一種KYN61-40.5可移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊志忠

(浙江開(kāi)關(guān)廠有限公司，浙江 衢州 324000)

一種KYN61-40.5可移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊志忠

(浙江開(kāi)關(guān)廠有限公司，浙江 衢州 324000)

活門(mén)機(jī)構(gòu)是可移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜必不可少的防觸電裝置。它可以確保在移開(kāi)部件被拉出柜體后，檢修人員的人身安全。本文以KYN61-40.5可移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜為例，詳細(xì)的介紹了平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、工作原理、桿件長(zhǎng)度計(jì)算的方法和干涉驗(yàn)證等內(nèi)容。

活門(mén);平移式活門(mén)機(jī)構(gòu);桿件長(zhǎng)度計(jì)算;干涉驗(yàn)證

1 引言

KYN61-40.5開(kāi)關(guān)柜是我國(guó)35kV電力系統(tǒng)主導(dǎo)產(chǎn)品，按柜內(nèi)使用的可移開(kāi)部件(斷路器手車(chē))結(jié)構(gòu)不同，開(kāi)關(guān)柜的活門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有兩種：一種是鏈輪傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)翻門(mén)式活門(mén)機(jī)構(gòu)；另一種為連桿傳動(dòng)的平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)。本文以我公司生產(chǎn)的KYN61-40.5開(kāi)關(guān)柜活門(mén)設(shè)計(jì)為例，闡述平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、工作原理、桿件長(zhǎng)度計(jì)算、干涉驗(yàn)證等內(nèi)容。

2 活門(mén)的定義及活門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

按GB 3906-2006第3.110條規(guī)定，活門(mén)是指金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的一種部件，它具有兩個(gè)可以轉(zhuǎn)換的位置，一個(gè)位置(工作位置)是允許可移開(kāi)部件的動(dòng)觸頭與固定觸頭結(jié)合，在另一個(gè)位置(試驗(yàn)位置)，它成為外殼或隔板的一部分，遮住固定觸頭。對(duì)于KYN61-40.5開(kāi)關(guān)柜，活門(mén)及活門(mén)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求如下：

(1)活門(mén)作為隔板的一部分，活門(mén)材質(zhì)優(yōu)先選用PM級(jí)(具有接地連續(xù)性的金屬隔板)。

(2)活門(mén)處于開(kāi)啟/關(guān)閉位置時(shí)，與帶電體的電氣距離(以空氣作為絕緣介質(zhì))不低于300mm、防護(hù)等級(jí)不低于IP2X。

(3)隨著可移開(kāi)部件的推進(jìn)/拉出，活門(mén)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要確?；铋T(mén)順暢地開(kāi)啟/關(guān)閉，不得有干涉?；铋T(mén)機(jī)構(gòu)應(yīng)有獨(dú)立的鎖止裝置，當(dāng)可移開(kāi)部件拉出柜體后，可靠防止檢修人員失誤打開(kāi)活門(mén)。

(4)活門(mén)應(yīng)標(biāo)有“母線(xiàn)側(cè)”、“線(xiàn)路側(cè)”等識(shí)別字樣，母線(xiàn)側(cè)活門(mén)還應(yīng)附有紅色帶電標(biāo)志和相色標(biāo)志。

3 平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)工作原理

圖1為可移開(kāi)部件處于試驗(yàn)位置裝配簡(jiǎn)圖，項(xiàng)3、4、7、8、9、10、16為裝于柜體活門(mén)機(jī)構(gòu)零部件，這些零部件可看作二個(gè)平面四連桿機(jī)構(gòu)疊加構(gòu)成，圖中O1ABO2組成下活門(mén)平面四連桿機(jī)構(gòu)(O1O2為固定機(jī)架)，搖桿O2B延伸端F與下活門(mén)開(kāi)槽鉸接；O2CDO3組成上活門(mén)平面四連桿機(jī)構(gòu)(O2O3為固定機(jī)架)，搖桿O3D延伸端G與上活門(mén)開(kāi)槽鉸接?；铋T(mén)機(jī)構(gòu)開(kāi)啟工作原理如下：圖1中，在外力作用下，可移開(kāi)部件項(xiàng)2自左向右作水平運(yùn)動(dòng)，在項(xiàng)12可移開(kāi)部件推活門(mén)部件使力面E與活門(mén)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸項(xiàng)13接觸前，自動(dòng)解鎖活門(mén)機(jī)構(gòu)鎖止裝置，當(dāng)使力面E與活門(mén)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸項(xiàng)13一經(jīng)接觸，即推動(dòng)下活門(mén)平面四連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿O1A繞支點(diǎn)O1作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿項(xiàng)10帶動(dòng)搖桿O2BF繞支點(diǎn)O2作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)下活門(mén)項(xiàng)7沿活門(mén)導(dǎo)桿項(xiàng)8作垂直向下運(yùn)動(dòng)，下活門(mén)打開(kāi)。在下活門(mén)打開(kāi)的同時(shí)，上活門(mén)平面四連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿O2C繞支點(diǎn)O2作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿項(xiàng)16帶動(dòng)搖桿O3DG繞支點(diǎn)O3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)上活門(mén)項(xiàng)4沿活門(mén)導(dǎo)桿項(xiàng)8作垂直向上運(yùn)動(dòng)，上活門(mén)打開(kāi)。當(dāng)可移開(kāi)部件項(xiàng)2推進(jìn)至圖示Y面時(shí)(行程X<160mm)，上下活門(mén)打開(kāi)，并確保可移開(kāi)部件觸臂可進(jìn)入上下觸頭盒項(xiàng)5而不干涉。繼續(xù)推進(jìn)直至活門(mén)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸項(xiàng)13嵌入可移開(kāi)部件推活門(mén)部件項(xiàng)12凹槽中，此時(shí)上下活門(mén)完全打開(kāi)并保持穩(wěn)定，直至可移開(kāi)部件觸臂項(xiàng)15與靜觸頭6有效嚙合，到達(dá)工作位置?；铋T(mén)機(jī)構(gòu)關(guān)閉工作原理為：可移開(kāi)部件由工作位置拉出，至圖示Y面，在上下活門(mén)自重及復(fù)位彈簧作用下，活門(mén)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸項(xiàng)13脫離可移開(kāi)部件推活門(mén)部件項(xiàng)12凹槽，帶動(dòng)下活門(mén)四連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)桿11繞固定支點(diǎn)O1作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿10帶動(dòng)搖桿O2BF繞支點(diǎn)O2作逆時(shí)針旋、經(jīng)連桿項(xiàng)16帶動(dòng)搖桿O3DG繞支點(diǎn)O3作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上下活門(mén)關(guān)閉，當(dāng)活門(mén)機(jī)構(gòu)受力軸A從項(xiàng)12完全脫離后，上、下活門(mén)完全關(guān)閉，并由獨(dú)立的鎖止裝置自鎖。

