CN104979108A - 一种操动机构及使用该操动机构的机车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操动机构及使用该操动机构的机车。操动机构的磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。这样在操动机构合闸到位后，永磁体会单独的通过永磁力或通过永磁力和分闸腔中气压压力的合力作用在活塞上，使得操动杆在活塞的带动下保持在合闸状态，与现有技术中操动杆保持合闸状态还需要借助于电磁铁所提高的电磁力的结构相比，本发明中操动机构在处于合闸状态时无需借助于电磁铁，从而避免了电磁铁的电磁线圈持续供电所带来的合闸保持力不稳定、电磁线圈容易烧坏的问题，使得操动机构的合闸保持状态稳定。

Description

一种操动机构及使用该操动机构的机车

技术领域

本发明涉及一种操动机构及使用该操动机构的机车。

背景技术

目前，在高压开关以及相关领域使用的操作机构多为弹簧操作机构和永磁操作机构，但弹簧操作机构结构复杂，潜在故障点多，机械寿命低，很难达到长寿命的要求；永磁操作机构结构简单，机械寿命长，可是永磁操动机构在动作时需要大容量的电源，合、分闸对供电***造成一定的冲击，影响其他设备正常工作，因此弹簧操动机构和永磁操动机构在使用过程中均具有一定的局限性。在机车车载设备以及其他特殊场合，要求操作机构寿命长，电源容量较小，因此气动操作机构是最佳的选择，气动机构具有机械寿命长、结构简单、安装维护方便、气体资源丰富、无污染等优点，但气动操作机构同时也具有负载特性较差、合闸速度不易提高、电磁阀线圈长期带电易发热易损坏的缺点，因此传统的气动操动机构也不能满足机车车载设备以及其他特殊场合中大负载运行的要求。

中国专利文献CN 2743953Y（公告日为2005年11月30日）公开了“一种电气开关的操纵控制机构”，包括传动气缸、磁铁、活塞、操动杆、分闸弹簧、内铁芯、外铁芯和安装板，其中传动气缸的上端螺纹连接外铁芯、下端设有进气口，内铁芯和活塞由上而下安放在传动气缸、外铁芯、安装板构成的主缸体内，内铁芯、活塞和安装板上开设有同轴的轴向通孔，操动杆上套装分闸弹簧后由活塞的底部依次穿过活塞和内铁芯后，伸出安装板，且操动杆与活塞固连；磁铁由固定在内、外铁芯之间的电磁铁和永磁铁组成，永磁铁处于电磁铁的上方。在合闸时，外界压缩空气推动活塞连同操动杆一起上升；当合闸到位时，活塞的内外两个上环端面与内、外铁芯的下环端面贴合，以由磁铁、外铁芯、活塞和内铁芯构成封闭的磁回路，磁铁中电磁铁和永磁铁产生的磁场相互叠加，该磁场合力只稍稍大于分闸弹簧的分闸力，以实现分闸保持；在分闸时，电磁铁失电，永磁铁的磁力小于分闸弹簧的弹性力，分闸弹簧就可以推动操动杆连同活塞一起下移，使活塞的内外两端面与内、外铁芯的下端面分力，使原闭合磁路断开，磁阻增大，永磁体的吸引力也快快的衰减，这样分闸弹簧就能推动操动杆连同活塞一起快速下移完成分闸动作。但在合闸保持状态下，该操动机构中电磁铁的电磁线圈需持续带电，以保证磁铁和活塞之间有足够的电磁吸力，而因电磁线圈处于外铁芯内，外铁芯会阻碍电磁线圈的散热，所以持续带电的电磁线圈的发热量会较大，这样不但会使得电磁铁的磁性不稳定，而且在电磁线圈持续发热又不能及时散热的情况下，电磁线圈的使用寿命会缩短，乃至于被烧坏，因此采用电磁铁和永磁铁共同作用来保持合闸状态的操动机构在使用过程中容易出现合闸保持力不稳定的问题，致使合闸的可靠性和稳定性降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种合闸保持状态稳定的操动机构，同时本发明还提供了一种使用该操动机构的机车。

