CN104314918B - 高压开关用液压操动机构及其液压工作缸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压开关用液压操动机构及其液压工作缸，该液压工作缸包括具有内腔的缸体、密封滑动装配于缸体的内腔中的主活塞，缸体的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆相互独立的辅助活塞，辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有面积差，有杆腔中对应于辅助活塞设定的运动行程而设置有分别在辅助活塞的运动行程的左右两极限位处阻挡辅助活塞左、右限位结构。本发明在于提供一种能够在活塞杆运动速度达到要求后减小其加速度的液压工作缸，同时提供使用该液压工作缸的液压操动机构。
Description
技术领域
本发明涉及用于操动高压开关进行分、合闸动作的高压开关用液压操动机构，本发明的液压工作缸则用于高压开关的液压操动机构中。
背景技术
超高压、特高压开关，如断路器、接地开关等，由于其电压等级高、开断电流大而对分闸或合闸的速度要求较高（断路器要求分闸速度高，接地开关要求合闸速度高），这就要求其操动机构能提供较大的操作功。目前，只有液压机构可以满足超高压、特高压开关进行分、合闸动作对操作功的要求。现有超高压、特高压开关中所普遍应用的便是液压操动机构，液压操动机构的特点是常充压保持、瞬时动作。
现有的此类液压操动机构的结构如中国专利公开号101527206A、名称为一种高压断路器液压操动机构中所公开的，其包括输出动力的工作缸、控制工作缸的活塞杆动作的控制阀，液压操动机构在具体应用时，工作缸的活塞杆与相应的高压开关的主断口的动端通过连杆机构相连，控制阀通过油路控制工作缸的活塞杆伸缩运动。此类液压操动机构中的工作缸为常规的双作用缸，包括缸体和活塞杆，在缸体的有杆腔和无杆腔上分别设有第一、二油口，通过控制阀的对缸体有杆腔、无杆腔进油、泄油的控制而驱动活塞及活塞杆动作。
液压操动机构的主要目标是满足断路器对机械特性的要求，而对机械特性比较关注的主要是工作缸运动速度的高低。以断路器为例，其分闸操作时液压工作缸的动作时间只有30ms左右，在如此短的时间内，工作缸的活塞杆初始加速运动阶段要将运动***的速度加速到10m/s以上，而之后又为了防止过大的压力冲击造成的损害，后期的减速阶段又要把速度快速降低到零，为此在工作缸中还设有分闸缓冲器和合闸缓冲器进行减速保护。在初始加速运动阶段，液压***必须提供足够大的能量，在减速阶段，缓冲器又需要吸收大部分运动***的动能。而断路器要求的分闸速度是规定时间段内或行程段内的平均速度，为了能够满足要求，在液压工作缸的初始加速阶段的加速度及速度较低时，只能通过加大液压操动机构的操作功以提高工作缸的初始加速阶段的加速度，具体措施是加大储能器储存的能量、液压工作缸的尺寸、液压元件及液压机构的外形尺寸，这样不但导致整个液压机构尺寸较大而造成成本和占地面积的提高，而且在增大操作功后，由于液压作用力将持续作用在活塞上而将导致其加速度始终保持在较高的程度，这样就造成操作中活塞杆的最高速度将远远高于平均速度，这样在减速阶段不但将损失较大的能量，而且导致操作中产生的冲击振动也比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在活塞杆运动速度达到要求后减小加速度的液压工作缸，同时提供使用该液压工作缸的高压开关用液压操动机构。
本发明的技术方案是：
一种高压开关用液压操动机构，包括液压工作缸、控制阀，液压工作缸包括具有内腔的缸体、密封滑动装配于缸体的内腔中的主活塞，缸体的内腔被主活塞分隔为处于主活塞左侧的有杆腔和处于主活塞右侧的无杆腔，主活塞上固定有穿设于所述有杆腔中的沿左右方向延伸的活塞杆，其特征在于：所述缸体的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆相互独立的辅助活塞，辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有在有杆腔中充入的液压油作用下驱动辅助活塞向右运动的面积差，辅助活塞上还设有在向右运动时对主活塞施加向右加速的作用力的施力端，所述有杆腔中对应于辅助活塞设定的运动行程而设置有分别在辅助活塞的运动行程的左右两极限位处阻挡辅助活塞左、右限位结构，所述右限位结构的位置被设置为在主活塞向右运动速度达到设定值的同时辅助活塞被右限位装置阻挡停止。
