毛海鋒 徐惠興 樓銘達(dá)

（蘇州未來(lái)電器有限公司，江蘇 蘇州 215144）

儲(chǔ)能式電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)是目前國(guó)際上普遍使用、技術(shù)上較為先進(jìn)的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，相對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是由儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的預(yù)儲(chǔ)能來(lái)推動(dòng)塑殼斷路器的合閘具有快速合閘的特性，一般合閘時(shí)間小于 100ms，普通的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)合閘時(shí)間一般大于1000ms。

1 設(shè)計(jì)新一代的儲(chǔ)能式電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是

1.1 儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)

傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置中的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用兩種方式。

第一種，采用拉簧直接作用在與塑殼斷路器手柄相抵接的滑塊上，通過(guò)鎖扣來(lái)儲(chǔ)能和釋放操作，目前西門子的儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置采用該結(jié)構(gòu)。這種儲(chǔ)能系統(tǒng)要求彈簧壓縮行程比較大，影響拉簧的壽命；由于拉簧拉住儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置的滑塊，滑塊就無(wú)法隨手柄移動(dòng)，影響對(duì)儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置的狀態(tài)指示機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

第二種，用直列式壓簧壓縮儲(chǔ)能往復(fù)運(yùn)動(dòng)的儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，目前施耐德、三菱的儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置采用該結(jié)構(gòu)。這種儲(chǔ)能系統(tǒng)的壓簧大致垂直地設(shè)置在儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置中，使整個(gè)儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也相對(duì)較貴。

我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)了一種儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)（圖1），包括：支撐座及其上的操作機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)和釋能機(jī)構(gòu)。儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)和釋能機(jī)構(gòu)使儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置在儲(chǔ)能和釋能兩種狀態(tài)之間切換。儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括凸輪和彈簧，凸輪設(shè)置在支撐座上并可以轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪上偏心設(shè)有軸，軸與設(shè)置在支撐座上的軸之間連接有彈簧，當(dāng)儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置處于儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)軸處于近距離位置，彈簧呈壓縮狀態(tài)，當(dāng)儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置處于釋能狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)軸處于遠(yuǎn)距離位置，彈簧呈釋放狀態(tài)。

圖1

1.2 帶動(dòng)手柄的滑塊與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的脫離結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的滑塊通常與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)連在一起，滑塊不能隨塑殼斷路器手柄自由滑動(dòng)，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)通過(guò)由塑殼斷路器的手柄來(lái)標(biāo)識(shí)塑殼斷路器三個(gè)不同的工作狀態(tài)。尤其是當(dāng)塑殼斷路器從合閘狀態(tài)切換到脫扣狀態(tài)時(shí)，滑塊必須隨塑殼斷路器手柄自由滑動(dòng)，即滑塊與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)之間應(yīng)有一定的位移，目前現(xiàn)有的滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都存在這樣的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可靠的用于操作塑殼斷路器手柄的滑塊傳動(dòng)裝置。包括：導(dǎo)柱和滑塊，滑塊沿導(dǎo)柱往復(fù)移動(dòng)，滑塊驅(qū)動(dòng)塑殼斷路器的手柄用以使塑殼斷路器在合閘、分閘、脫扣3個(gè)狀態(tài)之間切換。儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的主軸固定連接有一凸輪并帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪上偏心設(shè)置有一個(gè)滾輪，滾輪驅(qū)動(dòng)滑塊往復(fù)移動(dòng)，且當(dāng)塑殼斷路器從合閘狀態(tài)切換到脫扣狀態(tài)時(shí)，滾輪與滑塊之間有相對(duì)位移（圖2）。

圖2

該設(shè)計(jì)的有益效果主要體現(xiàn)在：通過(guò)由塑殼斷路器的手柄狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了塑殼斷路器3個(gè)不同的工作狀態(tài)的表示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。

1.3 解決電機(jī)沖擊問題的離合器結(jié)構(gòu)