为了实现以上目的，本发明中操动机构的技术方案如下：

操动机构，包括主缸体及其内沿轴向导向移动装配的活塞，活塞用于带动操动杆沿主缸体轴向移动而进行分合闸动作，主缸体的内腔室被活塞分隔为在合闸时被活塞压缩的合闸腔、在分闸时被活塞压缩的分闸腔，分闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的分闸侧气口，并在主缸体和活塞之间装配有磁体，磁体与主缸体的缸壁、主缸体的合闸端、活塞处于在合闸到位时闭合、在分闸过程中断开的合闸磁回路中，所述磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。

永磁体固定在主缸体的内壁上，永磁体与主缸体的两端均在轴向上间隔布置。

活塞始终与永磁体直接地或通过导磁件与永磁体间接地导磁连接。

永磁体处于主缸体的合闸端和活塞之间，永磁体挡止在活塞朝向合闸端的一侧，并在活塞的朝向合闸端的一侧凸设有可从永磁体的朝向合闸端的一侧穿过、以在合闸到位时与合闸端接触的合闸凸起。

主缸体的分闸端为在分闸到位时与活塞、永磁体、主缸体的缸壁处于同一分闸磁回路中的导磁端，分闸磁回路用于在合闸过程中随着活塞从分闸端上脱离而断开。

合闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的合闸侧气口，合闸侧气口用于在开始分闸时向合闸腔内充入气体、以通过合闸腔内气压压动活塞从合闸端脱离并向分闸端移动。

主缸体上连接有用于在通电时产生与永磁体磁极相反的磁场、以抵消永磁体作用在合闸端和活塞之间的永磁力而使活塞可从合闸端上脱离的分闸电磁铁。

活塞上连接有用于推动活塞向主缸体的分闸端移动、以使活塞带动操动杆开始分闸的斥力机构。

斥力机构包括与活塞固连的传动件和用于推动或吸动传动件向分闸端移动的斥力电磁线圈。

本发明中机车的技术方案如下：

机车，包括车头主体及其上装配的操动机构，操动机构包括主缸体及其内沿轴向导向移动装配的活塞，活塞用于带动操动杆沿主缸体轴向移动而进行分合闸动作，主缸体的内腔室被活塞分隔为在合闸时被活塞压缩的合闸腔、在分闸时被活塞压缩的分闸腔，分闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的分闸侧气口，并在主缸体和活塞之间装配有磁体，磁体与主缸体的缸壁、主缸体的合闸端、活塞处于在合闸到位时闭合、在分闸过程中断开的合闸磁回路中，所述磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。

本发明中操动机构的磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。这样在操动机构合闸到位后，永磁体会单独的通过永磁力或通过永磁力和分闸腔中气压压力的合力作用在活塞上，使得操动杆在活塞的带动下保持在合闸状态，与现有技术中操动杆保持合闸状态还需要借助于电磁铁所提高的电磁力的结构相比，本发明中操动机构在处于合闸状态时无需借助于电磁铁，从而避免了电磁铁的电磁线圈持续供电所带来的合闸保持力不稳定、电磁线圈容易烧坏的问题，使得操动机构的合闸保持状态稳定，提高了机车运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的机车的实施例1中操动机构的结构示意图；

