Пружинное приводное устройство - RU2699076C1
Код документа: RU2699076C1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к пружинному приводному устройству для электрического переключающего устройства, включающему в себя приводную пружину для обеспечения перемещения для срабатывания переключающего устройства и поворотный пневматический демпфер, соединенный с приводной пружиной, при этом указанный демпфер выполнен с возможностью замедления перемещения пружины во время, по меньшей мере, конечной части перемещения для срабатывания, при этом демпфер имеет тороидальную рабочую камеру, образованную первой и второй кольцеобразными частями корпуса, которые выполнены с возможностью поворота друг относительно друга, при этом каждая часть корпуса имеет внутренние стенки, которые совместно определяют границы рабочей камеры, при этом первая часть корпуса имеет поворотную смещающуюся стенку, выполненную с возможностью поворота в указанной рабочей камере с обеспечением герметичности, при этом вторая часть корпуса имеет неподвижную концевую стенку рабочей камеры. Согласно второму аспекту изобретения оно относится к переключающему устройству.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В сети передачи или распределения электроэнергии переключающие устройства встроены в сеть для обеспечения автоматической защиты в качестве реакции на режимы аномальной нагрузки или для обеспечения возможности размыкания/отключения или замыкания/включения (переключения) участков сети. Следовательно, переключающее устройство может использоваться для выполнения ряда различных операций, таких как прерывание в случае повреждений на оконечных устройствах или коротких замыканий на линии, прерывание малых индуктивных токов, прерывание емкостных токов, коммутация при рассогласовании фаз или коммутация ненагруженных линий, при этом все указанные операции хорошо известны специалисту в данной области техники.
В переключающих устройствах операция фактического отключения или включения выполняется посредством двух контактов, один из которых обычно является неподвижным, а другой - подвижным. Подвижный контакт приводится в действие управляющим устройством, которое содержит приводное устройство и механизм, при этом указанный механизм функционально соединяет приводное устройство с подвижным контактом.
Приводные устройства известных управляющих устройств для переключателей среднего и высокого напряжения и выключателей представляют собой пружинные, гидравлические или электромагнитные приводные устройства. В дальнейшем будут описаны управляющие устройства, обеспечивающие срабатывание выключателя, но аналогичные известные управляющие устройства могут также обеспечить срабатывание переключателей.
В пружинном приводе или пружинном приводном устройстве, как он также называется, как правило, используются две пружины для срабатывания выключателя: отключающая пружина для отключения выключателя и включающая пружина для включения выключателя и повторного завода отключающей пружины. Вместо только одной пружины для каждой из отключающей пружины и включающей пружины иногда может быть использован комплект пружин для каждой из отключающей пружины и включающей пружины. Например, такой комплект пружин может включать малую пружину, размещенную внутри большей пружины, или две пружины, расположенные параллельно рядом друг с другом. Следует понимать, что при упоминании в дальнейшем пружины соответствующей отключающей пружины и включающей пружины такая пружина может включать в себя комплект пружин. Другой механизм преобразует перемещение пружин в поступательное перемещение подвижного контакта. В замкнутом/включенном положении в сети подвижный контакт и неподвижный контакт выключателя находятся в контакте друг с другом, и отключающая пружина и включающая пружина управляющего устройства взведены. По команде на отключение отключающая пружина обеспечивает отключение выключателя, вызывая разделение контактов. По команде на включение включающая пружина обеспечивает включение выключателя и одновременно завод отключающей пружины. Теперь отключающая пружина готова для выполнения второй операции отключения в случае необходимости. Когда включающая пружина обеспечит включение выключателя, электродвигатель в управляющем устройстве обеспечит повторный завод включающей пружины. Данная операция повторного завода занимает несколько секунд.
Иллюстративные примеры пружинных приводных устройств для выключателя можно обнаружить, например, в US 4,678,877, US 5,280,258, US 5,571,255, US 6,444,934 и US 6,667,452.
При приведении в действие переключающего устройства его компонент, представляющий собой подвижный контакт, приводится в движение с очень высокой скоростью для отключения тока как можно быстрее. В конце перемещения важно замедлить перемещение для избежания ударных нагрузок. Следовательно, приводные устройства рассматриваемого типа обычно снабжены какими-либо демпферами для уменьшения скорости подвижного контакта в конце его перемещения. Один демпфер предусмотрен для отключения, и один - для включения. Обычно демпферы представляют собой линейные демпферы с поршнем, работающим в гидравлическом цилиндре.
Такой демпфер является крупногабаритным и требует множества компонентов для его соединения с приводным механизмом приводного устройства.
Для преодоления таких недостатков и для выполнения демпфера для включения, который требует мало места и малого числа компонентов, в ЕР 2317530 предложено использование поворотного пневматического демпфера для демпфирования при включении. При этом устройство согласно данному раскрытию изобретения является более надежным и точным.
