一种用于动车真空断路器的气动执行系统的制作方法

本发明属于气动执行装置技术领域，特别涉及一种用于动车真空断路器的气动执行装置。

背景技术：

目前高铁运行时没有专门的车头来牵引整个列车组，而是在每一组列车上都安装有牵引电机，通过沿途的铁路接触网给每一组列车的牵引电机提供电能，相应的牵引电机驱动整个列车组运行。电能从沿途的铁路接触网通过列车上的受电弓进入列车的主电箱，主电箱中安装有真空断路器，用于控制列车上供电的通断。

现有技术中，真空断路器分为弹簧操作机构和永磁操作机构，操作机构通过控制真空灭弧室的上、下触头分开或接触，来控制真空断路器的分闸和合闸。真空断路器的上触头和下触头受到弹簧储能机构的巨大压力，因而真空断路器分闸、合闸时都需要巨大的能量。现有技术中往往用储能电机将弹簧压缩或拉伸，用于提供真空断路器分闸、合闸时需要的巨大能量，其不足之处在于：储能电机需要较大的电压进行驱动，不够节能；储能电机的体积较大，占用的空间过大，难以安装在列车的主电箱中，安装不够方便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于动车真空断路器的气动执行系统，通过先导阀和主阀控制气路的通断，来控制执行气缸的活塞杆伸缩，实现控制真空断路器分闸合闸，避免使用储能电机控制真空断路器，用在高铁列车上更加节能，整个装置结构紧凑，便于安装在列车上。

本发明的目的是这样实现的：一种用于动车真空断路器的气动执行系统，包括主阀、先导阀和执行气缸，主阀的阀体内同轴设置有主阀上腔、主阀中腔和主阀下腔，主阀上腔内周向密封配合设置有上阀芯，位于上阀芯下方的主阀上腔侧壁上开设有外排气孔，主阀下腔内设有下阀芯，上阀芯和下阀芯之间经穿过主阀中腔的主阀杆相连，主阀中腔上口设有与上阀芯相对应的上阀座，主阀中腔下口设有与下阀芯相对应的下阀座，主阀下腔内设有向上推挤下阀芯的复位弹簧；所述先导阀的阀体内同轴设置有先导阀上腔、先导阀中腔和先导阀下腔，先导阀上腔的上开口与外界大气连通，先导阀上腔内设有上先导阀芯，先导阀上腔的上开口处设有可推动上先导阀芯运动的可动压板，先导阀下腔内设有下先导阀芯，上先导阀芯和下先导阀芯相连，先导阀中腔上口设有与上先导阀芯相对应的上先导阀座，先导阀中腔下口设有与下先导阀芯相对应的下先导阀座，先导阀下腔内设有向上推挤下先导阀芯的弹性机构；所述执行气缸包括经由活塞分隔开的气缸上腔和气缸下腔，气缸上腔接通大气，气缸下腔接通主阀中腔；所述主阀下腔、先导阀下腔分别与气源相连，所述主阀上腔与先导阀中腔相连。

本发明工作时，可动压板向下压上先导阀芯，弹性机构压缩，上先导阀芯封堵住上先导阀座，下先导阀芯与下先导阀座分离，先导阀上阀口打开，气源向先导阀下腔通气，气体经先导阀中腔进入主阀上腔，气体推动上阀芯向下移动，复位弹簧压缩，上阀芯封堵住上阀座，下阀芯与下阀座分离，主阀下阀口打开，气源向主阀下腔通气，气体再通过主阀中腔进入气缸下腔，执行气缸的活塞杆向外伸出，真空断路器合闸；可动压板向下移动，在弹性机构的作用下，上先导阀芯复位，先导阀上阀口打开，先导阀下阀口关闭，主阀上腔内的气体依次进入先导阀中腔、先导阀上腔，主阀上腔内的气体最终进入大气排空，上阀芯在复位弹簧的作用下复位，主阀上阀口打开，主阀下阀口关闭，气缸下腔不再进气，执行气缸的活塞杆在外部负载作用下缩回，活塞将气缸下腔内的气体依次压入主阀中腔、主阀上腔，最终通过外排气孔排空，真空断路器分闸。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可动压板控制上先导阀芯和下先导阀芯动作，通过先导阀控制主阀气路的通断，气源通过主阀向执行气缸供气，执行气缸的活塞杆决定了真空断路器的分闸合闸，实现气动控制真空断路器的分闸合闸；先导阀的阀芯只需很小的动力就可以被控制，避免使用储能电机来控制真空断路器，储能电机工作时需要很大的电压，不够节能，存在危险，通过气动执行系统控制真空断路器分合闸，可以为高铁列车节能，实现进一步提升列车的速度，气动控制更加安全，保障了列车上众多乘客的生命安全。

