Пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов Советский патент 1982 года по МПК H01H33/32 

(54) ПНЕВМОПРИВОД ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОММУТАЦИОННБ1Х АППАРАТОВ

I

Изобретение относится к мощным с большой работой включения пневмоприводам для .мощных высоковольтных аппаратов, а главным образом к быстродействующим пневмоприводам высоковольтных выключателей.

Известен скоростной механизм для синхронного отключения, в котором включение и отключение приводной тяги осуществляется с помощью двух индукционнодинамических приводов, а фиксация тяги во включенном положении осуществляется заклиниванием щариков, свободно помещенных в радиальные отверстия неподвижной полой цилиндрической направляющей между внутренним конусом обоймы и наружной цилиндрической поверхностью втулки, жестко связанной с тягой и имеющей наружный конус. 1.

Недостатками механизма являются невозможность перемещения больщих масс на большие расстония, повышенный износ поверхностей, скользящих по щарикам, вследствие больщих жесткости и усилий пружины, связывающей включающий и отключающий узлы, так как эта пружина рассчитана на усилия таков КЗ; необходи.мость больщих усилий трогания щариков из наминаемых ими лунок в цилиндрических поверхностях; возможность аварии при остановке механизма в промежуточном положении из-за встречного направления конусов обоймы и втулки.

Наиболее близки.м к предлагаемому является пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов, содержащий порщень со щтоком, установленный в ци0 линдре с радиальными отверстиями, расположенными по окружности,- в которых с зазором установлены шарики, и кулачок, выполненный в виде втулки с внутренним конусом, установленной с возможностью осевого перемещения на наружной поверхности указанного цилиндра.

В указанном пневмоприводе поршень выполнен в виде плунжера с конусом на конус. Кулачок выполнен с возможностью скольжения по наружной поверхности цилиндра и внутренней поверхности,закрепленной на цилиндре детали.

В цилиндре выполнен перепускной канал, связывающий полость цилиндра с первой

торцовой полостью кулачка, причем вторая торцовая полость кулачка связана через управляющий трубопровод с клапаном отключения и далее - либо с атмосферой, либо с источником сжатой среды. Фиксация поршня во включенном состоянии осуществляется за счет заклинивания щариков между конусами порщня.и кулачка при его движении против порщня в одно из крайних положений от сжатой среды, поступаюш,ей через перепускной канал в первую торцовую полость кулачка при подходе к конечному включенному положению. Отключается поршень при подаче сжатой среды во вторую тррцовую полость кулачка, при движении которого щарики вдавливаются конусом поршня в коническую выемку кулачка 2.

Недостатками устройства являются трудность обеспечения перемещения кулачка в двух цилиндрических концентричных поверхностях с зазорами в сотые доли миллиметра (во избежание чрезмерных утечек сжатой среды эти поверхности должны иметь также очень высокую чистоту обработки); одинаковые усилия как при включении, так и при отключении, развиваемые одинаковыми торцовыми поверхностями кулачка, хотя для обеспечения больщей надежности работы устройства усилие при отключении желательно иметь большим; поскольку в статическом состоянии, фиксация поршня осуществляется только самозаклиниванием, необходимость выбирать угол конуса очень малым, что приводит к высоким напряжениям и больщому износу в месте контакта шариков с конусом кулачка.

Кроме того, в паре скольжения плунжерцилиндр для получения большего усилия и работы включения диаметры плунжера и цилиндра должны быть больщими, что как к больши.м поперечным размерам всего устройства, так и к большим утечкам вдоль плунжера и, следовательно, преждевременному перемещению кулачка на заклинивание шариков (к этому не приводят и утечки в зазоре между шариками и отверстиями в цилиндре). Также движение уплотняющих поверхностей плунжера по шарикам приведет к прогрессирующему со временем износу контактирующих деталей в устройстве.

Недостатком является и то, что для расфиксаций клиновых устройств с шариками желательно иметь как можно более жесткую во времени и мощную силовую характеристику отключающего привода, которую в большей степени может обеспечить электродинамический, чем пневматический привод отключения.