Несмотря на то, что было показано, что устройство согласно ЕР 2317530 функционирует более надежно и точно, чем традиционные устройства данного вида, было обнаружено, что поведение демпфера в конце хода при срабатывании является критическим для надлежащего выполнения операции. Воздух, захваченный в рабочей камере после того, как смещающаяся стенка пройдет за отверстие для выпуска воздуха, достигает очень высокого давления при хорошем уплотнении, что может вызвать отскок смещающейся стенки назад, следствием чего является сбой в работе. Это разъясняется более подробно в части описания, раскрывающей отличительные признаки.
Известно, что для избежания такого особо опасного избыточного давления клапан сброса давления размещают в смещающейся стенке или в неподвижной концевой стенке, или в обеих стенках, при этом указанный клапан сброса давления обеспечивает открытие канала для прохода воздуха через смещающуюся стенку и/или неподвижную концевую стенку при превышении определенного избыточного давления. Однако выполнение такого клапана усложняет устройство и увеличивает продолжительность и стоимость сборки. Также появляется риск отказа.
Другое известное решение состоит в регулировании поведения демпфера в конце хода за счет наличия сетки отверстий, которые последовательно закрываются. Это обеспечивает регулирование воздушного потока и, тем самым, нарастания давления. Недостаток этого способа состоит в том, что всегда имеется поток через открытые отверстия, пока они не закроются. Это приводит к более медленному нарастанию давления и, следовательно, приводит к большему углу хода для достижения точки поворота.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании устройства такого типа, как раскрытое в ЕР 2317530, для преодоления недостатка, связанного с ним. В частности, задача состоит в предотвращении или уменьшении отскока назад в конце демпфирования таким способом, который позволяет устранить недостатки, связанные с решениями согласно предшествующему уровню техники.
Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что пружинное приводное устройство такого типа, как указанное в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, имеет отличительные признаки, указанные в отличительной части данного пункта формулы изобретения. Таким образом, согласно изобретению вторая часть корпуса выполнена с углублением в ее внутренних стенках, при этом указанное углубление расположено на угловом расстоянии от концевой стенки, составляющем менее 90°, перед ней, если смотреть в направлении поворота смещающейся стенки при перемещении для срабатывания, и указанное углубление имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая больше эффективной толщины смещающейся стенки. В качестве альтернативы или дополнения углубление может быть выполнено на внутренних стенках первой части корпуса, при этом в данном случае оно расположено на угловом расстоянии от концевой стенки, составляющем менее 90°, перед ней и имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая больше эффективной толщины концевой стенки.
По соображениям, связанным с конструкцией и изготовлением, предпочтительно, чтобы углубление было выполнено только во второй части корпуса. Нижеприведенное описание будет сфокусировано на данном варианте осуществления. Однако «зеркальный вариант осуществления», в котором углубление выполнено в первой части корпуса, может быть легко доступным для понимания для специалиста посредством этого описания.
Поскольку операция демпфирования является более точной в устройстве согласно изобретению, приводная пружина может иметь больший размер и может быть более прочной, что позволяет применять приводное устройство для переключающих устройств при более высоких напряжениях.
Термин «эффективная толщина» следует понимать как протяженность смещающейся стенки вдоль окружности на ее краях, в зоне которых она скользит по внутренним стенкам неподвижной части корпуса. Может иметь место ситуация, когда смещающаяся стенка будет выполнена с краями, которые для уплотнения будут выполнены более широкими в направлении вдоль окружности по сравнению с толщиной стенки как таковой. Также может иметь место ситуация, в которой толщина стенки будет наименьшей на ее краях.
Термины, подобные терминам «окружной», «радиальный» и т.д., в данной заявке относятся к оси поворота поворотного пневматического демпфера и выровненной оси пружины, если явно не выражено иное. Термины «внутренний» и «наружный» относятся к радиальному направлению. Термин «боковой» определяется направлением, параллельным оси поворота.
Под термином «конец», относящимся к цилиндрической винтовой пружине кручения, в данной заявке понимается конец материала пружины, то есть конец в направлении спирали пружины. Для концов в аксиальном направлении используется термин «конец в аксиальном направлении».
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения приводная пружина представляет собой включающую пружину, и перемещение для срабатывания представляет собой перемещение для включения.
Несмотря на то, что приводное устройство по изобретению может быть использовано также для отключающей пружины, применение для включающей пружины является наиболее важным.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая больше его протяженности в направлении, перпендикулярном к направлению вдоль окружности.
