畢業(yè)設(shè)計(jì)論文110KVSF6高壓斷路器棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào) 1404111224畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 110kv sf6 高壓斷路器棘爪式 儲(chǔ)能傳動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 作 者 屆 別 2008 屆 系 別 機(jī)械與電氣工程系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 岳 職 稱 副教 授 完成時(shí)間 2008年5月20日 摘 要隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，sf6 斷路器以其優(yōu)越的性能，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要的作用。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器中應(yīng)用最廣的一種操動(dòng)機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)是在詳細(xì)了解和掌握高壓斷路器以及彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)方式的工作原理后，在它們技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，對(duì) ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的棘爪式傳動(dòng)部分

2、進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本，提高互換性，便于安裝調(diào)試、維修檢測(cè)的目的。關(guān)鍵詞：高壓斷路器； 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)； 貯能； 棘爪式； 設(shè)計(jì)abstractabstractwith the rapid development of power industry, sf6 circuit breakers have been widely used in the power system with its superior performance, which plays an important role in the power system of safe , reliable

3、 and stable operation.spring mechanism is one of the most wide applying actuators in high-voltage circuit breakers field. after understanding and mastering the principles of high-voltage circuit breakers and the pawl-energy transmission mode of spring mechanism, on the basis of their technical requi

4、rements, this research is to design the pawl-transmission parts of the ctb spring mechanism to reduce spring mechanism manufacturing costs and improve its interchangeability so as to install commissioning and maintenance testing.keykey words:words: high voltage circuit breakers； spring mechanism ； p

5、awl type； design目目 錄錄摘 要 .iabstractabstract .ii1緒論.12、高壓斷路器 .22.1 高壓斷路器的功能 .22.2 高壓斷路器的結(jié)構(gòu) .22.3 高壓斷路器的動(dòng)作 .32.4 高壓斷路器的負(fù)載特性 .53 sf6 斷路器.63.1 sf6 斷路器的滅弧原理和滅弧性能.63.1.1 sf6 斷路器的滅弧原理.63.1.2 sf6 斷路器的滅弧性能.63.2 sf6 斷路器的外型分類.73.3 sf6 斷路器的發(fā)展趨勢(shì).83.4 sf6 斷路器的特點(diǎn).94 操動(dòng)機(jī)構(gòu) .94.1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)：.104.2 高壓斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求 .104.3

6、 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) .124.4 ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.125.ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)方案.145.1 總裝配圖.145.2 各模塊的設(shè)計(jì)及功能.155.3 各模塊的結(jié)構(gòu)方式與工作原理 .155.4 各模塊的連接尺寸 .196 棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) .196.1 棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分工作原理 .196.2 棘輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn) .206.3 棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)方案.226.4 棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分主要零件的強(qiáng)度校核：.226.4.1 儲(chǔ)能模塊的箱體連接螺栓強(qiáng)度效核.226.4.2 偏心軸兩端軸承強(qiáng)度校核:.246.4.3 偏心軸的強(qiáng)度校核 .257.結(jié)語(yǔ)

7、.27參考文獻(xiàn) .28謝辭 .29附錄：棘爪儲(chǔ)能模塊裝配圖和儲(chǔ)能模塊箱體圖 .291緒論電給人類帶來(lái)了光明，而高壓開(kāi)關(guān)則在黑暗與光明之間為人類架起了一座安全可靠的金色橋梁。電力工業(yè)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步起著非常重要的作用。國(guó)家歷來(lái)非常重視電力工業(yè)的發(fā)展。據(jù)1994年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)發(fā)電機(jī)裝機(jī)存量己接近2億千瓦，為世界第四位，跨入了世界電力大國(guó)的行列。電力工業(yè)的發(fā)展需要大量高質(zhì)量的電器設(shè)備。特別是高壓斷路器又是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備之一。我國(guó)電力工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，帶動(dòng)了電網(wǎng)建設(shè)，為高壓開(kāi)關(guān)制造業(yè)提供了極好的發(fā)展機(jī)遇。近年來(lái),我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)制造業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭，已形成相當(dāng)

8、大的規(guī)模。根據(jù)對(duì)2005年高壓開(kāi)關(guān)行業(yè)主要生產(chǎn)企業(yè)(308家)的統(tǒng)計(jì)資料，全年完成了工業(yè)總產(chǎn)值660.37億，主營(yíng)業(yè)務(wù)收入584.29億元，工業(yè)增加值171.01億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額49.41億元。2005年統(tǒng)計(jì)的308家企業(yè)中工業(yè)總產(chǎn)值(當(dāng)年價(jià))超過(guò)億元以上者有137家(上年只有118家)，其中工業(yè)總產(chǎn)值10億元以上者有14家，5億元以上者有31家。全員勞動(dòng)生產(chǎn)率10萬(wàn)元/人以上者有114家，5萬(wàn)元/人以上者187家，都比往年有所提高1。高壓開(kāi)關(guān)行業(yè)出現(xiàn)了良好的走勢(shì)，如此巨大的市場(chǎng)，不可避免地引發(fā)全球高壓開(kāi)關(guān)制造商的同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)，而且，這種競(jìng)爭(zhēng)日益顯現(xiàn)出加劇趨勢(shì)。目前，我國(guó)的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)和制造水平

9、，相比世界先進(jìn)水平還有差距，只有加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和自主開(kāi)發(fā)能力，才能趕上世界水平2。高壓斷路器是指額定電壓為3kv及以上主要用于開(kāi)斷或關(guān)合電路的高壓電器。高壓斷路器在高壓設(shè)備中是一種最復(fù)雜、最重要的電器，在規(guī)定的使用條件下，可切合正常運(yùn)行條件下的負(fù)荷電流；在短路故障情況下，在繼電保護(hù)裝置的作用下，自動(dòng)切斷短路電流。在高壓供配電系統(tǒng)，切斷短路電流時(shí)，要產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，所以高壓斷路器必須具有可靠的滅弧裝置。高壓斷路器是一種能夠?qū)崿F(xiàn)控制與保護(hù)雙重作用的電器 。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器的重要組成部分，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用已儲(chǔ)能的彈簧為動(dòng)力，來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘操作。彈簧儲(chǔ)能是一種可靠的儲(chǔ)能方式，儲(chǔ)能的彈簧可

10、隨時(shí)準(zhǔn)備動(dòng)作，并滿足斷路器開(kāi)/合所需要的足夠能量。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)中最常見(jiàn)且使用最廣的形式之一，棘爪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是在詳細(xì)了解和掌握高壓斷路器以及彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)方式的工作原理后，在它們的技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，對(duì) ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本，提高互換性，便于安裝、維修、檢測(cè)的目的。2、高壓斷路器2.1 高壓斷路器的功能斷路器是開(kāi)關(guān)電器中極為重要的一種電氣設(shè)備，是電力系統(tǒng)輸配電裝置中必不可少的元件，正常運(yùn)行時(shí)可用它倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備或線路投入電路或退出運(yùn)行，在這里斷路器對(duì)系統(tǒng)起控制

