一种机械减震方法及动能吸收限位装置与流程

本发明涉及机械减震领域，具体地讲，是涉及一种机械减震方法及动能吸收限位装置。

背景技术：

真空断路器是配电网络中用于保护电力设备使用安全的器件，在发生故障时自动切断电力。当发生跳闸情况时，断路器系统会产生分闸动能，在极短的时间内将电力切断，时间越短，所需的分闸动能越大；由于机构本身的限制，携带分闸动能的机构往往会产生回弹，越大的分闸动能，其产生的回弹越大，回弹会导致分闸断开的部分重新接触，降低断路效果，因此通常情况下会设置缓冲减震装置来消耗分闸动能，降低回弹。现有技术中采用传统油缓冲装置依靠油受压泄漏来使分闸动能消耗，如图1所示，以达降低分闸反震幅度的目的，一般缓冲行程为10mm，按照牛顿第三定律系统动能量在与油缓冲装置刚接着时会产生前期反震回弹行程，分闸动能量越到，该回弹行程越大，由于现有的结构设计原因，较大的多余动能量会使系统产生较大的反震回程，这对开关分闸性能影响很大，极易产生重燃，造成分闸失败，尤其是在现有的高压真空断路器结构中，分闸时高压产生电弧，即使可以通过灭弧室灭弧，但也需要一定时间，在这个时间内较大的反震回程会使分闸电弧在灭弧前重连，导致分闸失败，对线路的安全断电极为不利。经分析可见，该问题主要源于真空断路器分闸过程设计不合理，其中现有的这种油缓冲装置的结构设计存在缺陷是一个重要的方面。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种能够有效减小反震回程的机械减震方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机械减震方法，包括依次连接的主轴、太极阻尼缓冲限位凸轮和弹性缓冲限位板，其减震过程如下：

所述主轴受外力驱动转动，带动所述太极阻尼缓冲限位凸轮随动并使之将外力转化为轮面对弹性缓冲限位板的压力，该压力的变化幅度与该太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面曲线匹配，所述弹性缓冲限位板通过弹性缓冲吸收消耗该压力，实现减震；该太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面曲线满足公式

其中，p为轮面上任一点到其转动轴心的最短距离，r为以该转动轴心为圆心的内圆半径，R为圆心在该内圆圆周上的外圆半径。

上述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面曲线是申请人在总结、分析无重燃断电技术中无意发现的曲线，因它具有以柔克刚的性能，将之命名为太极阻尼曲线，基于该太极阻尼曲线的特殊数理性能和附着的特殊物理性能，使之成为实现高压真空断路器无重燃断电技术的关键，并应用该技术原理新设计了该机械减震方法及对应的装置，以便于无重燃断电核心技术能够更广泛地解决输配电网络和其他机械设备中存在的震动噪声问题，为提高人们的生活工作质量做贡献。

该太极阻尼曲线的推导过程如下：

将该凸轮圆面抽象为平面图形，设内圆圆心即转动轴心处为Q，轮面上任一点为P，穿过内外圆心的外圆直径AB，其中PQ距离为p，并设BP距离为a，AP距离为q，∠PQB为

根据勾股定理在△PAB中有a²＝4R²-q²……(式1)

根据余弦定理在△PAQ中有变换得

在△PBQ中有

将式2和式3代入式1中得

运算得数学方程式

求解得根解，即该曲线公式

可见，该太极阻尼曲线是与余弦函数相关联的具有特殊规律的曲线，其中正比于y＝cosx,2π≥x≥0，在该余弦函数曲线中可以发现0-π/6、π/6-π/3、π/3-π/2这些区间内，及是不一样的，使dp值在整个运动轨迹线上呈现出规律性的增长和降低，该曲线的曲率在一定区间内是不一样的，从而反应出所述太极阻尼缓冲限位凸轮在减震时使得分闸动能在低振幅范围内自然衰减的本质所在。

进一步地，所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面与所述弹性缓冲限位板的接触范围取其中的位置为内外圆心所在直径，且在该直径距离内圆圆心最远点的方向。

在应用中，基于轻量化原则，所述太极阻尼缓冲限位凸轮上内外圆心所在直径的非接触范围一侧做切角处理。

另一方面，根据该太极阻尼曲线的形成机理和固有特性，本发明提供的机械减震方法不仅可以应用于无重燃真空断路器的结构改进，而且还可以应用于其他对机械减震、降低机械噪音的装置上。

