彈簧機(jī)構(gòu)用試驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)

李新剛 楊天明

摘要：對(duì)液壓緩沖器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)M裝置及緩沖器的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹、分析，根據(jù)彈簧機(jī)構(gòu)的特性及試驗(yàn)要求，進(jìn)行緩沖器結(jié)構(gòu)、行程，試驗(yàn)?zāi)M裝置傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，通過緩沖強(qiáng)度調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)、制造出符合要求的試驗(yàn)?zāi)M裝置。

關(guān)鍵字：緩沖器；試驗(yàn)?zāi)M裝置。

中圖分類號(hào)： TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0 引言

操動(dòng)機(jī)構(gòu)是組合電器的核心元件，其性能好壞會(huì)直接影響到組合電器的分合特性。彈簧機(jī)構(gòu)由于具有無漏油、受溫度影響小、動(dòng)作快、動(dòng)作平穩(wěn)、速度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于高壓開關(guān)領(lǐng)域。

彈簧機(jī)構(gòu)具有儲(chǔ)能高，運(yùn)動(dòng)速度高，沖擊大等特點(diǎn)，不能不帶負(fù)載，進(jìn)行空分、空合操作，否則對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)零部件造成嚴(yán)重?fù)p傷，機(jī)構(gòu)不能滿足壽命操作要求，報(bào)廢。因此要設(shè)計(jì)滿足要求的試驗(yàn)?zāi)M裝置，配合機(jī)構(gòu)完成操作試驗(yàn)。

彈簧機(jī)構(gòu)裝配完成后，要進(jìn)行出廠試驗(yàn)，對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使彈簧機(jī)構(gòu)的特性符合組合電器產(chǎn)品要求。彈簧機(jī)構(gòu)出廠試驗(yàn)時(shí)，需要配模擬裝置進(jìn)行試驗(yàn)。性能穩(wěn)定、安全性高、噪音小的試驗(yàn)?zāi)M裝置，是保證彈簧機(jī)構(gòu)特性準(zhǔn)確的必備條件。

本文對(duì)液壓緩沖器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)M裝置及緩沖器的原理進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種彈簧機(jī)構(gòu)用試驗(yàn)?zāi)M裝置，用于彈簧機(jī)構(gòu)出廠操作試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)?zāi)M裝置原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于液壓油有可壓縮性小，液壓緩沖器具有振動(dòng)小，噪音小等優(yōu)點(diǎn)，相較氣壓負(fù)載、配重塊負(fù)載振動(dòng)大，噪音大的特點(diǎn)，采用液壓緩沖器為負(fù)載的試驗(yàn)?zāi)M裝置具有穩(wěn)定性好，安全性高，噪音小的優(yōu)點(diǎn)。

如圖1所示，試驗(yàn)?zāi)M裝置以液壓緩沖器為負(fù)載，彈簧機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上后，通過拉桿、拐臂、軸、拐臂和緩沖器連接，彈簧機(jī)構(gòu)帶動(dòng)緩沖器動(dòng)作，完成出廠操作試驗(yàn)。

機(jī)構(gòu)角度測(cè)量指針固定在軸上，刻度固定在機(jī)架上，用以測(cè)量彈簧機(jī)構(gòu)輸出角度。彈簧機(jī)構(gòu)和拉桿、拐臂組成平行四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，與彈簧機(jī)構(gòu)的工作方式保持一致，能更好的模擬彈簧機(jī)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)。

如圖2所示，彈簧機(jī)構(gòu)的輸出角度，通過拐臂、拉桿，轉(zhuǎn)化為緩沖器的運(yùn)動(dòng)行程。由平行四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理得知，緩沖器端拐臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度等于機(jī)構(gòu)的輸出角度。選取緩沖器的擺動(dòng)角度為20°，作圖得緩沖器安裝軸到拐臂安裝軸的距離L。當(dāng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角度a后，作圖得拐臂與活塞桿連接點(diǎn)到緩沖器安裝軸的距離L1。

緩沖器的行程c計(jì)算：已知彈簧機(jī)構(gòu)的輸出角度a，拐臂長度b，緩沖器安裝軸到拐臂安裝軸的距離L，計(jì)算如下：

c≥L1-（L-b）

根據(jù)緩沖器的行程c、緩沖器受力情況，進(jìn)行緩沖器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。緩存器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)平行四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理、彈簧機(jī)構(gòu)整體尺寸、安裝方式，完成試驗(yàn)?zāi)M裝置的整體設(shè)計(jì)。

2 緩沖器的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及緩沖強(qiáng)度的調(diào)節(jié)

緩沖器由外缸體、內(nèi)缸體、活塞桿、上端蓋、下端蓋等零件組成，內(nèi)部加注液壓油，外缸體、內(nèi)缸體、上端蓋、下端蓋組成內(nèi)、外油腔?；钊趦?nèi)缸體內(nèi)移動(dòng)時(shí)，液壓油通過內(nèi)缸體上的孔、外油腔，在內(nèi)油腔的活塞兩端流動(dòng)。液壓油流動(dòng)時(shí)，在緩沖孔處形成的阻力，最終作用到活塞桿上，形成阻力負(fù)載。活塞桿上的阻力作為試驗(yàn)?zāi)M裝置的負(fù)載，用于模擬彈簧機(jī)構(gòu)負(fù)載，配合彈簧機(jī)構(gòu)完成出廠試驗(yàn)，見圖3。