所述辅助活塞具有分别靠近活塞杆和有杆腔内壁面的内、外对应面，所述内对应表面与活塞杆间隙活动配合，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有滑动密封配合结构，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有左、右两个滑动密封配合结构，外对应面与有杆腔的内壁之间于两滑动密封配合结构之间留有减压空隙并在缸体上开设有与所述减压空隙相通的与外界大气相通的减压孔，所述辅助活塞上于所述减压空隙的左侧设有朝右的减压台阶面。
所述辅助活塞为具有内孔的套管结构，所述内对应面为辅助活塞的内孔的孔壁面，所述外对应面为辅助活塞的外周面，所述限位结构包括左限位结构和右限位结构，左限位结构为具有对辅助活塞向左运动止挡的右限位面的设置在有杆腔内壁的合闸缓冲套，右限位结构为设置在有杆腔内壁的具有对辅助活塞向右运动止挡的左限位面的限位凸台，所述施力端为辅助活塞的右端面，所述滑动密封配合结构包括左滑动密封配合结构和右滑动密封配合结构，左滑动密封配合结构包括安装在设置于辅助活塞外对应面的定位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动密封配合的有杆腔内壁，右滑动密封配合结构包括安装在设置于有杆腔内壁的限位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动配合的辅助活塞外对应面。
一种液压工作缸，包括具有内腔的缸体、密封滑动装配于缸体的内腔中的主活塞，缸体的内腔被主活塞分隔为处于主活塞左侧的有杆腔和处于主活塞右侧的无杆腔，主活塞上固定有穿设于所述有杆腔中的沿左右方向延伸的活塞杆，其特征在于：所述缸体的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆相互独立的辅助活塞，辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有在有杆腔中充入的液压油作用下驱动辅助活塞向右运动的面积差，辅助活塞上还设有在向右运动时对主活塞施加向右加速的作用力的施力端，所述有杆腔中对应于辅助活塞设定的运动行程而设置有分别在辅助活塞的运动行程的左右两极限位处阻挡辅助活塞左、右限位结构，所述右限位结构的位置被设置为在主活塞向右运动速度达到设定值的同时辅助活塞被右限位装置阻挡停止。
所述辅助活塞具有分别靠近活塞杆和有杆腔内壁面的内、外对应面，所述内对应表面与活塞杆间隙活动配合，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有滑动密封配合结构，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有左、右两个滑动密封配合结构，外对应面与有杆腔的内壁之间于两滑动密封配合结构之间留有减压空隙并在缸体上开设有与所述减压空隙相通的与外界大气相通的减压孔，所述辅助活塞上于所述减压空隙的左侧设有朝右的减压台阶面。
所述辅助活塞为具有内孔的套管结构，所述内对应面为辅助活塞的内孔的孔壁面，所述外对应面为辅助活塞的外周面，所述限位结构包括左限位结构和右限位结构，左限位结构为具有对辅助活塞向左运动止挡的右限位面的设置在有杆腔内壁的合闸缓冲套，右限位结构为设置在有杆腔内壁的具有对辅助活塞向右运动止挡的左限位面的限位凸台，所述施力端为辅助活塞的右端面，所述滑动密封配合结构包括左滑动密封配合结构和右滑动密封配合结构，左滑动密封配合结构包括安装在设置于辅助活塞外对应面的定位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动密封配合的有杆腔内壁，右滑动密封配合结构包括安装在设置于有杆腔内壁的限位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动配合的辅助活塞外对应面。