基于上述机械减震方法和原理，本发明还提供一种动能吸收限位装置，包括连接于外部机构上的主轴，安置于主轴上的太极阻尼缓冲限位凸轮，设置于主轴下方的支架，安置于支架上的缓冲支撑机构，安装于所述缓冲支撑机构上的弹性限位板，连接于主轴上的动能传递拐臂和过冲限位拐臂，以及位置与过冲限位拐臂对应且与之保持一定间距的过冲限位块，其中，所述弹性限位板上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触，所述过程限位拐臂的朝向与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触范围方向相同。

对于所述缓冲支撑机构和弹性限位板的结构设计，本发明中提供如下两种方案：

其一，所述缓冲支撑机构包括设置于支架上方用于安置所述弹性限位板的支撑台面，设置于支撑台面和支架之间的多层缓冲垫片，以及多个设置于支架上的将支撑台面和缓冲垫片均连接并保持其稳定的螺杆。

并且，所述弹性限位板包括上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触的阻尼限位块，连接于阻尼限位块下端面并穿过所述支撑台面设置的限位杆，连接于限位杆上并位于支撑台面下侧的限位螺母，套于限位杆上并位于阻尼限位块和支撑台面之间的压力弹簧，以及设置于压力弹簧和支撑台面之间的垫圈。

其二，所述弹性限位板包括上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触的阻尼限位板，以及设置于阻尼限位板底部的槽型弹簧，其中，该槽型弹簧底部作用于所述支架，该阻尼限位板还与所述缓冲支撑机构连接。

并且，所述缓冲支撑机构包括穿过支架与所述阻尼限位板连接的带有螺头的螺栓，设置于螺头与支架之间的垫圈，以及设置于支架与垫圈之间的缓冲胶套，其中，所述螺栓有多个，其将所述阻尼限位板稳定地限定于所述支架上方。

进一步地，所述动能传递拐臂和过冲限位拐臂安置于主轴上同一位置；所述太极阻尼缓冲限位凸轮有两个，其对称地设置于所述动能传递拐臂的两侧，相应地，所述缓冲支撑机构和弹性限位板配置与太极阻尼缓冲限位凸轮对应的两套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明基于新发现的太极阻尼曲线的形成机理和固有特性设计出太极阻尼缓冲限位凸轮，并在此基础上完善了无重燃真空断路器的减震装置和动能吸收限位装置，极大地降低了分闸中、后期反震回程和反弹，在机械减震、降低机械噪音、避免重燃等方面有着积极效果，能够有效保证真空断路器的使用安全性，而且本发明结构简单，设计巧妙，成本低廉，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

(2)本发明中通过设计的太极阻尼缓冲限位凸轮体现太极阻尼曲线的特定区间内的规律性变化，在减震时能够规律地低振幅动作，有效地避免反震回弹造成的分闸失败问题。

(3)本发明提供多种限位板连接结构，以在满足不同情形下的应用需求。

(4)本发明的减震装置不仅可以在无重燃真空断路器上应用，还能够在其他对减震要求高的领域应用，以达到提高减震效果、降低机械噪音等目的。

附图说明

图1为现有技术中油缓冲装置的示意图。

图2为本发明中机械减震方法的原理示意图。

图3为本发明中太极阻尼缓冲限位凸轮的结构示意图。

图4为本发明中太极阻尼曲线的原理图。

图5为余弦函数曲线图。

图6为本发明中动能吸收限位装置的一种结构示意图。

图7为本发明中动能吸收限位装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图2至图5所示，该机械减震方法，包括依次连接的主轴1、太极阻尼缓冲限位凸轮2和弹性缓冲限位板3，其减震过程如下：

所述主轴受外力驱动转动，带动所述太极阻尼缓冲限位凸轮随动并使之将外力转化为轮面对弹性缓冲限位板的压力，该压力的变化幅度与该太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面曲线匹配，所述弹性缓冲限位板通过弹性缓冲吸收消耗该压力，实现减震；该太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面曲线满足公式

其中，p为轮面上任一点到其转动轴心的最短距离，r为以该转动轴心为圆心的内圆半径，R为圆心在该内圆圆周上的外圆半径；通常地，R＞2r。

该曲线即为太极阻尼曲线，其推导过程如下：

如图4所示，将该凸轮圆面抽象为平面图形，设内圆圆心即转动轴心处为Q，轮面上任一点为P，穿过内外圆心的外圆直径AB，其中PQ距离为p，并设BP距离为a，AP距离为q，∠PQB为

根据勾股定理在△PAB中有a²＝4R²-q²……(式1)

