塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計分析

池南陽

[摘 ? ?要 ]在進(jìn)行塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員必須對這項工作的重點和難點進(jìn)行充分把握，才能提高設(shè)計方案的應(yīng)用合理性，確保方案內(nèi)容更加完整。在開展設(shè)計工作時，要對塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)的動作過程進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，還要選用計算示例對機(jī)構(gòu)的傳遞效率進(jìn)行真實的反映，并且對傳遞過程中的各項影響因素進(jìn)行嚴(yán)格地控制。要通過這項實驗的開展，制定科學(xué)合理的措施，提高分?jǐn)嗨俣龋_保設(shè)計工作在開展時，能夠發(fā)揮更大的作用。本文就塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行相關(guān)的分析和探討。

[關(guān)鍵詞]塑殼斷路器;操作機(jī)構(gòu);設(shè)計;分析探討

[中圖分類號]TM561 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]In the process of operating mechanism design of molded case circuit breaker， designers must fully grasp the key points and difficulties of this work， so as to improve the application rationality of the design scheme and ensure the more complete content of the scheme. In the design work， it is necessary to accurately describe the action process of the MCCB operating mechanism， select calculation examples to truly reflect the transmission efficiency of the mechanism， and strictly control the influencing factors in the transmission process. Through the development of this experiment， scientific and reasonable measures should be formulated to improve the breaking speed， so as to ensure that the design work can play a greater role. This paper analyzes and discusses the operation mechanism design of MCCB.

[Keywords]moulded case circuit breaker; Operating mechanism; Design; Analysis and discussion

一般情況下塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)，主要存在4連桿和5連桿的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。要想對斷路器的功能進(jìn)行完善，在開展設(shè)計工作時，要根據(jù)運行要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計。其中的4連桿機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)預(yù)定的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角，配合其他部件實現(xiàn)合分閘的功能。在進(jìn)行5連桿轉(zhuǎn)化時，能夠提高斷開的速度。在進(jìn)行鎖扣裝置設(shè)計時，可以選擇更小的力和行程，實現(xiàn)鎖定和解鎖的功能?，F(xiàn)階段在進(jìn)行斷路器設(shè)計時，設(shè)計水平正在不斷的提高，并且應(yīng)用了一些新型的能源。要想滿足市場的需求，在開展設(shè)計工作時，需要改良現(xiàn)有的設(shè)計理念，才能生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品[1]。

1 塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)運行流程

斷路器的操作機(jī)構(gòu)，主要存在主軸和鎖扣裝置等內(nèi)容。機(jī)構(gòu)的動作狀態(tài)是分閘和再扣、合閘以及自由脫扣。在進(jìn)行動作流程設(shè)計的過程中，需要對機(jī)構(gòu)的運行情況進(jìn)行全面地了解，在此基礎(chǔ)上對動作流程進(jìn)行優(yōu)化，確保操作機(jī)構(gòu)的運行更加順暢。在進(jìn)行斷路器使用的過程中，要對性能進(jìn)行優(yōu)化，降低故障問題的發(fā)生概率。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時，要對連桿之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行精確設(shè)計，還要對連桿長度和機(jī)架固定點的位置進(jìn)行設(shè)計。在開展設(shè)計工作時，要預(yù)留足夠的空間，確保各個構(gòu)件的運動能夠充分實施。而且要確認(rèn)各連桿的長度和工作范圍以及角度，在此基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，才能提高設(shè)計方案的應(yīng)用可行性[2]。

2 塑殼斷路器4連桿傳遞效率評價措施

在評價4連桿傳遞效率時，如果主彈簧對上下連桿軸產(chǎn)生了一定的拉力，要想對傳遞效率進(jìn)行評價，需要保證杠桿能夠到達(dá)合閘位置。主彈簧對4連桿的運動產(chǎn)生一定的作用力，在合閘的過程中，只要主彈簧的中心線，越過了與上連桿重合的位置，4連桿就可能產(chǎn)生驅(qū)動的情況，在實際情況下這個力值無法滿足預(yù)期的要求，也可以產(chǎn)生驅(qū)動力，能夠傳遞給轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的最大力。斷路器中的4連桿容易產(chǎn)生失效情況，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)到合閘位置時，機(jī)構(gòu)不會產(chǎn)生響應(yīng)動作，無法實現(xiàn)合閘的功能。在合閘動作完成之后，如果沒有到達(dá)預(yù)期的位置，就會出現(xiàn)假合閘等現(xiàn)象。在對幾何關(guān)系和力的傳遞情況進(jìn)行評價時，需要對各個力的數(shù)值進(jìn)行全面地了解，從而保證最終的評價結(jié)果更加可靠[3]。