Цель изобретения - повышение мощности, срока службы,надежности и быстродействия отключения и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что известный пневмопривод для высоковольтных ко.ммутационных аппаратов, содержащий поршень со

штоком, установленный в цилиндре с радиальными отверстиями, расположенными по окружности, в которых с зазором установлены щарики, и кулачок, выполненный в виде втулки внутренним конусом, установленной с возможностью осевого перемещения на наружной поверхности указанного цилиндра, пневмопривод снабжен катушкой индуктивности, закрепленной на наружной поверхности цилиндра, на кулачке закреплен дополнительно введенный токопроводя0 щий диск для взаимодействия с катушкой, на щтоке закреплена дополнительно введенная втулка со скосом на наружной поверхности со стороны торца, обращенного к поршню, кулачок выполнен с вторым внутренним конусом и подпружинен к цилиндру в направлении к указанной катущке, причем порщень выполнен дифференциального типа с уплотнения.ми из самос.мазывающихся материалов, а в штоковой части цилиндра установлен дополнительно введенный впускной клапан.

Скос на втулке штока выполнен в виде вогнутой поверхности тора, радиус образующей которой больше радиуса шарика. Кроме того,- углы раствора о,и ot внутренних конусов кулачка выбраны в пределах

1° оС, 30°

30° J.2 90°

0 Выполнение поршня дифференциального типа позволяет получить большее усилие при меньших габаритах, по сравнению с плунжерной конструкцией; установить уплотнения в поршне и те.м самым уменьшить утечки сжатой среды, т. е. повЕ)1сить КПД привода и его надежность; уменьшить точность изготовления поверхностей скольжения цилиндра и поршня, что упрощает конструкцию; большой допусти.мый относительный износ уплотнений позволяет увеличить

0 надежность и срок службы привода.

Применение в уплотнениях антифрикционных материалов типа графитофторопластов позволяет отказаться от сложной системы смазки и увеличить межревизионный срок службы. Отмеченные преимущества обеспечиваются также те.м, что порщень и его уплотнения на всем участке перемещения не контактируют с шариками.

Выполнение кулачка со скольжением только по наружной поверхности цилиндра

0 позволяет выполнить их поверхности скольжения .менее точно и дает возможность кулачку самоустанавливаться при фиксации привода во включенном состоянии, что упрощает конструкцию и повышает надежность привода.

Наличие на кулачке вгорого конуса с увеличенным по сравнению с первым конусом углом приводит к уменьшению износа шариков и втулки в процессе отключения привода, повышая надежность и срок службы привода. Причем угол конуса в пределах 30°-90° выбирается расчетно-опытнььм путем с учетом величины трения шариков в отверстиях цилиндра и величины усилия пружины. Увеличение трения требует уменьшения угла второго конуса и увеличения усилия пружины, что приводит к увеличению износа поверхностей отверстий цилиндра и втулки при отключении. Указанные требования ведут к увеличению скорости фиксации привода по окончании включения, что позволяет уменьшить время подачи сигнала на включение выключателя и, следовательно, быстрее подготовить выключатель на отключение.

Постоянное поджатие кулачка пружиной позволяет выбирать угол первого конуса большим при сохранении надежного заклинивания втулки, а, следовательно, и привода во включенном положении, что приводит к уменьшению износа контйктируюших с шариками поверхностей, повышению надежности расфиксации привода при отключении и уменьшению необходимой накапливаемой энергии конденсаторов индукционнодинамического привода. Кроме того, повышается надежность фиксации привода в статическом состоянии при ударах и вибрации. Применение катушки и электропроводяшего диска, образуюших индукционнодинамический привод, позволяют уменьшить время расфиксации привода, т. е. уменьшить время отключения выключателя, повысить надежность расфиксации вследствие приложения к кулачку более жесткого и мошного силового импульса по сравнению со сжатой средой, что особенно важно при расфиксации са.мозаклиниваюшихся механизмов.

На чертеже представлен предлагаемый пневмопривод, причем справа от оси показано отключенное его положение, а слева - включенное, осевой разрез.

На цилиндре 1 с крышкой 2 и отверстием 3 для подачи и сброса сжатой среды закреплена катушка 4. В отверстиях 5 цилиндра помешены шарики 6 с зазором в сотые доли милли.метра. Внутри цилиндра находится поршень 7 дифференциального типа, на штоке 8 которого закреплена втулка 9 со скосом 10. На наружной поверхности цилиндра помешен кулачок 11, с первым конусом 12 и вторым конусом 13 и жестко закрепленны.м диском 14 из электропроводного материала. Катушка 4 и диск 14 образуют индукционнодинамический привод отключения поршня. Кулачок поджимается к шарикам и катушке пружиной 15. Пружина 16 служит для возврашения поршня в отключенное положение. Обычно эту функцию выполняют отключаюшие пружины выключателя, для которого предназначен привод. Перемешение кулачка при отключении ограничивается упором 17, играюшим одновременно роль демпфера. Перемешение поршня на включение ограничено упором 18. В штоковой части 19 цилиндра установлен обратный впускной клапан 20, открывающийся при давлении в штоковой полости 21 цилиндра, меньшем давления снаружи цилиндра. Кольцом 22 и полукольцами 23 цилиндр крепится к опорной плите 24. Поршень уплотнен разрезными кольцами 25 из самосмазывающихся материалов, например, графитофторопластов. От проваливания шариков внутрь цилиндра при движении поршня и в отключенном состоянии служит цилиндрическая поверхность 26 втулки 9.

