柄卡在外殼上時(shí)，手柄停止轉(zhuǎn)動(dòng)，O1C也停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)閉合完成。當(dāng)機(jī)構(gòu)合閘時(shí)，A點(diǎn)可視為固定點(diǎn)，主拉彈簧的拉力對(duì)A點(diǎn)的扭矩與觸頭壓力對(duì)A點(diǎn)的扭矩相等，但方向相反，機(jī)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。觸頭桿上的孔是腰形的，當(dāng)觸頭磨損時(shí)，主拉彈簧可拉動(dòng)觸頭桿繞A點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使觸頭可靠閉合，即為觸頭提供必要的超程。

圖1中的（b）是機(jī)構(gòu)的合閘位置，合閘時(shí)手柄向右推動(dòng)，手柄帶動(dòng)連桿O1C繞O1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)CB桿帶動(dòng)觸頭杠桿AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，觸頭杠桿將觸頭推向分閘位置。脫扣是因異常電流而導(dǎo)致控制元件給連桿BB一個(gè)力，使BB上的E點(diǎn)脫離EO2，四連桿機(jī)構(gòu)變成五連桿（AB，BC，O1C，BB四桿與兩軸心的連線O1O2），觸頭在主拉彈簧的作用下迅速分?jǐn)唷?/p>

當(dāng)異常電流通過(guò)時(shí)，對(duì)于鎖扣桿EF，F(xiàn)點(diǎn)受到逆時(shí)針?lè)较虻睦?，?dǎo)致EF繞O2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，跳扣桿脫離E點(diǎn)，機(jī)構(gòu)由四連桿變成五連桿，斷路器迅速脫扣分閘。

1.2 機(jī)構(gòu)受力計(jì)算

機(jī)構(gòu)受力計(jì)算的目的是確定并驗(yàn)證觸頭的壓力、操作手柄的操作力，并判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)力學(xué)計(jì)算可確定各個(gè)連桿形成的角度，進(jìn)而確定各個(gè)連桿的長(zhǎng)度和O1，O2的相對(duì)位置。

閉合位置如圖2所示，接觸板關(guān)于A點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （1）

. （2）

對(duì)于接觸板，在水平方向的力值平衡為：

. （3）

. （4）

對(duì)于連桿AB，O2點(diǎn)轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （5）

. （6）

對(duì)于把手，O1點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （7）

. （8）

1.3 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)小型斷路器的分析，可以得出以下3點(diǎn)結(jié)論：①觸頭壓力與主拉簧的拉力成正比；②觸頭的超額行程與觸桿上的腰形、靜觸頭的相對(duì)位置有關(guān)；③主拉簧的拉力越大，分合閘時(shí)的操作力就越大，同時(shí)，合閘時(shí)觸頭的壓力越大，分閘時(shí)的分?jǐn)嗨俣仍娇臁?/p>

2 結(jié)束語(yǔ)

平面連桿連桿機(jī)構(gòu)是斷路器的典型操作機(jī)構(gòu)，分閘、合閘時(shí)會(huì)形成四連桿，脫扣時(shí)由四連桿變成五連桿。通過(guò)對(duì)斷路器連桿機(jī)構(gòu)的分析可知各個(gè)桿在動(dòng)作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、不同狀態(tài)所處的位置和受力情況，進(jìn)而可在原來(lái)的基礎(chǔ)上推陳出新，不斷開發(fā)出更可靠、性能更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)更緊湊的操作機(jī)構(gòu)和斷路器。

Design of the New Type of Intelligent Vehicle Wiper System

Liu Zongjian， Lin Xueli， Zhao Duanjin

Abstract： As an important measure to ensure the safety of automobile driving， the rain wiper system is the rain water， and the operating efficiency of the system will affect the efficiency of the rain. Rain wiper is the key to ensure the driver's driving vision， and therefore， the need to design the car wiper system.

Key words： intelligent technology； automotive windshield wiper system； processor； motor drive

〔編輯：張思楠〕