11、作用，當(dāng)設(shè)備或線路出現(xiàn)故障時(shí)能快速切除以保證無(wú)故障部分正常運(yùn)行，在這里斷路器對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用，即斷路器在電力系統(tǒng)中肩負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，從高壓斷路器所擔(dān)負(fù)的任務(wù)可見(jiàn)它工作的好壞直接地影響到電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。斷路器必須具有的基本功能如下所述3:1關(guān)合狀態(tài)時(shí)應(yīng)為良好的導(dǎo)體:不僅對(duì)正常電流，對(duì)于短路電流也應(yīng)能承受其發(fā)熱和電動(dòng)力的作用;在開(kāi)斷狀態(tài)時(shí)具有良好的絕緣性，在清潔和污穢兩種狀態(tài)下，皆能承受對(duì)地及同相端子間的電壓；2. 在關(guān)合狀態(tài)的任意時(shí)刻:應(yīng)能在不發(fā)生異常電壓的情況下，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)斷額定電流及以下的電流；3. 在開(kāi)斷狀態(tài)的任意時(shí)刻，應(yīng)能在斷路器觸頭不產(chǎn)生熔焊的情況下，在短時(shí)間內(nèi)

12、安全地關(guān)合處于短路狀態(tài)下的電路；4. 在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)能將故障部分及時(shí)從電力系統(tǒng)中切除，盡可能縮短斷路器切除故障的時(shí)間，以減輕短路電流對(duì)電力設(shè)備的損害，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5. 能夠配合自動(dòng)重合閘進(jìn)行多次關(guān)合和開(kāi)斷，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。2.2 高壓斷路器的結(jié)構(gòu) 高壓斷路器的結(jié)構(gòu)，原則上可以分為四個(gè)部分，即導(dǎo)電回路、滅弧裝置、絕緣與支撐系統(tǒng)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)3。另外還包括傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)等部件。工作時(shí)，由彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斷路器開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)/合閘操作。sf6 斷路器的滅弧裝置與其它斷路器比較有較大的差異，而其余幾個(gè)部分與其它斷路器大致相類似。sf6 高壓斷路器其基本結(jié)構(gòu)如圖 2.2

13、 所示圖 2.2 sf6 斷路器高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)2.3 高壓斷路器的動(dòng)作由于斷路器是電力系統(tǒng)中的主要保護(hù)和控制元件，其動(dòng)作的可靠性是極為重要的。如果斷路器動(dòng)作不可靠，將會(huì)造成線路事故，給電路系統(tǒng)帶來(lái)巨大的損失。高壓斷路器是在電力系統(tǒng)不同工況下進(jìn)行合分，以保證電力系統(tǒng)可靠供電和切除故障線路。斷路器除單一合閘和分閘外，還要示具有快速的重合閘、重合分和合分動(dòng)作4。高壓斷路器的基本動(dòng)作主要有：.分閘 分閘操作是斷路器最基本的功能。由于斷路器分閘，可開(kāi)斷高壓回路，或切斷負(fù)荷電源，或隔斷高壓電源，或切斷故障電源。在接收到故障信號(hào)要求分閘時(shí)，為滿足滅弧性能要求，應(yīng)具有一定的分?jǐn)嗨俣龋狗謹(jǐn)鄷r(shí)間盡可能縮短

14、，以減少短路故障存在的時(shí)間。.合閘 線路的正常送電，負(fù)荷的倒換電壓的引入等都必須由斷路器的合閘動(dòng)作來(lái)完成。合閘以后，斷路器本身就處于警戒狀態(tài)，在它所保護(hù)的范圍內(nèi)出現(xiàn)任何故障，隨時(shí)可以受命跳閘。斷路器在合閘狀態(tài)下，必須保證具有足夠的長(zhǎng)期通流能力和經(jīng)受短路電流和電動(dòng)力作用能力，而這些性能與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有密切的聯(lián)系。若機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，或操動(dòng)系統(tǒng)不能制鎖，則在短路電動(dòng)力作用下，斷路器觸頭會(huì)自行脫開(kāi)；或因機(jī)構(gòu)的輸出力矩不夠，觸頭的輕微熔焊造成斷路器不能開(kāi)斷，均將釀成事故。因而合閘狀態(tài)下的可靠性亦是十分重要的。斷路器應(yīng)可靠地關(guān)合電路(即使當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)也應(yīng)如此);在保持一定的合閘速度的前提下，不應(yīng)出現(xiàn)因操作

15、力、沖擊力過(guò)大等原因引起觸頭振動(dòng)，造成斷路器零部件的損壞。.合分高壓斷路器在合閘過(guò)程中可能遇到線路故障(如短路)而要求它立即跳閘的情況，因而斷路器應(yīng)具有及時(shí)跳閘反應(yīng)的能力，即當(dāng)斷路器合到底立刻能進(jìn)行無(wú)任何延遲的正常分閘。這種反應(yīng)能力依賴控制系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的適應(yīng)性。 斷路器合閘之后，立即進(jìn)行分閘，則線路接通的時(shí)間很短。在電力系統(tǒng)中，希望短路合閘時(shí)斷路器以最快的動(dòng)作將短路斷開(kāi)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因而對(duì)斷路器合分時(shí)的接通時(shí)間，有一定的要求，而此時(shí)間稱為金屬短接時(shí)間。最短的金同短按時(shí)間應(yīng)由下列部分組成：(1)關(guān)合超程時(shí)間 合閘過(guò)程中，從觸頭剛接觸開(kāi)始到合到底停止之間的時(shí)間。 (2)停頓時(shí)間

16、從合到停止到斷路器因執(zhí)行分閘命令而觸動(dòng)時(shí)止的這段時(shí)問(wèn)。(3)逆超行程時(shí)間 分閘過(guò)程中，從動(dòng)觸頭觸動(dòng)到與靜觸頭脫離時(shí)止的這段時(shí)間。斷路器的金屬短接時(shí)間與運(yùn)行中的繼電保護(hù)時(shí)間有相互交叉的關(guān)系，因而在合分仟?jiǎng)?wù)中要確定電力系統(tǒng)承受短路的時(shí)間需對(duì)設(shè)備和保護(hù)作詳細(xì)的分析才能獲知而且設(shè)備的調(diào)控必須得當(dāng)。 4.重合和重合閘在高壓電力系統(tǒng)中常要求斷路器在事故跳閘后進(jìn)行快速重合閘，以獲得高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。這種重合閘往往能排除系統(tǒng)中的一段偶然性的短路事故而獲得成功。但當(dāng)重合后短路仍末消除時(shí)，斷路器在繼電保護(hù)裝置的作用下又可立即跳問(wèn)，這時(shí)的操作任務(wù)為重合閘，即分閘以后再一個(gè)合分，如需再次強(qiáng)送電，則可再?zèng)]置一個(gè)合分，即為

