基于一種液壓操動機構(gòu)分析

李妍緣 趙興明 孫小芳

摘要：根據(jù)目前的工業(yè)應用情況，提出了一種液壓操動機構(gòu)的設計思路。主要是對于能源存儲的結(jié)構(gòu)，控制功能和理論分析，由于流體動力學、結(jié)構(gòu)力學，和進一步分析結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)的分開閘運動規(guī)則，模型和分析分閘運動過程的動態(tài)行為，然后分析其關(guān)鍵參數(shù)對動態(tài)特性的影響，為下一步機構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供一定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：液壓探動機構(gòu);設計思路;動態(tài)特性

0? 引言

“機械操作機構(gòu)液壓控制”是國內(nèi)外工業(yè)發(fā)展的方向。液壓操作機構(gòu)的目的是發(fā)出開啟和關(guān)閉操作指令，通過電磁線圈分離電信號關(guān)上閥門進入機械運動信號，然后通過液壓控制閥一步一步放大，提高速度來控制液壓執(zhí)行器驅(qū)動接觸行動，這是高壓斷路器分離并關(guān)閉閥門的工作。液壓驅(qū)動機構(gòu)是高速大功率雙向穩(wěn)態(tài)電液驅(qū)動系統(tǒng)。因此，研究的重點是如何在高功率（瞬時功率可達1000kW以上）控制的基礎(chǔ)上，提高兩種穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換速度。由于電力設備運輸?shù)奶厥庑?，其可靠性應放在第一位?/p>

1? 結(jié)構(gòu)組成

一種新型式液壓的操動機構(gòu)SF6斷路器。由于設備運行要求液壓操動機構(gòu)應滿足以下條件：①除運行可靠外，還應保證閘門在分閘和合閘時具有自動延時和壓力保護功能，同時防止“壓力損失慢關(guān)”和“壓力損失慢分”。②滿足斷路器的要求，如定分合閘、定合閘時間和分合閘速度特性[1]。配置斷路器的固定分鐘時間應小于或等于20ms。斷路器接觸點的斷點速度為10.5～11.5m/s，斷點速度為4～5m/s。③液壓執(zhí)行元件具有穩(wěn)定的緩沖性能，主要目的是為防止液壓系統(tǒng)高壓力的沖擊性而造成設備毀壞。④避免有外部泄漏，盡量降低液壓內(nèi)部泄漏量，用以降低補充油泵向蓄能器充油的頻率，從而提高液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，在分開閘或合攏閘狀態(tài)額定壓力下，壓力靜止24h，壓力降低小于或等于2.5MPa。⑤在額定壓力下，分開閘動作的一次壓力下降小于或等于2.5MPa，合攏閘動作一次壓力下降小于或等于1.5MPa。

新型的液壓工作機構(gòu)需要滿足上述條件，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。獨立封閉的電信號通過點分別執(zhí)行電磁鐵驅(qū)動電平開關(guān)控制閥，圖1中，一種新型的高壓斷路器液壓操作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理圖控制油壓閥切換開關(guān)閥驅(qū)動下一級的水平，然后進入第二個開關(guān)閥控制在三級開關(guān)閥（主要包括卸油閥，吸入閥），第三步由3個開關(guān)閥控制液壓執(zhí)行機構(gòu)，放大三級液壓系統(tǒng)是一個典型的結(jié)構(gòu)。二次閥的設計，使啟閉有一定的壓差（自持）。三級閥，卸油閥彈簧力和攝入油閥上的加油電路確保關(guān)閉不會造成的外部振動或泄漏的控制器，驅(qū)動器和其他原因，并確保系統(tǒng)的壓力損失和泵啟動增加不會導致慢幾分鐘，緩慢關(guān)閉行動。三級閥采用放油閥結(jié)構(gòu)，開閥速度更快。液壓缸活塞端設有階梯式緩沖裝置，對快速運動的活塞具有良好的緩沖制動效果。采用活塞式蓄能器供油，保證系統(tǒng)最高瞬時流量達到2000L/min以上。