圖1 可移開(kāi)部件處于試驗(yàn)位置裝配簡(jiǎn)圖

4 平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)桿件計(jì)算

以下活門(mén)為研究對(duì)象建立直角坐標(biāo)系，圖2為下活門(mén)直角坐標(biāo)系，實(shí)線(xiàn)為活門(mén)關(guān)閉位置，虛線(xiàn)為活門(mén)打開(kāi)位置。

圖2中O1ABO2組成封閉四邊形，按活門(mén)關(guān)閉位置各桿件在坐標(biāo)軸x和y上的投影，可以得到以下方程式：

L1cosα+L2cosδ=L4+L3cosβ

(1)

L1sinα+L2sinδ= L3sinβ

(2)

分別將方程式(1)和(2)兩邊平方，利用cos2δ+ sin2δ=1，可得到α、β與各桿件的方程式：

(3)

同理可得活門(mén)關(guān)閉位置時(shí)α′、β′與各桿件方程式：

(4)

上述方程式(3)、(4)中，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)令L1=250mm、L4=915mm、α=20.00°，按照?qǐng)D1、圖2已標(biāo)注的尺寸，可計(jì)算出β=57.07°、α′=63.53°、β′=122.93°。將已知量代入方程式(3)、(4)中可求得L2=746.77mm，L3= 122.39mm。

以上活門(mén)為研究對(duì)象建立直角坐標(biāo)系，圖3為上活門(mén)直角坐標(biāo)系，實(shí)線(xiàn)為活門(mén)關(guān)閉位置，虛線(xiàn)為活門(mén)打開(kāi)位置。

圖3中O2CDO3組成封閉四邊形，按活門(mén)關(guān)閉位置各桿件在坐標(biāo)軸x和y上的投影，可以得到以下方程式：

L5cosα+L6cosδ+L7cos(π-β)=L8

(5)

-L5sinα-L7sin(π-β)+L6sinδ=0

(6)

將方程式(5)和(6)兩邊平方，利用cos2δ+ sin2δ=1可得到α、β與各桿件方程式：

(7)

同理可得活門(mén)關(guān)閉位置時(shí)α′、β′與各桿件方程式：

(8)

在上述方程式(7)、(8)中，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)令L5=180mm、L8=620mm，根據(jù)圖1、圖3已標(biāo)注的尺寸，可計(jì)算出α=62.93°、β=122.93°、α′=2.93°，β′ =57.07°。將已知量代入方程式(3)、(4)中可求得：L6=538.64mm、L7= 155.68mm。

5 平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)干涉驗(yàn)證

見(jiàn)圖1，當(dāng)可移開(kāi)部件項(xiàng)2推進(jìn)160mm時(shí)，可計(jì)算出下活門(mén)機(jī)構(gòu)主動(dòng)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)46.50°，用作圖法可驗(yàn)證動(dòng)觸頭項(xiàng)15與上下活門(mén)是否存在干涉。圖4、圖5分別為上下活門(mén)干涉驗(yàn)證圖，圖4中下活門(mén)向下垂直移動(dòng)79mm，圖5中上活門(mén)向上垂直移動(dòng)119mm，均大于動(dòng)觸頭項(xiàng)15半徑50mm，不存在干涉。

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)筆者多年從事中壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合平面四連桿機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計(jì)理論，通過(guò)定量計(jì)算得出桿件的實(shí)際長(zhǎng)度，并經(jīng)過(guò)作圖法驗(yàn)證其正確性。

本設(shè)計(jì)方法對(duì)其它可移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜的平移式活門(mén)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也具有實(shí)際的借鑒作用。

The Design of Translation Type Shutter Mechanism for KYN61-40.5 Removable Type Switch Cabinet

YANGZhi-zhong

(Zhejiang Switchgear Factory Co.，Ltd.,Quzhou 324000，China)

The shutter mechanism is a essential device of removable type switch cabinet for anti electric shock.It can ensure the safety of maintenance personnel when the removable parts are pulled out of the cabinet body.With an example of KYN61-40.5 removable type Switch Cabinet,the author detailed introduces design requirements,working principle,rod length calculation methods and interference verification for the translation type hutter mechanism.

shutter translation type hutter mechanism;rod length calculation;interference verification

1004-289X(2016)03-0045-03

TM59

B

2016-02-01

楊志忠(1966-)，本科學(xué)歷，浙江開(kāi)關(guān)廠有限公司工程師，從事中、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。