Обычно ширина в перпендикулярном направлении, - то есть в радиальном направлении, если углубление находится на боковой стенке рабочей камеры, или в боковом направлении, если углубление находится на радиально наружной или внутренней стенке рабочей камеры, - не имеет решающего значения для получения надлежащей характеристики утечки в зависимости от времени. Сравнительно малая ширина обычно является достаточной. Однако протяженность в направлении вдоль окружности оказывает большое влияние в этом отношении. Обычно она должна быть сравнительно большой для обеспечения достаточной продолжительности времени и регулирования утечки для получения оптимального эффекта противодействия отскоку назад. Таким образом, выполнение углубления более длинным в направлении вдоль окружности в этом отношении является предпочтительной адаптацией.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая в 2-20 раз больше эффективной толщины соответственно смещающейся стенки или концевой стенки.
Протяженность должна быть достаточно большой для открытия сообщения от края до края смещающейся стенки в течение достаточного промежутка времени. Однако она не должна быть чрезмерно большой по отношению к той, которая требуется для эффективного противодействия отскоку назад. Длина в пределах указанного диапазона обычно удовлетворяет данным требованиям и поэтому является предпочтительной. В частности, предпочтительно превышение эффективной толщины в 5-10 раз.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая находится в пределах диапазона 5° - 90°, предпочтительно в пределах диапазона 15° - 40°.
При угловой протяженности в указанном диапазоне будут удовлетворяться требования, рассмотренные выше. В частности, предпочтительна угловая протяженность в диапазоне 10° - 30°.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление расположено на боковой стенке из указанных внутренних стенок.
Размещение углубления на боковой стенке упрощает изготовление в том, что касается механической обработки углубления.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление имеет удлиненную протяженность в направлении вдоль окружности и имеет форму кривой, проходящей вдоль окружности вокруг оси тороидальной рабочей камеры.
Тем самым, углубление проходит по длине в том же направлении, что и направление перемещения смещающейся стенки. Это упрощает «настройку» длины и других размеров углубления для их согласования с соответствующей характеристикой утечки для противодействия отскоку назад.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубление имеет глубину в пределах диапазона от 0,5 до 5 мм.
Глубина должна быть достаточной для обеспечения эффективной утечки воздуха, но углубление не должно быть чрезмерно глубоким. Более глубокое углубление является более затратным, если учитывать затраты на производство и потребность в более толстой стенке. Также будут затруднены расчет и прогнозирование процесса утечки, когда углубление является глубоким. Указанный диапазон отображает надлежащий баланс между данными двумя соображениями.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления множество углублений расположены на внутренних стенках второй части корпуса.
В некоторых применениях может существовать потребность в довольно существенном воздушном потоке для достаточного противодействия отскоку назад. В таком случае лучшее регулирование и более точная адаптация воздушного потока могут быть обеспечены, если воздушный поток создается посредством более чем одного проточного канала. При наличии множества углублений они могут быть расположены параллельно для увеличения скорости утечки или друг за другом для увеличения продолжительности утечки. Множество углублений могут включать как параллельные углубления, так и углубления, расположенные последовательно. Когда имеется множество углублений, они все могут быть идентичными, или некоторые из них могут иметь конфигурацию, отличающуюся от других углублений, или все углубления могут иметь разную конфигурацию.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления поперечное сечение тороидальной рабочей камеры является по существу прямоугольным.
При этом изготовление и сборка будут сравнительно простыми. Под «по существу прямоугольным» следует понимать то, что в пределах объема охраны данного варианта осуществления могут иметь место незначительные отклонения от правильного прямоугольника, например, такие как скругленные углы.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубления расположены на боковой стенке, на радиально наружной стенке и/или на радиальной внутренней стенке из указанных внутренних стенок.
Оптимальное расположение углублений по отношению к тому, на какой из частей стенок они расположены, может варьироваться в зависимости от характеристик применения. В некоторых случаях углубления могут быть выполнены на боковой стенке, а также на любой одной или на обеих из радиально внутренней и наружной стенок.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления углубления перекрывают друг друга, по меньшей мере частично, в угловом направлении.
Посредством этого достигается то, что утечка воздуха будет непрерывной, даже если по некоторым соображениям было сочтено целесообразным выполнение множества углублений, распределенных по окружности.
Согласно второму аспекту изобретения задача решается за счет того, что электрическое переключающее устройство включает в себя пружинное приводное устройство согласно настоящему изобретению, в частности, согласно любому из предпочтительных вариантов его осуществления.
Электрическое переключающее устройство по изобретению имеет преимущества, аналогичные преимуществам приводного устройства по изобретению и предпочтительных вариантов его осуществления, при этом указанные преимущества были описаны выше.
Согласно предпочтительному варианту осуществления электрического переключающего устройства оно представляет собой выключатель/автомат защиты цепи.
Это применение, в котором преимущества настоящего изобретения особенно полезны.