При подаче сжатой среды через отверстие 3 в цилиндр 1 под поршень 7, последний вместе со штоком 8 и втулкой 9 движется вверх (на чертеже справа), производя включение выключателя (не показанан). При этом движении, сжимаемая среда из поршневой полости 21, истекает в узкий за зор, в несколько сотых долей миллиметра, между отверстия.ми 5 цилиндра и шариками 6, стараясь вытолкнуть шарики наружу и прижимая их ко второму внутренне.му конусу 13 кулачка 11 и тем самым уменьшая давление шариков на цилиндрическую поверхность 26 втулки 9. Это позволяет также повысить надежность и быстоту фиксации поршня во включенном положении выключателя за счет выбора более мошной пр)жины 15, вдавливающей шарики сначала вторы.м 13, а затем первым 12 конусами кулачка 11 в скос 10 втулки 9. Окончательная фиксация поршня во включенном положении осуществляется за счет заклинивания шариков 6 между первым конусом кулачка 11 и скосом 10 втулки 9. Для надежного заклинивания конус 12 целесообразно брать в пределах от 1° до 30° в зависи.мости от величины трения, усилия отключаюших пружин выключателя (на чертеже пру жина 16) и пружины 15. При у.меньшении угла конуса 12 увеличивается надежность заклинивания, но увеличиваются и нагрузки в местах контактирования деталей с шариками, затрудняется выбивание кулачка 11 при отключении и наборот. Оптимальным является угол конуса 12 от 1° до 30° Угол же конуса 13 целесообразно брать большим угла конуса 12, так как при отключении поршня от подачи импульса тока на катущку 4 от конденсаторов (не показаны) и отбрасывании диска 14 с кулачко.м 11 при их обратном движении от пружины 15 происходит удар по выдавленны.м скосо.м 10 шарикам и поверхности 26 втулки 9. С увеличение.м угла второго конуса 13 у.меньшаются как износ поверхности 5, так и надежность вдавливания шариков в скос 10 при фиксации. Опти.мальный угол конуса 13 р; вен 35-80°. Постоянное поджатие кулачка

пружиной 15 позволяет повысить надежность фиксации поршня в статическом состоянии при ударах и вибрации привода. При движении поршня на отключение (на чертеже вниз) не происходит разряжения среды в штоковой полости 21 из-за притока среды через обратный клапан 20 и это не приводит к дополнительным сопротивлениям движению поршня и, следовательно, не увеличивает время отклю-чения.

Для равномерной нагрузки на шарики и контактирующие с ними детали отверстия 5 с шариками равномерно распределены по окружности.

Наличие уплотнений 25 на поршне 7 снижает жесткие требования к точности его изготовления, износ поршня мало сказывается на работоспособности привода.

Поверхности скольжения кулачка и цилиндра не требуют высокой точности изготовления, кулачок может самоустанавливаться.

Применение индукционнодинамического отключающего привода позволяет расфиксировать поршень за время в несколько миллисекунд, что в несколько раз меньше времени расфиксации привода известного.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать мощный, с большой работой включения, сверхбыстродействующий, надежный, в особенности на отключение, с повышенным сроком службы, компактный и нетрудоемкий привод, в первую очередь, на сжатом газе.

Формула изобретения

тем, что, с целью повышения мощности, срока службы, надежности и быстродействия отключения и упрощения конструкции, он снабжен катушкой индуктивности, закрепленной на наружной поверхности цилиндра,

на кулачке закреплен дополнительно введенный токопроводящий диск для взаимодействия с катушкой, на штоке закреплена дополнительно введенная втулка со скосом на наружной поверхности со стороны торца, обращенного к поршню, кулачок выполнен

с вторым внутренним конусом и подпружинен к цилиндру в направлении к указанной катущке, причем поршень выполнен дифференциального типа с уплотнениями из самосмазывающихся материалов, а в штоковой части цилиндра установлен дополнительно введенный впускной клапан.

1° oil 30° 30° otz 90°

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ЧССР № 141416, кл. 21 С 40,50, 1969.

2. Патент ФРГ № 127719, кл. 21 С 41/01, 1965.