塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

魏溧

（杭州之江開關(guān)股份有限公司，浙江 杭州 311234）

四、五連桿轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)為整個(gè)塑殼斷路器得以正常運(yùn)作的重要操作機(jī)構(gòu)，同時(shí)，還是其功能達(dá)成的核心部件。其中，針對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)而言，其能夠達(dá)成事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角，并且還能與其他部件相配合，以此實(shí)現(xiàn)斷路器的合分閘動(dòng)作；而對(duì)于轉(zhuǎn)換五連桿來(lái)分析，其能夠快速斷開；對(duì)于鎖扣裝置來(lái)考量，其能夠借助較短的行程與較小的力，實(shí)現(xiàn)四連桿向五連桿解鎖，或者是五連桿鎖定呈四連桿。隨著斷路器技術(shù)的日漸成熟，以及許多新能源的不斷應(yīng)用，這為斷路器的發(fā)展提供了新的助力，對(duì)原先的機(jī)構(gòu)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)或改造，以便更好地適應(yīng)新需求。本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，對(duì)塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)化思路作一探討。

1 操作機(jī)構(gòu)的基本動(dòng)作流程分析

針對(duì)塑殼斷路器而言，其操作機(jī)構(gòu)主要有脫扣軸（牽引桿）、鎖扣裝置、主軸（轉(zhuǎn)軸）及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，而對(duì)于機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)來(lái)講，可劃分為三種，其一為自由脫扣（見圖1），其二是合閘（見圖2），其三為分閘/再扣（見圖3）。當(dāng)斷路器機(jī)構(gòu)處于一種比較典型的分閘/再扣、合閘狀態(tài)時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)主要由固定桿CO、AB、OA 與BC 構(gòu)成，并且此時(shí)的機(jī)構(gòu)的自由度僅有1 個(gè)，也就是基于分、合方向所呈現(xiàn)的自由度；需要強(qiáng)調(diào)的是，如果斷路器機(jī)構(gòu)處在一種自由脫扣狀態(tài)，那么，此時(shí)的五連桿，則由DO、BC、OA、CD與AB 構(gòu)成，且自由度數(shù)為兩個(gè)。

圖1 自由脫扣位置時(shí)的機(jī)構(gòu)

圖2 合閘位置時(shí)的機(jī)構(gòu)

圖3 分閘/再扣位置時(shí)的機(jī)構(gòu)

在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，四連桿與五連桿之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化，對(duì)斷路器的動(dòng)作性能、觸頭參數(shù)等，均會(huì)產(chǎn)生直接影響，因此，做好機(jī)架固定點(diǎn)位置設(shè)計(jì)，以及各個(gè)桿的長(zhǎng)度關(guān)系設(shè)計(jì)，尤為關(guān)鍵。當(dāng)空間比較充足，能夠包含強(qiáng)度夠大的轉(zhuǎn)軸及主彈簧時(shí)，便需要精確設(shè)計(jì)四連桿各個(gè)桿的工作角度范圍以及長(zhǎng)度、動(dòng)觸頭的延長(zhǎng)等內(nèi)容，建議首先采用二維設(shè)計(jì)原理圖，然后，再開展三維設(shè)計(jì)工作。

2 斷路器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析

2.1 合分閘角度與杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心

針對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心來(lái)講，在對(duì)其進(jìn)行實(shí)際設(shè)置時(shí)，以及在選擇合分閘的角度時(shí)，是否做到準(zhǔn)確與妥當(dāng)，對(duì)操作機(jī)構(gòu)的體積、操作力甚至是主彈簧的工作長(zhǎng)度等，均會(huì)造成直接影響。因此，對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)置，有助于多因素之間的平衡與穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，如果需將主彈簧相應(yīng)拉伸量予以減小，此時(shí)，在設(shè)定杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置時(shí)，需選在上、下連桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸分/合閘位置連線BB’所對(duì)應(yīng)的中垂線CX 周圍；如果需將操作力減小，那么，應(yīng)盡可能停下來(lái)設(shè)置杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心，通過(guò)此種設(shè)置使受力力臂相應(yīng)長(zhǎng)度增大，最終便能夠達(dá)到將操作力減小的目的；基于脫扣狀態(tài)下，為了能夠?qū)崿F(xiàn)杠桿的位置指示功能，需結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，利用主彈簧對(duì)杠桿產(chǎn)生一定的拉力，借助此力，將杠桿在跳扣所對(duì)應(yīng)的定位面上予以貼合。當(dāng)處于一種故障模式下（觸頭熔焊），那么，此時(shí)的DA、BA、CB 與CD 便會(huì)構(gòu)成全新的四連桿，帶動(dòng)跳扣，使其繞D 而不斷旋轉(zhuǎn)，避免杠桿發(fā)生運(yùn)動(dòng)偏移，而錯(cuò)誤移至再扣角度；與此同時(shí)，針對(duì)杠桿的位置而言，禁止停留于合閘位置；可靠、準(zhǔn)確的指示，有助于滿足或達(dá)成隔離功能斷路器的各項(xiàng)考核要求。

針對(duì)合閘角而言，一般情況下，需要對(duì)如下條件給予滿足：其一，當(dāng)杠桿已到或?qū)⒁梁祥l角時(shí)，可以比較順利地將四連桿機(jī)構(gòu)予以啟動(dòng)，使其處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；其二，當(dāng)杠桿處于合閘位置時(shí)，主彈簧所提供的拉力，可使動(dòng)觸頭在特定時(shí)間內(nèi)以及一定電流的電路當(dāng)中，比較穩(wěn)定的處于合閘位置處，除此之外，杠桿還能在合閘位置處保持位置不變。而對(duì)于分閘角來(lái)講，也需要滿足一些條件：首先，當(dāng)杠桿已經(jīng)被送至分閘角，或者是即將達(dá)到此位置，此時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)可以被順利啟動(dòng)，并且還能促使四連桿從之前的合閘位置，比較高效且直接性地向分閘位置轉(zhuǎn)換；其次，當(dāng)杠桿處于分閘位置，針對(duì)此時(shí)的主彈簧而言，其所產(chǎn)生的拉力，可以促使杠桿始終處在分閘位置處。

