液压弹簧操动机构的制作方法

本发明涉及电开关的触点操作机构技术领域，特别涉及一种液压弹簧操动机构。

背景技术：

高压断路器中一般通过操动机构来实现断路器的合闸和分闸，并使其维持在合闸状态或分闸状态。

授权公告号为cn106783420b的发明专利中记载了一种断路器用弹簧储能型液压操动机构，该断路器用弹簧储能型液压操动机构即为高压断路器中常用的操动机构；通常为了提高断路器的机械寿命，会在操动机构的工作缸中的差动活塞的合闸过程中设置一段缓冲行程，在差动活塞的分闸过程中也会设置一段缓冲行程，设置缓冲行程一般是通过在差动活塞的分闸过程中和合闸过程中对油液进行节流来实现，利用节流后油液压力上升作用给差动活塞的反作用力来实现差动活塞的缓冲。

上述操动机构在合闸和分闸的过程中设置缓冲行程会使差动活塞的部分动能转换为油液的热能，这会造成能量的浪费，同时油液温度上升，也会造成液压系统中各处密封件的快速老化，进而可能造成液压系统的密封失效。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液压弹簧操动机构，用于解决现有技术中的操动机构在使用时造成的能量浪费和存在密封失效的安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的液压弹簧操动机构采用以下技术方案：

该液压弹簧操动机构包括：

工作缸；

差动活塞；

工作缸内腔的上下两端分别设有合闸缓冲套和分闸缓冲套，差动活塞的上下两侧分别设有合闸缓冲台阶和分闸缓冲台阶；在差动活塞向上移动过程中，合闸缓冲台阶与合闸缓冲套之间形成合闸缓冲节流间隙，合闸动作开始缓冲，在差动活塞向下移动过程中，分闸缓冲台阶与分闸缓冲套之间形成分闸缓冲节流间隙，分闸动作开始缓冲；

弹簧储能装置，包括储能油缸以及与储能油缸配合使用的储能弹簧组件；

液压系统，包括油箱、油路和连接在油路上的电磁换向阀；

发电活塞缸，包括发电活塞缸体以及活动装配在发电活塞缸体内的发电活塞，发电活塞连接有发电装置；

发电活塞缸体的被发电活塞分隔的两个腔中，一个连通储能油缸的高压腔，另一个在工作缸的上端部连通工作缸内腔，在合闸缓冲行程中，工作缸内腔中的油液被压至发电活塞缸体中并推动发电活塞动作；或者，发电活塞缸体的被发电活塞分隔的两个腔中，一个连通储能油缸的高压腔，另一个在工作缸的下端部连通工作缸内腔，在分闸缓冲行程中，工作缸内腔中的油液被压至发电活塞缸体中并推动发电活塞动作。

本发明所提供的液压弹簧操动机构的有益效果是：在操动机构中设置发电活塞缸，发电活塞缸中的发电活塞连接发电装置，利用操动机构在合闸和分闸过程中因节流而产生的油液的压力驱动发电活塞缸中的发电活塞动作，进而控制发电装置发电，相当于将差动活塞的部分动能转化为电能，减少了能量的浪费，同时也减少了转化为油液热能的能量，避免油液温度过高而使液压系统中的密封件加速老化，保证了液压系统的密封效果；另外，因为发电活塞缸体的被发电活塞分隔的两个腔中的一个连通储能油缸的高压腔，另一个连通工作高压腔或工作差压腔，如此以来，只有在操动机构进入合闸或分闸的缓冲阶段时才会出现发电活塞产生动作，这样就避免了出现操动机构的合闸或分闸还未进入缓冲阶段却有一部分差动活塞的能量被转化为电能而造成的能量浪费的情况，也避免了出现因差动活塞能量损失而造成的操动机构合闸或分闸不能顺利进行的情况。

进一步的，工作缸的缸体上开设有开口朝上的发电腔体，发电腔体内密封安装有封板，封板所封堵的下侧的发电腔体构成发电活塞缸的内腔，发电活塞的活塞杆滑动密封穿过封板，发电装置设置于封板上侧的发电腔体内。这样布置发电活塞缸体的内腔使得整个操动机构的布置较为紧凑，而且在工作缸的缸体上开设开口朝上的发电腔体较为简单，易操作。

进一步的，工作缸的缸体上端面密封安装有围筒和密封围筒上端口的筒盖，围筒与缸体所围的内部空间构成油箱，发电腔体开设在工作缸缸体的上端面上，发电腔体的上端口处安装有密封堵盖。这样布置油箱可以提高整个操动机构的结构紧凑性，发电腔体开设在工作缸缸体的上端面上容易实现，整体上减少了操动机构的零部件数量，减小了操动机构的占用空间。