本发明的液压工作缸在缸体的有杆腔内设置了受到有杆腔中的液压油作用下向朝向无杆腔的方向（右方）运动的辅助活塞，而且通过限位结构将辅助活塞的运动控制在设定的工作行程范围内，这样在工作缸的初始加速阶段，也即辅助活塞的工作行程段，辅助活塞和主活塞上均产生向右的液压作用力，而且辅助活塞的施力端将直接或通过液压油推动主活塞向右运动，可较快的把运动***加速度到需要的速度，然后由主活塞上的作用力带动运动***完成分闸动作。这样，在加速运动阶段，由于辅助活塞上作用力的加入，增大了工作缸的分闸作用力，有利于增大运动***的加速度，使运动速度快速增加。而且限位装置的位置设置，能够保证在主活塞运动速度达到需要的同时辅助活塞到达工作行程的右极限位置而被右限位装置阻挡，这时辅助活塞停止运动而不再对主活塞施加作用力，在主活塞的作用下，运动***继续作加速运动，但其加速度由于辅助活塞的停止的而减小，使主活塞的其最高运动速度不至过高。这样有利于减小工作缸及活塞的直径，减小液压机构的操作功。合闸操作时，辅助活塞在合闸结束前起缓冲作用，提高液压机构动作的稳定性。
本发明的高压开关用液压操动机构采用带有辅助活塞的工作缸，可以减小工作缸及活塞的直径，最高速度的降低，可提高液压***的传动效率。这都有利于减小液压操动机构的操作功，也有利于减小其它液压元件及整个操动机构的结构尺寸，实现液压机构小型化，降低产品成本。另外，由于降低了运动***的最高速度，使运动***的动能减小，操作中产生的冲击振动也减小，有利于提高产品的可靠性与稳定性。
附图说明
图1是本发明的液压工作缸的实施例的结构示意图；
图2是图1中的辅助活塞的结构示意图；
图3是图1中的活塞杆及主活塞的结构示意图；
图4是本发明液压操纵机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明的液压工作缸的实施例如图1-3所示：该液压工作缸包括具有内腔的缸体11，密封滑动装配于缸体11的内腔中的主活塞18，缸体11的内腔被主活塞18分隔为处于主活塞18左侧的有杆腔和处于主活塞18右侧的无杆腔，主活塞18上固定有穿设于所述有杆腔中的沿左右方向延伸的活塞杆1，缸体11的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆1相互独立的辅助活塞9。
缸体11有杆腔左端部设有与有杆腔内壁旋转配合的具有内孔的左螺母5，活塞杆1的左端从左螺母5的内孔传出缸体11之外，左螺母5左端部分为无螺纹的圆柱体，圆柱体圆周面与缸体11有杆腔内壁之间设有密封圈3，左螺母5靠近左端面的螺母5内孔壁设有安装防尘圈2的环形槽，位于防尘圈2右侧的左螺母5内孔壁上间隔设有两密封圈6，位于左螺母5右侧缸体11有杆腔内壁设有用于安装合闸缓冲套7的台阶面。缸体11无杆腔右端部设有与无杆腔内壁旋转配合的具有内孔的右螺母15，右螺母15外周面与无杆腔内壁之间设有密封圈16和密封圈17 。右螺母15左侧无杆腔内壁设有用于安装分闸缓冲套14的台阶面。主活塞18外周面上间隔安装有耐磨环12及密封圈13。缸体11中还设有与缸体11内腔贯通的液压油通道19。缸体11的有杆腔的内壁面上设有环形的限位凸台21，限位凸台21处于液压通道19与缸体11连通的开口的左侧、以及辅助活塞9的右侧。限位凸台21左侧具有的台阶面作为缸体11上设置的用于挡止辅助活塞9向右运动的右限位结构。限位凸台21外周面的中部开设环形凹槽并安装有密封圈10，合闸缓冲套7右侧具有台阶面作为缸体11上设置的用于挡止辅助活塞9向左运动的左限位结构。
