彈簧操動機構(gòu)的質(zhì)量控制

趙鵬飛等

摘 要：針對目前高壓斷路器產(chǎn)品所配彈簧操動機構(gòu)在實際運行過程中存在的問題進行統(tǒng)計分析，運用質(zhì)量統(tǒng)計工具找出問題的根源，并有針對性地制定有效的糾正措施，確保產(chǎn)品實物質(zhì)量得到有效控制。

關(guān)鍵詞：彈簧操動機構(gòu)；質(zhì)量統(tǒng)計分析；糾正措施；質(zhì)量控制

彈簧操動機構(gòu)是一種利用彈簧作為儲能元件的機械式操動機構(gòu)，是126kV及以下高壓斷路器的重要組成部分。其工作原理是通過電動機通過減速裝置帶動彈簧實現(xiàn)儲能，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲能狀態(tài)。當給出合閘命令，鎖扣系統(tǒng)脫扣，合閘彈簧釋放能量，經(jīng)過機械傳遞單元帶動斷路器觸頭運動至合閘位置并保持。同樣給出分閘命令，合閘狀態(tài)解除，分閘彈簧釋放能量，又經(jīng)過機械傳遞單元帶動斷路器觸頭運動至分閘位置并保持。因此，彈簧操動機構(gòu)是高壓斷路器機械運動的最核心組件。加強彈簧操動機構(gòu)的質(zhì)量控制對高壓斷路器產(chǎn)品的安全運行至關(guān)重要。

1 彈簧操動機構(gòu)目前存在的主要問題

（1）斷路器整體機械特性參數(shù)不符合要求，以LW34C-40.5大電流斷路器所配CT35F-Ⅰ機構(gòu)為例，主要反映在分、合閘速度偏低（基本上在標準值的下限）。隨機選取近期生產(chǎn)的10臺該型號產(chǎn)品進行統(tǒng)計，分、合閘速度見表1、表2所示。

從以上統(tǒng)計可以看出，LW34C-40.5大電流斷路器產(chǎn)品合閘速度也偏低，其測試數(shù)據(jù)離散程度較高，波動范圍較大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。Cpk指數(shù)<0.67，過程能力嚴重不足。

（2）斷路器機械特性參數(shù)不穩(wěn)定，多次操作或者放置若干時間后機械特性數(shù)據(jù)就發(fā)生了變化。

（3）斷路器機械操作不可靠，出現(xiàn)儲能不到位和合空（即合閘狀態(tài)不能保持直接分閘）現(xiàn)象。

（4）機構(gòu)震動較大，容易造成機構(gòu)箱內(nèi)二次元器件和二次導線松動等現(xiàn)象，造成二次控制回路異常。

（5）機構(gòu)分、合閘電磁鐵損壞較為嚴重。

2 存在問題的分析

作為彈簧操動機構(gòu)，其動作過程分為三個階段：儲能、合閘和分閘。這三個階段相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，其動作過程除儲能時間為秒級（一般為十幾秒），分、合閘過程均為瞬時（毫秒級，幾十毫秒）。同時機構(gòu)的操作功很大，從幾百焦到幾千焦，震動很大。因此對機構(gòu)機械傳動的分析比較復雜，對機構(gòu)出現(xiàn)問題的分析需要系統(tǒng)的調(diào)查和計算。任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響產(chǎn)品機械傳動出現(xiàn)故障。對于機構(gòu)質(zhì)量問題，大體應該從兩方面進行分析。

2.1 機構(gòu)與斷路器本體的特性匹配原因

機構(gòu)作為斷路器本體運動的動力來源，必須與本體的特性有效地匹配。要充分了解本體分、合閘過程的摩擦力、重力、轉(zhuǎn)動慣量等能量需求，并可控。對于斷路器相關(guān)產(chǎn)品，電滑動連接部分（壓氣缸與表帶觸指的配合）就非常關(guān)鍵。同樣以LW34C-40.5大電流斷路器產(chǎn)品為例，裝配時普遍反映本體單極運動過程抱緊力較大。根據(jù)設(shè)計需要本體所需的操作功為1500J：

2.2 機構(gòu)自身機械穩(wěn)定性原因

由于彈簧操動機構(gòu)內(nèi)部零部件很多且相互關(guān)聯(lián)，因此對機構(gòu)零部件尺寸、材質(zhì)、硬度等性能和機構(gòu)裝配時的調(diào)試尺寸要求較高。其產(chǎn)生問題的原因主要為：

