弹簧操动机构 【技术领域】
本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种弹簧操动机构。
背景技术
操动机构是高压输变电的主要设备，是高压断路器的重要组成部分，高压断路器分、合闸操作是由操动机构来实现的。高压断路器操动机构主要分为液压操动机构和弹簧操动机构，液压操动机构具有分合闸时间短，分合闸时间稳定等优点，但也存在结构复杂、成本较高、容易漏油等缺点；由于弹簧操动机构不存在漏油问题，相对于液压操动机构具有成本较低、结构简单、使用寿命长等特点，未来将在高压断路器上被广泛使用。
目前用于高压断路器中的弹簧操动机构都普遍采用分闸弹簧和合闸弹簧及储能机构和操动执行机构分体摸式，机构体积大，结构复杂，安装调试不方便，制造工艺难，成本高。由于机构的结构复杂，造成高压断路器的分、合闸时间长，机械特性不稳定，大大地降低了高压断路器运行可靠性。随着电力系统容量的不断增长和高压断路器技术的不断进步，国家电网急需一种分、合闸时间快、机械特性稳定、可靠性高的新型弹簧操动机构。
【发明内容】
本发明的目的是针对以上技术问题，提供一种弹簧操动机构，解决目前弹簧操动机构体积大、结构复杂、安装调试不方便、制造工艺难、成本高以及分合闸时间不稳定的问题。
本发明的弹簧操动机构包括两个机架板、弹簧筒、棘轮、导向滚子、连杆、托板、导向座和合闸弹簧；两个机架板的上方与弹簧筒的底端连接，导向座的顶板固定在弹簧筒的顶端，棘轮通过棘轮轴固定在机架板上，棘轮的侧面设有销轴，并通过侧面的销轴同时与连杆和传动滚轮铰接，连杆通过销轴同时与导向滚子和导向接头铰接，导向接头通过调整螺杆固定在托板上；导向滚子与导向座的内壁接触，并能够在导向座内做上下运动；托板的下端面与合闸弹簧的顶端连接，合闸弹簧的底端固定在弹簧筒的底端。
棘轮的圆周上设有棘齿和合闸卡槽，棘轮的圆周分别与大合闸挚子上的合闸滚子、外储能棘爪以及内储能棘爪接触，外储能棘爪和内储能棘爪固定在一个曲轴上；棘轮的下方设有半轴挚子，半轴挚子固定在机架板上，小合闸挚子与半轴挚子固定在一起并能够同时旋转，小合闸挚子的锁杆同时接触合闸电磁铁和合闸复位弹簧，并通过合闸电磁铁和合闸复位弹簧定位。
合闸弹簧的内部设有分闸弹簧，分闸弹簧的上端固定在弹簧筒内，分闸弹簧的下端与弹簧座的上端连接，弹簧座的下端通过销轴同时与桥形连板和输出拐臂铰接，桥形连板的下端 通过销轴与传动拐臂的前端铰接，传动拐臂的后端通过销轴固定在机架板上；传动拐臂上设有分闸滚子和压杆，传动拐臂的右侧设有大分闸挚子，大分闸挚子上设有前滚子、后滚子以及分闸卡槽，压杆的前端与大分闸挚子上的前滚子接触，大分闸挚子的后端通过销轴固定在机架板上，大分闸挚子上的后滚子与小分闸挚子的前锁杆接触，小分闸挚子的下方设有分闸电磁铁；大分闸挚子与分闸复位弹簧接触。
上述的弹簧操动机构中，传动拐臂、桥形连板、大分闸挚子和小分闸挚子位于两个机架板之间。
上述的弹簧操动机构中，输出拐臂的底端固定在输出轴上。
上述的弹簧操动机构中，大分闸挚子上设有弹簧卡槽，分闸卡槽与弹簧卡槽分别位于大分闸挚子的上下两个侧面；分闸复位弹簧与弹簧卡槽接触，复位弹簧的底端固定在基座上。
上述的弹簧操动机构中，内储能棘爪和外储能棘爪的侧面与棘爪复位扭簧接触，并通过棘爪复位扭簧限位；大合闸挚子的侧面与合闸复位扭簧接触，并同伙合闸复位扭簧限位；小分闸挚子的侧面与分闸复位扭簧接触，并通过分闸复位扭簧限位。