辅助活塞9 外周面上设有环形的定位凸台20，定位凸台20外周面的中部开设环形凹槽并安装有密封圈8，定位凸台20左侧具有的台阶面作为辅助活塞9向左运动过程中与合闸缓冲套7接触配合的左限位面，定位凸台20右侧具有的台阶面作为辅助活塞9向右运动过程中与缸体11内腔对应设置的限位凸台21的左限位台阶面挡止配合的右限位面，所述辅助活塞9整体为具有内孔的套管结构，活塞杆1穿过辅助活塞9，并且主活塞18位于辅助活塞9的右侧，辅助活塞9的右端面则朝向主活塞18而构成用于对主活塞18施加加速作用力的施力端。辅助活塞9具有靠近活塞杆1的内孔的孔壁面作为辅助活塞9对应活塞杆1的内对应面，辅助活塞9还具有靠近有杆腔内壁面的外周面作为辅助活塞9对应有杆腔内壁面的外对应面。辅助活塞9内孔与活塞杆1间隙活动配合，辅助活塞9外周上和有杆腔的内壁上对应设有左、右两个滑动密封配合结构，其中左滑动密封配合结构为上述的定位凸台20上设置的密封圈8以及与密封圈8对应滑动配合的有杆腔的内壁面。右滑动密封配合结构为上述限位凸台21上设置密封圈10及与密封圈10对应滑动配合的辅助活塞9的外周面。上述的辅助活塞9上所设置的右限位面和缸体11上设置的左限位结构之间形成的空腔，该空腔与设置在缸体11上的减压孔22贯通，并且该空腔设于上述的左、右两滑动密封配合结构之间而形成与有杆腔相互不连通的减压空隙。
上述实施例在使用时，辅助活塞9的两端面承受液压***的高压，由于辅助活塞9与缸体11内腔之间形成减压空隙与减压孔22相通，辅助活塞9左端的受力面积大于其右端的受力面积，从而在液压***高压油的作用下，辅助活塞9上会产生一个大的向右的作用力。分闸操作时，在加速运动阶段也即辅助活塞9工作行程段，利用辅助活塞9及主活塞18上产生的液压作用力，较快的把运动***加速度到需要的速度，然后由主活塞18上的作用力带动运动***完成分闸动作。这样，在加速运动阶段，由于辅助活塞9上作用力的加入，增大了工作缸的分闸作用力，有利于增大运动***的加速度，使运动速度快速增加。在运动速度达到要求的速度后，辅助活塞9由于限位凸台21上设置的左限位面的挡止而停止运动，由于减少了辅助活塞9的作用力，在主活塞18的作用下，运动***继续作加速运动，但其加速度减小，使其最高运动速度不至过高,主活塞18右端与分闸缓冲套14碰撞接触，在分闸缓冲套14的缓冲作用下，运动***停止运动，完成分闸过程。合闸操作时，主活塞18右端受液压油作用力，主活塞18向左运动过程中合闸过程即将完成时，辅助活塞9对主活塞18起缓冲作用，提高液压机构动作的稳定性。
在本发明的液压工作缸其它实施例中，辅助活塞也可以不是套管状，也可以是块状，瓦片状，半环状或其截面为C型，此时辅助活塞外周面与缸体有杆腔内壁滑动密封配合且辅助活塞内壁也要与活塞杆外周面滑动密封配合；另外，本发明中为了能够实现辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有在有杆腔中充入的液压油作用下驱动辅助活塞向右运动的面积差，是采用了在辅助活塞外对应面与有杆腔内壁之间设有减压空隙的手段。当然在其它实施例中，也可以采用辅助活塞的右端部分穿出缸体的结构等其它的常规的能够以减小辅助活塞右侧压力作用面的结构，此时，由于形成面积差并不依赖于减压空隙，从而辅助活塞外对应面与缸体之间的密封则是没有必要的，而可以省去。
在其它实施例中，滑动密封结构的密封圈可以不设置在辅助活塞的定位凸台上，在辅助活塞上另设安装密封圈的凸台。
在其它实施例中，当辅助活塞结构采用上述的瓦片状，半环状或截面为C型时，可以不设置合闸缓冲套，在缸体有杆腔内壁设置限位凸台，限位凸台右侧面作为挡止辅助活塞向左运动的左限位面。
本发明的高压开关用液压操动机构，其采用的液压工作缸的结构与上述液压工作缸实施例的结构完全相同，此处不再赘述。
Claims (6)
1.一种高压开关用液压操动机构，包括液压工作缸、控制阀，液压工作缸包括具有内腔的缸体、密封滑动装配于缸体的内腔中的主活塞，缸体的内腔被主活塞分隔为处于主活塞左侧的有杆腔和处于主活塞右侧的无杆腔，主活塞上固定有穿设于所述有杆腔中的沿左右方向延伸的活塞杆，其特征在于：所述缸体的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆相互独立的辅助活塞，辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有在有杆腔中充入的液压油作用下驱动辅助活塞向右运动的面积差，辅助活塞上还设有在向右运动时对主活塞施加向右加速的作用力的施力端，所述有杆腔中对应于辅助活塞设定的运动行程而设置有分别在辅助活塞的运动行程的左右两极限位处阻挡辅助活塞的左限位结构、右限位结构，所述右限位结构的位置被设置为在主活塞向右运动速度达到设定值的同时辅助活塞被右限位装置阻挡停止。