2.2.1 彈簧性能不良原因。反復操作后，其實際做功將發(fā)生變化（降低）。同樣以CT35F-Ⅰ機構(gòu)介紹，其設(shè)計的輸出功不滿足要求，但為了保證機械特性參數(shù)符合要求，通常做法是調(diào)整合閘彈簧的初壓力以增大機構(gòu)的輸出功。但帶來的致命問題是往往超出了彈簧的壓力極限，致使彈簧性能大幅降低。壓縮彈簧強壓試驗前后力值數(shù)據(jù)對比見表3所示。

試驗結(jié)果：從以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過強壓試驗后彈簧的性能發(fā)生了較大變化，主要表現(xiàn)在壓縮彈簧原始長度和力值的明顯降低，操作功降低明顯。

2.2.2 機構(gòu)關(guān)鍵零部件關(guān)鍵尺寸不良原因。對于機構(gòu)的主要關(guān)鍵零部件例如凸輪、 子、扇形板等，由于機械傳動需要，其外型結(jié)構(gòu)較為復雜，對關(guān)鍵尺寸要求非常高。以分閘 子為例，其弧面尺寸如果不符合要求，將直接影響扣接量導致合閘過程失效。

2.2.3 機構(gòu)零部件材質(zhì)、硬度等性能不良原因。作為彈簧操動機構(gòu)，依靠彈簧釋放能量產(chǎn)生的巨大碰撞實現(xiàn)機械傳動，會產(chǎn)生較大的沖擊力，因此對各轉(zhuǎn)動零部件的材質(zhì)和硬度等指標要求較高。以銷軸為例，其材質(zhì)硬度要符合一定范圍，不能過高也不能太低。太低容易造成磨損產(chǎn)生配合配合間隙造成傳動不良，太高又容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。

2.2.4 機構(gòu)零部件裝配配合原因。對于目前多數(shù)機構(gòu)，要求傳動環(huán)節(jié)配合的非常有效。對于所有尺寸都在公差范圍內(nèi)合格的零部件，由于加工的公差偏離程度不同，很容易造成各個零部件公差的累積，致使傳動過程失效。

2.2.5 機構(gòu)調(diào)試尺寸原因。對于機構(gòu)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)試是非常重要的，必須根據(jù)嚴格計算后的尺寸要求對機構(gòu)進行調(diào)整。以扣接量為例，扣接量要調(diào)整在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般為2mm-4mm之間），太小容易造成合閘狀態(tài)不能有效保持，斷路器先合后分即常說的合分、合空現(xiàn)象。太大使得斷路器不能有效分閘尤其是低電壓下分閘。

3 加強彈簧操動機構(gòu)質(zhì)量控制的措施

根據(jù)以上的問題統(tǒng)計和原因分析，應采取針對性措施對機構(gòu)質(zhì)量進行控制。從兩方面著手進行：

（1）加強對試驗數(shù)據(jù)的分析，從系統(tǒng)上對機構(gòu)質(zhì)量問題進行分析。收集試驗數(shù)據(jù)，利用質(zhì)量統(tǒng)計工具定期對其試驗數(shù)據(jù)進行分析，了解產(chǎn)品是否存在質(zhì)量波動及變化規(guī)律，以便從系統(tǒng)上找到問題出現(xiàn)的根本原因，從而可以指定有效的整改措施，防止問題的重復發(fā)生。

（2）加強理論計算和仿真分析，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提高產(chǎn)品技術(shù)的可靠性和先進性。

（3）加強機構(gòu)裝配調(diào)試全過程的深入研究，完善各項裝配要求和質(zhì)量控制點，并制定有效的保證措施。

（4）加強檢驗力度，完善檢驗試驗方法，明確檢驗標準。

4 結(jié)束語

對彈簧操動機構(gòu)質(zhì)量的控制，必須通過理論計算和大量試驗驗證，掌握機構(gòu)傳動和與本體匹配的核心技術(shù)，借助先進的設(shè)備對機構(gòu)主要零部件關(guān)鍵尺寸進行檢驗技術(shù)研究，加強裝配和調(diào)試工藝的研究使之得到明確和具有可操作性，從而有效進行質(zhì)量控制。

參考文獻

[1]GB1984-2014.高壓交流斷路器[S].