作为本发明的进一步改进，所述上先导阀芯顶部设置有与可动压板相接触的压头，压头上部为弧形，可动压板下方对应设置有铁芯，铁芯与可动压板相垂直，铁芯外周缠绕有电磁线圈，可动压板采用磁性材料制成。电磁线圈通电时，铁芯产生磁性，将可动压板往下吸，可动压板将上先导阀芯往下压，先导阀的下阀口打开；电磁线圈失电时，铁芯失去磁性，可动压板向上移动，上先导阀芯复位，先导阀的下阀口关闭，电磁线圈所需的电流远小于储能电机的工作电流，更加节能；实现了通过电磁铁控制真空断路器的分闸合闸，自动化程度高，控制方便。

作为本发明的进一步改进，所述执行气缸的缸体由筒体，前盖和后盖组成，活塞设置在前盖和后盖之间，活塞上方为气缸上腔，活塞上设置有向外伸出的活塞杆，后盖上轴向开设有节流孔，节流孔为盲孔，后盖上还径向开设有与节流孔相连的进气通道，进气通道的进气口与主阀中腔相连通，活塞下方为气缸下腔，活塞下部设置有可在节流孔内轴向移动的节流环，节流环的上端封闭，下端设有通气口，节流环的侧面开设有若干与通气口相连通的通气孔，通气孔与节流孔相对应设置，节流环的侧面与节流孔之间留有节流间隙。气体从进气口进入进气通道，然后进入节流环的通气口，再从通气孔进入节流间隙，气体进入后盖上方后缓慢推动活塞上移，节流环的通气孔上部移动到后盖上方时，活塞的移动速度变快，直至活塞到达上顶点；活塞往下移动时，活塞开始的移动速度快，节流环的通气孔下部移动到后盖处时，气体需要通过节流间隙，活塞的移动速度变慢，通过设计节流间隙和节流环移动距离之间的配合关系，可以将活塞杆的伸出时间控制在120ms以内，活塞杆的缩回时间控制在60ms以内，实现推动真空断路器分闸合闸的时间不同。

为了便于调节节流环的移动距离，所述活塞杆的下端延伸穿过活塞，节流环套设在活塞杆上，活塞杆上螺纹连接有锁紧螺母，节流环与锁紧螺母之间设有调节垫片。

为了使得气动执行系统的结构更加紧凑，安装在主电箱内更加节省空间，所述主阀上设有第一安装面和第二安装面，第一安装面上设置有先导阀，第二安装面上设置有执行气缸。

作为本发明的进一步改进，所述先导阀上开设有与先导阀中腔相连的第一气通道以及与先导阀下腔相连的第二气通道，主阀上开设有与主阀上腔相连的第三气通道、与主阀下腔相连的第四气通道以及与主阀中腔相连的第五气通道，第一气通道和第三气通道相连通，第二气通道和第四气通道相连通，第四气通道与气源相连，第五气通道与气缸下腔相接通。先导阀中腔与主阀上腔通过第一气通道和第三气通道相连通，先导阀下腔与主阀下腔通过第二气通道、第四气通道相连通，主阀中腔与气缸下腔通过第五气通道相连通。在先导阀和主阀上开设气通道，避免在先导阀和主阀之间设置连接管道，结构更加紧凑，便于在主电箱内进行安装。

作为本发明的进一步改进，所述气源包括储气罐，储气罐内的气体经供气管进入第四气通道内。储气罐用来储存压缩空气，对执行气缸供气的气体保持稳压，避免波动，执行气缸的活塞移动更平稳，可精确控制真空断路器的分闸合闸。

