负荷开关电动机操作机构的手动脱开结构设计与优化修改作者后

1、负荷开关电动机操作机构的手动脱开结构设计与优化The Design and Optimize of the Off-handwork Structure for Motor Operating Mechanism of the Burthen Switch【摘 要】电动机操作机构可以实现负荷开关的“合” 、“分” 、“接地”三工位动作。原有的负荷开关电动机操作机构存在着手动操作费力、传动不能准确到位等问题。本文设计出一种手动脱开机构，对操作机构进行了结构改进和优化。在电动位置，负荷开关机构的扭矩为140-160N.m，电动机操动机构扭矩为110150N.m范围内时，通电试验合闸和分闸多次，每次

2、传动都能到位且手动脱开自如；搬动手柄轴调至手动位置时，力量要适中。优化后的新型机构手动操作简单、动作可靠,已得到广泛的应用。 关键词: 结构设计; 优化；操作机构; 电动机; 手动机构【Abstract】 The actions of three work position for the burthen switch could be carried out through the motor operating mechanism. The old motor operating device had some disadvantage. It need great effort when

3、 operate with hand; its drive action couldnt get to the exact position. An off-handwork structure was designed in this paper which could solve the former problem. The structure and performance were improved and optimized. The new mechanism could realize the right action at the dynamoelectric positio

4、n. The operate force was moderate at the handwork position. The new device has some advantages, such as higher reliability, higher stability, convenience of operation, and so on. This product has been used widely.Key words： structure design; optimize; operating mechanism; motor; manual device中图分类号：&

5、#160;TM56 文献标识码： A1 引言电动机操作机构是美式环网柜中负荷开关的操动机构，通过该机构可以对负荷开关进行电动和手动操作，实现负荷开关的“合” 、“分” 、“接地”等功能。目前现场运行中出现较多的问题就是电动操作传动不灵活，分、合闸过程容易出现不到位的情况；手动操作费力，给电力系统带来了很大的隐患。因此，对于操动机构的结构、高可靠和小型化研究已成为电力方面发展的热点1。但操动机构的类型多，结构差异大2-5，在设计操动机构时，必须注意其动作的可靠性，而且需要结合制造和维修方面的经验来进行研制与改进。基于发展的需要和用户的需求，本文对原有的操动机构进行了结构改进和研制，取得了很好的效

6、果。2 原操动机构原理及存在缺点操动机构动作如图1所示。当该机构电动操作时，电机通电，带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，由于大齿轮通过平键与传动轴相连，所以传动轴随之转动，与之相连的连接套也转动，负荷开关实现“合”、“分”、“接地”等操作。图1 原操动机构结构简图手动操作时，用操作杆转动传动轴六角套，通过传动轴，连接套传递扭矩来实现负荷开关的“合”、“分”、“接地”等操作。由于大齿轮与传动轴通过平键连接，传动轴的转动必然引起大齿轮的转动，则大齿轮带动小齿轮，小齿轮再带动电动机里的减速机构，该减速机构的传动比很大，需较大的扭矩才能驱动，所以该操作机构在手动操作时存在以下问题：（1） 需要的操

7、作扭矩较大，超过规定的扭矩110150N.m范围；并且操作人员对负荷开关的弹簧力没有直接而真实的感受。（2） 操作中途停止时，负荷开关中的弹簧回弹力不足以克服电动机减速机构的阻力，则传动轴不能回位，传动轴上指示“合”、“分”、“接地”等状态的指针处于中间位置，造成识别困难，容易造成事故。3操动机构改进与研制为了克服上述弊端，对原来的结构进行改进，设计一套手动脱开机构，该设计考虑到有利于对原操作机构进行改造，降低成本，是在箱体结构尺寸不变的条件下进行的，充分利用箱体的原有空间，通过增加手柄组件，拨叉组件，牙嵌组件，回位弹簧组件等来实现功能要求。图2 改进后操动机构的电动位置图该结构的大齿轮经重新

