碟簧液壓機構(gòu)原理及常見故障分析

李良創(chuàng) 龍民權(quán) 齊向東 吳澤宇 梁志權(quán)

摘 要：文章主要針對碟簧液壓機構(gòu)進行研究與分析，首先要明確碟簧液壓機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后結(jié)合其工作情況指出其應(yīng)用中存在的一些典型故障和問題，最后針對故障和問題提出常見故障的處理方法，以推動碟簧液壓機構(gòu)發(fā)展與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：碟簧液壓機構(gòu);原理;故障;對策

0 引言

電網(wǎng)發(fā)展水平提高對斷路器操作機構(gòu)提出越來越高要求，希望不斷提高其穩(wěn)定性與可靠性，碟簧儲能液壓機構(gòu)作為其中關(guān)鍵的一環(huán)，往往采用模塊化設(shè)計以提升其緊湊性，這種設(shè)計模式通過減少液壓元件和簡化管路的方式，實現(xiàn)了密封環(huán)節(jié)的減少，對其可靠性和密封性能的提升具有重要意義，保證最終的碟簧液壓機構(gòu)操作功大、動作穩(wěn)定、尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊。這種碟簧液壓機構(gòu)和提供的活塞壓縮氮氣式儲能器相比具有更大的優(yōu)越性，具有更佳的應(yīng)對環(huán)境溫度變化的能力，也能夠有效避免應(yīng)用過程中可能產(chǎn)生的燃氣泄露，對提升活塞壓縮氮氣式儲能器工作水平、降低工作壓力具有重要作用。另外在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減小尺寸方面，還極大地降低了材料的使用率和產(chǎn)品成本，對提高其市場競爭力是具有重要意義的?；谶@些優(yōu)勢和特色，碟簧液壓機構(gòu)在未來超、特高壓斷路器用操動機構(gòu)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 碟簧液壓機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

碟簧液壓機構(gòu)呈現(xiàn)出典型的緊湊化、模塊化特征，液壓缸作為整個碟簧液壓機構(gòu)的中心，行程開關(guān)、控制閥、儲能缸以及油泵電機均布置在中心液壓機構(gòu)側(cè)面，碟簧液壓機構(gòu)的下部進行儲能元件組合碟簧的布置，而上部布置支持碟簧液壓機構(gòu)運行的油箱，構(gòu)成的操動單元和斷路器本體之間以連接座的方式進行連接，這種設(shè)計方式使整個碟簧液壓機構(gòu)美觀、簡約、緊湊。整個碟簧液壓機構(gòu)借助液壓傳動、碟簧儲能壓縮的方式進行相關(guān)的工作，實現(xiàn)液壓缸和斷路器觸頭操動與控制，完成合閘、分閘動作[1]。

2 碟簧液壓機構(gòu)工作原理分析

2.1 儲能過程

當(dāng)機構(gòu)失壓時，行程開關(guān)的接點導(dǎo)通控制，電機通電，電機轉(zhuǎn)動帶動油泵將油從低壓區(qū)泵向高壓區(qū)，隨著高壓油量的增加，高壓油推動儲能活塞向上運動，儲能活塞帶動提升桿向上運動，提升桿帶動拖盤壓縮彈簧，到達預(yù)定位置時，行程開關(guān)的接點斷開，電機停轉(zhuǎn)。由于密封系統(tǒng)的作用，彈簧被保持在壓縮狀態(tài)。

2.2 分閘過程

當(dāng)分閘閥接收到分閘信號，切換閥切換到分閘狀態(tài)，傳動桿底部失壓，傳動桿上部的高壓油推動傳動桿向下運動，完成分閘操作。

2.3 合閘過程

當(dāng)?shù)蛷椈杀粔嚎s時傳動桿的密封部位上部始終處于系統(tǒng)的高壓之下，在分閘狀態(tài)下，傳動桿密封部位下部處于低油壓狀態(tài)，這樣傳動桿被牢牢控制在分閘狀態(tài)。當(dāng)合閘閥接收到合閘信號，切換閥切換到合閘狀態(tài)，傳動桿底部與高壓油相連，此時傳動桿的上部和下部都充以高壓油，由于壓差的作用，傳動桿向上運動，完成合閘操作。