Вышеописанные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что дополнительные предпочтительные варианты осуществления могут быть созданы посредством любой возможной комбинации признаков описанных предпочтительных вариантов осуществления и посредством любого возможного сочетания признаков в данных вариантах осуществления с признаками, описанными в нижеприведенном описании примеров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой осевое сечение примера пружинного приводного устройства, для которого применяется настоящее изобретение.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе с разрезом по фиг.1.
Фиг.3 представляет собой сечение по линии III-III на фиг.1.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе фрагмента по фиг.3.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе фрагмента пружинного приводного устройства по фиг.1-4.
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе фрагмента по фиг.5 с другого направления.
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе дополнительного фрагмента пружинного приводного устройства по фиг.1-6.
Фиг.8 представляет собой вид сбоку части фрагмента по фиг.1-4 согласно альтернативному примеру.
Фиг.9 представляет собой вид с торца пружинного приводного устройства, если смотреть с левой стороны на фиг.1
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе демпфера согласно примеру изобретения.
Фиг.11 представляет собой график, иллюстрирующий проблему, которая решается посредством настоящего изобретения.
Фиг.12-14 представляют собой виды в перспективе фрагмента демпфера по фиг.10.
Фиг.15-18 иллюстрируют различные альтернативные примеры фрагмента по изобретению.
Фиг.19 представляет собой схематический вид сбоку выключателя.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ
Как упомянуто вначале, настоящее изобретение представляет собой усовершенствование устройства, раскрытого в ЕР 2317530, и тесно связано с ним. Следовательно, полное раскрытие изобретения по ЕР 2317530 В1 включено явным образом в данную заявку.
Приводное устройство, проиллюстрированное на фиг.1-9, представляет собой устройство согласно данному включенному раскрытию изобретения. Нижеприведенное описание, относящееся к данным фигурам, обеспечивает контекст для лучшего понимания настоящего изобретения. Следовательно, описание предшествующего уровня техники, относящегося к фиг.1-9, следует рассматривать как часть описания настоящего изобретения. Таким образом, признаки/элементы, раскрытые на данных фигурах и в сопровождающем описании, представляют собой части описания настоящего изобретения и могут служить в качестве источника для исправления/изменения формулы изобретения таким же образом, как остальная часть настоящего описания.
Следовательно, описание примера разделено на первую часть, которая относится к фиг.1-9 и в которой описано то, что является общим для настоящего изобретения и предшествующего уровня техники. Первая часть озаглавлена «Контекст изобретения». Особенности, которые являются специфическими для настоящего изобретения, описаны далее ниже под заголовком «Отличительные признаки изобретения».
Контекст изобретения
Фиг.1 представляет собой осевое сечение приводного устройства выключателя. Приводное устройство имеет главный вал 1 и дисковый кулачок 2. Дисковый кулачок воздействует на передаточную штангу (непоказанную) для переключения выключателя. Передача от дискового кулачка к выключателю и выключатель как таковой могут быть обычного вида и не требуют дополнительного разъяснения.
Главный вал приводится в движение отключающей пружиной 3 и включающей пружиной 4. Обе пружины представляют собой цилиндрические винтовые пружины кручения и являются коаксиальными с главным валом. Отключающая пружина 3 расположена в радиальном направлении снаружи включающей пружины 4 и поэтому имеет внутренний диаметр, превышающий наружный диаметр включающей пружины 4.
Отключающая пружина 3 зажата между двумя концевыми соединительными элементами, а именно опорным концевым соединительным элементом 6, расположенным рядом с опертым концом 5 пружины, и воздействующим концевым соединительным элементом 8, расположенным рядом с ее приводным концом 7. Таким образом, отключающая пружина 3 в ее взведенном состоянии, нагружена в направлении ее спирали, или, другими словами, взведенная отключающая пружина сдавлена в направлении ее раскручивания. В результате этого приводной конец 7 воздействует с толкающим усилием на воздействующий концевой соединительный элемент 8, который соединен посредством шлицев 9 с главным валом 1.
Включающая пружина 4 состоит из двух элементов, а именно радиально наружного элемента 4а и радиально внутреннего элемента 4b, которые оба имеют оси, выровненные относительно оси отключающей пружины 3 и оси главного вала 1.
Подобно отключающей пружине включающая пружина 4 в ее взведенном состоянии также нагружена в направлении ее спирали. Наружный элемент 4а включающей пружины имеет опертый конец 10 и соединительный конец 14, и внутренний компонент имеет приводной конец 12 и соединительный конец 15. Опертый конец 10 поджат к опорному концевому соединительному элементу (непоказанному), который установлен на опорном фланце 35, и приводной конец 12 поджат к воздействующему концевому соединительному элементу 13. Оба соединительных конца 14, 15 двух элементов 4а, 4b поджаты к соединительному элементу 16, посредством которого данные два элемента соединены друг с другом с возможностью передачи усилия.