上述的弹簧操动机构中，棘爪复位扭簧与棘轮分别位于两个棘爪的上下两侧。
上述的弹簧操动机构中，棘轮能够以棘轮轴为中心旋转；大分闸挚子、大合闸挚子、小分闸挚子、传动拐臂和半轴挚子分别通过销轴固定在机架板上，并能够以各自连接的销轴为中心旋转；输出拐臂能够以输出轴为中心旋转。
上述的弹簧操动机构中，当合闸挚子上的合闸滚子进入棘轮的合闸卡槽内时，连杆与棘轮铰接的销轴位于棘轮下方死点的右侧。
上述的传动拐臂位于两个棘轮之间，当传动拐臂的分闸滚子进入大分闸挚子的分闸卡槽内时，传动拐臂与传动滚轮脱离接触，并且传动拐臂上的压杆与前滚子脱离接触。
上述的托板上设有通道，导向座穿过托板上的通道，托板的中心通过螺杆与导向接头固定在一起。
本发明的弹簧操动机构的工作方式为：
1、储能工作：
驱动曲轴转动，曲轴带动内储能棘爪和外储能棘爪，内储能棘爪和外储能棘爪交替推动棘齿，使棘轮转动，棘轮带动连杆、导向接头、导向滚子和托板向下方运动，托板向下压缩合闸弹簧，合闸弹簧进行储能。
2、合闸储能锁定：
当连杆通过棘轮底部的死点后，大合闸挚子受扭簧作用，合闸滚子进入棘轮的合闸卡槽 内，同时大合闸挚子的上端顶开半轴挚子，大合闸挚子的合闸滚子进入棘轮的合闸卡槽；大合闸挚子顶开半轴挚子时，半轴挚子带动小合闸挚子按逆时针方向转动，小合闸挚子压缩合闸复位弹簧；当大合闸挚子的顶端脱离半轴挚子后，小合闸挚子受合闸复位弹簧作用按顺时针方向旋转，半轴挚子在小合闸挚子的带动下将大合闸挚子卡住，大合闸挚子上的合闸滚子被卡在棘轮的合闸卡槽内，将棘轮锁定，由此合闸弹簧的势能被锁定，储能动作完成。
连杆运动到最低点时，连杆所在的位置称为死点。
3、合闸操作：
当合闸电磁铁受电后，合闸电磁铁的推杆推动小合闸挚子的锁杆，小合闸挚子压缩合闸复位弹簧并带动半轴挚子按逆时针方向转动，半轴挚子脱离大合闸挚子；此时合闸弹簧的势能将托板向弹簧筒顶端推动，并带动调整螺杆、导向接头、连杆向弹簧筒顶端运动，由于合闸弹簧的作用力大于合闸复位扭簧的作用力，大合闸挚子的合闸滚子被棘轮推出合闸卡槽，大合闸挚子做逆时针方向运动，并回到合闸储能前的状态，小合闸挚子受合闸复位弹簧作用，也回到合闸储能前的状态，棘轮的锁定被解除，连杆带动棘轮和传动滚轮向上运动；在传动滚轮移动过程中，传动滚轮推动传动拐臂按顺时针方向转动，传动拐臂带动桥形连板向上运动，桥形连板带动输出拐臂按顺时针方向运动，输出拐臂带动输出轴转动，输出轴驱动断路器合闸，完成合闸动作。
4、合闸位置锁定(分闸储能锁定)：
当传动拐臂受传动滚轮作用按顺时针方向运动时，传动拐臂上的压杆向下推动大分闸挚子的前滚子，带动大分闸挚子做逆时针转动，当传动滚轮离开传动拐臂瞬间，分闸滚子进入分闸卡槽内，此时压杆脱离前滚子，大分闸挚子受复位弹簧作用，做顺时针转动，并将分闸滚子卡住，同时小分闸挚子在扭簧作用下，做顺时针转动，小分闸挚子的前锁杆的顶端顶住大分闸挚子的后滚子，此时传动拐臂、桥形连板和弹簧座被锁定，输出拐臂和分闸弹簧也被锁定在合闸位置，同时分闸弹簧被压缩。
5、分闸操作：