根据余弦定理在△PAQ中有变换得

在△PBQ中有

将式2和式3代入式1中得

运算得数学方程式

求解得根解，即该曲线公式

如图5所示，根据余弦函数图，在0-π/6、π/6-π/3、π/3-π/2这些区间内，及是不一样的，使dp值在整个运动轨迹线上呈现出规律性的增长和降低，该曲线的曲率在一定区间内是不一样的，从而体现所述太极阻尼缓冲限位凸轮在减震时使得分闸动能在低振幅范围内自然衰减的本质所在。

进一步地，所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面与所述弹性缓冲限位板的接触范围取其中的位置为内外圆心所在直径，且在该直径距离内圆圆心最远点的方向。在应用中，基于轻量化原则，所述太极阻尼缓冲限位凸轮上内外圆心所在直径的非接触范围一侧做切角处理。

图2中，主轴在系统分闸动能产生的力F作用下，顺时针方向旋转，转至一定角度后其上的太极阻尼缓冲限位凸轮旋压使弹性缓冲限位板产生弹性变形生成正压力N，并同时产生与运动方向相反的摩擦力f阻止其运动趋势，并耗能；然后在系统回弹时，产生-f耗能，衰减的动能量在π/6点位附近再次回弹产生f摩擦力耗能；如此往复，多余动能量便在设定振幅范围内消耗殆尽，化于无形。

实施例2

如图6所示，该动能吸收限位装置，包括连接于外部机构上的主轴1，安置于主轴上的太极阻尼缓冲限位凸轮2，设置于主轴下方的支架4，安置于支架上的缓冲支撑机构，安装于所述缓冲支撑机构上的弹性限位板，连接于主轴上的动能传递拐臂5和过冲限位拐臂6，以及位置与过冲限位拐臂对应且与之保持一定间距的过冲限位块7，其中，所述弹性限位板上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触，所述过程限位拐臂的朝向与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触范围方向相同。其中，所述缓冲支撑机构包括设置于支架上方用于安置所述弹性限位板的支撑台面11，设置于支撑台面和支架之间的多层缓冲垫片12，以及多个设置于支架上的将支撑台面和缓冲垫片均连接并保持其稳定的螺杆13。并且，所述弹性限位板包括上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触的阻尼限位块14，连接于阻尼限位块下端面并穿过所述支撑台面设置的限位杆15，连接于限位杆上并位于支撑台面下侧的限位螺母16，套于限位杆上并位于阻尼限位块和支撑台面之间的压力弹簧17，以及设置于压力弹簧和支撑台面之间的垫圈18。

在该装置中，压力弹簧通过阻尼限位块在分闸末端与旋转中的太极阻尼缓冲限位凸轮发生摩擦作用产生摩擦力及反力偶阻止其趋势，通过摩擦-碰创、摩擦-碰创……的方式在小振幅范围内吸收分闸动能，使其分闸反震幅度始终在设计范围内运行。其中可通过过冲限位拐臂在主轴上与太极阻尼缓冲限位凸轮的相对设置角度，以及过冲限位块与过冲限位拐臂的相对间距，来配置该小振幅的范围。其振幅范围的一端是利用过冲限位块实现回弹，另一端是利用太极阻尼曲线的曲率交接点形成回弹，从而实现利用太极阻尼曲线特性大幅降低分闸反震幅度的效果。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例2的区别在于，该动能吸收限位装置中缓冲支撑机构和弹性限位板的结构不同，具体为：所述弹性限位板包括上端面与所述太极阻尼缓冲限位凸轮的轮面接触的阻尼限位板21，以及设置于阻尼限位板底部的槽型弹簧22，其中，该槽型弹簧底部作用于所述支架，该阻尼限位板还与所述缓冲支撑机构连接。并且，所述缓冲支撑机构包括穿过支架与所述阻尼限位板连接的带有螺头24的螺栓23，设置于螺头与支架之间的垫圈18，以及设置于支架与垫圈之间的缓冲胶套25，其中，所述螺栓有多个，其将所述阻尼限位板稳定地限定于所述支架上方。其动作过程与实施例相似。

在进一步地改进中，为了提高装置整体的力平衡，所述动能传递拐臂和过冲限位拐臂安置于主轴上同一位置；所述太极阻尼缓冲限位凸轮有两个，其对称地设置于所述动能传递拐臂的两侧，相应地，所述缓冲支撑机构和弹性限位板配置与太极阻尼缓冲限位凸轮对应的两套。相当于是动能输入在主轴中部，动能的吸收和回弹位置在主轴两侧，从而达到平衡。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。