17、分合分合分，后一個(gè)合分前的時(shí)延要長(zhǎng)些，由具體的系統(tǒng)保護(hù)確定。2.4 高壓斷路器的負(fù)載特性高壓斷路的負(fù)載特性即是斷路器在動(dòng)作時(shí)，壓氣室內(nèi)氣體對(duì)觸頭的壓力隨動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)行程距離的變化而變化。我們把氣體對(duì)觸頭的壓力稱之為負(fù)載力，故負(fù)載特性可用負(fù)載力與行程距離來(lái)表示。如圖2.4所示高壓斷路器負(fù)載力在斷路器由合閘進(jìn)入分閘的瞬間,有一個(gè)躍變,負(fù)載力會(huì)突然增大,這是負(fù)載特性的主要特點(diǎn)13。 圖2.4 高壓斷路器負(fù)載特性曲線3 sf6 斷路器高壓斷路器按斷路器滅弧原理來(lái)劃分，有油斷路器(多油和少油)、壓縮空氣斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、磁吹斷路器和(固體)產(chǎn)氣斷路器。sf6 氣體具有良好的絕緣性能和滅弧

18、性能，sf6 斷路器是利用 sf6 氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，它的應(yīng)用使高壓斷路器具有尺寸小、重量輕、容量大、成套速裝、維修量少等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的油斷路器與它無(wú)法相比。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，sf6 斷路器作為新技術(shù)、新產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能，在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)的滿發(fā)多供、安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用5。3.1 sf6 斷路器的滅弧原理和滅弧性能3.1.1 sf6 斷路器的滅弧原理sf6 斷路器滅弧原理是當(dāng)觸頭斷開(kāi)時(shí),在觸頭間形成高壓氣流,吹滅電弧, 該壓力約為 1mpa1.5mpa。正常時(shí) sf6 氣體作為絕緣介質(zhì),其壓力較低,約為 0 . 3mpa0.5 mpa。sf6 氣體

19、在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用, sf6 斷路器配有專用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。斷路器分閘時(shí),觸頭帶動(dòng)活塞壓氣形成高壓 sf6 氣流吹弧;分閘完畢,壓氣停止、恢復(fù)低壓。此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,使用廣泛。3.1.2 sf6 斷路器的滅弧性能sf6 斷路器的滅弧性能好, 斷口絕緣強(qiáng)度高, 同級(jí)電壓所串?dāng)嗫诒壬儆蛿嗦菲骰蚩諝鈹嗦菲魃?。sf6 分解后可復(fù)合, 不分解含碳等的有害絕緣物質(zhì), 在嚴(yán)格控制水分的情況下, 生成物無(wú)腐蝕性。sf6 氣體絕緣不下降, 故允許 sf6多次開(kāi)斷, 檢修周期長(zhǎng)。無(wú)論開(kāi)斷大小電流,sf6 滅弧效果均好。s f 6 熱導(dǎo)率高, 允許通過(guò)電流大。從表面上看, sf6 斷路器和油斷路器一樣, s f 6

20、氣體也有氣吹的作用, 但其滅弧原理實(shí)質(zhì)上是完全不同的。sf6 滅弧原理是靠等離子體空間提供盡可能多的新鮮 sf6 氣體分子,促進(jìn) sf6 分子與電弧的接觸反應(yīng)。由于電弧引起的電離而產(chǎn)生的導(dǎo)電電子以及被 sf6 和電壓分解而產(chǎn)生的鹵族分子和原子強(qiáng)烈的吸附, 使帶電粒子的移動(dòng)性顯著降低, 同時(shí)還存在復(fù)合過(guò)程, 使電弧空間導(dǎo)電過(guò)程消失得非常迅速。因此, 電弧經(jīng)過(guò)交流電流的零值附近時(shí), 空間電導(dǎo)率變化得非?？?。 這個(gè)特性加上 sf6 特異的化學(xué)特性, 使 sf6 的電弧芯細(xì)而且亮, 電流幾乎都從弧芯通過(guò), 以致在 sf6 中不會(huì)因截流而出現(xiàn)操作過(guò)電壓。以上兩種特性相輔相成, 使 sf6 具有非常強(qiáng)大的

21、滅弧能力。sf6 氣體因具有優(yōu)異的滅弧和絕緣性能, 20 世紀(jì)被成功地應(yīng)用于高壓電器中,從而引起高壓電器設(shè)備的一場(chǎng)大革新6。3.2 sf6 斷路器的外型分類sf6 斷路器從外型結(jié)構(gòu)上可分為瓷柱式 sf6 斷路器和罐式 sf6 斷路器、瓷柱式 sf6 斷路器瓷柱式 sf6 斷路器又稱支持瓷套式 sf6 斷路器。斷路器的外形與壓宿空氣斷路器或少油斷路器極為相似（見(jiàn)圖 3.2 a） 。帶電部分和接地部分的絕緣由支持瓷套承擔(dān)。滅弧室安裝在支持瓷套的上部，亦裝在瓷套內(nèi)，一般每個(gè)瓷套內(nèi)裝一個(gè)斷口，隨著額定電壓的提高，支持瓷套的高度以及串聯(lián)滅弧室的個(gè)數(shù)也增加。支持瓷套的下端與操動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。通過(guò)支持瓷套內(nèi)的絕

22、緣拉桿帶動(dòng)觸頭完成斷路器的分合閘操作。瓷柱式斷路器的特點(diǎn)是裝配成標(biāo)準(zhǔn)的斷口單元后，通過(guò)積木式搭配可組裝成各不同電壓等級(jí)的斷路器，產(chǎn)品的系列性好，具有單斷口電壓高、開(kāi)斷電流大、運(yùn)行可靠性高和檢修維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用較多的一種斷路器，但其抗震性能不如罐式斷路器。、罐式 sf6 斷路器罐式 sf6 氣體斷路器又稱為落地箱式 sf6 斷路器，其外形與多油斷路器相似，（見(jiàn)圖 3.2 b） 。滅弧室安放在金屬箱內(nèi)，箱體是接地的。帶電部分與箱體之間的絕緣由 sf6 氣體承擔(dān)。隨著斷路器的額定電壓提高，滅弧室的斷口也隨之增多，為了均壓，每個(gè)滅弧室并接了電容器。每個(gè)箱體上裝設(shè)了兩個(gè)引線套管，一般都裝設(shè)