根據(jù)機(jī)構(gòu)負(fù)載，預(yù)選取緩沖器的最高工作壓力為2Mpa，取安全系數(shù)為2，進(jìn)行受力分析，完成內(nèi)缸體、外缸體、連接螺栓等零部件的尺寸設(shè)計(jì)。

緩沖器動(dòng)作時(shí)形成的阻力負(fù)載與各零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸，活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，液壓油的特性有關(guān)，要準(zhǔn)確計(jì)算緩沖器的阻力負(fù)載較為困難，因此緩沖器緩沖強(qiáng)度調(diào)節(jié)，是必不可少的一步。

常用緩沖結(jié)構(gòu)有圓環(huán)面結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)緩沖，由于圓環(huán)面緩沖結(jié)構(gòu)加工精度高，可調(diào)節(jié)性差，孔緩沖結(jié)構(gòu)加工精度低，可調(diào)節(jié)性好的特點(diǎn)，一般緩沖器多采用小孔結(jié)構(gòu)緩沖。根據(jù)機(jī)構(gòu)的速度曲線，可經(jīng)驗(yàn)性的在內(nèi)缸體上設(shè)計(jì)緩沖孔。

內(nèi)缸體上緩沖孔的尺寸、數(shù)量，是決定緩沖器緩沖強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。當(dāng)緩沖強(qiáng)度大時(shí)，可通過增加緩沖孔數(shù)量或增大緩沖孔尺寸，降低緩沖強(qiáng)度；當(dāng)緩沖強(qiáng)度小時(shí)，可通過減少緩沖孔數(shù)量或減小緩沖孔尺寸，增強(qiáng)緩沖強(qiáng)度，見圖4。

緩沖器緩沖強(qiáng)度大，試驗(yàn)?zāi)M裝置的負(fù)載就大；緩沖器緩沖強(qiáng)度小，試驗(yàn)?zāi)M裝置的負(fù)載就小。

彈簧機(jī)構(gòu)出廠試驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量機(jī)構(gòu)的速度曲線，分、合閘時(shí)間，輸出角度。

當(dāng)彈簧機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩一定時(shí)，試驗(yàn)?zāi)M裝置的負(fù)載偏大時(shí)，就會(huì)降低彈簧機(jī)構(gòu)輸出速度，增加動(dòng)作時(shí)間；相反，試驗(yàn)?zāi)M裝置的負(fù)載偏小時(shí)，就會(huì)提高彈簧機(jī)構(gòu)輸出速度，降低動(dòng)作時(shí)間。

選擇一臺(tái)特性合格的彈簧機(jī)構(gòu)帶動(dòng)試驗(yàn)?zāi)M裝置進(jìn)行出廠操作試驗(yàn)，根據(jù)機(jī)構(gòu)速度曲線及分、合閘時(shí)間，調(diào)節(jié)緩沖器緩沖強(qiáng)度，使試驗(yàn)?zāi)M裝置符合試驗(yàn)要求。試驗(yàn)?zāi)M裝置調(diào)試完畢后，即可配合生產(chǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行出廠試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)?zāi)M裝置的點(diǎn)檢、維修

每臺(tái)彈簧機(jī)構(gòu)需要配試驗(yàn)?zāi)M裝置完成50次出廠操作試驗(yàn)，每月試驗(yàn)?zāi)M裝置需要進(jìn)行1萬次操作試驗(yàn)左右。每天需要對(duì)試驗(yàn)?zāi)M裝置的螺栓緊固、銷軸連接、密封等部位進(jìn)行檢查，確保試驗(yàn)?zāi)M裝置工作狀態(tài)正常，每月對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)配組合電器本體異常參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于試驗(yàn)?zāi)M裝置問題導(dǎo)致的彈簧機(jī)構(gòu)參數(shù)異常，要及時(shí)對(duì)試驗(yàn)?zāi)M裝置進(jìn)行維修，更換損壞的零部件。

4 結(jié)論

在對(duì)試驗(yàn)?zāi)M裝置及緩沖器原理介紹的基礎(chǔ)上，對(duì)緩沖器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及緩沖強(qiáng)度的調(diào)節(jié)進(jìn)行了說明。依據(jù)彈簧機(jī)構(gòu)技術(shù)要求及安裝尺寸，設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)M裝置，調(diào)節(jié)緩沖器緩沖強(qiáng)度，使試驗(yàn)?zāi)M裝置滿足試驗(yàn)要求。根據(jù)上述內(nèi)容設(shè)計(jì)的試驗(yàn)?zāi)M裝置，很好的滿足彈簧機(jī)構(gòu)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（4版）.機(jī)械工業(yè)出版社

【2】濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì).西北工業(yè)大學(xué)出版社

作者簡介：李新剛（1986-），男，陜西咸陽人，本科，2009年畢業(yè)于鄭州大學(xué)，機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)，職稱：助理工程師，職務(wù)：工藝員。主要研究方向：高壓斷路器、組合電器用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工藝技術(shù)。