德力西斷路器機構彈簧設計

彈簧是斷路器 mechanism中廣泛運用的部件，要害彈簧對斷路器的功能影響很大。作者從能量的角度，結合繃簧的安裝空間，運用繃簧現有的核算公式，由已知量求解未知量，得到所需的繃簧參數，終究構成繃簧的規劃圖。

　　彈簧斷路器是繃簧操作組織中廣泛運用的零件。組織中運用了圓柱或螺旋彈簧、碟簧、板簧、扭簧等各種繃簧，要害繃簧對斷路器的功能影響很大。假如分閘繃簧和合閘繃簧規劃不當，斷路器 min，合閘不會到位或分閘。

　　本文從斷路器 general energy layout動身，結合繃簧的安裝空間，運用已知條件，求解繃簧參數，再結合繃簧的表面處理、強度校核、加強等因素，規劃出符合要求的彈簧。

德力西斷路器機構彈簧設計

　　1、彈簧的規劃

　　在規劃彈簧操動組織時，首先要搞清楚斷路器的全體能量組織，即經過斷路器的額外電流和額外電壓來確認觸頭繃簧的能量。然后依據斷路器速度、運動部件質量、摩擦阻力等。當打開制動器時，打開繃簧的能量被確認。最終，依據閉合速度、運動部件的質量和摩擦力來確認閉合繃簧的能量。

　　依據已知的分合閘繃簧能量，結合已知條件，求解出繃簧的參數，再結合繃簧的制作工藝和強度校核，規劃出滿意要求的繃簧。

　　1.1分閘彈簧的規劃

　　分閘彈簧主要有兩個作用:一是滿意斷路器分閘速度的要求，二是確保斷路器分閘到位；前者需要分斷電弧，后者需要確保動、靜觸頭在分閘后有足夠的分閘距離。

　　下面以vacuum 斷路器為例規劃開口彈簧，開口彈簧為圓柱螺旋拉簧。這種繃簧運用廣泛，繃簧作業時不需要導向，結構簡略。

　　設定真空斷路器平均分閘速度vf、剛分閘速度vg、分閘和停止速度ve、觸頭繃簧開釋結束時的絕緣拉桿速度V、導電桿質量md、絕緣拉桿質量M、摩擦力Ff、超程h、觸頭繃簧所需能量Ac、分閘繃簧在超程開釋的能量為Af1、分閘繃簧在開距開釋的能量為Af2。Ac+af1+mgh-ffh = 1/2mv2，mv = (m+MD) VG，Af2=1/2(m+md)ve2-1/2(m+md)vg2，vf=(vg+ve)/2，所以ve=2vf-vg。

　　真空斷路器vf，vg都有必定的要求，M，md，H已知，Ac能夠提早得到，Ff能夠依據零件的運動方式來預算，因而，能夠得到Af1，Af2。敞開繃簧在敞開過程中開釋的能量(Af1+Af2)規劃為12J。依據組織的輸出角度，當分閘繃簧作業時(即從P1+p2 = 2e/λ = 888.9n..

　　依據斷路器敞開條件，P1≥350N，則P2≤538.9N繃簧剛度P' = (P2-P1)/λ ≤ 7.0。為了使斷路器開關順暢接通，一般要求分閘繃簧P2的值不能太大，即繃簧剛度P’應適當取小值。P' = gd4/(8d23n)，其間d-繃簧鋼絲直徑，D2-繃簧中徑，n-有效匝數，g-繃簧剪切模量(g = 80000 —— 83000 MPa)。因而，D2應該越大越好。

　　依據空間巨細，敞開繃簧動作時，外徑D1 = 38 mm，中徑D2 = D1-D = 31 —— 35 mm (D估計為3 —— 7 mm)，卷繞比C = D2/D，一般為4 —— 16，常用值為5 —— 8。假如C n=17，D = 4.4 —— 5 mm. P1 = P0+kλ0，P0是繃簧的初張力，λ0是繃簧P1的變形量。

　　P0 = π d3 τ 0/(8d2k)，其間k ≈ (4c-1)/(4c-4)+(0.615/c) = 1.21，k為繃簧的補償系數，τ0為繃簧的初應力，其值τ 0 = (0.1 —— 0.15) τ lim取為τ0。