23、套管式電流互感器，引線套管內(nèi)腔亦充 sf6 氣體。罐式斷路器是在瓷柱式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它具有瓷柱式 sf6 斷路器的所有優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品整體高度低，抗震能力相對(duì)提高，但造價(jià)比較昂貴5。圖 3.2 a 瓷柱式 sf6 斷路器 圖 3.2 b 罐式 sf6 斷路器3.3 sf6 斷路器的發(fā)展趨勢(shì)sf6 斷路器的發(fā)展經(jīng)歷了雙壓式、單壓(壓氣)式、自能(熱膨脹)式幾個(gè)階段。 1 單壓式斷路器早期的雙壓式已經(jīng)淘汰, 而單壓式在國(guó)內(nèi)外已形成 72.5kv800k v 系列產(chǎn)品。單壓式斷路器發(fā)展趨勢(shì)是減少斷口數(shù)量、 提高經(jīng)濟(jì)效益。目前主流產(chǎn)品是: 2 52kv 以下為單斷口; 550kv 為雙斷口。我國(guó)西安高

24、壓開(kāi)關(guān)廠(西開(kāi)) 和平頂山高壓開(kāi)關(guān)廠 (平高) 已開(kāi)發(fā)了 550kv 雙斷口產(chǎn)品, 根據(jù)三峽等工程的需要開(kāi)發(fā)了 550k v 單斷口、額定短路開(kāi)斷電流 6 3ka 等級(jí)產(chǎn)品。從單斷口大電流看, 日本 (三菱、 日立、 東芝公司) 等走在了前面,1993 年已開(kāi)發(fā)出 550 kv , 6 3 ka 單斷口 sf6 斷路器,代表了當(dāng)前的最高水平。2. sf6 自能 (熱膨脹) 式斷路器單壓式斷路器依靠滅弧室中的壓氣活塞快速壓縮 sf6 氣體形成壓差進(jìn)行吹弧,因而需要強(qiáng)大的操動(dòng)機(jī)構(gòu),不得不采用液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。然而, 液壓與氣動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 制造工藝要求高,運(yùn)行故障率較高, 根據(jù)國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議的調(diào)查

25、, 操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障占斷路器故障的 44 %。2 0 世紀(jì)八九十年代人們利用電弧燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫氣體壓力進(jìn)行吹弧, 縮小了壓氣缸直徑, 降低了操作功, 從而可以采用彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)提高斷路器可靠性,目前已在 72.5 kv245kv 電壓范圍取得成果。但其彈簧機(jī)構(gòu)能量較小, 斷路器燃弧時(shí)間和開(kāi)斷時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng), 所以向高電壓、大容量發(fā)展尚有一定困難。世界各大公司都推出了自己品牌的自能式斷路器, 我國(guó)也推出了國(guó)產(chǎn)化的新型斷路器。在 12kv4 0 .5kv 中壓領(lǐng)域里,sf6斷路器也從壓氣式向自能式發(fā)展。如上海華通開(kāi)關(guān)廠 (華通) 引進(jìn)的戶內(nèi)式 bai 型開(kāi)關(guān)柜 (10kv35kv ) 中用的 hb 型斷路

26、器和西安高壓電器研究所開(kāi)發(fā)的戶外式 l w8 3 5 型等。與真空斷路器相比, sf6 斷路器具有很低的開(kāi)斷過(guò)電壓。3.4 sf6 斷路器的特點(diǎn) sf6 斷路器的所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：（1） 、sf6 氣體的良好絕緣性能，使 sf6 斷路器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為緊湊，電氣距離小，單斷口的電壓可以做得很高，與少油和空氣斷路器比較，在相同額定電壓等級(jí)下，sf6 斷路器所用的串聯(lián)單元少，節(jié)省占地，而且操作功率小，噪音小。（2） 、sf6 氣體的良好滅弧特性，使 sf6 斷路器觸頭間燃弧時(shí)間短，開(kāi)斷電流能力大，觸頭的燒損腐蝕小，觸頭可以在較高的溫度下運(yùn)行而不損壞。（3） 、sf6 氣

27、體介質(zhì)恢復(fù)速度特別快，因此開(kāi)斷近區(qū)故障的性能特別好，通常不加并聯(lián)電阻能夠可靠地切斷各種故障而不產(chǎn)生過(guò)電壓。 、（4） 、sf6 斷路器的帶電部位及斷口均被密封在金屬容器內(nèi)，金屬外部接地，能更好地防止意外接觸帶電部位和防止外部物體侵入設(shè)備內(nèi)部，設(shè)備可靠。（5） 、sf6 氣體在低壓下使用時(shí)，能夠保證電流在過(guò)零附近切斷，電流截?cái)嘹厔?shì)減至最小，避免截流而產(chǎn)生的操作過(guò)電壓，降低了設(shè)備絕緣水平的要求，并在開(kāi)斷電容電流時(shí)不產(chǎn)生重燃。（6） 、sf6 氣體是不可燃的惰性氣體，這可避免 sf6 斷路器爆炸和燃燒，使變電所的安全可靠性提高。（7）sf6 氣體分子中不存在碳，燃弧后，使 sf6 斷路器內(nèi)沒(méi)有碳的沉

28、淀物，所以可以消除碳痕，使其允許開(kāi)斷的次數(shù)多，檢修周期長(zhǎng)4 操動(dòng)機(jī)構(gòu)在斷路器本體以外的機(jī)械操動(dòng)裝置稱為操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是目前國(guó)產(chǎn)高壓斷路器配用機(jī)構(gòu)的重要品種之一，也是影響斷路器運(yùn)行可靠性的重要機(jī)構(gòu)之一。彈簧儲(chǔ)能的操作也簡(jiǎn)單，只要在斷路器每次合閘操作后啟動(dòng)一次合閘電機(jī)即可。合閘彈簧直接驅(qū)動(dòng)斷路器的操作桿而不經(jīng)任何的傳動(dòng)部件或連接部件。目前比較常用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)有手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)（cs）、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)（ct）、電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)（cd）、電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)（cj）、液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)（cy）、氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)（cq）以及現(xiàn)在較流行的液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。4.1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)：操動(dòng)機(jī)構(gòu)從功能上可分為下面五個(gè)部分：（1）

29、合閘機(jī)構(gòu)。即能量轉(zhuǎn)換部分，對(duì)于電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指合閘電磁鐵及相應(yīng)部件；對(duì)于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指儲(chǔ)能彈簧和相應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)以及合閘脫扣裝置等元件；對(duì)于液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指油泵、儲(chǔ)壓筒、合閘閥及合閘電磁鐵等部件。（2）保持機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指維持支架或其它維持裝置；對(duì)于液壓機(jī)構(gòu)，它是指保持閥及相應(yīng)的高壓油補(bǔ)充回路。（3）分閘機(jī)構(gòu)。它是使斷路器能快速脫扣分閘的機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指分閘脫扣裝置及相應(yīng)的連桿系統(tǒng)；對(duì)于液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是指分閘閥及相應(yīng)的閥系統(tǒng)。（4）輸出裝置。它是指電磁、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸或液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的活塞桿等。（5）輔助設(shè)備。它主要是指輔助開(kāi)關(guān)、中間繼電