当分闸电磁铁受电后，推动小分闸挚子的后锁杆，小分闸挚子做逆时针方向运动，小分闸挚子的前锁杆顶端脱离大分闸挚子的后滚子，由于分闸弹簧的作用力大于复位弹簧的作用力，分闸弹簧将弹簧座、桥形连板和传动拐臂向下推动，传动拐臂将大分闸挚子推开，分闸滚子脱离分闸卡槽，大分闸挚子压缩复位弹簧做逆时针方向运动，解除对传动拐臂的锁定，传动拐臂做逆时针方向运动，此时大分闸挚子的前滚子回到压杆的下方；输出拐臂被弹簧座带动做逆时针转动，带动输出轴转动，驱动断路器分闸，完成分闸操作；分闸操作完成后传 动拐臂、桥形连板、弹簧座以及大分闸挚子、小分闸挚子回到分闸储能前的状态。
分闸操作能够在操作机构的合闸操作完成后立即进行，或者在合闸操作完成后，合闸弹簧再次储能后进行。
本发明的弹簧操动机构通过将分闸弹簧和合闸弹簧同轴套布置，减少了操动机构的体积；采用传动拐臂、桥形连板、弹簧座和分闸弹簧相连接的设置形式，达到机构整体结构简单，易于制备和维护的效果，同时避免了传统弹簧操动机构通过机械摩擦的方式进行分合闸操作导致分合闸时间不稳定的缺点，具有分合闸时间稳定的效果。本发明的弹簧操动机构能够在合闸动作完成时，立即进行分闸操作；也能够在合闸动作完成后，合闸弹簧再次完成储能时进行分闸操作，具有分合闸时间快、机械特性稳定、可靠性高、体积小等优点。
附图说明 图1为本发明实施例中的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中储能工作时的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图3为本发明实施例中合闸储能锁定时的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图4为本发明实施例中合闸工作时的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图5为本发明实施例中分闸储能锁定时的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图6为本发明实施例中合闸储能完成且分闸储能锁定时的弹簧操动机构剖面结构示意图；
图7为图1的俯视图；
图8为图1的局部放大图；
图9为图1的B‑B面剖图；
图10为本发明实施例中传动拐臂的主视图和侧视剖图；
图11为本发明实施例中大分闸挚子的主视图和侧视剖图；
图12为本发明实施例中大合闸挚子的主视图和侧视剖图；
图13为本发明实施例中棘轮的主视图和侧视剖图；
图14为本发明实施例中输出拐臂的主视图和侧视剖图；
图中1、机架固定螺栓，2、棘轮，3、小合闸挚子，4、桥形连板，5、传动滚轮，6、连杆，7、弹簧座，8、机架板，9、分闸弹簧，10、合闸弹簧，11、导向座，12、导向滚子，13、导向接头，14、调整环，15、调整螺杆，16、顶杆，17、弹簧筒，18、托板，19、调整螺母，20、输出轴，21、输出拐臂，22、大分闸挚子，23、分闸复位弹簧，24、后滚子，25、小分闸挚子，26、分闸电磁铁，27、分闸复位扭簧，28、棘爪复位扭簧，29、传动拐臂，30、内 储能棘爪，31、曲轴，32、外储能棘爪，33、合闸复位扭簧，34、分闸滚子，35、大合闸挚子，36、合闸滚子，37，半轴挚子，38、合闸电磁铁，39、压杆，40、前滚子，41、合闸复位弹簧，f1、棘轮轴，f2、传动滚轮轴，f3、导向滚子轴，f4、传动拐臂轴，f5、桥形连板轴，f6、弹簧座轴，f7、大分闸挚子轴，f8、小分闸挚子轴，f9、大合闸挚子轴。
【具体实施方式】
