Пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТБЛЬСТВУ

„,907615

Союз Советских

Социалистических.

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.05.80 (21) 2931044/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл,э

Н 01 Н 33/32

Гвсуднрственнмй комнтет ло делам нэобретеннй н аткрмтий

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень №7

Дата опубликования описания 28.02.82 (53) УДК 621.316.

:524 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Будовский, В. Б. Козлов и А. И. У т

1

Научно-исследовательский проектно-конструкторски олог.ически и « институт объединения «Уралэлектротяжмаш» и Всесоюзньн4 электротехнический институт им. В. И. Ленина (7I) Заявители (54) ПНЕВМОПРИВОД ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ

КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

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 шариков, 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 больших масс на большие расстония, повышенный износ поверхностей, скользящих по шарикам, вследствие больших жесткости и усилий пружины, связывающей включающий и отключающий узлы, так как эта пружина рассчитана на усилия теков К3; необходимость больших усилий трогания шариков из наминаемых ими лунок в цилиндрических поверхностях; возможность аварии при остановке механизма в промежуточном положении из-за встречного направления конусов обоймы и втулки.

Наиболее близким к предлагаемому является пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов, содержащий поршень со штоком, установленный в цилиндре 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 цищ линдра и внутренней поверхности, закрепленной на цилиндре детали.

В цилиндре выполнен перепускной канал, связывающий полость цилиндра с первой

907615 и утечки в зазоре между шариками и отверстиями в цилиндре). Также движение уплотняюших поверхностей плунжера по шарикам приведет к прогрессирующему со временем износу контактирующих деталей в устройстве.

Недостатком является и то, что для расфиксации 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 коммутационных аппаратов, содержа шин поршень со

SO

SS 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 осугцествляется за счет заклинивания шариков между конусами поршня и кулачка при его движении против поршня в одно из крайних положений от сжатой среды, поступающей через перепускной канал в первую торцовую полость кулачка при подходе к конечному включенному положению. Отключается поршень при подаче сжатой среды во вторую торцовую полость кулачка, при движении которого шарики 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 черезмерных 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 ооеспечения большей 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 щ большому 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 большими, что приедет как к большим поперечным размерам всего устройства, так и к большим утечкам вдоль плунжера и, следовательно, преждевременному перемещению кулачка на заклинивание шариков (к этому не приводят штоком, установленный в цилиндре с радиальными отверстиями, расположенными по окружности, в которых с зазором установлены шарики, 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 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 катушке, причем поршень выполнен дифференциального типа с уплотнениями из самосмазывающихся материалов, з в штоковой части цилиндра установлен дополнительно введенный впускной клапан.

Скос на втулке штока выполнен в виде вогнутой поверхности тора, радиус образуюшей которой больше радиуса шарика.

Кроме того, углы раствора Ы,и внутренних конусов кулачка выбраны в пределах

1 < d. (30.

30 < 4 (90

Выполнение поршня дифференциального типа позволяет получить большее усилие при меньших габаритах, IIQ сравнению с плунжерной конструкцией; установить уплотнения в поршне и тем самым уменьшить утечки сжатой среды, т. е. повысить КПД привода и его надежность; уменьшить точность изготовления поверхностей скольжения цилиндра и поршня, что упрошает конструкцию; большой допустимый относительный износ уплотнений позволяет увеличить надежность ч 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 тем, что поршень и его уплотнения на всем участке перемешения не контактируют с шариками.

Выполнение кулачка со скольжением только по наружной поверхности цилиндра 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 при907615

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).

0 При этом движении, сжимаемая среда из поршневой полости 21, истекает в узкий за зор, в несколько сотых долей миллиметра, между отверстиями 5 цилиндра и шариками 6, стараясь вытолкнуть шарики наружу и прижимая их ко второму внутреннему 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 мощной пружины 15, вдавливающей шарики сначала вторым 13, а затем первым 12 конусами кулачка 1 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 зависимости от величины трения, усилия отключающих пружин выключателя (на чертеже пру жина 16) и пружины 15. При уменьшении 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 катушку 4 от конденсаторов (не показаны) и отбрасывании диска 14 с кулачком 11 при их обратном движении от пружины 15 происходит удар по выдавленным скосом 10 шарикам и поверхности 26 втулки 9. С увеличением угла второго конуса 13 уменьшаются как износ поверхности 5, так и надежность вдавливания шариков в скос 10 Ilðè фиксации. Оптимальный угол конуса 13 р;.вен 35 — 80 . Постоянное поджатие кулак» вода, повышая надежность и срок службы привода. Причем угол конуса в пределах

30 — 90 выбирается расчетно-опытным путем с учетом величины трения шариков в отверстиях цилиндра и величины усилия пружины. Увеличение трения требует уменьS шения 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, 10 что позволяет уменьшить время подачи сигнала на включение выключателя и, следовательно, быстрее подготовить выключатель на отключение.

Постоянное поджатие кулачка пружи4 нои позволяет выбирать угол первого конуса большим при сохранении надежного заклинивания втулки, а, следовательно, и привода во включенном положении, что приводит к уменьшению износа контактируюших с шариками поверхностей, повышению г 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 виб2S рации. Применение катушки и электропроводящего диска, образующих индукционнодинамический привод, позволяют уменьшить время расфиксации привода, т. е. уменьшить время отключения выключателя, повы- зо сить надежность расфиксации вследствие приложения к кулачку более жесткого и мощного силового импульса по сравнению со сжатой средой, что особенно важно при расфиксации самозаклинивающихся механизмов.

3S

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

На цилиндре I с крышкой 2 и отверстием 3 для подачи и сброса сжатой среды закреплена катушка 4. В отверстиях 5 цилиндра помещены шарики 6 с зазором в сотые доли миллиметра. Внутри цилиндра находится поршень 7 дифференциального типа, на штоке 8 которого закреплена втулка 9 со скосом 10. На наружной поверхности цилиндра помещен кулачок 11, с первым конусом 12 и вторым конусом 13 и жестко закрепленным диском 14 из электропровод- ф ного материала. Катушка 4 и диск 14 образуют индукционнодинамический привод отключения поршня. Кулачок поджимается к шарикам и катушке пружиной 15. Пружина 16 служит для возвращения поршня в отключенное положение. Обычно эту функ- цию выполняют отключающие пружины выключателя, для которого предназначен привод. Перемещение кулачка при отключении ограничивается упором 17, игракццим одновременно роль демпфера. Перемещение поршня на включение ограничено упором

18. В штоковой части !9 цилиндра установлен обратный впускной клапан 20, открывающийся при давлении в штоковой полости 2! 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.

907615 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 отключения.

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

1. Пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов, содержащий поршень со штоком, установленный в цилиндре 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, отличающийся 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 катушке, причем поршень выполнен дифференциального типа с уплотнениями из самосмазывающихся материалов, а в штоковой части цилиндра установлен дополнительно введенный впускной клапан.

2. Пневмопривод по п. 1, отличающийся тем, что скос на втулке штока выполнен в виде вогнутой поверхности тора, радиус образующей которой больше радиуса шарика.

3. Пневмопривод по п. 1, отличающийся тем, что углы раствора 4 и, внутренних конусов кулачка выбраны в пределах

1 (ос (30

30 < 2 (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.

907615

Я

11

12 б

1Р

f3

Редактор Н. Бобкова

Заказ 603 /6I

Составитель Ю. Торшин

Техред А. Бойкас Корректор Ю.Макаренко

Тираж 758 Рподписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4