进一步的，发电活塞缸体内安装有复位弹簧，复位弹簧用于提供给发电活塞朝向一侧移动的动力，且在发电活塞朝向该侧移动时，与储能油缸的高压腔连通的内腔体积增大。设置复位弹簧能够可靠的保证发电活塞的复位，为下一次分合闸过程中进行能量回收做准备，同时发电活塞在复位弹簧的操作下移动的过程中也在发电，可以将复位弹簧的弹性势能转化为电能。

进一步的，发电装置为直线发电装置，发电活塞的活塞杆上安装有永磁体，直线发电装置包括安装在处于封板上侧的发电腔体内的定子线圈，永磁体被活塞杆带动在定子线圈中直线移动时发电。这种形式的发电装置结构较为简单，且发电活塞与发电装置之间没有多级传动，避免了能量的损耗。

进一步的，永磁体为套状且套装在发电活塞的活塞杆上。这样永磁体可以比较方便可靠的安装在活塞杆上。

进一步的，定子线圈有多组且沿活塞杆轴向排布。这样设置可以使定子线圈为多个并联的线圈，能够在活塞杆移动过程中更充分的进行能量转化。

进一步的，发电装置为压电发电装置，压电发电装置包括安装在处于封板上侧的发电腔体内的压电片，压电片的一端与发电活塞的活塞杆连接，另一端与工作缸的缸体固定设置，压电片在被活塞杆带动变形时发电。这种形式的发电装置结构较为简单，且发电活塞与发电装置之间没有多级传动，避免了能量的损耗。

进一步的，压电片有多个，且沿活塞杆的轴向排布。发电活塞在移动时能够同步带动多个压电片变形，使多个压电片充分发电。

进一步的，压电片为环形，其通过内边缘与活塞杆连接，通过外边缘与工作缸的缸体连接。这样设置压电片的面积较大，在发电活塞运动时其发生变形的部位也较多，产生的电量较大。

附图说明

图1是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1的原理图；

图2是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1中的部分结构示意图；

图3是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1中的发电活塞缸和发电装置的结构示意图；

图4是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1中分闸状态的原理图；

图5是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1中合闸状态的原理图；

图6是本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例2中的发电活塞缸和发电装置的结构示意图。

附图中：1-工作缸，2-封板，3-弹簧储能装置，4-电磁换向阀，5-油箱，6-发电活塞缸，7-发电装置，8-断路器，9-密封堵盖，11-缸体，12-差动活塞，13-差动活塞杆，14-合闸缓冲套，15-分闸缓冲套，16-工作高压腔，17-工作差压腔，111-第一流道，112-第二流道，113-第三流道，114-第四流道，115-第五流道，116-第六流道，121-合闸缓冲台阶，122-分闸缓冲台阶，31-储能缸体，32-储能活塞，33-储能弹簧组件，34-压环，35-支撑环，36-储能活塞杆，51-围筒，52-筒盖，61-发电活塞，62-发电活塞杆，63-复位弹簧，64-发电活塞缸上腔，65-发电活塞缸下腔，71-绝缘片，72-压电片，73-导向套，101-定子线圈，102-安装架，103-永磁体，104-绝缘环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例1：

本实施例中的液压弹簧操动机构用于控制高压断路器的合闸和分闸。

如图1所示，该液压弹簧操动机构包括工作缸1、弹簧储能装置3、液压系统、发电活塞缸6以及发电装置7，液压系统包括电磁换向阀4、油箱5及连接各装置的油路。

如图2所示，工作缸1包括缸体11和差动活塞12，缸体11上设有供差动活塞12活动的工作缸内腔，差动活塞12将工作缸内腔分成靠上的工作高压腔16和靠下的工作差压腔17；差动活塞12下侧的承压面积大于差动活塞12上侧的承压面积。

如图1和图2所示，差动活塞12的上侧设有合闸缓冲台阶121，合闸缓冲台阶121的上侧设有差动活塞杆13，差动活塞杆13的上端伸出工作缸1并与相应的断路器8连接；差动活塞12、合闸缓冲台阶121和差动活塞杆13均为圆柱状结构，差动活塞杆13的直径小于合闸缓冲台阶121的直径，合闸缓冲台阶121的直径小于差动活塞12的直径，且差动活塞12、合闸缓冲台阶121和差动活塞杆13同轴设置；在工作缸内腔的上端设有合闸缓冲套14，合闸缓冲套14与缸体11固定，合闸缓冲套14的内径大于合闸缓冲台阶121的外径，以使合闸缓冲台阶121在合闸过程中能够伸入合闸缓冲套14内。