作为本发明的进一步改进，所述弹性机构包括调节座，调节座与先导阀下腔之间设有密封圈，调节座中部开设有导向孔，导向孔内轴向设置有压簧，下先导阀芯伸入导向孔内，压簧的一端弹性抵触在调节螺栓上，另一端弹性抵触在下先导阀芯底部。下先导阀芯沿着导向孔上下移动，移动更加平稳，通过调节螺栓可以调整压簧的压缩距离，与可动压板的挤压力相匹配，使得压簧压紧下先导阀座。

作为本发明的进一步改进，所述上阀芯包括与主阀上腔相匹配的主阀活塞，主阀活塞底部嵌装有封塞。主阀活塞在主阀上腔内上下移动，封塞可封堵住主阀的上阀口。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为电磁铁、先导阀、主阀和执行气缸的结构示意图。

图3为先导阀和主阀的结构示意图。

图4为主阀的结构示意图。

图5为先导阀的结构示意图。

图6为后盖的结构示意图。

图7为执行气缸的局部结构示意图。

图8为图7中a处的放大图。

其中，1主阀，1a主阀上腔，1b主阀中腔，1c主阀下腔，2先导阀，2a先导阀上腔，2b先导阀中腔，2c先导阀下腔，3执行气缸，3a气缸上腔，3b气缸下腔，4上阀芯，4a主阀活塞，4b封塞，5外排气孔，6下阀芯，7主阀杆，8上阀座，9下阀座，10复位弹簧，11上先导阀芯，12可动压板，13下先导阀芯，14上先导阀座，15下先导阀座，16压头，17铁芯，18电磁线圈，19筒体，20前盖，21后盖，21a进气通道，21b节流孔，22活塞，22a活塞杆，23节流环，23a通气口，23b通气孔，24调整垫片，25锁紧螺母，26储气罐，27供气管，28调节座，29压簧，30调节螺栓，31节流间隙，n1第一安装面，n2第二安装面，k1第一气通道，k2第二气通道，k3第三气通道，k4第四气通道，k5第五气通道。

具体实施方式

如图1-8，为一种用于动车真空断路器的气动执行系统，包括主阀1、先导阀2和执行气缸3，主阀1的阀体内同轴设置有主阀上腔1a、主阀中腔1b和主阀下腔1c，主阀上腔1a内周向密封配合设置有上阀芯4，位于上阀芯4下方的主阀上腔1a侧壁上开设有外排气孔5，主阀下腔1c内设有下阀芯6，上阀芯4和下阀芯6之间经穿过主阀中腔1b的主阀杆7相连，主阀中腔1b上口设有与上阀芯4相对应的上阀座8，主阀中腔1b下口设有与下阀芯6相对应的下阀座8，主阀下腔1c内设有向上推挤下阀芯6的复位弹簧10；先导阀2的阀体内同轴设置有先导阀上腔2a、先导阀中腔2b和先导阀下腔2c，先导阀上腔2a的上开口与外界大气连通，先导阀上腔2a内设有上先导阀芯11，先导阀上腔2a的上开口处设有可推动上先导阀芯11运动的可动压板12，先导阀下腔2c内设有下先导阀芯13，上先导阀芯11和下先导阀芯13相连，先导阀中腔2b上口设有与上先导阀芯11相对应的上先导阀座14，先导阀中腔2b下口设有与下先导阀芯13相对应的下先导阀座15，先导阀下腔2c内设有向上推挤下先导阀芯13的弹性机构；执行气缸3包括经由活塞22分隔开的气缸上腔3a和气缸下腔3b，气缸上腔3a接通大气，气缸下腔3b接通主阀中腔1b；主阀下腔1c、先导阀下腔2c分别与气源相连，主阀上腔1a与先导阀中腔2b相连。上先导阀芯11顶部设置有与可动压板12相接触的压头16，压头16上部为弧形，可动压板12下方对应设置有铁芯17，铁芯17与可动压板12相垂直，铁芯17外周缠绕有电磁线圈18，可动压板12采用磁性材料制成。执行气缸3的缸体由筒体19，前盖20和后盖21组成，活塞22设置在前盖20和后盖21之间，活塞22上方为气缸上腔3a，活塞22上设置有向外伸出的活塞杆22a，后盖21上轴向开设有节流孔21b，节流孔21b为盲孔，后盖21上还径向开设有与节流孔21b相连的进气通道21a，进气通道21a的进气口与主阀中腔1b相连通，活塞22下方为气缸下腔3b，活塞22下部设置有可在节流孔21b内轴向移动的节流环23，节流环23的上端封闭，下端设有通气口23a，节流环23的侧面开设有若干与通气口23a相连通的通气孔23b，通气孔23b与节流孔21b相对应设置，节流环23的侧面与节流孔21b之间留有节流间隙31。活塞杆22a的下端延伸穿过活塞22，节流环23套设在活塞杆22a上，活塞杆22a上螺纹连接有锁紧螺母25，节流环23与锁紧螺母25之间设有调节垫片24。主阀1上设有第一安装面n1和第二安装面n2，第一安装面n1上设置有先导阀2，第二安装面n2上设置有执行气缸3。先导阀2上开设有与先导阀中腔2b相连的第一气通道k1以及与先导阀下腔2c相连的第二气通道k2，主阀1上开设有与主阀上腔1a相连的第三气通道k3、与主阀下腔1c相连的第四气通道k4以及与主阀中腔1b相连的第五气通道k5，第一气通道k1和第三气通道k3相连通，第二气通道k2和第四气通道k4相连通，第四气通道k4与气源相连，第五气通道k5与气缸下腔3b相接通。所述气源包括储气罐26，储气罐26内的气体经供气管27进入第四气通道k4内。所述弹性机构包括调节座28，调节座28与先导阀下腔2c之间设有密封圈，调节座28中部开设有导向孔，导向孔内轴向设置有压簧29，下先导阀芯13伸入导向孔内，压簧29的一端弹性抵触在调节螺栓30上，另一端弹性抵触在下先导阀芯13底部。上阀芯4包括与主阀上腔1a相匹配的主阀活塞4a，主阀活塞4a底部嵌装有封塞4b。