8、设计（如图2所示），与传动轴没有键连接，松套在传动轴上，为防止大齿轮轴向移动，在传动轴上安装有轴向挡圈。为了增加牙嵌的活动空间，去掉大齿轮的凸台，厚度减少10mm（实践证明：厚度的减少并未影响大齿轮的转动稳定性），与之相对的前轴套厚度减少2mm。大齿轮的端面上有两轴销2可以与牙嵌槽配合，传递扭矩。而牙嵌内孔有两对称的通槽，与传动轴上轴销3相配合，使压嵌可以沿传动轴的轴向滑动，并且牙嵌的转动也可以通过轴销3带动传动轴转动。拨叉通过销轴1与拨叉座连接，使拨叉可绕销轴1摆动，手柄轴穿过拨叉臂上的长槽孔，手柄轴上的台阶面及被螺母固定的轴套1用来限制拨叉与手柄轴的相对位置。当负荷开关需要手动操作时，用操

9、作杆转动手柄轴六角套到“手动”位置（如图3所示），与之焊接在一起的手柄板在导程套的导程上转动，迫使手柄轴向右移动，固定在手柄轴上的轴套1推动拨叉向右摆动，使牙嵌上的凹槽与大齿轮端面上的轴销2脱开。此时传动轴与电机的连接已经脱开，再用操作杆转动传动轴六角套，动力通过传动轴直接传递到负荷开关。图3 改进后操动机构的手动位置图当负荷开关需要电动操作时，用操作杆转动手柄轴六角套到“电动”位置（如图2所示），手柄板在导程套的导程上转动，并在回位弹簧的作用下迫使手柄轴向左移动，手柄轴上的台阶推动拨叉向左摆动，拨叉则拨动牙嵌沿传动轴向左滑动，直至牙嵌端面与大齿轮上的轴销接触，但还未咬合。此时给电机通电，小齿

10、轮带动大齿轮绕传动轴转动，当大齿轮上的轴销转到牙嵌上的凹槽位置时，牙嵌在弹簧力的作用下继续向左滑动，使轴销进入凹槽，实现牙嵌与大齿轮的啮合。这样，电机的动力通过小齿轮、大齿轮、牙嵌、传动轴、连接套等零件传递负荷开关，实现负荷开关的“合”、“分” 、“接地”等操作。该手动脱开机构的设计具有以下特点：（1） 首先要保证该机构的外形及安装尺寸不变，因为要对已完成箱体焊接加工的近千台成品和半成品进行改造，保持其外形及安装尺寸的不变，可以节省相当可观的成本。为此，必须充分利用原箱体内部结构的多余空间，把手动脱开机构设计的尽可能精巧、简洁、可靠。（2） 为了使电动机构的手动操作既简单又可靠，我将控制电动与

11、手动转换的结构设计成旋转式，与传动轴的操作方式相同；其操作帽即手柄轴六角套，与传动轴六角套的外形尺寸一致。这样，用一把操作手柄就可以实现对该机构的全部操作。（3） 拨叉座是通过在箱体侧壁上开的一个十字形缺口，从箱体外面安装的，该设计适当增加了拨叉组件在长度方向上的利用空间，有利于其功能的可靠实现，同时也方便机构的安装调试。（4） 轴销2的工作部分设计成圆锥角为14°的圆台，与之对应的牙嵌缺口上也是单边为7°的斜面，该设计有利于大齿轮与牙嵌的顺利脱离，同时也能保证大齿轮与牙嵌的可靠啮合。4 试验验收该机构在试验台上验收，到临近合闸或临近分闸位置时停电，手动脱开装置能自如脱开。

12、测试负荷开关机构的扭矩在140160N.m之间，操作机构扭矩在110150N.m范围内，通电试验合闸和分闸各20次，每次都能到位且手动脱开自如。通电试验接近合闸或分闸位置时，迅速断电，手动脱开自如，指针回位手动部分：在最大储能时搬动手柄轴，牙嵌轻松脱开，保证开关复位。5 结论电动机操作机构经过改进之后，有效地解决了原结构的弊端，而且外型及几何尺寸没有变化，不影响对机构更换安装，手动操作简单、动作可靠,已得到广泛的应用。【参考文献】1苑舜. 高压断路器弹簧操动机构M.北京,机械工业出版社,2001.8:35-38.2周丽丽,方春恩等. 真空断路器永磁操动机构动态特性仿真及实验J.低压电器,2008,(