當(dāng)儲(chǔ)能操作完成、機(jī)構(gòu)需停止動(dòng)作時(shí)，電機(jī)很難立即停下，其殘余的動(dòng)能會(huì)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳遞到與鎖扣連接的凸輪機(jī)構(gòu),導(dǎo)致鎖扣與凸輪摒死。要解決該問題，就要在電機(jī)和鎖扣機(jī)構(gòu)之間加一個(gè)離合裝置，當(dāng)儲(chǔ)能完成、分閘到位時(shí)，電機(jī)和鎖扣機(jī)構(gòu)脫離。

目前，國(guó)內(nèi)外同類儲(chǔ)能式的電動(dòng)操作裝置的離合系統(tǒng)大多采用利用行星輪和棘輪組合系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)離合功能。采用利用行星輪系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)離合功能，通過(guò)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)凸輪打擊棘齒使母輪可以轉(zhuǎn)動(dòng)或鎖定，從而使主動(dòng)輪帶動(dòng)行星輪時(shí)使母輪空轉(zhuǎn)或帶動(dòng)母盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)離合的功能。該結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜，成本高，所需占用空間大等缺點(diǎn)。

要解決上述技術(shù)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、成本較低的操作塑殼斷路器的儲(chǔ)能電動(dòng)操作裝置中的離合系統(tǒng)（圖3、圖4）。包括：支撐座1及設(shè)置在支撐座上的帶引導(dǎo)作用的凸臺(tái)的齒輪2，和異形齒輪配合的齒輪3固定在回轉(zhuǎn)板4，以及使回轉(zhuǎn)板4和固定在回轉(zhuǎn)板4上的齒輪3回復(fù)到和齒輪2嚙合作用的彈簧5。實(shí)現(xiàn)了齒輪2和3的自動(dòng)離合。

圖3

圖4

1.4 儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置

現(xiàn)有的儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置中只有“手動(dòng)”和“電動(dòng)”兩個(gè)控制狀態(tài)，整個(gè)互鎖裝置結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。例如中國(guó)專利 ZL99106331揭示了一種儲(chǔ)能閉合式開關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，包括螺旋壓縮閉合彈簧，它通過(guò)搖臂連接于凸輪構(gòu)件以保持彈簧縱向力，凸輪構(gòu)件有加載凸輪，帶有壓縮閉合彈簧的加載輪廓，以及驅(qū)動(dòng)凸輪構(gòu)件以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的可控釋放，從而閉合設(shè)備觸頭的閉合輪廓，由彈簧偏壓至非鎖閉位置的閉合支座由彈鍵組件鎖閉，將閉合彈簧固定在加載狀態(tài)，彈鍵組件由與閉合支座分開的復(fù)位桿復(fù)位，閉合支座則在加載中由凸輪構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)位。當(dāng)觸頭閉合或起動(dòng)跳閘松釋時(shí)，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)防止閉合彈簧松釋。

為解決上述技術(shù)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的用于電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)在不同操作狀態(tài)下對(duì)操作起相應(yīng)限定作用的互鎖裝置。通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種儲(chǔ)能電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置，包括用于手動(dòng)分合閘的分合閘按鈕，用于手動(dòng)儲(chǔ)能的手柄，用于聯(lián)通電動(dòng)分合閘電路的微動(dòng)開關(guān)，用于起到掛鎖作用的鎖板，還包括一個(gè)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑板，滑板分別在手動(dòng)檔、電動(dòng)檔、掛鎖檔3個(gè)位置間滑動(dòng)，滑板上設(shè)有一組鎖舌，鎖舌分別與所述分合閘按鈕、手柄、微動(dòng)開關(guān)和鎖板配接（圖5）。

圖5

2 結(jié)論

儲(chǔ)能電操是一個(gè)系統(tǒng)的工程，除上述問題外還涉及其他的一些關(guān)鍵技術(shù)的解決和思考如①如何保證鎖扣儲(chǔ)能的可靠鎖住和可靠釋放；②驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電操的電機(jī)力是普通電操的2～2.5倍，這樣就涉及在規(guī)定空間中電機(jī)的選擇和開關(guān)電源的設(shè)計(jì)；③由于每個(gè)操作循環(huán)的合閘操作都會(huì)由一定的沖擊振動(dòng)，如何來(lái)提高電操的機(jī)械壽命；④使儲(chǔ)能電操更好的滿足智能電網(wǎng)的配套需求。