工作时，可动压板12向下压上先导阀芯11，压簧29压缩，上先导阀芯11封堵住上先导阀座14，下先导阀芯13与下先导阀座15分离，先导阀2上阀口打开，储气罐26经供气管27进入第四气通道k4，再经第二气通道k2、先导阀下腔2c、先导阀中腔2b、第一气通道k1、第三气通道k3进入主阀上腔1a，气体推动上阀芯4向下移动，复位弹簧10压缩，封塞4b封堵住上阀座8，下阀芯6与下阀座9分离，主阀1下阀口打开，储气罐26经供气管27、第四气通道k4向主阀下腔1c通气，气体再通过主阀中腔1b、第五气通道k5、进气通道21a进入气缸下腔3b，执行气缸3的活塞杆22a向外伸出，真空断路器合闸；可动压板12向下移动，在压簧29的作用下，上先导阀芯11复位，先导阀2上阀口打开，先导阀2下阀口关闭，主阀上腔1a内的气体通过第三气通道k5、第一气通道k1进入先导阀中腔2b、先导阀上腔2a，主阀上腔1a内的气体最终进入大气排空，上阀芯4在复位弹簧10的作用下复位，主阀1上阀口打开，主阀1下阀口关闭，气缸下腔3b不再进气，执行气缸3的活塞杆22a在外部负载作用下缩回，活塞22将气缸下腔3b内的气体经进气通道21a、第五气通道k5压入主阀中腔1b，最终通过主阀上腔1a的外排气孔7排空，真空断路器分闸。

本系统的优点在于：电磁铁12控制上先导阀芯11和下先导阀芯13动作，通过先导阀2控制主阀1气路的通断，储气罐26通过主阀1向执行气缸3供气，执行气缸3的活塞杆22a决定了真空断路器的分闸合闸，实现气动控制真空断路器的分闸合闸；先导阀2的阀芯只需很小的动力就可以被控制，避免使用储能电机来控制真空断路器，储能电机工作时需要很大的电压，不够节能，存在危险，通过气动执行系统控制真空断路器分合闸，可以为高铁列车节能，实现进一步提升列车的速度，气动控制更加安全，保障了列车上众多乘客的生命安全，将电磁铁、先导阀2和主阀1安装在主电箱内部，储气罐26安装在主电箱外，便于安装，节省空间。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。