高穩(wěn)定性隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

張慧寧

(黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004)

0 引言

隔離開(kāi)關(guān)是一種主要用于隔離電源、倒閘操作、連通和切斷小電流電路，無(wú)滅弧功能的開(kāi)關(guān)器件。其主要技術(shù)特點(diǎn)是能夠在回路中形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，為檢修人員提供安全保障。隔離開(kāi)關(guān)在分位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開(kāi)標(biāo)志；在合位置時(shí)，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件(例如短路)下的電流。

高壓隔離開(kāi)關(guān)的傳動(dòng)系統(tǒng)是完全裸露在戶外環(huán)境下，常年承受風(fēng)吹、日曬、雨淋、雪蓋等各種氣候條件的影響，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)合閘不到位、分合閘操作失靈等機(jī)械故障導(dǎo)致停電事故發(fā)生，可靠性逐年遞減，事故率呈上升趨勢(shì)，因此設(shè)計(jì)可靠的隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 存在的問(wèn)題

在電力系統(tǒng)中高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備起著控制、測(cè)量和保護(hù)作用，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。高壓隔離開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中基礎(chǔ)開(kāi)關(guān)電器之一，在電力系統(tǒng)中起隔離電源、分合小電流、進(jìn)行倒閘操作、改變運(yùn)行方式等作用，對(duì)變電站和發(fā)電廠的設(shè)計(jì)建設(shè)和安全運(yùn)行影響較大，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置[1]。高壓隔離開(kāi)關(guān)是變電站輔助開(kāi)關(guān)開(kāi)、斷電流進(jìn)行倒閘操作的主要設(shè)備之一，其開(kāi)關(guān)分合閘所需轉(zhuǎn)軸由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間采用動(dòng)配合，因此必然會(huì)出現(xiàn)一些支撐不穩(wěn)定的情況，在操作過(guò)程中容易造成齒輪與主軸之間的傳動(dòng)失效，引起隔離開(kāi)關(guān)分合閘不到位，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定等，降低了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性，影響了隔離開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)行，必然會(huì)對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，也會(huì)對(duì)人員安全造成威脅[2-3]。

2 整體設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)械故障引起的隔離開(kāi)關(guān)工作不穩(wěn)定問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種高穩(wěn)定性隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要包括固封極柱、傳動(dòng)軸和2個(gè)隔離刀片。固封極柱位于傳動(dòng)軸的后方，2個(gè)隔離刀片位于傳動(dòng)軸下方的前后兩側(cè)，傳動(dòng)軸的外側(cè)壁安裝有密封板，密封板的右側(cè)與固封極柱固定連接，傳動(dòng)軸右側(cè)的外側(cè)壁設(shè)有多個(gè)均勻分布的嚙合牙齒，多個(gè)嚙合牙齒的下方嚙合連接有嚙合齒輪，嚙合齒輪的中部固定連接有連接軸，2個(gè)隔離刀片的內(nèi)側(cè)壁與連接軸的外側(cè)壁固定連接，2個(gè)隔離刀片分別位于嚙合齒輪的前后兩側(cè)，嚙合齒輪的外側(cè)壁嚙合連接有穩(wěn)定齒套，穩(wěn)定齒套的下方設(shè)置有隔離刀座，隔離刀座的后端面與固封極柱的前端面固定連接。高穩(wěn)定性隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1—固封極柱；2—傳動(dòng)軸；201—嚙合牙齒；3—密封板；4—隔離刀片；401—連接軸；402—轉(zhuǎn)向套；406—減震彈簧；407—限位螺帽。

本設(shè)計(jì)中將穩(wěn)定齒套的左右均固定連接有連接支架，2個(gè)連接支架的下方均貫穿隔離刀座并延伸至隔離刀座的下方，穩(wěn)定齒套是有花鍵孔的環(huán)狀零件，與齒轂的外花鍵連接。隔離刀座的下方設(shè)置有2個(gè)與連接支架相匹配的限位螺帽，隔離刀座的上方設(shè)置有2個(gè)與連接支架相匹配的減震彈簧，2個(gè)隔離刀片的前后兩側(cè)設(shè)置有與連接軸相匹配的轉(zhuǎn)向套，嚙合齒輪與穩(wěn)定齒套的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