2.2 當(dāng)處于合閘位置時(shí)上、下連桿的夾角分析

當(dāng)斷路器處于相應(yīng)合閘位置，此時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)提供持續(xù)且足夠大的支持力，確保動(dòng)觸頭始終處于合閘位置處。另外，針對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)而言，為使其維持在合閘位置，不僅要將動(dòng)觸頭終壓力向機(jī)構(gòu)反饋而形成的反力克服掉，而且還需將特定條件或環(huán)境下，電動(dòng)斥力向機(jī)構(gòu)反饋所形成的力克服掉，也就是當(dāng)機(jī)構(gòu)處于一種合閘狀態(tài)時(shí)，需要將反力有動(dòng)觸頭終壓力消除掉，并且將特定環(huán)境下的電動(dòng)斥力也一并消除掉。一般來(lái)講，斷路器要想實(shí)現(xiàn)瞬動(dòng)，需要有一定的配置，即12In，如果將斷路器應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)回路中，便需要將瞬動(dòng)所產(chǎn)生的偏差考慮在內(nèi)，通常其上限能夠達(dá)到驚人的14.1In。所以，要想將電動(dòng)力對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)處于合閘狀態(tài)下表現(xiàn)的穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響考慮在內(nèi)，需要滿足的條件即為通過(guò)14.1In的電流時(shí)，所產(chǎn)生的電動(dòng)力始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。若在瞬動(dòng)動(dòng)作還沒(méi)有出現(xiàn)前，機(jī)構(gòu)難以保持穩(wěn)定、可靠狀態(tài)，那么，針對(duì)此時(shí)的觸頭來(lái)講，便會(huì)出現(xiàn)彈跳情況，而且在此種條件的影響下，還會(huì)產(chǎn)生過(guò)載脫扣器作用，當(dāng)其作用于機(jī)構(gòu)時(shí)，便會(huì)延長(zhǎng)脫扣時(shí)間，另外，受此影響，觸頭還容易出現(xiàn)彈跳情況，進(jìn)而會(huì)燒毀觸頭，或者出現(xiàn)熔焊情況。

2.3 鎖扣裝置分析

分析鎖扣裝置，其實(shí)為一種比較精密且關(guān)鍵的部件，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，不僅能穩(wěn)定脫扣力，而且還能增加延長(zhǎng)脫扣壽命，增加脫扣次數(shù)，并且達(dá)到更高的抗振動(dòng)等級(jí)。而對(duì)于此裝置所起到的作用來(lái)講，即對(duì)跳扣位置進(jìn)行鎖定，開始于跳扣的尾端，一般需設(shè)若干旋轉(zhuǎn)軸的零部件，借助此零部件之間所產(chǎn)生的力臂轉(zhuǎn)換，將那些有著比較大跳扣尾端的平衡需求力向牽引桿適合脫扣器能夠施加的力進(jìn)行轉(zhuǎn)換。需要強(qiáng)調(diào)的是，牽引桿部件與脫扣行程之間呈現(xiàn)典型的正相關(guān)。還需說(shuō)明的是，設(shè)置鎖扣受力面尤為關(guān)鍵，一般情況下，其包含受力點(diǎn)的法向，經(jīng)受力點(diǎn)的法向，以及牽引桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，向距牽引桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，存在比較小的距離。在設(shè)置鎖扣受力面時(shí)，可從如下方面著手：其一，針對(duì)受力點(diǎn)的法向而言，當(dāng)其經(jīng)牽引桿所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心時(shí)，于脫扣中，所產(chǎn)生的脫扣力會(huì)有比較小的變化，工作可靠，但需強(qiáng)調(diào)的是，此種設(shè)置所需零件，在加工精度方面，有著比較高的要求，如果出現(xiàn)精度不達(dá)標(biāo)的情況，那么便非常容易查收與裝置相同方向的力矩，最終會(huì)造成上一級(jí)零件所傳送的力，引起牽引桿轉(zhuǎn)動(dòng)，最終引發(fā)誤動(dòng)作；其二，需要指出的是，牽引桿所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與受力點(diǎn)的法向之間，存在著比較小的距離，而且，此力對(duì)牽引桿所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，實(shí)際相反于牽引桿脫扣轉(zhuǎn)動(dòng)方向，因此，在脫扣時(shí)，脫扣力會(huì)稍微增大，整個(gè)工作比較可靠，上一級(jí)部件所傳來(lái)的力不易導(dǎo)致牽引桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可避免誤動(dòng)作發(fā)生；此外，其還有著比較低的制造精度要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，塑殼斷路器的操作機(jī)構(gòu)有著比較復(fù)雜的運(yùn)作流程，本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，分別從杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心的設(shè)置、四連桿的傳遞效率以及合分閘角度的合理選擇等方面，對(duì)其設(shè)計(jì)與優(yōu)化思路作一深層剖析；經(jīng)上述分析得知，依據(jù)現(xiàn)實(shí)，需要有針對(duì)性地設(shè)計(jì)塑殼斷路器的操作機(jī)構(gòu)，能夠提升設(shè)計(jì)效率，從而有利于此領(lǐng)域的發(fā)展與運(yùn)作安全。