如图2所示，差动活塞12的下侧设有分闸缓冲台阶122，分闸缓冲台阶122为圆柱状结构，分闸缓冲台阶122的直径小于差动活塞12的直径，且分闸缓冲台阶122和差动活塞12同轴设置；在工作内腔的下端设有分闸缓冲套15，分闸缓冲套15与缸体11固定，分闸缓冲套15的内径大于分闸缓冲台阶122的外径，以使分闸缓冲台阶122在分闸过程中能够伸入分闸缓冲套15内。

设置合闸缓冲台阶121和合闸缓冲套14，则在该操动机构合闸过程中，当合闸缓冲台阶121进入合闸缓冲套14内时，合闸缓冲台阶121和合闸缓冲套14之间形成合闸缓冲节流间隙，此时位于工作高压腔16中的油液只能通过合闸缓冲节流间隙流出，相当于瞬间减小了工作高压腔16中油液的流出通道，工作高压腔16中的油液的压力升高，作用给差动活塞12一个向下的作用力，该作用力会使差动活塞12向上运动的速度降低，起到缓冲合闸动作的作用，在差动活塞12的速度降低时，该操动机构进入合闸缓冲行程。

设置分闸缓冲台阶122和分闸缓冲套15，则在该操动机构分闸过程中，当分闸缓冲台阶122进入分闸缓冲套15内时，分闸缓冲台阶122和分闸缓冲套15之间形成分闸缓冲节流间隙，此时位于工作差压腔17中的油液只能通过分闸缓冲节流间隙流出，相当于瞬间减小了工作差压腔17中油液的流出通道，工作差压腔17中的油液的压力升高，作用给差动活塞12一个向上的作用力，该作用力会使差动活塞12向下运动的速度降低，起到缓冲分闸动作的作用，在差动活塞12的速度降低时，该操动机构进入分闸缓冲行程。

如图2所示，在工作缸1的缸体11的上端面上密封安装有一个围筒51，围筒51与缸体11的上端面一起围成油箱5，在围筒51的上端设有用于封闭油箱5的筒盖52，在筒盖52上设有供差动活塞杆13穿出的穿孔。

如图2所示，在工作缸1的上部的外侧固定有一个储能油缸，储能油缸包括储能缸体31，在储能缸体31的内腔中安装有储能活塞32和储能活塞杆36，储能活塞杆36朝下伸出储能缸体31；在工作缸1的缸体11的下部套装有储能弹簧组件33，储能弹簧组件33通过支撑环35支撑在缸体11的外周面上；储能活塞杆36伸出储能缸体31后通过压环34压在储能弹簧组件33上；储能活塞32将储能缸体31的内腔分成靠上的储能高压腔和靠下的储能差压腔；储能缸体31、储能活塞32和储能活塞杆36均属于储能油缸的一部分，储能油缸、储能弹簧组件33、压环34和支撑环35一起构成弹簧储能装置3。

如图2和图3所示，在缸体11的上端面上向下开设有一个发电腔体，发电腔体呈上粗下细的阶梯孔状，以使发电腔体内形成一个朝上的台阶面，在台阶面上固定安装有一个封板2，封板2与发电腔体的腔壁密封配合。

如图2和图3所示，封板2下侧的发电腔体内设有一个发电活塞61，发电活塞61上侧连接有发电活塞杆62，发电活塞61、发电活塞杆62及围成封板2下侧的发电腔体的缸体11的结构一起构成发电活塞缸6，封板2下侧的发电腔体形成发电活塞缸内腔，发电活塞缸内腔对应的缸体11的结构构成发电活塞缸体；发电活塞61将发电活塞缸内腔分成靠上的发电活塞缸上腔64和靠下的发电活塞缸下腔65；在封板2和发电活塞61之间设有一个复位弹簧63，复位弹簧63套装在发电活塞杆62上；封板2上设有供发电活塞杆62穿过的穿孔，发电活塞杆62与穿孔之间密封配合。

