一种高压开关设备三工位隔离开关的操作机构的制作方法

本发明涉及一种高压开关设备三工位隔离开关的操作机构。

背景技术：

高压开关设备是指在电压3kv及以上，频率50hz及以下的电力系统中运行的户内和户外交流开关设备。主要用于电力系统的控制和保护，其既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。因此，高压开关设备是非常重要的输配电设备，其安全、可靠运行对电力系统的安全、有效运行具有十分重要的意义。

三工位隔离开关常用于全封闭组合电器或环网柜中，并不是一个单独的产品。所谓三工位是指三个工作位置：1、隔离开关主断口接通的合闸位置；2、主断口分开的隔离位置；3、接地侧的接地位置。三工位开关其实就是整合了隔离开关和接地开关两者的功能，并由一把刀来完成，这样就可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀。因为一把刀只能在一个位置，而不像传统的隔离开关，主刀是主刀，地刀是地刀，两把刀之间就可能出误操作。而三工位隔离开关用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一时刻是唯一的，不是在主闸合闸位置，就是在隔离位置或接地位置。传统的gis中，隔离开关和接地开关是两个功能单元，使用电气联锁进行控制，现在最新设计就是使用三工位隔离开关，避免了误操作的可能性。

如图1所示为现有的三工位隔离开关安装于柜体5中的安装示意图，三工位隔离开关包括三工位隔离刀1、隔离刀转轴2、连杆传动机构3和操作机构4，三工位隔离刀1通过隔离刀转轴2可转动的安装在柜体5内，隔离刀转轴2的一端与连杆传动机构3的上端连接，操作机构4设有操作主轴19，连杆传动机构3的下端与操作主轴19的尾端连接，操作主轴19的前端从操作机构4的前面板露出，通过外部的摇柄工具与操作主轴19的前端连接，工人转动摇柄工具即可手动转动操作主轴19。在操作机构4的前面板上通过挡板旋转轴43安装有可转动的挡板42，在不操作操作机构4时，挡板42下垂挡于操作主轴19的正前方，在需要操作机构4时，需要向侧边转动挡板42，才能使得操作主轴19露出。

如图2所示为现有的三工位隔离开关的三工位隔离刀1位于隔离位置时的示意图，此时的三工位隔离刀1位于合闸静触头6和接地静触头7之间，与合闸静触头6和接地静触头7均不接触。

如图3所示为三工位隔离刀1与隔离刀转轴2的装配示意图。如图4所示为三工位隔离开关分别处于合闸位置、隔离位置和接地位置时三工位隔离刀1的所处状态的示意图。

如图5、6所示为操作机构4的核心部件的装配示意图，操作机构4还包括电机11、第一齿轮12、第二齿轮16、拨盘焊接件13、两个拨盘凸轮14、槽轮15、限位板焊组件17和限位盘18。第二齿轮16比第一齿轮12大，上述核心部件均安装于操作机构4的安装箱上。该操作机构4除了可以通过手动转动操作主轴19实现手动操作外，还可以通过控制电路控制电机11的转动，从而带动操作主轴19转动，实现电动操作。

电机11的输出轴与第一齿轮12连接，第一齿轮12与第二齿轮16啮合，在第二齿轮16的前表面的一侧固定着拨盘焊接件13，在拨盘焊接件13的前表面上固定安装着两个拨盘凸轮14。在操作主轴19上固定安装着槽轮15和限位盘18，槽轮15上开有4个与拨盘凸轮14配合的滑槽。在第二齿轮16带动拨盘凸轮14转动过程中，拨盘凸轮14滑入滑槽中并带动槽轮15转动，在转动一定角度后拨盘凸轮14从滑槽中滑出，两个拨盘凸轮14轮流滑入滑槽中带动槽轮15转动，第二齿轮16每转动一圈，槽轮15将转动90°。在槽轮15的带动下，限位盘18也将一起转动，限位盘18的圆弧侧边上开有3个限位槽。如图10所示，在三工位隔离开关处于合闸位置、隔离位置和接地位置时分别有一个限位槽转动至限位盘18的上方。