2.4 控制閥工作原理

分合閘線圈得電均會驅(qū)動控制閥變位。當(dāng)分閘線圈得電時，控制閥相應(yīng)動作，將傳動桿底部觸頭底面油路中油由高壓油切換至低壓油路，實現(xiàn)分閘;當(dāng)合閘線圈得電時，控制閥相應(yīng)動作，將傳動桿底部觸頭底面油路中油由低壓油切換至高壓油路，從而實現(xiàn)合閘[2]。

2.5 機械閉鎖

在合閘狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到一定程度時，閉鎖桿上的彈簧推動其向里運動，頂住傳動桿上的溝槽，使傳動桿不能運動。

2.6 電氣報警和閉鎖

行程開關(guān)上共有8對接點，分別控制電機的啟動、OCO報警、OCO閉鎖、CO報警、CO閉鎖、O報警、O1閉鎖、O2閉鎖。當(dāng)彈簧儲能或卸壓時，行程開關(guān)的夾板隨著彈簧的運動而上下移動，到達一定的位置時，夾板上的凸起觸動開關(guān)上的小輪頂起接點或斷開。

2.7 打壓次數(shù)

機構(gòu)在1天之內(nèi)打壓10次以內(nèi)是正常的，如果超過10次，需對機構(gòu)進行進一步的觀察，如果打壓次數(shù)在發(fā)展，說明泄露點在發(fā)展，需要維修。判斷泄露是否合格也可以關(guān)閉電機電源，在24小時內(nèi)彈簧下降不能超過15 mm。

3 碟簧液壓機構(gòu)常見故障分析

3.1 外部泄露

導(dǎo)致碟簧液壓機構(gòu)外部泄露的原因較多，首先是低壓接頭外密封和常高壓接頭外密封問題，如果發(fā)生泄露會直接導(dǎo)致外部泄露。另外油箱底部、濾油器、放油閥、油泵外殼等發(fā)生泄露，均會直接導(dǎo)致外部泄露問題的存在。除此之外，如果壓力組件活塞桿處密封圈損壞和固定密封位置的損壞也會導(dǎo)致外部泄露。

3.2 內(nèi)部泄露

內(nèi)部泄露也是碟簧液壓機構(gòu)常見故障之一，造成這一故障的主要原因包括控制閥閥線、動活塞密封圈以及吸油管老化、損壞等，這些老化問題和損壞問題，直接導(dǎo)致了內(nèi)部泄露問題。除此之外的放油閥關(guān)閉不嚴(yán)和高壓區(qū)通向低壓區(qū)密封圈損壞也直接導(dǎo)致內(nèi)部泄露問題。

3.3 拒合與據(jù)分

造成出現(xiàn)拒合與據(jù)分的原因也較多，本文結(jié)合實際情況主要指出以下幾點：電磁鐵線圈引線斷開或接觸不良、輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換不良、分閘球閥未關(guān)閉、油壓過低，電動閉鎖、一級閥頂桿彎曲、卡死、保持油路不通，合后又分、工作缸拉毛、卡車死、傳動系統(tǒng)卡車死以及合閘閥保持回路大量泄漏等。

3.4 油泵建壓慢

油泵建壓快慢是影響碟簧液壓機構(gòu)運行的關(guān)鍵要素，油泵建壓慢直接限制了碟簧液壓機構(gòu)運行質(zhì)量。造成油泵建壓慢的原因主要有柱塞配合太松，泄漏過大;油面過低;油泵低壓側(cè)有氣體（或漏氣）;吸油管壓扁，進油不通暢以及吸油閥泄漏安全閥關(guān)閉不嚴(yán)。另外，放油閥或控制閥關(guān)閉不嚴(yán)或合閘二級閥處于半分半合狀態(tài)也是導(dǎo)致油泵建壓慢的主要原因。