3 塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計措施

3.1 杠桿轉(zhuǎn)動中心、合分閘角度設(shè)計

在設(shè)計杠桿轉(zhuǎn)動中心的過程中，需要對操作機(jī)構(gòu)的操作力和體積以及主彈簧的工作長度進(jìn)行準(zhǔn)確計算，還要做好合分閘角度的選擇，避免設(shè)計方案在應(yīng)用時，出現(xiàn)其他問題。要保證設(shè)計內(nèi)容的合理，才能平衡各種因素的關(guān)系。在進(jìn)行杠桿轉(zhuǎn)動中心設(shè)置時，如果需要減小主彈簧的拉伸力等，需要對杠桿轉(zhuǎn)動中心的設(shè)置位置進(jìn)行合理地選擇，如果需要減小操作力，要盡可能在下方區(qū)域進(jìn)行杠桿轉(zhuǎn)動中心的設(shè)置，從而延長受力力臂的長度，減少綜合操作力。在脫扣狀態(tài)下，要想充分發(fā)揮杠桿位置的指示功能，需要通過主彈簧，對杠桿產(chǎn)生拉力作用，使得杠桿能夠貼合跳扣的定位面區(qū)域[4]。

如果在設(shè)計過程中，處于熔焊故障模式下，組成了新型的4連桿，要對杠桿的運動軌跡進(jìn)行科學(xué)地設(shè)置。在這種情況下，杠桿位置不能設(shè)置在合閘區(qū)域，需要滿足隔離功能的考核要求，才能提高指示的可靠性。在進(jìn)行合閘角設(shè)計的過程中，需要保證杠桿到達(dá)合閘角時，或者即將到達(dá)合閘角時，能夠順利啟動4連桿機(jī)構(gòu)，并且產(chǎn)生運動的狀態(tài)。在合閘區(qū)域主彈簧拉力能夠促使觸頭產(chǎn)生運動，在一定電流和條件下，合閘位置能夠穩(wěn)定地保持。杠桿即將到達(dá)分閘角或者已經(jīng)到達(dá)時，能夠順利啟動4連桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換到分閘位置。彈簧的拉力會對杠桿產(chǎn)生一定的影響，使其保持在分閘位置[5]。

3.2 合閘位置上下連桿夾角設(shè)計

斷路器在分閘位置，機(jī)構(gòu)可以提供足夠的支持力，使得動觸頭始終保持在這個位置。為了保證4連桿機(jī)構(gòu)始終保持在合閘位置，不僅要克服動觸頭中壓力的反饋力，還要克服一定條件下電動斥力的反饋力。在合閘狀態(tài)下，機(jī)構(gòu)需要克服兩個反力。通常情況下斷路器的瞬間移動，需要具備足夠的配置。例如電動機(jī)的回路用斷路器，在瞬間移動的過程中，要對偏差問題進(jìn)行綜合考慮，還要對上限數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確地計算，要對電動力的影響進(jìn)行嚴(yán)格地控制。在產(chǎn)生電流時，電動力條件下的運行狀態(tài)更加穩(wěn)定。在瞬間動作之前，機(jī)構(gòu)的保持可靠性比較低，觸頭可能出現(xiàn)反復(fù)彈跳等現(xiàn)象。在這種條件下過載脫扣器的作用力比較強，在產(chǎn)生作用的過程中，觸頭可能出現(xiàn)數(shù)次彈跳等現(xiàn)象，會導(dǎo)致觸頭的燒毀，還會發(fā)生熔焊問題[6]。

