高壓斷路器液壓操動機(jī)構(gòu)二級閥閥座自動檢測

陳 星，張 海，付 偉

(1.國網(wǎng)江西省電力有限公司南昌供電分公司，江西 南昌 330000；2.華東交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江西 南昌 330013)

0 引言

高壓斷路器在保證電力系統(tǒng)各種條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行方面起了重要作用，能在額定電壓3 kV及以上關(guān)合、承載和開斷運(yùn)行回路正常電流和規(guī)定的過載電流(包括短路電流)。高壓斷路器的分合閘動作是靠操動機(jī)構(gòu)來完成的，因此斷路器的工作性能，特別是動作特性，直接決定于操動機(jī)構(gòu)；其造價也約占整個斷路器的1/3左右。

高壓斷路器的操動機(jī)構(gòu)從手動操動機(jī)構(gòu)、電磁操動機(jī)構(gòu)、液壓操動機(jī)構(gòu)、壓縮空氣操動機(jī)構(gòu)，到彈簧機(jī)構(gòu)和數(shù)字電動操動機(jī)構(gòu)，逐步發(fā)展和進(jìn)步，其間大量先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到操動機(jī)構(gòu)中來。在這些操動機(jī)構(gòu)中，液壓操動機(jī)構(gòu)以其壓力高、出力大、體積小、傳遞快、延時小、動作準(zhǔn)確以及傳遞運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于110 kV及以上少油和SF6斷路器。下面以典型的LW6系列高壓斷路器三相聯(lián)動液壓操動機(jī)構(gòu)中重要的部件(二級閥)為研究對象，以期實(shí)現(xiàn)其主要尺寸的自動檢測。

1 液壓操動機(jī)構(gòu)原理

1.1 操動機(jī)構(gòu)的組成元件

液壓柜中三相公用的液壓元件如圖1所示，包括低壓主油箱D、油過濾器F、電動機(jī)MO、電動油泵E、手力泵AD、防振容器CAP、油壓開關(guān)J及微動開關(guān)S、壓力檢測裝置K、控制閥A、合閘電磁鐵EVE、分閘電磁鐵EVDS和EVD、信號缸FB及輔助開關(guān)I、二級閥AV (包括上部空間AV2、排油閥AH5、進(jìn)油閥AH4以及內(nèi)部空間AV3)三級閥RA和輔助儲壓器B10。除此之外，還有液壓柜與各相斷路器間的連接管路，斷路器支柱下部每相一套動力單元的元件。

1.2 操動機(jī)構(gòu)工作原理

操動機(jī)構(gòu)工作分為3個動作：油泵打壓、合閘操作和分閘操作。當(dāng)電動機(jī)MO通電運(yùn)轉(zhuǎn)時，帶動油泵E中的活塞上下運(yùn)動。當(dāng)活塞下移時，油泵中油腔增大，壓力降低，閥E3關(guān)閉，閥E1打開，低壓主油箱中的油經(jīng)過過濾器F進(jìn)入油腔；當(dāng)活塞油上移時，油腔中油被擠壓出來，高壓油輸出。當(dāng)油進(jìn)入二級閥AV3油腔中后，合閘電磁鐵EVE接受合閘操作而動作，二級閥中輸入高壓油，通過二級閥桿移動實(shí)現(xiàn)合閘。當(dāng)進(jìn)行分閘動作時，只需要泄放二級閥空腔AV2內(nèi)的高壓油即可。

從操動機(jī)構(gòu)的工作流程可以發(fā)現(xiàn)，二級閥起著關(guān)鍵的作用；同時，二級閥在動作中承受著高壓油的反復(fù)打壓，持續(xù)的動作也使得二級閥座閥孔和閥桿往復(fù)摩擦，閥孔尺寸也因此發(fā)生變化。而二級閥閥座的閥孔與閥桿配合實(shí)現(xiàn)了操動機(jī)構(gòu)的動作，如果閥孔出現(xiàn)磨損，操動機(jī)構(gòu)的合閘和分閘動作也將受到影響。

因此，二級閥閥座的基準(zhǔn)閥孔也是操動機(jī)構(gòu)檢修的重要項(xiàng)目。

圖1 LW6系列斷路器三相聯(lián)動液壓操動機(jī)構(gòu)元件組成

2 基于Pro/E CMM的二級閥閥座建模及其自動檢測

二級閥閥座檢測項(xiàng)目包括6個直徑尺寸公差、5個同軸度公差、2個垂直度公差，其中同軸度公差都是以孔(Φ37)為基準(zhǔn)，如圖2所示。表1為檢測項(xiàng)目列表。傳統(tǒng)的手工測量方法使用內(nèi)徑百分表，效率低，而且受到檢測人員水平的影響。隨著現(xiàn)代化檢測水平的發(fā)展，三坐標(biāo)測量機(jī)成為零件檢測的重要工具。與傳統(tǒng)的設(shè)備相比，其可以提高測量的精度、節(jié)省時間、減輕勞動強(qiáng)度，有效地消除人為因素造成的誤差。

為了實(shí)現(xiàn)零件的快速自動測量，三坐標(biāo)測量機(jī)一般都具有自動檢測模塊。具體實(shí)現(xiàn)方式分為如下2種：

(1) 在線自學(xué)習(xí)方式，即通過手動進(jìn)行一個零件所有的檢測項(xiàng)目來獲得檢測程序代碼，在其他所有零件檢測時使用相同的程序進(jìn)行檢測；