30、器、接觸器等輔助元件組成的信號(hào)和保護(hù)回路。4.2 高壓斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求 高壓斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求很嚴(yán)格。作為電網(wǎng)主要保護(hù)和控制元件的高壓斷路器，其動(dòng)作可靠性是極為重要的。斷路器該動(dòng)時(shí)不動(dòng)，不該動(dòng)時(shí)亂動(dòng)，都會(huì)造成線路事故，給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大的損失。在電力設(shè)備中，斷路器及其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械故障比之其它設(shè)備要多。這主要是:(1) 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑系統(tǒng)差,動(dòng)作環(huán)節(jié)多.故出現(xiàn)故障的可能性就大.(2) 高壓斷路器工作條件比較惡劣.(3) 斷路器工作狀態(tài)是非連續(xù)性的，有時(shí)甚至一年也動(dòng)不了幾次,這樣,隱患不易及時(shí)發(fā)現(xiàn).(4) 斷路器及其操動(dòng)機(jī)構(gòu)類型多,結(jié)構(gòu)差異大,因此,在制造和維修方面積累經(jīng)驗(yàn)比較困難.因

31、此，在設(shè)計(jì)高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，還必須特別注意下述幾個(gè)動(dòng)作的性能及可靠性。(1)合閘在電網(wǎng)正常工作時(shí),用操動(dòng)機(jī)構(gòu)使斷路器關(guān)合,這時(shí)電路中流過(guò)的是工作電流,關(guān)合是比較容易的,但在電網(wǎng)事故情況下,如斷路器關(guān)合到有預(yù)伏短路故障的電路上時(shí),電路中出現(xiàn)短路電流,斷路器導(dǎo)電回路將受到較大電動(dòng)力的作用，電動(dòng)力 f 可用下式表示：72max1.02 10fci式中 c回路系數(shù)，數(shù)值在幾十至幾百之間； 短路電流最大值(a)。maxi 由式可見(jiàn)，當(dāng)電流在幾千安以下時(shí)，斷路器導(dǎo)體間的電動(dòng)力通?？梢詍axi略而不計(jì)。而在短路故障時(shí)，電流可達(dá)幾萬(wàn)安以上，此時(shí)，電動(dòng)力的數(shù)值就很可觀了，有時(shí)可達(dá)幾千牛頓以上。另一方面，從

32、斷路器導(dǎo)電回路的布置以及觸頭的結(jié)構(gòu)來(lái)看，電動(dòng)力的方向又常常是妨礙斷路器關(guān)合的。因此在關(guān)合有預(yù)伏短路故障的電器時(shí)，由于電動(dòng)力過(guò)大，斷路器有可能出現(xiàn)不能可靠關(guān)合，如觸頭合不到底，則會(huì)引起觸頭嚴(yán)重?zé)齻?，甚至斷路器爆炸等?yán)重事故。因此，操動(dòng)機(jī)構(gòu)必須能夠克服短路電動(dòng)力的阻礙，也就是具有關(guān)合短路故障的能力。同時(shí)要具備手動(dòng)儲(chǔ)能，即手動(dòng)合閘的功能(2)保持合閘：由于在合閘的過(guò)程中，合閘命令的持續(xù)時(shí)間很短，而且操動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作功也只在短時(shí)間內(nèi)提供，因此操動(dòng)機(jī)構(gòu)中必須有保持合閘狀態(tài)的裝置，以保證在合閘命令及操作功消失后仍然能使斷路器保持在合閘位置，且不因外界的干擾因素產(chǎn)生誤分閘。斷路器常采用機(jī)械保持的方式。(3)分

33、閘：操動(dòng)機(jī)構(gòu)要能進(jìn)行電動(dòng)和手動(dòng)合閘，在接受到故障信號(hào)要求分閘時(shí)，為滿足滅弧性能要求，操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有一定的分?jǐn)嗨俣?，使分?jǐn)鄷r(shí)間盡可能縮短，以減少短路故障存在的時(shí)間。(4)自由脫扣與防跳躍：在合閘過(guò)程中如操動(dòng)機(jī)構(gòu)又接受到分閘命令則操動(dòng)機(jī)構(gòu)不應(yīng)該繼續(xù)執(zhí)行合閘命令而應(yīng)該立即分閘，稱為自由脫扣。當(dāng)斷路器關(guān)合有預(yù)伏短路故障的電流時(shí)，若操動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有自由脫扣能力，則必須等到斷路器的觸頭關(guān)合到底后才能分閘，這樣有可能使斷路器連續(xù)多次合、分短路電流。這一現(xiàn)象被成為“跳躍” ，出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象時(shí)，會(huì)造成觸頭嚴(yán)重?zé)齻酥帘ㄊ鹿剩瑢?duì)具有脫扣裝置的機(jī)構(gòu)，則不管觸頭關(guān)合到什么位置，也不管合閘命令是否解除，只要接到分閘命令，斷

34、路器觸頭即執(zhí)行分閘動(dòng)作，所以，操動(dòng)機(jī)構(gòu)中必須要有自由脫扣裝置。(5)復(fù)位：當(dāng)斷路器分閘后，操動(dòng)機(jī)構(gòu)中各個(gè)部件應(yīng)能自動(dòng)地回復(fù)到準(zhǔn)確合閘位置下一合閘。 4.3 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是采用事先儲(chǔ)存在彈簧內(nèi)的勢(shì)能作為驅(qū)動(dòng)斷路器的能量。主要特點(diǎn)有：1） 不需要大功率的儲(chǔ)能源，緊急情況下也可手動(dòng)儲(chǔ)能，所以其獨(dú)立性和適應(yīng)性強(qiáng)，可在各種場(chǎng)合使用。2） 根據(jù)需要可構(gòu)成不同合閘功的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣可以配用于10220kv各電壓等級(jí)的斷路器中。3） 動(dòng)作時(shí)間比電磁機(jī)構(gòu)的快，因此可以縮短斷路器的合閘時(shí)間。4) 可靠性好，能保證所儲(chǔ)的能量不損失，也不需要對(duì)它的儲(chǔ)能進(jìn)行專門的檢測(cè)。5）維護(hù)工作量少。彈簧機(jī)構(gòu)克服了

35、液壓機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)體積大、零部件多、滲漏幾率高的缺點(diǎn)，提高了動(dòng)作的可靠性。但彈簧機(jī)構(gòu)中彈簧本身的質(zhì)量控制還需經(jīng)過(guò)時(shí)間和運(yùn)行的考驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi) 110kv 級(jí) sf6 斷路器配彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)已取得了良好的運(yùn)行。6） 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)械加工工藝要求比較高，其合閘力輸出特性為下降曲線，與斷路器所需要的呈上升的合閘力特性不易配合好，合閘操作時(shí)沖擊力較大要求14。4.4 ctb型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)） 、合分閘鎖扣與脫扣機(jī)構(gòu)構(gòu)成。通常，除了電器控制部分外，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)就是給合閘彈簧賦予能量的機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（主要是由彈簧向觸頭）傳遞運(yùn)動(dòng)