　　所以P0 = 94n，λ 0 = (P1-P0)/k = 38.8mm .結合繃簧的安裝尺寸，能夠核算出繃簧兩端掛鉤的尺寸，構成終究的繃簧圖，如圖1所示。經校核，P2 < Plim(繃簧的極限作業載荷)，繃簧滿意運用要求。

　　1.2關閉彈簧的規劃

　　閉合繃簧的規劃也有必要從能量開端。合閘繃簧的能量主要分配給觸頭繃簧、分閘繃簧、合閘時做功的電力、運動部件的重力功、運動部件摩擦耗費的能量等。，其間負載能量一般占合閘能量的30 —— 50%。由于現已獲得了觸摸繃簧和分閘繃簧的能量，因而能夠大致預算出合閘繃簧的能量。

　　以vacuum 斷路器為例，觸摸繃簧(碟簧)所做的功主要在超程階段。依據斷路器額外電流、分斷電流等電氣參數可知，觸頭繃簧的初壓力為P1 = 2200n，作業壓力P2 = 3150n，超程為T = 3.5mm，三相觸頭繃簧的能量為E1 = 3 *(P1+P2)* T/2 = 3 *(2200+3150)* 3.5/2 = 28088n . mm≈28.1j因而，負載

　　當組織合閘繃簧的行程為S = 20毫米時，則E = (P1+P2) * S/2，P1+P1+P2=10670N。由于空間尺寸的約束，繃簧有必要安裝在外徑D0 < φ 57，內徑D1 > φ 20的范圍內，單個繃簧很難滿意上述要求。因而，該規劃選用組合繃簧。圖2所示為其間一個緊縮繃簧，組合繃簧的P1和P2值之和應滿意P1+P1+P2=10670N，且各自應滿意P2 < Plim。

　　2、組合彈簧的規劃

　　當圓柱螺旋緊縮繃簧規劃為接受較大載荷，安裝空間有限時，能夠運用組合繃簧。這種繃簧鋼絲直徑小，便于制作。規劃組合繃簧時，應注意以下事項:

　　1)表里繃簧的強度應接近相等，核算如下關系

1/D2 = D1/D2 = (Pn1/Pn2) 1/2且PN = PN1+PN2，g類一般組合繃簧的Pn1(外繃簧最大作業載荷)與Pn2(內繃簧最大作業載荷)之比為5: 2。

　　2)表里繃簧的變形應接近相等，其間一個繃簧在最大作業載荷下的變形Fn不應大于另一個繃簧的作業極限變形Fj，實踐變形差可經過墊片調整。

　　3)為了確保組合繃簧作業時不互相纏繞，避免表里繃簧歪斜，兩個繃簧的旋轉方向應相反。假如選用三個繃簧的組合，應確保中心繃簧的旋轉方向與外、內繃簧的旋轉方向相反。

　　4)組合彈簧的徑向間隙δ應滿意以下關系:δ = (d11-d22)/2 ≥ (d1-d2)/2，其間d11為外繃簧的內徑，d22為內繃簧的外徑，D1和D2為外繃簧和內繃簧的線徑。

　　5)彈簧末端的支承面結構應能避免內、外繃簧在作業中的偏移。

　　3、結論

　　彈簧在斷路器 mechanism中運用廣泛，要害繃簧對斷路器的功能影響很大。對于要害繃簧，規劃時繃簧的作業壓力P2有必要≤ 80% plim，以確?？嚮刹粫蚱v而塑性變形。別的，繃簧能夠經過噴丸、壓制等辦法進行強化，其Plim能夠提高20%左右。

　　當然，依據繃簧的不同運用場合，也能夠經過運用適宜的材料來提高繃簧的Plim值?？嚮杀砻驽冧\后，有必要進行脫氫處理，避免繃簧氫脆?？傊?，在規劃德力西斷路器 mechanism的繃簧時，不僅要考慮斷路器 mechanism的要求，還要考慮繃簧自身的一般規劃標準，這樣規劃出來的繃簧才能更好地滿意斷路器的運用要求。