实施例
弹簧操动机构的剖面结构如图1所示，俯视结构如图7所示，B‑B面剖面结构如图9所示，i处局部放大结构如图8所示，两个机架板8通过机架螺栓1平行固定在一起，机架板8的上端与弹簧筒17下端固定在一起，两个棘轮2通过棘轮轴f1分别固定在两个机架板8上，棘轮2上设有棘齿和合闸卡槽。
棘轮2下方设有曲轴31和大合闸挚子35，外储能棘爪32和内储能棘爪30的底端固定在曲轴31上，棘轮2圆周上的棘齿与外储能棘爪32和内储能棘爪31的顶端接触，大合闸挚子35上设有合闸滚子36，棘轮2的圆周与大合闸挚子35上的合闸滚子36接触，大合闸挚子35的另一个侧面与合闸复位扭簧33接触，大合闸挚子35通过大合闸挚子轴f9固定在机架板8上。
棘轮2所下方还设有半轴挚子37，半轴挚子37的两端固定在两个机架板8上，小合闸挚子3固定在半轴挚子37上，并能够与半轴挚子37同时旋转，小合闸挚子3的锁杆同时与合闸电磁铁38和合闸复位弹簧41接触，小合闸挚子3通过合闸电磁铁38和合闸复位弹簧41提供的相反的作用力定位。
棘轮2通过传动滚轮轴f2同时与连杆6的下端和传动滚轮5铰接，连杆6的上端通过导向滚子轴f3同时与导向滚子12和导向接头13铰接，导向滚子12位于导向座11内部并与导向座11侧壁接触，导向滚子12能够在导向座11内做上下运动；导向接头13的上端通过螺纹与调整螺杆15的下端连接，调整螺杆15的上端通过调整螺母19与托板18固定在一起。托板18能够在弹簧筒17内做上下运动。其中托板18上下另个端面上之间设有通道，导向座11在托板18的通道内与托板18接触。
托板18的下端面与合闸弹簧10的顶端连接，合闸弹簧10的底端固定在弹簧筒17的底端，合闸弹簧10和导向座11位于弹簧筒17内。
合闸弹簧10内设有分闸弹簧9，分闸弹簧9的上端与调整环14连接，调整环14与顶杆16连接，顶杆16通过螺栓封闭在导向座11的侧部通道内，导向座11的顶板与弹簧筒17的上端固定连接在一起。
分闸弹簧9的下端与弹簧座7的顶端连接，弹簧座7的上端面上设有凸台，分闸弹簧9套在该凸台上；弹簧座7的底端通过弹簧座轴f6同时与桥形连板4的上端和输出拐臂21的上端铰接，桥形连板4的下端通过桥形连板臂轴f5与传动拐臂29的前端铰接，传动拐臂29的后端通过传动拐臂轴f4固定在机架板8上。传动拐臂29位于两个棘轮2的中间。输出拐臂21底端固定在输出轴20上；并能够以输出轴为轴心转动。
传动拐臂29上设有分闸滚子34和压杆39，分闸滚子34位于传动拐臂29顶端和压杆39之间；大分闸挚子22上设有前滚子40和后滚子24；压杆39与大分闸挚子22的前滚子40接触，大分闸挚子22的后滚子24与小分闸挚子25的前锁杆接触，大分闸挚子22的后端通过销轴固定在机架板8上，大分闸挚子22的侧面与复位弹簧23连接，小分闸挚子25的下方设有分闸电磁铁26；大分闸挚子22通过大分闸挚子轴f7固定在机架板8上，小分闸挚子25通过小分闸挚子轴f8固定在机架板上。
传动拐臂29、桥形连板4、大分闸挚子22和小分闸挚子25位于两个机架板8之间。
大分闸挚子22上还设有分闸卡槽和复位弹簧卡槽，分闸卡槽与复位弹簧卡槽分别位于大分闸挚子22的左右两个侧面；复位弹簧卡槽与复位弹簧23连接。复位弹簧23的底端固定在一个基座上。
内储能棘爪30和外储能棘爪32的下侧面与棘爪复位扭簧28连接。