36、和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)；控制機(jī)構(gòu)則是控制分、合閘動(dòng)作和緩沖作用的機(jī)構(gòu)。各種彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理基本類似，其基本動(dòng)作主要由彈簧儲(chǔ)能、合閘操作、分閘操作構(gòu)成，圖 4.4 為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理框圖： 圖 4.4 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理框圖現(xiàn)在已 ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，分析其工作過(guò)程中的基本動(dòng)作和工作原理。1.彈簧儲(chǔ)能 儲(chǔ)能既可以電動(dòng)儲(chǔ)能也可以手動(dòng)儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電機(jī)為交直流兩用電機(jī)。電動(dòng)儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能電機(jī)經(jīng)過(guò)內(nèi)部減速器減速后通過(guò)一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)到偏心軸，偏心軸上裝有兩個(gè)棘爪，偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)使兩棘爪輪流推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)裝在棘輪上的拉桿，使與拉桿相連的儲(chǔ)能彈簧壓縮儲(chǔ)能。當(dāng)棘輪轉(zhuǎn)到合閘彈簧壓縮到最短時(shí)，它就在合閘彈簧

37、的帶動(dòng)下自行“過(guò)中” （指合閘彈簧在儲(chǔ)能軸上產(chǎn)生的力矩改變方向） ，同時(shí)通過(guò)行程開(kāi)關(guān)切斷電機(jī)電源。2.合閘操作機(jī)構(gòu)接到合閘信號(hào)后，合閘電磁鐵的動(dòng)鐵芯推動(dòng)合閘摯子，使合閘保持摯子維持解脫，合閘彈簧釋放能量進(jìn)行合閘操作，合閘的同時(shí)使分閘彈簧儲(chǔ)能，為分閘做好準(zhǔn)備。3.分閘操作分閘可以手動(dòng)也可以電動(dòng)，采用電動(dòng)分閘時(shí)，當(dāng)機(jī)構(gòu)接到分閘指令時(shí)，分閘電磁鐵的鐵芯推動(dòng)分閘摯子，使分閘保持摯子維持解脫，分閘彈簧釋放能量進(jìn)行分閘操作。4.自動(dòng)重合閘機(jī)構(gòu)在合閘儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)給出分閘指令，分閘彈簧驅(qū)使斷路器分閘，0.3 秒后，已儲(chǔ)能的合閘彈簧驅(qū)動(dòng)斷路器合閘。合閘完成后，同時(shí)分閘彈簧被壓縮儲(chǔ)能，再次給出分閘指令，斷路器立刻分

38、閘。整個(gè)自動(dòng)重合閘完成。5.ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)方案5.1 總裝配圖 根據(jù) ctb 的設(shè)計(jì)尺寸，對(duì) ctb 進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)如圖 5.1 所示 圖 5.15.2 各模塊的設(shè)計(jì)及功能在高壓斷路器 ctb 的基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，把高壓斷路器的開(kāi)閘、合閘、儲(chǔ)能都進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。在高壓斷路器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)模塊是獨(dú)立的，在組裝候把所有模塊按照要求把模塊組合起來(lái)。在設(shè)計(jì)時(shí)可以分成以下這幾個(gè)模塊：棘爪儲(chǔ)能部分模塊、合閘部分模塊、分閘部分模塊、組合式箱體部分模塊、彈簧儲(chǔ)能模塊。1） 棘爪儲(chǔ)能部分模塊：在設(shè)計(jì)時(shí)采用箱體式結(jié)構(gòu)，并采用鉸制螺栓連接到組合式箱體上。所有棘爪儲(chǔ)能部分的零件都按照原 c

39、tb 上的位置關(guān)系安裝到棘爪儲(chǔ)能箱體上。因?yàn)殂q制螺栓的精度較高所以連接到組合式箱體上發(fā)生的誤差很小，不會(huì)影響到彈簧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主要負(fù)責(zé)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并把機(jī)械能通過(guò)棘爪傳給棘輪。2） 合閘部分模塊：在設(shè)計(jì)時(shí)采用箱體式結(jié)構(gòu)，并采用鉸制螺栓連接到組合式箱體上。所有合閘部分模塊零件都按照原 ctb 上的相對(duì)位置關(guān)系安裝在合閘模塊箱體上。因?yàn)殂q制螺栓的精度較高所以連接到組合式箱體上發(fā)生的誤差很小，不會(huì)影響到彈簧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主要負(fù)責(zé)棘輪的鎖定與釋放。通過(guò)棘輪的鎖定和釋放來(lái)完成合閘動(dòng)作。3） 分閘部分模塊：在設(shè)計(jì)時(shí)采用箱體式結(jié)構(gòu)，并采用鉸制螺栓連接到組合式箱體上。所有合閘部分模塊零件都按照原 ct

40、b 上的相對(duì)位置關(guān)系安裝在合閘模塊箱體上。因?yàn)殂q制螺栓的精度較高所以連接到組合式箱體上發(fā)生的誤差很小，不會(huì)影響到彈簧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主要負(fù)責(zé)拐臂的鎖定和釋放。通過(guò)對(duì)拐臂的鎖定和釋放來(lái)完成分閘動(dòng)作。 4）組合式箱體部分模塊：主要由儲(chǔ)能軸、輸出軸、液壓緩沖系統(tǒng)及箱體組成，負(fù)責(zé)輸入、輸出的能量傳遞、緩沖及限位。5）彈簧儲(chǔ)能模塊：主要由合閘彈簧、分閘彈簧組成。負(fù)責(zé)彈簧的儲(chǔ)能與釋放能量。5.3 各模塊的結(jié)構(gòu)方式與工作原理1）棘爪儲(chǔ)能部分模塊如下圖 5.3.1 所示由電動(dòng)機(jī)、大小傘齒輪、偏心軸、棘爪、壓板、扭簧、扭簧軸、軸承及墊圈組成。工作原理：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小傘齒輪，經(jīng)大傘齒輪減速后帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。偏心軸的轉(zhuǎn)

41、動(dòng)驅(qū)動(dòng)棘爪往復(fù)運(yùn)動(dòng)。棘爪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)行合閘儲(chǔ)能。 圖 5.3.1 棘爪儲(chǔ)能部分模塊2)合閘部分模塊由合閘電磁鐵部分、合閘掣子、合閘掣子軸、分閘掣子、分閘掣子軸、扭簧、限位桿、安全插銷、合閘保持掣子滾輪、合閘模塊箱體及墊圈組成。工作原理：當(dāng)合閘電磁鐵線圈得電。合閘掣子鎖桿推動(dòng)推動(dòng)合閘掣子，合閘掣子與合閘保持掣子滾輪發(fā)生運(yùn)動(dòng)。當(dāng)合閘掣子向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，合閘保持掣子失去限位不能鎖定棘輪。棘輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始合閘。當(dāng)棘輪運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)完成合閘。3）分閘部分模塊如圖 5.3.2 所示由分閘電磁鐵、分閘掣子、分閘掣子軸、分閘保持掣子、分閘保持掣子軸、分閘保持掣子滾輪、彈性鋼絲、安全插銷、軸承及墊圈組