Когда выключатель приводят в действие для отключения, отключающая пружина 3 обеспечивает поворот соответствующего ей, воздействующего концевого соединительного элемента 8 и посредством этого поворот главного вала 1.
Примерно через 0,3 секунды после этого выключатель должен быть переведен в состояние включения. При этом включающая пружина 4 приводится в действие так, что ее приводной конец 12 толкает соответствующий ей, воздействующий концевой соединительный элемент 13 так, чтобы посредством ряда взаимодействующих компонентов, таких как кулачок, ролик и т.д., обеспечить поворот главного вала 1 в направлении, противоположном направлению поворота в процессе отключения, для перемещения приводной штанги, посредством чего выключатель переводится во включенное состояние. Когда главный вал 1 поворачивается в данном направлении, он также будет обеспечивать поворот воздействующего концевого соединительного элемента 8 для отключающей пружины 3 в том же направлении, так что он будет толкать приводной конец 7 отключающей пружины 3, и отключающая пружина становится снова взведенной и готовой для последующего перемещения для отключения, если оно потребуется.
Когда операция включения будет завершена, повторный завод включающей пружины осуществляется за счет того, что соответствующий ей, опорный концевой соединительный элемент толкает ее опертый конец 10.
В конце перемещений для отключения и включения перемещения должны быть демпфированы для предотвращения ударных нагрузок в конце хода, вызываемых избыточной энергией.
Перемещение для отключения демпфируется посредством обычного линейного гидравлического демпфера 17.
Перемещение для включения демпфируется посредством поворотного демпфера 18, имеющего воздух в качестве рабочей среды. Поворотный демпфер 18 может иметь компоненты, которые выполнены с возможностью поворота друг относительно друга. Поворотный демпфер 18 имеет тороидальную рабочую камеру, которая является коаксиальной с главным валом 1. Рабочая камера образована корпусом, имеющим первую боковую стенку 24, вторую боковую стенку 23, наружную окружную периферийную стенку 25 и внутреннюю окружную периферийную стенку 26. Корпус разделен на две части, а именно первую часть 20 и вторую часть 19. Данные две части выполнены с возможностью поворота друг относительно друга и соединены посредством наружного окружного периферийного уплотнения 21 и внутреннего окружного периферийного уплотнения 22.
Вторая часть 19 соединена с воздействующим концевым соединительным элементом 13, предназначенным для внутреннего элемента 4b включающей пружины 4, с возможностью передачи приводного усилия и поэтому поворачивается вместе с дисковым кулачком 2 при включении. Первая часть 20 на ее наружной стороне имеет фланец 35, проходящий в аксиальном направлении, на котором установлен опорный концевой соединительный элемент для наружного элемента 4а включающей пружины 4.
Работа демпфера для включения разъяснена со ссылкой на фиг.3, которая представляет собой радиальное сечение демпфера в направлении к первой части 20. Во время перемещения для включения первая часть 20 является неподвижной, и вторая часть 19 (которая не видна на фиг.3) поворачивается в направлении стрелки А, определяемом как направление поворота демпфера.
К первой боковой стенке 24 прикреплен дискообразный элемент, который образует радиальную концевую стенку 27. Соответствующий дискообразный элемент прикреплен ко второй боковой стенке 23 и образует смещающийся элемент 28. Каждый из элементов, представляющих собой концевую стенку 27 и смещающийся элемент 28, взаимодействует с боковыми стенками 23, 24 и окружными периферийными стенками 25, 26 рабочей камеры с обеспечением герметичности.
Первая боковая стенка имеет первое 29 и второе 30 сквозные отверстия, предназначенные для функционирования в качестве соответственно впускного отверстия и выпускного отверстия для воздуха.
Впускное отверстие 29 расположено на небольшом расстоянии за концевой стенкой 27, если смотреть в направлении поворота демпфера. Выпускное отверстие 30 расположено на угловом расстоянии от концевой стенки 27, соответствующем приблизительно прямому углу, перед ней.
При взведенном состоянии включающей пружины и в состоянии инициирования перемещения для включения смещающийся элемент 28 расположен близко к концевой стенке 27 с ее правой стороны, как видно на фигуре, то есть в зоне впускного отверстия 29. Вторая часть 19 корпуса посредством ряда компонентов соединена с главным валом с возможностью передачи приводного усилия.
Когда происходит перемещение для включения, смещающийся элемент 28 будет перемещаться из его исходного положения рядом с концевой стенкой 27, поскольку он соединен со второй боковой стенкой 23 и будет поворачиваться в направлении стрелки А до тех пор, пока он не совершит почти полный оборот и не достигнет левой стороны концевой стенки 27. Во время его поворота воздух будет всасываться внутрь через впускное отверстие 29. Кроме того, во время большей части поворота воздух будет выдавливаться через выпускное отверстие 30.