3.3 鎖扣裝置設(shè)計

鎖扣裝置的結(jié)構(gòu)比較精密，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，脫扣力和運動行程更加穩(wěn)定、壽命次數(shù)比較高，而且抗震動等級更強。在進(jìn)行這個裝置設(shè)計的過程中，是為了對跳扣的位置進(jìn)行鎖定，從尾端開始，通常要設(shè)置3個左右的零部件。零部件要配置旋轉(zhuǎn)軸，通過不同零部件之間的力臂轉(zhuǎn)換，確保跳扣尾端的平衡需求力，能夠轉(zhuǎn)換為可施加的力。脫扣行程與其他部件之間要存在一定的聯(lián)系。鎖扣的受力面設(shè)計非常重要，不僅要設(shè)計受力點的法向，還要設(shè)計通過牽引桿的轉(zhuǎn)動中心和受力點的法向距離，鎖扣與搭扣之間的接觸面設(shè)計形式比較簡單，在設(shè)計的過程中，要對各個方向的力值進(jìn)行準(zhǔn)確地計算[7]。

如果受力點的法向，通過牽引桿轉(zhuǎn)動中心，需要計算力矩平衡關(guān)系。在計算過程中，要各項參數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確地提取，從而保證最終計算結(jié)果更加精確。在對一些比較重要的零部件進(jìn)行設(shè)計的過程中，對加工精度的要求比較高。如果制造精度無法滿足應(yīng)用的要求，可能會產(chǎn)生誤動作。因此要對計算程序進(jìn)行嚴(yán)格地控制，確保產(chǎn)品的生產(chǎn)精度，能夠得到進(jìn)一步提高。在進(jìn)行受力點設(shè)計的過程中，要對各個方向的傳遞力進(jìn)行準(zhǔn)確地設(shè)計，避免出現(xiàn)誤動作。這項設(shè)計對制作精度的要求比較低，但是在開展設(shè)計工作時，設(shè)計人員必須保證各個方向的力更加可靠，才能降低誤動作問題的發(fā)生概率[8]。

3.4 仿真對比分析

在進(jìn)行斷路器設(shè)計時，分?jǐn)嗄芰κ欠浅Ｖ匾囊豁椫笜?biāo)數(shù)據(jù)，分?jǐn)噙^程中，機(jī)構(gòu)的脫扣固有動作時間設(shè)計比重比較大。采用仿真分析技術(shù)，可以對這項性能進(jìn)行優(yōu)化，縮短固有動作的發(fā)生時間。在開展設(shè)計工作時，要對跳扣轉(zhuǎn)臂長度的影響進(jìn)行綜合考慮。斷路器在合閘位置時，跳扣位置鉸接在支架上，連桿會對跳扣產(chǎn)生一定的作用力。要想保證施加力矩的平衡，就需要對這個力值進(jìn)行準(zhǔn)確地計算。當(dāng)機(jī)構(gòu)處于自由脫扣狀態(tài)時，鎖扣對跳扣的約束力比較差，跳扣會產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)的動作，拉動轉(zhuǎn)軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象[9]。

在這個過程中動觸頭與靜觸頭明顯分離，可以切斷電路，機(jī)構(gòu)在自由脫扣運動狀態(tài)下，起動瞬間的驅(qū)動力，與連桿對跳扣的推力相等。在進(jìn)行仿真分析的過程中，可以應(yīng)用分析軟件，對不同的跳扣轉(zhuǎn)臂長度等影響因素進(jìn)行嚴(yán)格地控制，要對固有動作時間進(jìn)行準(zhǔn)確地計算。這個時間是從解扣瞬間到動觸頭到達(dá)的最大開距結(jié)束動作時間。跳扣動作的產(chǎn)生是連桿的推力。不同跳扣的轉(zhuǎn)臂長度，對固有脫扣動作時間，存在不同的影響。自由脫扣過程中，動觸頭觸點的高度，會隨著時間的變化，產(chǎn)生一定的變化。