如图7所示的现有的限位板焊组件17，其包括限位板26，在限位板的一侧面上固定有卡销24和旋转销25，在限位板的另一侧面上固定有弹簧挂销23。如图8和9所示，限位板26通过旋转销25与操作机构4上的固定支承板30配合安装，实现可上下转动的安装在操作机构4中，卡销24卡入位于上方的限位槽中，在操作机构4上固定有弹簧挂板28，弹簧挂销23与弹簧挂板28通过限位弹簧29连接，限位弹簧29的弹力使得卡销24保持卡于限位槽中。通过卡销24对限位盘18的限制，使得三工位隔离开关处于合闸位置、隔离位置和接地位置时，不会被随意转动，实现限位。

但是上述的限位并不可靠，如图2所示三工位隔离开关的三工位隔离刀1位于隔离位置时，三工位隔离刀1会在重力作用下产生一个绕隔离刀转轴2转动的转矩，该转矩再通过连杆传动机构3传递给了操作主轴19。随着电流等级的增加，三工位隔离刀1触指数会相应增多以增大通流能力，三工位隔离刀1的重量也就随着增加，进而传递到操作主轴19的转矩也会增加，且随着机构运行次数的增加，系统的摩擦阻尼会相应减小，限位弹簧29的弹性系数会相应减小。在机械寿命试验时发现：大电流开关设备的三工位隔离开关的机械寿命进行到一定的次数后，隔离位置的隔离刀只要受到很小的力就会从隔离位置掉落的接地位置，卡销24在转矩的作用下被顶出限位盘18的限位槽，隔离限位失效。此时，操作机构并没有报警程序，一旦电机再次运行，传动系统就会干涉，可能使零件扭曲变形甚至烧坏电机。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高压开关设备三工位隔离开关的操作机构，其确保了三工位隔离开关在隔离位置时的限位可靠性，提高了三工位隔离开关的安全系数，且该操作机构不影响三工位隔离开关的电动操作和手动操作。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种高压开关设备三工位隔离开关的操作机构，包括安装箱和其内的操作主轴、电机及第二齿轮，操作主轴上固定安装有槽轮和限位盘，电机带动第二齿轮转动，在第二齿轮上固定有用于拨动槽轮转动的拨盘凸轮，在限位盘上方设有限位板焊组件，其包括设有回位弹簧的限位板，限位板的一侧面的两端分别固定有卡销和旋转销，限位板通过旋转销可摆动地安装在安装箱上，且其卡销刚好可依次卡在所述限位盘上的三工位限位槽内；操作主轴前端从安装箱前面板开有的操作孔露出，在安装箱前面通过挡板旋转轴安装有挡板挡住操作孔，操作主轴的后端通过连杆机构连接三工位隔离开关的主轴；其特征是：

除在所述的限位板的另一侧面上增设有固定的限位圆柱外，还另设有：

摆杆，其下端可左右自由摆动地套装于操作主轴上，上端安装有水平的卡爪，所述卡爪只能往上转动，摆杆设有复位弹簧来复位至垂直向上位置，当摆杆处于垂直向上位置时，卡爪的活动端位于限位圆柱的上面限制其跳起；

顶块，固定于挡板旋转轴上，当挡板未被转动时顶块处于下垂位置，并位于卡爪上面限制其跳起，转动挡板可使得顶块与卡爪错开；

平动板，安装在第二齿轮轴上通过第二齿轮的转动可带动其向一侧水平移动，平动板还通过销轴与摆杆上的垂直腰孔连接使得平动板可带动摆杆摆动。

工作原理：在电机驱动第二齿轮转动过程中，带动平动板水平移动，随之由平动板带动摆杆向一侧摆动，卡爪与限位圆柱错开，此时限位板可向上转动，在第二齿轮转完一圈时，摆杆回到垂直向上位置。