2.根据权利要求1所述的高压开关用液压操动机构，其特征在于：所述辅助活塞具有分别靠近活塞杆和有杆腔内壁面的内、外对应面，所述内对应面与活塞杆间隙活动配合，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有滑动密封配合结构，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有左、右两个滑动密封配合结构，外对应面与有杆腔的内壁之间于两滑动密封配合结构之间留有减压空隙并在缸体上开设有与所述减压空隙相通的与外界大气相通的减压孔，所述辅助活塞上于所述减压空隙的左侧设有朝右的减压台阶面。
3.根据权利要求2所述的高压开关用液压操动机构，其特征在于：所述辅助活塞为具有内孔的套管结构，所述内对应面为辅助活塞的内孔的孔壁面，所述外对应面为辅助活塞的外周面，左限位结构为具有对辅助活塞向左运动止挡的右限位面的设置在有杆腔内壁的合闸缓冲套，右限位结构为设置在有杆腔内壁的具有对辅助活塞向右运动止挡的左限位面的限位凸台，所述施力端为辅助活塞的右端面，所述滑动密封配合结构包括左滑动密封配合结构和右滑动密封配合结构，左滑动密封配合结构包括安装在设置于辅助活塞外对应面的定位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动密封配合的有杆腔内壁，右滑动密封配合结构包括安装在设置于有杆腔内壁的限位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动配合的辅助活塞外对应面。
4.一种液压工作缸，包括具有内腔的缸体、密封滑动装配于缸体的内腔中的主活塞，缸体的内腔被主活塞分隔为处于主活塞左侧的有杆腔和处于主活塞右侧的无杆腔，主活塞上固定有穿设于所述有杆腔中的沿左右方向延伸的活塞杆，其特征在于：所述缸体的有杆腔中沿左右方向滑动装配有与活塞杆相互独立的辅助活塞，辅助活塞的朝向左方的能够受液压油作用的左侧压力作用面的总面积与辅助活塞朝向右方的能够受液压油作用的右侧压力作用面的总面积之间具有在有杆腔中充入的液压油作用下驱动辅助活塞向右运动的面积差，辅助活塞上还设有在向右运动时对主活塞施加向右加速的作用力的施力端，所述有杆腔中对应于辅助活塞设定的运动行程而设置有分别在辅助活塞的运动行程的左右两极限位处阻挡辅助活塞的左限位结构、右限位结构，所述右限位结构的位置被设置为在主活塞向右运动速度达到设定值的同时辅助活塞被右限位装置阻挡停止。
5.根据权利要求4所述的液压工作缸，其特征在于：所述辅助活塞具有分别靠近活塞杆和有杆腔内壁面的内、外对应面，所述内对应面与活塞杆间隙活动配合，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有滑动密封配合结构，所述外对应面与有杆腔的内壁上对应设有左、右两个滑动密封配合结构，外对应面与有杆腔的内壁之间于两滑动密封配合结构之间留有减压空隙并在缸体上开设有与所述减压空隙相通的与外界大气相通的减压孔，所述辅助活塞上于所述减压空隙的左侧设有朝右的减压台阶面。
6.根据权利要求5所述的液压工作缸，其特征在于：所述辅助活塞为具有内孔的套管结构，所述内对应面为辅助活塞的内孔的孔壁面，所述外对应面为辅助活塞的外周面，左限位结构为具有对辅助活塞向左运动止挡的右限位面的设置在有杆腔内壁的合闸缓冲套，右限位结构为设置在有杆腔内壁的具有对辅助活塞向右运动止挡的左限位面的限位凸台，所述施力端为辅助活塞的右端面，所述滑动密封配合结构包括左滑动密封配合结构和右滑动密封配合结构，左滑动密封配合结构包括安装在设置于辅助活塞外对应面的定位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动密封配合的有杆腔内壁，右滑动密封配合结构包括安装在设置于有杆腔内壁的限位凸台上的密封圈和与所述密封圈滑动配合的辅助活塞外对应面。
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