如图2所示，该操动机构中的液压系统中包括一个电磁换向阀4，电磁换向阀4为二位三通阀；工作差压腔17通过设置在缸体11上的第一流道111及外界的输油管路与电磁换向阀4的工作进油口z连通，油箱5通过设置在缸体11上的第三流道113及外界的输油管路与电磁换向阀4的主回油口t连通，储能高压腔通过设置在缸体11上的第二流道112及外界输油管路与电磁换向阀4的主进油口p连通，其中第二流道112还同时与工作高压腔16连通，储能差压腔通过设置在缸体11上的第六流道116与油箱5连通，发电活塞缸上腔64通过第五流道115与第二流道112连通，发电活塞缸下腔65通过第四流道114与工作差压腔17连通；电磁换向阀4能够在两个工位之间来回切换，两个工位分别是使主进油口p与工作进油口z连通的第一工位和工作进油口z与主回油口t连通的第二工位。

第一流道111、第二流道112、第三流道113、第四流道114、第五流道115、第六流道116及外界的输油管路均属于液压系统中的油路。

如图2和图3所示，在封板2上方的发电腔体中安装有发电装置7，本实施例中的发电装置7为压电发电装置，具体结构为：包括沿发电腔体的轴向间隔布置的多个压电片72，相邻的压电片72之间设置有绝缘片71，绝缘片71和压电片72均为环形，绝缘片71和压电片72均与围成发电腔体的缸体11固定，在最上层的压电片72上侧设有一个用于封闭发电腔体的密封堵盖9，密封堵盖9密封固定在发电腔体内，且在密封堵盖9固定后，密封堵盖9与封板2将两者中间的压电片72和绝缘片71压紧；发电活塞杆62向上延伸且穿出密封堵盖9并深入油箱5内，在密封堵盖9上设有供发电活塞杆62穿过的穿孔，发电活塞杆62与密封堵盖9上的穿孔密封配合；在绝缘片71和压电片72的内部处安装有一个导向套73，绝缘片71和压电片72均与导向套73的外周面固定，发电活塞杆62穿过导向套73，在发电活塞杆62上设有一个朝上的台阶面，导向套73支撑在发电活塞杆62的台阶面上并与发电活塞杆62固定；导向套73可随着发电活塞杆62上下移动，导向套73的轴向长度大于封板2与密封堵盖9之间的间距，在封板2的上部和密封堵盖9的下部均设有可供导向套73伸入的导向通道；压电片72由压电材料制成。

上述压电发电装置可在发电活塞杆62上下移动过程中发电，具体为，当发电活塞杆62上下移动时，因为导向套73与发电活塞杆62固定，压电片72与导向套73固定，而压电片72与缸体11接触的部分与缸体11固定，所以在发电活塞杆62上下移动时，压电片72会发生变形，进而产生电流。

该操动机构在使用时分为以下几个过程：

1）分闸状态下的储能：如图4所示，通过油泵向储能油缸内充加油液，油泵通过输油管路连通储能高压腔和油箱5（图中未示出），储能活塞32向下移动，并通过储能活塞杆36下压储能弹簧组件33，使储能弹簧组件33中具有弹性势能。

2）合闸：电磁换向阀4切换至第一工位，如图5所示，使第一流道111和第二流道112连通，进而使得工作高压腔16和工作差压腔17连通；由于差动活塞12下侧的承压面积大于差动活塞12上侧的承压面积，而工作高压腔16和工作差压腔17中的压强相等，所以差动活塞12下侧受到的压力大于上侧受到的压力，差动活塞12将在压差的作用下带着差动活塞杆13向上移动，进而实现合闸操作；此过程中，在储能弹簧组件33的作用下，储能高压腔中的油液被迅速挤入工作差压腔17中；在合闸过程中，因为合闸缓冲台阶121和合闸缓冲套14的作用，差动活塞12上移到合闸缓冲台阶121伸入合闸缓冲套14内后其速度会逐渐下降，这样可以避免出现猛烈的合闸撞击现象。

3）合闸状态下的储能：如图5所示，通过油泵向储能油缸内充加油液，油泵通过输油管路连通储能高压腔和油箱5（图中未示出），储能活塞32向下移动，并通过储能活塞杆36下压储能弹簧组件33，使储能弹簧组件33中具有弹性势能。