所述平动板一端通过销轴与摆杆连接，另一端通过水平的腰孔套于第二齿轮的安装轴上，并在该端设有挡边，在第二齿轮的安装轴上固定有行程凸轮，挡边位于行程凸轮的侧边，通过复位弹簧的作用，挡边保持与行程凸轮的侧面接触，通过行程凸轮带动平动板向一侧水平移动。

所述行程凸轮的侧边由一段弧形边和直边组成，当摆杆处于垂直向上位置时，直边与挡边贴合，行程凸轮转动时，通过弧形边对挡边的作用使得平动板向一侧水平移动。

所述平动板的与摆杆连接的一端设有槽口，槽口的宽度大于操作主轴的直径，操作主轴穿于该槽口中。

所述摆杆的下端固定有安装环，安装环包括上半圆弧件和下半圆弧件，上半圆弧件的上端与摆杆的下端连接，上半圆弧件和下半圆弧件的两端通过螺栓连接，上半圆弧件和下半圆弧件形成的中部圆的直径大于操作主轴的直径，操作主轴穿过上述中部圆，在安装环的前后侧分别设有固定于操作主轴上的环形板对安装环进行限位。

所述复位弹簧一端固定于摆杆的侧面，另一端固定于安装箱上，复位弹簧的弹力方向与行程凸轮作用于挡边上的力的方向相反，在安装箱上还固定有档杆，档杆与复位弹簧同侧，当摆杆处于垂直向上位置时，档杆的侧端顶于摆杆的侧面上。

在所述摆杆的上端开有卡爪安装槽，卡爪的一端通过卡爪销安装于卡爪安装槽中，当卡爪位于水平位置时，卡爪的下端面顶于安装槽的底面上，在卡爪的该端的上面安装有扭簧，扭簧保持往下压卡爪的弹力，当摆杆处于垂直向上位置时，卡爪的另一端顶于限位圆柱的上面。

在所述第二齿轮从开始转动至58°过程中，行程凸轮带动平动板移动，卡爪与限位圆柱错开，当第二齿轮转动65°时，拨盘凸轮开始拨动槽轮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过卡爪顶住限位圆柱，使得限位板焊组件在隔离状态时被可靠限位，对于大电流的开关设备，即使三工位隔离刀的重量大大增加了，也不会出现隔离失效的情况，消除了原机构存在的限位不可靠的安全隐患，提高了三工位隔离开关的安全系数。

2、在手动操作本发明时，需要向侧边转动挡板，此时顶块与卡爪错开，卡爪可向上转动，不会影响操作机构的手动操作。在电动操作时，电机带动第二齿轮转动，第二齿轮带动平动板水平移动，从而带动摆杆向一侧摆动，此时卡爪与限位圆柱错开，限位板可向上转动，不会影响操作机构的电动操作。

3、在电动操作中，本发明还合理利用在拨盘凸轮还未作用于槽轮时的空转行程对限位板解锁，实现可靠操作，即在第二齿轮从开始转动至58°过程中，拨盘凸轮空转，行程凸轮带动平动板移动，卡爪与限位圆柱错开，限位板可向上转动，当第二齿轮转动65°时，拨盘凸轮才开始拨动槽轮。