42、成。工作原理：分閘電磁鐵得電。頂桿撞擊分閘掣子，分閘掣子與分閘保持掣子滾輪發(fā)生運(yùn)動(dòng)。當(dāng)分閘掣子向下運(yùn)動(dòng)，分閘保持掣子失去限位不能鎖定拐臂向下運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始分閘。當(dāng)拐臂到達(dá)被液壓緩沖筒的限制的下限位是完成分閘。 圖 5.3.2 分閘部分模塊4）組合式箱體部分模塊如圖 5.3.3 所示由組合箱體、軸承、儲(chǔ)能軸、輸出軸、凸輪、棘輪及墊圈組成。工作原理：當(dāng)合閘時(shí)，棘輪帶動(dòng)凸輪。凸輪在轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)會(huì)撞擊并推動(dòng)拐臂，拐臂繞著輸出軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)撥叉繞輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始合閘。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)會(huì)與拐臂分開(kāi)，此時(shí)拐臂旋轉(zhuǎn)到最高位置，撥叉旋轉(zhuǎn)到最低位置完成合閘。當(dāng)分閘時(shí)，拐臂位于最高位置，拐臂和撥叉開(kāi)始

43、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)始分閘。當(dāng)拐臂旋轉(zhuǎn)到最低位置時(shí)撥叉到達(dá)最高位置，完成分閘。 圖 5.3.3 組合式箱體部分模塊 5）彈簧儲(chǔ)能部分模塊由分閘儲(chǔ)能彈簧、分閘儲(chǔ)能彈簧桶、合閘儲(chǔ)能彈簧、合閘儲(chǔ)能彈簧桶、連接螺釘及墊圈組成。 工作原理：彈簧儲(chǔ)能部分模塊分有合閘彈簧儲(chǔ)能和分閘彈簧儲(chǔ)能。在合閘彈簧儲(chǔ)能時(shí)，由拉桿拉動(dòng)儲(chǔ)能彈簧端蓋是儲(chǔ)能彈簧被壓縮進(jìn)行彈簧儲(chǔ)能。5.4 各模塊的連接尺寸在對(duì) ctb 的整體模塊方案設(shè)計(jì)時(shí)除了要要考慮到模塊的安裝位置的同時(shí)還要考慮到連接空的位置及連接空的精度要求。在連接時(shí)連接空不能與任何模塊發(fā)生干涉且連接空與連接螺栓之間的配合公差要達(dá)到較高的精度標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各模塊的設(shè)計(jì)尺寸，把各模塊進(jìn)行組

44、裝在一起。得到各模塊的連接尺寸見(jiàn)圖 5.4。 圖 5.4 各模塊的連接尺寸圖6 棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)6.1 棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分工作原理棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)原理如圖 6.1 所示，它主要由棘輪、棘爪、壓板、扭簧等部分組成。棘輪機(jī)構(gòu)是一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便的優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)上的小傘齒輪帶動(dòng)偏心軸上的大傘齒輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，偏心軸的中間裝有兩個(gè)棘爪，偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)棘爪的偏心方向剛好相反，使兩棘爪輪流推動(dòng)棘輪做逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，棘輪的運(yùn)動(dòng)使拉桿拉緊合閘彈簧儲(chǔ)能。為了保證棘輪和棘爪的接觸，常用彈簧力和壓板將棘爪壓在棘輪上。并且使棘爪對(duì)棘輪的作用力方向與棘輪的接觸點(diǎn)處的切線方向形

45、成一個(gè)向外的夾角，從而形成一個(gè)分力使棘爪與棘輪充分接觸，不至于棘爪在工作時(shí)滑出齒槽。圖 6.1 棘爪式儲(chǔ)能傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)原理6.2 棘輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）棘輪的齒形。棘輪常用的齒形有不對(duì)稱梯形齒和三角形齒，如圖 6.2所示，不對(duì)稱梯形齒用于負(fù)荷較大時(shí)，三角形齒用于負(fù)荷較小時(shí)。圖 6.2a)不對(duì)稱梯形齒 圖 6.2b) 三角形齒（）棘輪的齒數(shù)和模數(shù)。通常，棘輪的齒數(shù)是由整個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)要求確定。在負(fù)荷較大時(shí)，為了避免機(jī)構(gòu)尺寸過(guò)大，同別又要保證齒的強(qiáng)度，齒數(shù)不宜過(guò)多，常取 830；在受力小時(shí)，齒救也可以多達(dá)百多個(gè)齒。棘輪的周節(jié)和模數(shù)都是從齒頂圓度量的，故周節(jié)0d0adzpm或模數(shù) 0dp

46、mz當(dāng)棘輪的上述參數(shù)決定后，就可從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得棘輪機(jī)構(gòu)的有關(guān)尺寸。(3)輪齒工作面傾角和棘爪的軸心位置。棘爪在推動(dòng)棘輪時(shí)，為確保工作可靠，必須使棘爪能自動(dòng)滑向齒槽底部，而不滑出齒槽，此稱為“自動(dòng)嚙緊” 。應(yīng)該指出，彈簧力的作用只是在空載時(shí)能使棘爪落人棘輪槽中，至于“自動(dòng)嚙緊”條件則必須在受力分析的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)來(lái)保證。如合理選擇輪齒工作面傾角和棘爪的軸心位置等?，F(xiàn)以圖 6.2 所示不對(duì)稱梯形齒的棘輪機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明，若不考慮棘爪自重、轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦和彈簧力影響并沒(méi)棘爪端部和棘齒頂部接觸，為保證自動(dòng)嚙緊，則應(yīng)使棘爪上受到的順時(shí)針?lè)较蛄?，大于阻止棘爪滑向齒槽底部的力矩。即 110sina

47、o anificos式中 n棘爪工作面所受法向反力； 棘爪工作面所受摩擦阻力。而tanfnfn式中 、分別為摩擦角和摩擦系數(shù)：f由上式可得自動(dòng)嚙緊條件為 tantan換句話說(shuō)，自動(dòng)嚙緊條件為：棘爪工作面所受全反力的作用線應(yīng)在之12oo間通過(guò)8。 圖 6.26.3 棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)方案原 ctb 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的箱體是一個(gè)整體，機(jī)構(gòu)的各個(gè)組成部分都固定在整個(gè)箱體上，現(xiàn)在經(jīng)過(guò)模塊化設(shè)計(jì)后，使棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分，合閘部分，分閘部分都單獨(dú)作為一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，這樣可以達(dá)到降低彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本，提高互換性，便于安裝調(diào)試、維修檢測(cè)的目的，各個(gè)模塊設(shè)計(jì)好后，再與箱體主板連接到一起，各個(gè)模塊在確定連接位置