После того как смещающийся элемент пройдет за выпускное отверстие 30, воздух будет захвачен между смещающимся элементом 28 и концевой стенкой 27. Дальнейший поворот вызовет сжатие захваченного воздуха. Посредством этого создается увеличивающаяся противодействующая сила, препятствующая повороту, и будет происходить некоторая утечка воздуха вдоль линий уплотнений между концевой стенкой 27 и стенками корпуса и между смещающимся элементом 28 и стенками. Посредством этого достигается эффект демпфирования.
Обычно утечка воздуха вокруг концевой стенки и смещающегося элемента является достаточной для обеспечения демпфирования, которое представляет собой надлежащий баланс между чрезмерным демпфированием и недостаточным демпфированием. В случае, если уплотнения очень эффективны, надлежащая утечка воздуха может быть обеспечена посредством выполнения малого сквозного отверстия для утечки в концевой стенке 27 или в смещающемся элементе 28.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе первой части корпуса демпфера для включения.
Механизм завода включающей пружины 4 частично объединен в одно целое с демпфером 18 для включения. Первая часть 20 демпфера имеет наружную форму в виде зубчатого колеса 31 с наружными зубьями 32, выступающими в радиальном направлении. Зубчатое колесо 31 взаимодействует с шестерней 33, приводимой в движение электродвигателем посредством редуктора 56. При заводе шестерня 33 обеспечивает приведение первой части 20 демпфера 18 в движение в направлении стрелки А (фиг.3) для выполнения приблизительно одного полного оборота. Посредством этого концевая стенка 27 перемещается в место, находящееся непосредственно с левой стороны смещающегося элемента 28. Таким образом, концевая стенка 27 и смещающийся элемент достигнут такого положения друг относительно друга, подобного описанному выше, при котором начинается перемещение для включения.
Первая часть 20 демпфера 18 посредством фланца 35 (фиг.1 и 2) соединена с опорным концевым соединительным элементом 11 для наружного элемента 4а включающей пружины 4 с возможностью передачи приводного усилия.
Когда первая часть 20 поворачивается, опорный концевой соединительный элемент для наружного элемента 4а включающей пружины будет повторять ее поворот, поскольку он смонтирован на осевом фланце 35, проходящем назад от первой части 20 демпфера 18. Посредством этого включающая пружина нагружается по спирали до ее взведенного состояния.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе концевого соединительного элемента 8 для отключающей пружины 3, если смотреть в направлении от пружины к концевому соединительному элементу. Приводной конец 7 отключающей пружины 3 проходит через отверстие 36 в выступе 37, образующем часть концевого соединительного элемента 8. Углубление 38 в концевом соединительном элементе 8 обеспечивает направление приводного конца 7 к опорной поверхности 39. Остальные концевые соединительные элементы могут иметь аналогичную конструкцию.
Фиг.6 иллюстрирует воздействующий концевой соединительный элемент 8 для отключающей пружины 3 с другого направления. За ним также частично виден концевой соединительный элемент 16 для элементов 4а и 4b.
Фиг.7 иллюстрирует концевой соединительный элемент 16 более подробно. Он состоит из внутреннего кольца 42, от которого первый 43 и второй 44 опорные выступы проходят в радиальном направлении наружу под углом друг относительно друга, составляющим приблизительно 45-60°. В середине опорных выступов 43, 44, определяемой в радиальном направлении, они соединены стенкой 45, проходящей вдоль окружности, при этом указанная стенка, проходящая вдоль окружности, коаксиальна с внутренним кольцом 42. Первый опорный выступ 43 имеет опорную поверхность 48 в его радиально наружной части и сквозное отверстие 47 в его внутренней части. Соответственно, второй опорный выступ 44 имеет сквозное отверстие 46 в его наружной части и опорную поверхность 49 на его внутренней части.
Внутренний элемент 4b включающей пружины проходит через отверстие 47 первого выступа 43, и его конец упирается в опорную поверхность 49 второго выступа 44. Соответственно, наружный элемент 4а включающей пружины проходит через отверстие 46 второго выступа 44, и его конец упирается в опорную поверхность 48 первого выступа 43. Посредством этого толкающее усилие передается от наружного элемента 4а включающей пружины внутреннему элементу 4b включающей пружины. Концевые части элементов 4а, 4b включающей пружины направляются к соответствующим им, опорным поверхностям 48, 49 с помощью отверстий 46, 47, кольца 42 и стенки 45, проходящей вдоль окружности. При этом концевые части могут быть неплотно вставлены в концевой соединительный элемент 8, и не требуется никакого дополнительного средства крепления.