附图说明

图1是现有的三工位隔离开关安装于柜体中的安装示意图；

图2是现有的三工位隔离开关的三工位隔离刀位于隔离位置时的示意图；

图3是现有的三工位隔离开关的三工位隔离刀与隔离刀转轴的装配示意图；

图4是现有的三工位隔离开关分别处于合闸位置、隔离位置和接地位置时三工位隔离刀所处状态的示意图

图5是现有的三工位隔离开关的操作机构的核心部件的装配示意图之一；

图6是现有的三工位隔离开关的操作机构的核心部件的装配示意图之二；

图7是现有的三工位隔离开关的操作机构的限位板焊组件的结构示意图；

图8是现有的三工位隔离开关的操作机构的限位板焊组件的安装示意图之一；

图9是现有的三工位隔离开关的操作机构的限位板焊组件的安装示意图之二；

图10是现有的三工位隔离开关分别处于合闸位置、隔离位置和接地位置时限位盘所处状态的示意图；

图11是本发明操作机构的限位板焊组件的结构示意图；

图12是本发明操作机构的平动板的结构示意图；

图13是本发明操作机构的摆杆的结构示意图之一；

图14是本发明操作机构的摆杆的结构示意图之二；

图15是本发明操作机构的平动板的安装示意图；

图16是本发明操作机构的内部部件的装配示意图之一；

图17是本发明操作机构的内部部件的装配示意图之二；

图18是本发明操作机构的拨盘凸轮与槽轮的位置示意图；

图19是本发明操作机构的第二齿轮转动58°时行程凸轮与平动板的位置示意图；

图20是本发明操作机构的第二齿轮转动65°时拨盘凸轮与槽轮的位置示意图；

图21是本发明操作机构的摆杆向侧边摆动，卡爪与限位圆柱错开时的示意图；

图22是本发明操作机构的顶块与卡爪错开时的示意图。

图中附图标记含义：

1-三工位隔离刀；2-隔离刀转轴；3-连杆传动机构；4-操作机构；5-柜体；6-合闸静触头；7-接地静触头；11-电机；12-第一齿轮；13-拨盘焊接件；14-拨盘凸轮；15-槽轮；16-第二齿轮；17-限位板焊组件；18-限位盘；19-操作主轴；24-卡销；25-旋转销；26-限位板；28-弹簧挂板；29-限位弹簧；30-固定支承板；42-挡板；421-挡板旋转轴；422-定位套筒；110-限位圆柱；120-平动板；121-销轴；122-水平腰孔；123-槽口；130-摆杆；131-第一挂簧板；132-上半圆弧件；133-下半圆弧件；134-中部圆；135-垂直腰孔；136-档杆；137-第二挂簧板；138-复位弹簧；140-卡爪；141-扭簧；150-行程凸轮；160-顶块；170-环形板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

本发明为在背景技术介绍的现有的三工位隔离开关的操作机构的基础上进行的改进，该实施例的三工位隔离开关的操作机构包括操作主轴、电机、第二齿轮和安装箱，操作主轴上固定安装有槽轮和限位盘，电机带动第二齿轮转动，在第二齿轮上固定有用于拨动槽轮转动的拨盘凸轮，在操作机构前面通过挡板旋转轴安装有挡板，上述的操作机构的结构与现有技术的相同，不同的结构在于：

如图11所示的限位板焊组件，限位板焊组件包括限位板26，在限位板26的一侧面的两端分别固定有卡销24和旋转销25，在限位板26的另一侧面上固定有弹簧挂销23，在固定弹簧挂销23所在侧面上增设了限位圆柱110，弹簧挂销23、限位圆柱110与卡销24位于同一端，限位圆柱110的位置与卡销24的位置对应。

如图16和17所示，该操作机构还包括了摆杆130、顶块160和平动板120。如图13所示，摆杆130的下端固定有安装环，安装环包括上半圆弧件132和下半圆弧件133，上半圆弧件132的上端与摆杆130的下端连接，上半圆弧件132和下半圆弧件133的两端通过螺栓连接，上半圆弧件132和下半圆弧件133形成的中部圆134的直径大于操作主轴19的直径，操作主轴19穿过上述中部圆134，实现摆杆130可左右自由摆动的套装于操作主轴19上。