(2) 使用專門的軟件進(jìn)行檢測程序的自動生成，比如PTC公司的Pro/E CMM自動檢測模塊。

本文采用的方式為第2種方式。

表1 檢測項(xiàng)目

2.1 二級閥閥座CAD建模

為了實(shí)現(xiàn)檢測的自動化，首先必須有被檢測零件的CAD模型；模型可以不包括所有的特征細(xì)節(jié)，但是必須包括所有的被檢測項(xiàng)目涉及的特征。然后，通過二維圖紙進(jìn)行二級閥閥座的CAD建模。

2.2 二級閥閥座檢測程序的自動生成

2.2.1 導(dǎo)入 CAD 模型

創(chuàng)建CMM類型文件，并導(dǎo)入二級閥閥座CAD模型。

圖2 二級閥閥座主要檢測尺寸

2.2.2 設(shè)置檢測工藝

檢測工藝設(shè)置包括設(shè)置CMM工作中心、探針，其中探針選擇INDX_SING_TIP(旋轉(zhuǎn)探針)。由于測量內(nèi)孔且內(nèi)孔較深，因此需要將零件的內(nèi)孔軸線與測量坐標(biāo)系的Z軸垂直。此時在設(shè)置旋轉(zhuǎn)探針時要設(shè)定“常規(guī)-幾何-刀尖-螺旋角”為90°。

2.2.3 建立檢測操作

在建立檢測操作前，要設(shè)置工件坐標(biāo)系。以測量外圓柱為例，設(shè)置坐標(biāo)系，如圖3所示。在建立檢測操作時，要設(shè)置退刀平面，如圖4所示。

圖3 設(shè)置坐標(biāo)系

圖4 設(shè)置退刀平面

2.2.4 定義操作中的檢測步驟

選擇工具欄中的“圓”，然后在模型空間里選擇需要檢測的圓。設(shè)定步驟之后，進(jìn)行測量路徑的仿真，保證測量安全進(jìn)行。

選擇“應(yīng)用程序-NC后處理器，可生成測量內(nèi)孔DMIS文件。

3 三坐標(biāo)測量機(jī)自動檢測及其結(jié)果分析

3.1 二級閥閥座自動檢測

按照以上步驟，對所有檢測項(xiàng)目進(jìn)行DMIS程序的生成，同時將其導(dǎo)入到三坐標(biāo)測量機(jī)中進(jìn)行自動測量。在測量前，必須進(jìn)行零件工作坐標(biāo)系的設(shè)定，保證坐標(biāo)系與檢測程序中的坐標(biāo)系一致，否則測量無法正確進(jìn)行。1組3個閥座(A，B，C)的檢測結(jié)果如表2所示。

3.2 檢測結(jié)果分析

從檢測結(jié)果可知，檢測項(xiàng)目完全合格的只有2件，其他送檢閥座都存在不同程度的超差。

(1) 6個直徑尺寸公差中，作為基準(zhǔn)的尺寸4(37 mm)超差嚴(yán)重，有12件超差，超差率為50 %。同時在檢測時，發(fā)現(xiàn)超差尺寸都低于公差的要求，即尺寸都是偏小，在其他公司送檢產(chǎn)品中也存在相似的情況。尺寸4(37 mm)作為基準(zhǔn)尺寸，也影響到了同軸度以及垂直度公差的準(zhǔn)確性。作為內(nèi)徑尺寸，從使用情況判斷，其出現(xiàn)應(yīng)為加工誤差所致。

(2) 尺寸3(40 mm)的超差情況次之，有11件超差，超差率為46 %。在檢測時，也發(fā)現(xiàn)超差尺寸都高于公差的要求，即尺寸都偏大；在其他公司送檢產(chǎn)品中也存在相似的情況。作為內(nèi)徑尺寸，從使用情況判斷，其出現(xiàn)應(yīng)為正常磨損。

(3) 其他直徑尺寸偶有超差，一般超差率都低于30 %。

(4) 5個同軸度公差中，送檢產(chǎn)品中偶有超差，基本與尺寸4(37 mm)超差以及本身直徑尺寸也超差相對應(yīng)，即尺寸4(37 mm)超差嚴(yán)重并且本身直徑尺寸也存在超差。

(5) 2個垂直度公差中，垂直度1(尺寸4(37 mm)的內(nèi)孔與平面1)超差嚴(yán)重，有11件超差，超差率為46 %，這也與尺寸4(37 mm)的內(nèi)孔超差有關(guān)。

表2 工件組(1)檢測結(jié)果 mm

4 結(jié)論

以LW6系列高壓斷路器三相聯(lián)動液壓操動機(jī)構(gòu)元件中最重要的二級閥閥座為研究對象，依據(jù)閥座的CAD模型，通過使用Pro/E中的CMM模塊，實(shí)現(xiàn)了二級閥孔的自動檢測程序的生成，并在三坐標(biāo)測量機(jī)上進(jìn)行了自動檢測。檢測結(jié)果顯示：二級閥閥座的基準(zhǔn)閥孔直徑(Φ37)超差嚴(yán)重，影響了同軸度和垂直度的要求，這也驗(yàn)證了閥桿和閥孔之間頻繁摩擦對二級閥工作的影響。