小合闸挚子3的锁杆连接合闸复位弹簧41，合闸复位弹簧41和合闸电磁铁38分别位于小合闸挚子3的锁杆两侧；小分闸挚子25的前锁杆连接分闸复位扭簧27，分闸复位扭簧27与大分闸挚子22分别位于小分闸挚子25的两侧。
储能工作时状态如图2所示：采用齿轮减速器驱动曲轴转动，曲轴带动内储能棘爪和外储能棘爪，内储能棘爪和外储能棘爪交替推动棘齿，使棘轮转动，棘轮带动连杆、导向接头、导向滚子和托板向下方运动，托板向下压缩合闸弹簧，合闸弹簧进行储能。
合闸储能锁定时状态如图3所示：当连杆通过棘轮底部的死点后，大合闸挚子受扭簧作用，合闸滚子进入棘轮的合闸卡槽内，同时大合闸挚子的上端顶开半轴挚子，大合闸挚子的合闸滚子进入棘轮的合闸卡槽；大合闸挚子顶开半轴挚子时，半轴挚子带动小合闸挚子按逆时针方向转动，小合闸挚子压缩合闸复位弹簧；当大合闸挚子的顶端脱离半轴挚子后，小合闸挚子受合闸复位弹簧作用按顺时针方向旋转，半轴挚子在小合闸挚子的带动下将大合闸挚子卡住，大合闸挚子上的合闸滚子被卡在棘轮的合闸卡槽内，将棘轮锁定，由此合闸弹簧的势能被锁定，储能动作完成。
进行合闸工作时状态如图4所示：当合闸电磁铁受电后，合闸电磁铁的推杆推动小合闸 挚子的锁杆，小合闸挚子压缩合闸复位弹簧并带动半轴挚子按逆时针方向转动，半轴挚子脱离大合闸挚子；此时合闸弹簧的势能将托板向弹簧筒顶端推动，并带动调整螺杆、导向接头、连杆向弹簧筒顶端运动，由于合闸弹簧的作用力大于合闸复位扭簧的作用力，大合闸挚子的合闸滚子被棘轮推出合闸卡槽，大合闸挚子做逆时针方向运动，并回到合闸储能前的状态，小合闸挚子受合闸复位弹簧作用，也回到合闸储能前的状态，棘轮的锁定被解除，连杆带动棘轮和传动滚轮向上运动；在传动滚轮移动过程中，传动滚轮推动传动拐臂按顺时针方向转动，传动拐臂带动桥形连板向上运动，桥形连板带动输出拐臂按顺时针方向运动，输出拐臂带动输出轴转动，输出轴驱动断路器合闸，完成合闸动作，同时分闸弹簧被压缩。
合闸位置锁定及分闸储能锁定时的状态如图5所示：当传动拐臂受传动滚轮作用按顺时针方向运动时，传动拐臂上的压杆向下推动大分闸挚子的前滚子，带动大分闸挚子做逆时针转动，当传动滚轮离开传动拐臂瞬间，分闸滚子进入分闸卡槽内，此时压杆脱离前滚子，大分闸挚子受复位弹簧作用，做顺时针转动，并将分闸滚子卡住，同时小分闸挚子在扭簧作用下，做顺时针转动，小分闸挚子的前锁杆的顶端顶住大分闸挚子的后滚子，此时传动拐臂、桥形连板和弹簧座被锁定，输出拐臂和分闸弹簧也被锁定在合闸位置。
进行分闸操作时的状态如图6所示：当分闸电磁铁受电后，推动小分闸挚子的后锁杆，小分闸挚子做逆时针方向运动，小分闸挚子的前锁杆顶端脱离大分闸挚子的后滚子，由于分闸弹簧的作用力大于复位弹簧的作用力，分闸弹簧将弹簧座、桥形连板和传动拐臂向下推动，传动拐臂将大分闸挚子推开，分闸滚子脱离分闸卡槽，大分闸挚子压缩复位弹簧做逆时针方向运动，解除对传动拐臂的锁定，传动拐臂做逆时针方向运动，此时大分闸挚子的前滚子回到压杆的下方；输出拐臂被弹簧座带动做逆时针转动，带动输出轴转动，驱动断路器分闸，完成分闸操作；分闸操作完成后传动拐臂、桥形连板、弹簧座以及大分闸挚子、小分闸挚子回到分闸储能前的状态。
传动拐臂结构如图10所示，大分闸挚子结构如图11所示，大合闸挚子结构如图12所示，棘轮结构如图13所示，输出拐臂结构如图14所示。