在摆杆130上端安装有水平的卡爪140，卡爪140的具体安装结构为：在摆杆130的上端开有卡爪安装槽，卡爪140的一端通过卡爪销142安装于卡爪安装槽中，当卡爪140位于水平位置时，卡爪140的下端面顶于安装槽的底面上，实现卡爪只能往上转动。如图14所示，在卡爪140的该端的上面安装有扭簧141，扭簧141保持往下压卡爪140的弹力，当摆杆130处于垂直向上位置时，卡爪140的另一端位于限位圆柱110的上面。

如图17所示，与第二齿轮所在位置相对的另一侧安装有水平的复位弹簧138和档杆136，复位弹簧138一端通过第一挂簧板131固定于摆杆130的侧面，另一端通过第二挂簧板137固定于安装箱上，复位弹簧138保持对摆杆130产生拉力，档杆136固定于安装箱上，当摆杆130处于垂直向上位置时，档杆136的侧端顶于摆杆130的侧面上，通过复位弹簧138和档杆136的配合，可使得摆杆130自动复位至垂直向上位置。

如图17所示，顶块160上端设有安装孔，通过安装孔套于挡板旋转轴421上，在挡板旋转轴421上设有轴肩，还固定有定位套筒422，通过轴肩和定位套筒422将顶块160固定于挡板旋转轴421上。当摆杆130处于垂直向上位置，且挡板42未被转动时，顶块160垂直向下并顶于卡爪140上面，转动挡板42可使得顶块160与卡爪140错开，从而解除对限位板26的锁定。

如图12所示，平动板120的一端设有槽口123，槽口123的宽度大于操作主轴19的直径，操作主轴19穿于该槽口123中，在摆杆上开有垂直腰孔135(图13)。如图15所示，平动板120的该端通过销轴121与摆杆130的垂直腰孔135连接，平动板120与摆杆130可以相对转动。平动板120的另一端通过水平腰孔122套于第二齿轮16的安装轴10上，并在该端的侧边折弯成挡边121，在第二齿轮16的安装轴10上固定有行程凸轮150，行程凸轮150位于平动板120的前面，挡边121位于行程凸轮150的侧边。

通过复位弹簧138的作用，挡边121保持与行程凸轮150的侧面接触。行程凸轮150的侧边由一段弧形边和直边组成，当摆杆130处于垂直向上位置时，直边与挡边121贴合，行程凸轮150转动时，通过弧形边对挡边121的作用使得平动板120向一侧水平移动，实现了通过行程凸轮150带动平动板120向一侧水平移动。

在操作主轴19上还固定有前后两个环形板170，安装环和平动板120限位在两个环形板170之间。在第二齿轮16转动过程中，带动平动板120水平移动，由平动板120带动摆杆130向一侧摆动，卡爪140与限位圆柱110错开，此时限位板26可向上转动，在第二齿轮16转完一圈时，摆杆130回到垂直向上位置。

本发明在手动操作时，首先需向侧边转动挡板42，以使得操作主轴19的前端露出，此时挡板旋转轴421带动顶块160转动，如图22所示，顶块160与卡爪140错开，卡爪140可向上转动。再通过外部的摇柄工具与操作主轴19的前端连接，手动转动摇柄工具带动操作主轴19转动，卡销24滑出限位盘18的限位槽，限位板26绕旋转销25向上转动。

在电动操作时，如图18所示为初始时拨盘凸轮与槽轮的位置关系，由电机11带动第二齿轮16转动，如图19所示，在第二齿轮16从开始转动至58°过程中，行程凸轮150带动平动板120移动，平动板120带动摆杆130向该侧摆动，如图21所示，卡爪140与限位圆柱110错开，限位圆柱110与顶块160之间间隔有一定距离，限位板26可以向上转动，完成解锁，保证机构后续的动作无干涉。如图20所示，当第二齿轮转动65°时，拨盘凸轮14开始拨动槽轮15，卡销24滑出限位盘18的限位槽。可见，本发明确保了三工位隔离开关在隔离位置时的限位可靠性，且不影响三工位隔离开关的电动操作和手动操作。