Альтернативная конструкция концевых соединительных элементов проиллюстрирована на фиг.8. На фиг.8 схематически проиллюстрирована часть опорного концевого соединительного элемента 6 для отключающей пружины 3. Опертая концевая часть 5 отключающей пружины 3 имеет торцевую поверхность, прилегающую к опорной поверхности 61 на радиальном выступе 58 концевого соединительного элемента 6. Удерживающее средство образовано вторым радиальным выступом 59 и окружной частью 57, соединяющей два выступа 58, 59. Второй радиальный выступ 59 имеет сквозное отверстие 60, и отключающая пружина проходит через данное отверстие 60 так, что ее концевая часть 5 будет направлена к опорной поверхности 61. Остальные концевые соединительные элементы могут иметь аналогичную конструкцию.
Фиг.9 представляет собой вид с торца пружинного приводного устройства, если смотреть с левой стороны на фиг.1. Дисковый кулачок 2 соединен с главным валом 1 с возможностью передачи приводного усилия посредством шлицев 50. Фиксаторы 52, 54 с соответствующими тормознымикатушками 54, 55 обеспечивают управление перемещениями приводного устройства для отключения и включения. В левой части фигуры виден масляный демпфер 17 для отключающей пружины, и слева можно видеть часть зубчатого колеса 31 для завода включающей пружины.
Отличительные признаки изобретения
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе поворотного пневматического демпфера 118 согласно настоящему изобретению, при этом указанный демпфер механически соединен с включающей пружиной 104, схематически показанной на фигуре. Включающая пружина может представлять собой пружину такого типа, как описанная выше в связи с фиг.1 и 2. Рабочая камера демпфера образована двумя частями 119, 120 корпуса, выполненными с возможностью поворота друг относительно друга. Первая часть 119 корпуса поворачивается в направлении стрелки и имеет смещающуюся стенку 128, прикрепленную к ней. Часть первой, поворотной части 119 корпуса не показана на фигуре для обеспечения ясности иллюстрации. Вторая часть 120 корпуса является неподвижной и имеет концевую стенку 127, прикрепленную к ней.
Фигура иллюстрирует положение в конце хода выключателя для включения. Во время хода для включения сжатый воздух выпускается через выпускные отверстия 130. Вскоре после того, как смещающаяся стенка 128 пройдет за выпускные отверстия 130, воздух будет захвачен и сжат между смещающейся стенкой 128 и неподвижной концевой стенкой 127. Давление, создаваемое в замкнутой камере, вызывает замедление поворота и, тем самым, демпфирование перемещения в конце хода.
Во время последней части хода при демпфировании очень высокое давление будет создаваться в замкнутой камере между смещающейся стенкой 128 и концевой стенкой 127. Если не будут предприняты никакие меры для сброса давления, высокое давление может вызвать отскок назад, который может привести к проблемам.
Фиг.11 представляет собой график, иллюстрирующий проблему отскока назад. График показывает угловое положение смещающейся стенки 128, при этом угол отсчитывается от ее исходного положения рядом с правой стороной неподвижной концевой стенки 127, если смотреть на фиг.10. Угловое положение показано в зависимости от времени от начала перемещения из данного положения.
На графике некоторое количество перемещений при испытаниях проиллюстрированы посредством кривых для демпфера без средства сброса давления. Как можно видеть, имеется быстрое и почти равномерное движение до тех пор, пока смещающаяся стенка 128 не достигнет углового положения, соответствующего 300°. Выпускные отверстия в данном случае расположены в месте, находящемся на угловом расстоянии от исходного положения, составляющем приблизительно 190°. Сильное давление, которое создается после включения/замыкания, приводит к тому, что смещающаяся стенка 128 отскакивает в угловом направлении назад. Различные испытания показывают отскок назад в положения, соответствующие интервалу между 210° и 245°. Перемещения приводного устройства для срабатывания регулируются посредством кулачка 2 (см. фиг.1), взаимодействующего с роликом (непоказанным). Если отскок назад большой, он может вызывать перемещение кулачка снова под роликом. Если это происходит, привод не сможет обеспечить выполнение операции включения. Прямая горизонтальная линия в месте, соответствующем угловому положению при 215°, показывает допустимый предел отскока назад для предотвращения данной проблемы. Отскок назад в угловое положение, соответствующее зоне над данной линией, обычно не вызывает никакого взаимодействия между кулачком и роликом. Однако отскок назад в положение, соответствующее зоне под данной линией, приводит к данной проблеме.