3.5 典型設(shè)計

在設(shè)計斷路器機(jī)構(gòu)的分?jǐn)嗨俣葧r，要想提高分?jǐn)嗨俣?，就需要充分利用電動力，要對觸頭的形狀進(jìn)行合理地設(shè)計。當(dāng)斷路器通過短路電流時，產(chǎn)生的力可以導(dǎo)致觸頭分離，提高最終的分?jǐn)嗨俣?。如果卡住機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行斥開處理，為了防止背后出現(xiàn)擊穿等現(xiàn)象，動觸頭斥開之后，需要在一定距離下保持一段時間。將斷路器機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為5連桿之后，如果運動速度保持不變，無法滿足動觸頭的斥開要求，就需要對卡住機(jī)構(gòu)進(jìn)行斥開設(shè)計。在合閘狀態(tài)下進(jìn)行上下連桿的夾角設(shè)計，如果斷路器處于合閘的狀態(tài)，通過一定范圍電流時，主彈簧能夠保證動觸頭和靜觸頭的接觸更加可靠。

合閘狀態(tài)下的連桿夾角要小于180°，在設(shè)計時要保證分?jǐn)嗔鞒谈涌煽浚⑶姨岣叻謹(jǐn)嗨俣?，使?連桿機(jī)構(gòu)向脫扣位置的運動速度更快。在進(jìn)行仿真分析技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)設(shè)計要求，對技術(shù)的應(yīng)用形式進(jìn)行優(yōu)化和完善。在操作力不變的基礎(chǔ)上，可以對各個桿件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行優(yōu)化，并且對桿件的質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。要根據(jù)最終的仿真結(jié)果，優(yōu)化桿件結(jié)構(gòu)，還要選擇正確的桿件材料進(jìn)行相應(yīng)的建設(shè)。才能保證設(shè)計出來的產(chǎn)品能夠滿足各方面的要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，在開展塑殼斷路器操作機(jī)構(gòu)設(shè)計工作時，要從4連桿的傳遞效率和杠桿轉(zhuǎn)動中心設(shè)置以及合閘位置上下連桿夾角設(shè)計等方面，對其進(jìn)行全面地優(yōu)化，才能保證斷路器操作機(jī)構(gòu)在應(yīng)用時能夠發(fā)揮更大的作用。設(shè)計人員要開展計算工作，并且提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。要積極地總結(jié)經(jīng)驗，確保設(shè)計工作在開展時更加科學(xué)有序。要提高現(xiàn)有的設(shè)計水平，引進(jìn)更加先進(jìn)的設(shè)計手段，對操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點和優(yōu)化方向進(jìn)行全面地分析探討，從而提高設(shè)計和開發(fā)的效率，為后期斷路器的制作提供有效支持，促進(jìn)斷路器高效運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚金恒.低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的動態(tài)仿真及優(yōu)化設(shè)計研究[J].電子測試，2020（12）：28-29.

[2] 劉彥峰，周春龍，廉政.基于虛擬樣機(jī)的新型兩位置電磁轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)計優(yōu)化與研究[J].電器與能效管理技術(shù)，2019（11）：40-45.

[3] 施宏偉，付哲，黃杰，等.基于正交試驗的油阻尼斷路器優(yōu)化設(shè)計[J].電器與能效管理技術(shù)，2019（10）：27-30.

[4] 喬延華，蘇秀蘋，侯立杰.油阻尼斷路器整體耦合模型特性分析及優(yōu)化[J].高壓電器，2018，54（10）：227-233.

[5] 胡正勇，趙瑩，冷北雪，等.基于ADAMS的塑殼斷路器機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計[J].電力與能源，2018，39（3）：359-363.

[6] 胡正勇，趙瑩，徐湘憶，等.關(guān)于低壓斷路器穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計仿真[J].計算機(jī)仿真，2018，35（6）：86-90.

[7] 劉發(fā)英，蘇秀蘋，鄭衛(wèi)北.基于虛擬樣機(jī)與模糊可靠性的彈簧優(yōu)化方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（1）：192-196.

[8] 陳童.基于ADAMS的低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)仿真平臺的設(shè)計研究[J].機(jī)械設(shè)計，2013，30（5）：97-100.

[9] 李春海，伍萍輝，曾成，等.塑殼斷路器延時特性自動檢測系統(tǒng)[J].電子設(shè)計工程，2011，19（24）：133-135.