4）分闸：电磁换向阀4切换至第二工位，如图4所示，使第一流道111和第三流道113连通，进而使得工作差压腔17和油箱5连通，工作差压腔17内的压力瞬间降低，储能油缸中的油液在储能弹簧组件33的作用下被迅速挤向工作高压腔16中，在压差作用下，差动活塞12带着差动活塞杆13向下移动，进而实现分闸操作；分闸过程中，在进入分闸缓冲阶段之前，由于发电活塞缸上腔64与储能高压腔连通，所以发电活塞缸上腔64内的油液的压力与储能高压腔内的油液的压力相等，此时发电活塞61受到向下的力为发电活塞缸上腔64中的油液的压力、发电活塞61和发电活塞杆62的重力以及复位弹簧63的向下的弹性力三者的合力，而由于发电活塞缸下腔65通过第四流道114与工作差压腔17连通，所以发电活塞缸下腔65内的油液的压力等于工作差压腔17内的油液的压力，此时发电活塞61受到的向上的力为发电活塞缸下腔65内的油液的压力，而在操动机构进入分闸缓冲阶段之前，工作差压腔17内的油液的压力小于工作高压腔16内的油液的压力，所以发电活塞61受到的向下的力大于其受到的向上的力，所以发电活塞61始终处于发电活塞缸的最下方，不会被推动向上移动；当分闸缓冲台阶122伸入分闸缓冲套15内时，分闸过程进入分闸缓冲阶段，此时工作差压腔17中的油液的压力上升。

5）发电：发电工作在分闸过程进入分闸缓冲阶段时开始，由于工作差压腔17中的油液的压力上升，而工作差压腔17又通过第四流道114与发电活塞缸下腔65连通，所以发电活塞缸下腔65内油液的压力较大，且该压力大于储能高压腔中的压力，而发电活塞缸上腔64通过第五流道115与储能高压腔连通，所以发电活塞缸上腔64内油液的压力与储能高压腔内的油液的压力相等且小于发电活塞缸下腔65内油液的压力，此时，发电活塞61在发电活塞缸下腔65内油液的压力作用下，克服发电活塞缸上腔64内油液的压力、复位弹簧63的弹性力以及其自身的重力向上移动，同时带动发电活塞杆62上移，发电活塞杆62上移过程会导致压电片72发生变形，压电片72发生变形能够发电。另外，在合闸过程中，发电活塞61在复位弹簧63的弹性力、自身重力以及储能高压腔内油液压力的作用下向下移动，该过程也会导致压电片72发生变形，同样会产生电流。

本发明所提供的液压弹簧操动机构的实施例2：

与实施例1的区别主要在于发电装置不同，本实施例中的发电装置为直线发电装置，如图6所示，包括安装在封板2和密封堵盖9之间的安装架102，在安装架102上套装有多组定子线圈101，多组定子线圈101沿发电活塞杆62的轴向排布，相邻的定子线圈101之间设有绝缘环104，在发电活塞杆62上固定套装有一个套状的永磁体103，封板2上设有供永磁体103穿过的穿孔，永磁体103与封板2密封配合；在发电活塞61向上运动的过程中，永磁体103切割定子线圈101产生的磁感线，进而产生电流。

上述实施例1中，压电片为环形。在其他实施例中，压电片也可以是其他形状，如长条形，长条形压电片的一端与导向套固定，另一端与缸体固定。

上述实施例1中，压电片为多个。在其他实施例中，压电片也可以为一个或者两个，同样可以使用。

上述实施例2中，永磁体为套状且套装在发电活塞杆上。在其他实施例中，永磁体也可以为其他形状，如条状，多条永磁体贴装在发电活塞杆上，同样可以切割磁感线产生电，或者也可以为实心圆柱形，对应的，设置发电活塞杆的长度短一点，永磁体固定在发电活塞杆的上端部，随着发电活塞杆向上运动而运动，同样可以切割磁感线产生电。

上述实施例2中，定子线圈为多组。在其他实施例中，定子线圈也可以为一组或两组，同样可以使用。

上述实施例1和实施例2中，发电活塞缸下腔与工作差压腔连通，发电装置在分闸过程中对应的缓冲阶段发电。在其他实施例中，发电活塞缸下腔也可以与工作高压腔连通，发电装置在合闸过程中对应的缓冲阶段发电。

上述实施例1和实施例2中，发电活塞缸的内腔由设置在工作缸的缸体上的发电腔体构成。在其他实施例中，也可以设置单独的发电活塞缸，这样便于工作缸的缸体的加工制造。

上述实施例1和实施例2中，油箱由工作缸的上端面和围筒围成。在其他实施例中，油箱也可以单独设置在工作缸的外部。

上述实施例1和实施例2中，在发电活塞杆上套装有复位弹簧，用于推动发电活塞相下移动。在其他实施例中，也可以不设置复位弹簧，此种情况下发电活塞在其自身重力和储能高压腔中油液的压力的作用下向下移动。

上述实施例1和实施例2中，分别提供了一种压电发电装置和一种直线发电装置。在其他实施例中，还可以使用其他普通的旋转发电机，此时需要将发电活塞杆的直线动作通过诸如齿轮齿条的传动结构转换为旋转动作。