2? 仿真分析

計算機仿真是指在液壓操作機構(gòu)制造之前，對每個產(chǎn)品的性能進行仿真，了解系統(tǒng)中各數(shù)據(jù)對性能的影響，從而選擇一套既能滿足工藝要求又能滿足系統(tǒng)性能要求的設計參數(shù)。高壓斷路器的開關(guān)過程比閉合過程的性能要高得多。在考慮了閥流量、蓄能器和空氣壓力對系統(tǒng)的各種非線性影響后，建立了新型液壓工作機構(gòu)的模型，并進行了系統(tǒng)仿真[1-3]。通過對仿真結(jié)論的綜合分析，可以得出：①在液壓操動機構(gòu)中，影響斷路器破斷速度性能的關(guān)鍵參數(shù)包括系統(tǒng)壓力、液壓缸活塞直徑、三級閥的閥口系數(shù)及其最大極限值，是由綜合性能、結(jié)構(gòu)條件和運動穩(wěn)定性可確定5個參數(shù)。②在滿足斷路器結(jié)構(gòu)和材料強度的條件下，必須降低執(zhí)行機構(gòu)的液壓桿質(zhì)量和負載力，包括負載。③關(guān)閉性能要求確定的參數(shù)為執(zhí)行機構(gòu)活塞桿直徑。④執(zhí)行機構(gòu)的阻尼系數(shù)為一、二、三等閥門的阻尼系數(shù)?！败洝睂π阅苡绊懖幻黠@，是液壓操動機構(gòu)性能穩(wěn)定可靠的保證。⑤在工業(yè)設計領(lǐng)域，二、三級閥芯質(zhì)量對斷路器剛性分型速度和固體分型時間影響不大。

3? 斷路器防跳回路

①保護跳是由于開關(guān)脈沖是指，開關(guān)電路連接，當開關(guān)故障定位，保護動作跳閘斷路器，但由于關(guān)閉脈沖始終存在，斷路器將關(guān)閉故障定位，保護斷路器再次，斷路器總是重復點關(guān)閉，這種現(xiàn)象被稱為開關(guān)跳，跳的目的是防止開關(guān)。

②防跳功能完成：K7LA跳過繼電器和接觸點，如果斷路器在最近點位置，通常，K7LA繼電器沒有激勵，關(guān)閉后，斷路器輔助觸點S1LA聯(lián)系，181-182，如果關(guān)閉脈沖沒有，K8LA不會令人興奮，但如果關(guān)閉脈沖一直存在，比如關(guān)閉按鈕聯(lián)系沒有回復，通過S2LB斷路器輔助觸點的181-182防跳繼電器K8LA勵磁，聯(lián)系K8LA 9連接（因為繼續(xù)返回，直到關(guān)閉脈沖消失后自動返回），K8LA激發(fā)后，聯(lián)系K12LB電路斷開連接，使K11LB失去磁性，和K11LB系列的常開觸點閉合電路打開時，不使斷路器關(guān)閉，從而實現(xiàn)anti-jump功能。（如圖1所示）

③斷路器階段B，C，和相位差的循環(huán)，K8LB/8LC繼電器平行的另一個防跳繼電器K9LB/K9LC，但是K9LB/K9LC繼電器觸點只用于監(jiān)測斷路器閉合回路（K8LA輔助繼電器接觸4，K8LB/LC只有2輔助觸點的繼電器，K9LB/LC的函數(shù)是一方面擴展K8LA/LB輔助觸點）。

④合閘監(jiān)控電路：斷路器合閘監(jiān)控電路中的串聯(lián)觸點為;斷路器常閉輔助觸點（183-184;34-33）、防跳繼電器輔助觸點（K8LA）、近遠開關(guān)S8輔助觸點（12-13）、閉合線圈（Y2LA）、閉合主鎖定接觸器（K12LA）常開觸點（13-14）。當斷路器近遠控制開關(guān)處于遠程控制位置時，斷路器處于跳閘位置，防跳繼電器不工作，且無合閘和鎖定狀態(tài)，合閘監(jiān)控電路回退。在實際運行中，合閘監(jiān)控電路收到綠燈，表示斷路器處于合閘位置，但監(jiān)控的是合閘電路的運行方式。（如圖1所示）

4? 結(jié)束語

液壓驅(qū)動機構(gòu)是高壓斷路器的主要組成部分，也是高壓斷路器運行的重要動力源。高壓斷路器是大型高壓輸變電系統(tǒng)的關(guān)鍵控制部件和安全部件，用于高壓線路的開閉。因此，液壓操動機構(gòu)的性能是影響機電設備正常穩(wěn)定運行的主要因素。作為高壓斷路器的電源元件，是整個電力系統(tǒng)安全正常運行的重要保證。在各種工作機構(gòu)中，液壓彈簧機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、功率大、體積小等優(yōu)點。

參考文獻：

[1]王坤.高壓斷路器彈簧操動機構(gòu)動力學仿真及應力分析[D].華北電力大學，2017.

[2]吳康，胡斌，郭文斌，焦亮.高壓斷路器拒動原因分析及應對措施[J].南方農(nóng)機，2015（01）.

[3]陳保倫，文亞寧.斷路器彈簧操動機構(gòu)介紹[J].高壓電器，2010（10）.

[4]王幫田.高壓直流斷路器技術(shù)[J].高壓電器，2010（09）.

[5]張文亮，湯涌，曾南超.多端高壓直流輸電技術(shù)及應用前景[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010（09）.