48、和連接方法時(shí)，即要考慮到機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置精度，又要保證連接強(qiáng)度，同時(shí)連接位置不能與機(jī)構(gòu)的零部件相互干涉。在設(shè)計(jì)棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分時(shí)，為了連接空間位置的需要，適當(dāng)?shù)脑龃罅讼潴w的尺寸，為了加工方便和節(jié)約成本的目的，棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分的箱體采用焊接板連接制造，材料選擇 q235 鋼板。為了保證連接的位置精度，本設(shè)計(jì)采用四顆的鉸制孔螺栓連接，孔和螺栓的精度都取 7 級(jí)，可以保證連接的位置16精度需要。6.4 棘爪儲(chǔ)能傳動(dòng)部分主要零件的強(qiáng)度校核：6.4.1 儲(chǔ)能模塊的箱體連接螺栓強(qiáng)度效核對(duì)儲(chǔ)能部分進(jìn)行分析可知，儲(chǔ)能時(shí)，分閘彈簧力的傳遞過(guò)程為：分閘彈簧拉桿棘輪棘爪偏心軸箱體見(jiàn)圖 6.4.1a 為儲(chǔ)能彈簧的特性，

49、在機(jī)構(gòu)裝配時(shí)已將儲(chǔ)能彈簧壓宿了 140mm的距離，獲得了 28557n 的彈力，在儲(chǔ)能時(shí)，隨著棘輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧逐漸伸長(zhǎng)，所儲(chǔ)能量逐漸增大，但是彈簧對(duì)棘輪的力臂也隨之減少。受力分析如圖圖6.4.1b所示。 圖 6.4.1a 儲(chǔ)能彈簧負(fù)載特性 圖 6.4.1a 儲(chǔ)能部分受力分析圖 由彈簧的負(fù)載特性曲線（見(jiàn)圖 6.4.1b）可計(jì)算出彈簧的剛度為9：mmnmmnk/20424048960 因拉桿相對(duì)棘輪的受力半徑較長(zhǎng)，設(shè)棘輪受到轉(zhuǎn)距最大時(shí)，拉桿超出棘輪中心的水平距離為 x，因拉桿相對(duì)棘輪受力半徑較長(zhǎng)，可忽略彈簧受到的側(cè)向力，棘輪受到的轉(zhuǎn)距大小為22150)2045020428557(xxlfm2250

50、)20438757(xx對(duì)函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，最后可求得：x=11.71mm 時(shí)，棘輪受到的力矩最大，最大力矩為 m=2000076n.mm彈簧對(duì)棘爪的力矩與棘爪對(duì)棘輪的力矩是一對(duì)平衡力矩，為了使棘爪與棘輪充分接觸，棘爪對(duì)棘輪的推力方向與棘輪接觸點(diǎn)的切線有一個(gè)夾角，如圖所示，測(cè)得這個(gè)夾角的角度為。由力矩平衡可以算得棘爪作用力的大小。22列力矩平衡方程為：mmnf.2000076)22cos14mm.8722cos(2（）計(jì)算得nf266992由以上分析可知,儲(chǔ)能模塊的箱體連接螺栓主要受到來(lái)自棘爪的橫向剪切力以及與孔壁的擠壓應(yīng)力，選擇螺栓材料為中碳鋼，性能等級(jí)為 8.8 級(jí)的螺栓，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查

51、得材料屈服極限， 安全系數(shù)取, mpas6404ts=1.5，螺栓材料的許用切應(yīng)力為: ; 許用擠壓應(yīng)psmpampass1604640力為: mpampaspsp4265 . 1640 每個(gè)螺栓受到的橫向工作剪力為 nnzff75.6674426699每個(gè)螺栓橫截面上的切應(yīng)力為 mpamnaf2 .33)1016(475.667423螺栓桿與孔壁的擠壓切應(yīng)力為 1 .261015101675.667433min0ppmpammmmnldf可知該螺栓滿足強(qiáng)度條件。6.4.2 偏心軸兩端軸承強(qiáng)度校核:對(duì)偏心軸進(jìn)行受力分析如圖 6.4.2 所示: 圖 6.4.2 偏心軸受力分析圖a 端所裝軸承型號(hào)

52、為 nav4905/ya1, d 端所裝軸承型號(hào)為 rna4904,f1 和 f4分別為兩軸承對(duì)軸的承載力。b、c 分別為兩棘爪受力中心，儲(chǔ)能時(shí)，兩棘爪輪流推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)，所以，f2 和 f3 交替出現(xiàn)，軸承承受的載荷為動(dòng)載荷。 先計(jì)算 d 處軸承rna4904 的載荷，當(dāng) f3 達(dá)到最大受力 26699n 時(shí)，d 處軸襯所受載荷最大，以 a 點(diǎn)為研究對(duì)象，列力矩平衡方程為： , 0)(fma034acfadf 代入數(shù)據(jù)解得 f3=2089.7n 查得軸承 rna4904 的基本額定動(dòng)載荷為 23300n，大于實(shí)際載荷，軸承rna4904 滿足強(qiáng)度要求。 再計(jì)算 a 處軸承rna4904 的載荷

53、，當(dāng) f2 達(dá)到最大受力 26699n 時(shí)，a 處軸襯所受載荷最大，以 d 點(diǎn)為研究對(duì)象，列力矩平衡方程為10： , 0)(fmd012adfbdf 代入數(shù)據(jù)解得 f2=1848.4n 查得軸承 nav4905/ya1 的基本額定動(dòng)載荷為 29200n，大于實(shí)際載荷，軸承nav4905/ya1 滿足強(qiáng)度要求。 6.4.3 偏心軸的強(qiáng)度校核 偏心軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使兩棘爪交替推動(dòng)棘輪運(yùn)動(dòng)，偏心軸即受到彎曲應(yīng)力又受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對(duì)偏心軸的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行分析可知，所受彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，為了考慮兩種循環(huán)特性不同的影響，取折合系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度校核9 ，偏心軸材料為 40cr，查得對(duì)稱6 . 0循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力為。mpa701取 f2 作用時(shí)對(duì)偏心軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)彎矩的計(jì)算方法和符號(hào)規(guī)則,可計(jì)算出 ab 段內(nèi)的彎矩方程為: xadbdfxm2)()0(abx bd 段內(nèi)的彎距方程為 )()(2xadadabfxm)(adxab根據(jù)彎矩方程畫出彎矩圖如圖 6.4.2 所示,由彎矩圖可知,偏心軸在 b 處所受彎矩最大,最大彎矩為11: mmnmmmmmmnadabbd