Со ссылкой на фиг.10 разъясняется, как углубление 131а позволяет решить проблему отскока назад согласно изобретению. Углубление 131а имеет форму канавки, проходящей вдоль окружности, в боковой стенке неподвижной части 120 корпуса. Канавка начинается в месте, находящемся за тем местом, где смещающаяся стенка 128 прошла за выпускные отверстия 130. Через некоторое время после этого смещающаяся стенка 128 начала бы отскакивать назад, если бы не было канавки, но за счет сброса давления посредством канавки отскок устраняется или, по меньшей мере, уменьшается. Посредством канавки 131а образуется канал для утечки от края до края смещающейся стенки 128, обеспечивающий сброс давления, которое в противном случае сохранялось бы между смещающейся стенкой 128 и концевой стенкой 127. Утечка уменьшает силу, противодействующую перемещению смещающейся стенки 128, так что отскок назад устраняется или, по меньшей мере, уменьшается до приемлемого уровня.
На фигуре имеется второе углубление или вторая канавка 131b на радиально внутренней стенке неподвижной части 120 корпуса. Данное положение может быть альтернативным по отношению к положению канавки 131а или дополняющим по отношению к ней.
Из фиг.10 легко можно понять, как конструкция функционирует, когда углубление расположено на первой части корпуса. В этом случае канавка может быть выполнена с внутренней стороны той части стенки, которая не показана на фигуре, и может быть расположена так, что, когда смещающаяся стенка 128 достигнет места, находящегося немного дальше, чем проиллюстрированное положение, углубление «соединится» с концевой стенкой 127. За счет этого объем, захваченный между смещающейся стенкой 128 и концевой стенкой 127, будет выпускаться посредством канала сообщения, созданного со стороной низкого давления, находящейся (на фигуре) с правой стороны концевой стенки 127.
Фиг.12 и 13 иллюстрируют перемещение смещающейся стенки 128 в конце демпфирования. На фиг.12 смещающаяся стенка 128 проходит за выпускные отверстия 130, и давление начинает нарастать в замкнутой камере. На фиг.13 смещающаяся стенка 130 дошла до канавки 131а, и воздух будет выходить через канавку 131а из замкнутой камеры с левой стороны смещающейся стенки 128, к ее наружной стороне. Данная утечка дополнительно проиллюстрирована на фиг.14.
Фиг.15 иллюстрирует канавку 131а на боковой стенке, которая имеет протяженность в угловом направлении, соответствующую 30°, и которая заканчивается перед концевой стенкой 127 на угловом расстоянии от нее, составляющем приблизительно 5°.
Фиг.16 иллюстрирует пример с множеством канавок 131с-f, которые распределены в угловом и радиальном направлениях и частично перекрывают друг друга.
Фиг.17 иллюстрирует канавку 131g на наружной стенке неподвижной части 120 корпуса. Она может представлять собой альтернативу или дополнение по отношению к канавке на боковой стенке.
Фиг.18 показывает пример, в котором глубина канавки 131а составляет приблизительно 2 мм, и длина приблизительно в 10 раз превышает эффективную толщину смещающейся стенки 128.
Фиг.19 схематически иллюстрирует выключатель, в котором подвижная контактная часть 102 вводится в контакт и выводится из контакта с неподвижной контактной частью 101 посредством штанги 103, приводимой в движение пружинным приводным устройством 100 согласно настоящему изобретению. Для трехфазного выключателя приводное устройство 100 может быть выполнено с возможностью одновременного перемещения подвижной контактной части 102 каждой фазы.
Реферат
Изобретение относится к области электротехники, а именно к пружинному приводному устройству для электрического переключающего устройства и электрическому переключающему устройству. Техническим результатом является повышение надежности. Устройство включает в себя приводную пружину для обеспечения перемещения для срабатывания переключающего устройства и поворотный пневматический демпфер, соединенный с приводной пружиной. Демпфер выполнен с возможностью замедления перемещения пружины во время, по меньшей мере, конечной части перемещения для срабатывания. Демпфер имеет тороидальную рабочую камеру, образованную двумя кольцеобразными частями (119, 120) корпуса, которые выполнены с возможностью поворота друг относительно друга. Каждая часть (119, 120) корпуса имеет внутренние стенки, которые совместно определяют границы рабочей камеры. Первая часть (119) корпуса имеет поворотную смещающуюся стенку (128), выполненную с возможностью поворота в рабочей камере с обеспечением герметичности. Вторая часть (120) корпуса имеет неподвижную концевую стенку (127) рабочей камеры. Согласно изобретению вторая часть (120) корпуса выполнена с по меньшей мере одним углублением (131а, b) на ее внутренних стенках. Углубление (131а, b) расположено на угловом расстоянии от концевой стенки (127), составляющем менее 90°, перед ней, если смотреть в направлении поворота смещающейся стенки (128) при перемещении для срабатывания. Углубление (131а, b) имеет протяженность в направлении вдоль окружности, которая больше эффективной толщины смещающейся стенки (128). В альтернативном варианте углубление находится в первой части (119) корпуса и снабжено приводом. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 19 ил.