图2是本发明的机车的实施例2中操动机构的结构示意图；

图3是本发明的机车的实施例3中操动机构的结构示意图；

图4是本发明的机车的实施例4中操动机构的结构示意图；

图5是本发明的机车的实施例5中操动机构的结构示意图。

具体实施方式

本发明中机车的实施例1：如图1所示，该机车包括车头及其上装配的操动机构，操动机构属于高压开关领域，不但可应用于机车上的车载开关控制，还可以应用在汽车上其他操动***中。该操动机构包括筒体104、上端盖103和下端盖109固连而成的主缸体，主缸体沿分合闸方向延伸，并在筒体104内沿上下方向移动装配有活塞108，上下方向也是该操动机构设定的分合闸方向，活塞108将主缸体内腔室分割为处于上方的合闸腔和处于下方的分闸腔，对应的上端盖103处于筒体104的合闸端，下端盖109处于筒体104的分闸端。在下端盖109上开设有连通在外界和分闸腔之间的分闸侧气口191，该分闸侧气口191可控制分闸腔内气体的充放，分闸侧气口191的外端口处于下端盖109的外周面上，分闸侧气口191的内端口处于下端盖109的上端面上，也就是分闸侧气口191的内端口朝向活塞108的下端面布置，并在分闸侧气口191的外端口上连接有控制其通断的电磁阀。下端盖109和上端面均与筒体104密封配合，以保证主缸体的内腔室密封。活塞108的上端同轴固连输出轴102，输出轴102的上端从上端盖103中心开设的导向穿孔中穿孔，该导向穿孔的孔壁面和输出轴102的外周面沿上下方向导向配合，输出轴102从导向穿孔穿出的 部分既可以直接作为整个操动机构的操动杆，也可以固连在操动机构的操动杆上。输出轴102的外周上固定套装有可随输出轴102沿设定的分合闸方向移动的动铁芯107，该动铁芯107处于上端盖103和活塞108之间，动铁芯107和输出轴102在活塞108的上端形成了朝上凸起的合闸凸起。筒体104的内壁面上还固定有处于上端盖103和活塞108之间的磁套106，该磁套106的外周上固设有永磁铁、内壁面沿上下方向与动铁芯107导向配合，永磁铁和磁套106均与上端盖103间隔布置。输出轴102上端的从上端盖103伸出的部分上连接有处于主缸体外的分闸弹簧101，分闸弹簧101为向下顶推输出轴102、动铁芯107和活塞108的压簧。其中上端盖103、磁套106、筒体104、动铁芯107都是由软磁材料制成的导磁件，下端盖109可以采用软磁材料、也可以采用非导磁材料。

在操动机构处于分闸保持状态时，活塞108带动动铁芯107和输出轴102保持分闸状态的保持力主要由分闸弹簧101的弹力或永磁铁的永磁吸力或永磁吸力和弹力的合力组成，即当下端盖109采用软磁材料时，随着活塞108带动动铁芯107和输出轴102分闸到位，活塞108会与下端盖109导磁连接，此时永磁体105的磁场会依次通过筒体104-下端盖109-活塞108-动铁芯107-磁套106-永磁体105而形成闭合的分闸磁回路，这样就可以由永磁体105的永磁吸力单独的提供分闸状态的保持力，当然也可以与分闸弹簧101共同作用而由永磁吸力和弹力的合力提供保持力，使得操动机构保持分闸位置；当下端盖109采用非导磁材料时，即使在活塞108接触下端盖109的情况下，下端盖109也会阻断上述闭合磁回路，故而只能依靠分闸弹簧101的弹力提供保持力，使得曹东结构保持分闸位置。

在合闸过程中，在操动机构受到合闸信号后，电磁阀开启，气体从分闸侧气口191进入主缸体的分闸腔内，气压作用在活塞108的底面上，向活塞108上施加向上的压动力。直至活塞108受到的气压压力大于弹簧的弹力（下端盖109采用非导磁材料）或永磁铁的永磁吸力（下端盖109采用软磁材料）或永磁吸力和弹力的合力（下端盖109采用软磁材料）时，活塞108开始向上移动，并在活塞108脱离下端盖109、并与下端盖109之间形成一定气隙后，即使下端盖109采用软磁材料，但由于空气的磁阻较大，所以活塞108和下端盖109之间的永磁吸力会随着气隙的增大而迅速减小，此时活塞108的上移只需克服分闸弹簧101的弹力，使得活塞108向上移动的加速度迅速增加，以加快操动机构的合闸速度。直到铁芯的上端面和上端盖103的底面接触时，合闸过程结束。

在操动机构处于合闸保持状态时，在动铁芯107和上端盖103接触的情况下，永磁体105产生的磁场会依次通过永磁体105-筒体104-上端盖103-动铁芯107-磁套106-永磁体105而形成闭合的合闸磁回路，此时铁芯可在永磁体105的永磁吸力和分闸腔内气体的气压压力的合力作用下保持在合闸位置，即永磁体105的永磁吸力是小于分闸弹簧101的弹力的，通过分闸腔内气体的气压补偿这部分差值，并使得永磁吸力和气压压力的合力大于分闸弹簧101的弹力，这样与对比文件中通过电磁铁补偿这部分差值的情况相比的话，可避免电磁铁的电磁线圈持续通电所引起的电磁线圈易烧坏，合闸保持状态不稳定；与目前的气动式操动机构相比的话，无需电磁阀一直导通，避免了电磁阀的线圈持续带点所引起的发热、乃至烧坏的问题，同时因本实施例中操动机构对气压压力的要求较低，故而能够适用于起源压力不稳定的场合。