3.5 油壓異常

若保障碟簧液壓機構(gòu)正常運行必須保障油壓正常，不能過高或過低。導(dǎo)致油壓異常的原因主要有控制電動機啟動觸點損壞或停止、壓力表失靈、儲壓器氨氣側(cè)進油或漏氮氣或控制電動機的接觸器誤動作。

3.6 油泵發(fā)熱響聲

作為碟簧液壓機構(gòu)的又一常見故障，造成油泵發(fā)熱響聲的主要原因有吸油管內(nèi)無油或氣泡甚多、柱塞配合太緊而“脹死”、柱塞拉毛、咬死等。

4 碟簧液壓機構(gòu)常見故障應(yīng)對策略

4.1 外部泄露應(yīng)對策略

為有效避免外部泄露問題和故障，需要加強檢查與維護。針對低壓接頭外密封和常高壓接頭外密封不嚴(yán)的問題，為避免問題出現(xiàn)需要定期進行檢查，若發(fā)現(xiàn)問題需要進行必要的修理和更換。若發(fā)生了油箱底部、濾油器、放油閥、油泵外殼泄露的問題也必須進行科學(xué)處理，對相關(guān)器件進行科學(xué)處理和保養(yǎng)，能夠在一定程度上避免泄露問題。對于某些密封圈和活塞位置，均必須定期檢查，保證其密閉性，對密封圈也需要進行密封檢查。

4.2 內(nèi)部泄露應(yīng)對策略

面對控制閥閥線、動活塞密封圈以及吸油管這些老化、損壞問題，需要進行針對性處理，對于老化但仍能使用的零件進行研磨后繼續(xù)使用，對于損壞或老化程度過于嚴(yán)重的零件進行更換，以避免內(nèi)部泄露。

4.3 拒合與據(jù)分應(yīng)對策略

針對碟簧液壓機構(gòu)出現(xiàn)據(jù)合與據(jù)分的原因，必須采取針對性的措施。比如針對輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換不良、電磁鐵線圈引線斷開或接觸不良、一級閥頂桿彎曲、卡死等情況，需要對相應(yīng)零件進行科學(xué)處理或更換。對于油壓過、分閘球閥未關(guān)閉等問題的存在，需要進行檢查，保證各系統(tǒng)部分正常工作[3]。

4.4 油泵建壓慢應(yīng)對策略

針對油泵減壓慢存在的這些問題應(yīng)該進行處理，對于問題的原因進行逐一排查，針對問題提出相應(yīng)的策略，面對由零件損壞等引起的問題，需要對零件進行必要的修改和更換。針對故障需要進行排除，同時借助定期保養(yǎng)維護將油泵建壓慢問題發(fā)生率降低。

4.5 油壓異常應(yīng)對策略

為規(guī)避油壓異常問題，需要檢查、修理微動開關(guān)及接觸器，若發(fā)現(xiàn)接觸器上存在油垢等，需要去除接觸器上的污物、油垢。同時為保證油壓正常，還必須檢查內(nèi)壁粗糙度和更換密封圈。

4.6 油泵發(fā)熱響聲應(yīng)對策略

針對柱塞拉毛、咬死情況，需要進行零件更換。針對柱塞配合太緊而“脹死”問題，需要對柱塞進行重新研磨;最后面對吸油管內(nèi)無油或氣泡甚多問題，應(yīng)該進行排氣和加油。

5 結(jié)語

碟簧液壓機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及組成直接決定了其工作原理，雖然其具有穩(wěn)定性、可靠性、微型化等特征和優(yōu)越性，但在實際應(yīng)用過程中還可能存在一些故障和問題，為保證其科學(xué)應(yīng)用必須要解決這些故障與問題。同時，要借助新技術(shù)和新方法不斷提升碟簧液壓機構(gòu)發(fā)展應(yīng)用水平。

[參考文獻]

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[2]林占宏，金晨.基于連桿液壓復(fù)合機構(gòu)的壓鑄取件機器臂裝置設(shè)計及應(yīng)用[J].液壓氣動與密封，2020（11）：68-71.

[3]湯良.基于雙因果鍵合圖法液壓系統(tǒng)故障診斷[J].現(xiàn)代機械，2020（5）：60-65.

（編輯 王雪芬）