201—嚙合牙齒；401—連接軸；403—嚙合齒輪；404—穩(wěn)定齒套；405—連接支架；5—隔離刀座。

3 方案實(shí)施與優(yōu)化技術(shù)

本文設(shè)計(jì)的高穩(wěn)定性隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)軸在嚙合齒輪的上方進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，嚙合齒輪便于支撐傳動(dòng)軸，從而提高傳動(dòng)軸的穩(wěn)定性能；2個(gè)隔離刀片連接軸固定在嚙合齒輪的前后兩側(cè)，通過(guò)嚙合齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同步驅(qū)動(dòng)隔離刀片轉(zhuǎn)動(dòng)；穩(wěn)定齒套左右均固定連接有連接支架，支架與刀座連接，當(dāng)需要變速時(shí)，套在齒轂上的齒套沿軸向移動(dòng)，將花鍵孔同時(shí)套在齒輪的結(jié)合齒上就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的動(dòng)力連接和傳遞；刀座的下方設(shè)置有2個(gè)與連接支架相匹配的限位螺帽，通過(guò)安裝2個(gè)螺帽緊固在支架上，保證彈性部件的扭轉(zhuǎn)角不超過(guò)某限定的值，限制機(jī)構(gòu)在一定的安全范圍內(nèi)運(yùn)行；刀座的上方設(shè)置有2個(gè)與連接支架相匹配的減震彈簧，通過(guò)高強(qiáng)度的減震彈簧產(chǎn)生壓縮變形，減輕沖擊，降低隔離開(kāi)關(guān)自身的動(dòng)應(yīng)力，提高運(yùn)行過(guò)程中的平順性，起到減震作用，傳動(dòng)軸的俯視圖如圖3所示。

2—傳動(dòng)軸；201—嚙合牙齒； 4—隔離刀片；401—連接軸；402—轉(zhuǎn)向套； 404—穩(wěn)定齒套。

彈簧長(zhǎng)期處于反復(fù)受力和恢復(fù)過(guò)程中，疲勞壽命需要達(dá)到數(shù)萬(wàn)次以上，外力卸載后應(yīng)恢復(fù)到初始位置，要求彈簧的塑性變形越小越好，鋼絲應(yīng)具有較高的彈性極限和較高的恢復(fù)率，要求曲度強(qiáng)度和抗拉性較高[4]。本設(shè)計(jì)中的減震彈簧用料的截面基本都是圓形，主要為滿足安裝空間力度和剛度的要求，使其具有性能穩(wěn)定性強(qiáng)和精度準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。

限位螺帽方便連接支架與隔離刀座，在連接支架的外側(cè)壁安裝減震彈簧，使連接支架具有減震性能，進(jìn)一步提高隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性能，同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)限位螺帽，方便調(diào)節(jié)連接支架，使隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)便于安裝與調(diào)試，增強(qiáng)傳動(dòng)的穩(wěn)定性和使用的可靠性。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)器具：具有高穩(wěn)定性隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的隔離開(kāi)關(guān)、常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)、振動(dòng)臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將2種隔離開(kāi)關(guān)均固定放置于振動(dòng)臺(tái)上，啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，每間隔30 min隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合1次，查看是否出現(xiàn)故障，記錄8 h內(nèi)出現(xiàn)故障的次數(shù)。振動(dòng)頻率設(shè)定為一檔60次/h，二檔300次/h，二檔600次/h。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 第二組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)分析：在低震動(dòng)狀態(tài)下，常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)和采用本方案的隔離開(kāi)關(guān)均具有較好的穩(wěn)定性；當(dāng)震動(dòng)增大時(shí)，采用本方案的隔離開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性優(yōu)于常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)；在高震動(dòng)狀態(tài)下，采用本方案的隔離開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改良，優(yōu)化后的隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)周圍的各個(gè)部件之間能夠更好地協(xié)同工作，結(jié)構(gòu)布置更合理，不僅使得減震性能得到提高，也保證了操作機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能，并且在產(chǎn)品通用系列化方面具有很大的促進(jìn)作用，減少了對(duì)操作人員造成人身傷害危險(xiǎn)的可能性，提高了設(shè)備的安全性和操作可靠性。該隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性高，且成本低，因此具有一定的參考價(jià)值和社會(huì)推廣應(yīng)用前景。