操动机构分闸过程中采用失压脱扣的方式，因为合闸保持状态时主要依靠永磁吸力和气压压力的合力提供保持力，所以当操动机构接到分闸信号后，电磁阀动作，分闸腔内气体可从分闸侧气口191中排出，这样活塞108在失去气压压力的作用下，永磁吸力不足以克服分闸弹簧101的弹力，这样活塞108会在分闸弹簧101的弹力作用下向下移动，使得操动机构开始分闸，并在此过程中由分闸弹簧101提供分闸动力。

本发明中机车的实施例2：如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，操动机构中上端盖203上开设有合闸侧气口231，该合闸侧气口231的外端口处于上端盖203的外周面上、内端口正对在铁芯的上方，并且合闸侧气口231的外端口与分闸侧气口291的外端口既可以通过两电磁阀相对独立控制，又可以通过同一电磁阀统一管理。这样在操动机构在合闸过程中，合闸腔内气体会从合闸侧气口231中排出。在分闸过程中，本实施例中操动机构的分闸方式采用分闸弹簧201和气动压力共同作用的方式，即操动机构在接到分闸信号后，如分闸侧气口291和合闸侧气口231采用同一电磁阀控制的话，电磁阀换向，气体从合闸侧气口231充入合闸腔，以使活塞208的上端受压而向下压缩分闸腔，分闸腔内气体从分闸侧气口291中排出，直至合闸腔内气压压力和分闸弹簧201的合力大于分闸腔内气压压力和永磁体205的永磁吸力的合力时，活塞208开始向下移动，操动机构开始分闸，并在整个分闸过程中由合闸腔内气体压力和分闸弹簧201的弹力的合力提供分闸动力。

本发明中机车的实施例3：如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，在磁套306和上端盖303之间装配有分闸磁铁300，该分闸磁铁300主要由分闸电磁线圈组成，分闸电磁线圈同轴套装在动铁芯307的***。该分闸磁铁300在合闸保持状态、合闸过程和分闸保持状态下均处于断电状态，只有在合闸状态下打开，但在合闸保持状态下，合闸保持力既可以是永磁体305的永磁吸力和分闸腔内气体的气压压力的合力，也可以由永磁体305的永磁吸力单独提供，在合闸保持力属于后者情况时，永磁吸力已大于分闸弹簧301在合闸保持状态下的弹力。在分闸过程中，本实施例中操动机构依靠分闸磁铁300和分闸弹簧301共同作用的方式，即当操动机构接到分闸信号后，分闸磁铁300通电，分闸磁铁300产生的磁场是与永磁体305产生的正向磁场相互抵消的反向磁场，这就使得分闸磁铁300产生的磁场会抵消永磁体305产生的磁场，使得动铁芯307受到的永磁吸力迅速减小，直至永磁体305的永磁吸力和分闸腔内气体的气压压力的合力或单独的永磁吸力小于分闸弹簧301的弹力时，活塞308在弹力的作用下向下移动，操动机构开始分闸，并且分闸过程中由分闸弹簧301提供分闸动力。

本发明中机车的实施例4：如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中操动机构的分闸脱扣方式采用分闸磁铁400反向磁场和气动脱扣共同作用的方式，即不但在主缸体内安装如实施例3中分闸磁铁400，还在上端盖403上开设如实施例2中合闸侧气口431，这样可通过分闸磁铁400通电抵消永磁体405产生的磁场，同时通过在合闸侧气口431中充入气体来加快分闸动作。

本发明中机车的实施例5：如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，在输出轴502的伸出主缸体以外的部分上加装有斥力机构，该斥力机构主要由斥力磁铁500和传力盘510组成，其中传力盘510同轴套装固定在输出轴502上，且传力盘510采用软磁材料；斥力磁铁500的电磁线圈套装在输出轴502上于传力盘510上方的位置处。本实施例中操动机构的分闸脱扣方式采用斥力脱扣的方式，即在操动机构接到分闸信号后，电磁阀打开，同时斥力磁铁500通电，斥力磁铁500会通过传力盘510向输出轴502、动铁芯507、活塞508施加乡下的电磁斥力，使得活塞508压动分闸腔内气体从分闸侧气口591中排出。

在其他实施例中，永磁体不但可以安装在活塞和上端盖之间，也可以直接嵌装在筒体的内壁面上，这样活塞可始终与永磁体接触；也可以固定在活塞上，当然固定方式可分为直接固定和通过动铁芯、输出轴等中间导磁件间接固定。另外，永磁体也可以直接固定在上端盖上。

本发明中操动机构的实施例：本实施例中操动机构的结构与上述实施例中操动机构的结构相同，因此不再赘述。

Claims (10)

1.操动机构，包括主缸体及其内沿轴向导向移动装配的活塞，活塞用于带动操动杆沿主缸体轴向移动而进行分合闸动作，主缸体的内腔室被活塞分隔为在合闸时被活塞压缩的合闸腔、在分闸时被活塞压缩的分闸腔，分闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的分闸侧气口，并在主缸体和活塞之间装配有磁体，磁体与主缸体的缸壁、主缸体的合闸端、活塞处于在合闸到位时闭合、在分闸过程中断开的合闸磁回路中，其特征在于，所述磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。

2.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于，永磁体固定在主缸体的内壁上，永磁体与主缸体的两端均在轴向上间隔布置。

3.根据权利要求2所述的操动机构，其特征在于，活塞始终与永磁体直接地或通过导磁件与永磁体间接地导磁连接。

4.根据权利要求2所述的操动机构，其特征在于，永磁体处于主缸体的合闸端和活塞之间，永磁体挡止在活塞朝向合闸端的一侧，并在活塞的朝向合闸端的一侧凸设有可从永磁体的朝向合闸端的一侧穿过、以在合闸到位时与合闸端接触的合闸凸起。

5.根据权利要求2所述的操动机构，其特征在于，主缸体的分闸端为在分闸到位时与活塞、永磁体、主缸体的缸壁处于同一分闸磁回路中的导磁端，分闸磁回路用于在合闸过程中随着活塞从分闸端上脱离而断开。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的操动机构，其特征在于，合闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的合闸侧气口，合闸侧气口用于在开始分闸时向合闸腔内充入气体、以通过合闸腔内气压压动活塞从合闸端脱离并向分闸端移动。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的操动机构，其特征在于，主缸体上连接有用于在通电时产生与永磁体磁极相反的磁场、以抵消永磁体作用在合闸端和活塞之间的永磁力而使活塞可从合闸端上脱离的分闸电磁铁。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的操动机构，其特征在于，活塞上连接有用于推动活塞向主缸体的分闸端移动、以使活塞带动操动杆开始分闸的斥力机构。

9.根据权利要求8所述的操动机构，其特征在于，斥力机构包括与活塞固连的传动件和用于推动或吸动传动件向分闸端移动的斥力电磁线圈。

10.机车，包括车头主体及其上装配的操动机构，操动机构包括主缸体及其内沿轴向导向移动装配的活塞，活塞用于带动操动杆沿主缸体轴向移动而进行分合闸动作，主缸体的内腔室被活塞分隔为在合闸时被活塞压缩的合闸腔、在分闸时被活塞压缩的分闸腔，分闸腔的腔壁上开设有供分闸腔内气体充放的分闸侧气口，并在主缸体和活塞之间装配有磁体，磁体与主缸体的缸壁、主缸体的合闸端、活塞处于在合闸到位时闭合、在分闸过程中断开的合闸磁回路中，其特征在于，所述磁体为永磁体，永磁体用于合闸到位时通过单独的永磁力或通过永磁力与分闸腔内气压压力的合力作用在活塞上、以使活塞保持紧贴在主缸体的合闸端上。