彈簧機構用試驗模擬裝置設計

李新剛 楊天明

摘要：對液壓緩沖器結構試驗模擬裝置及緩沖器的原理和結構進行了介紹、分析，根據彈簧機構的特性及試驗要求，進行緩沖器結構、行程，試驗模擬裝置傳動方式的設計，通過緩沖強度調節，設計、制造出符合要求的試驗模擬裝置。

關鍵字：緩沖器；試驗模擬裝置。

中圖分類號： TH137.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0 引言

操動機構是組合電器的核心元件，其性能好壞會直接影響到組合電器的分合特性。彈簧機構由于具有無漏油、受溫度影響小、動作快、動作平穩、速度可調等優點廣泛應用于高壓開關領域。

彈簧機構具有儲能高，運動速度高，沖擊大等特點，不能不帶負載，進行空分、空合操作，否則對彈簧機構零部件造成嚴重損傷，機構不能滿足壽命操作要求，報廢。因此要設計滿足要求的試驗模擬裝置，配合機構完成操作試驗。

彈簧機構裝配完成后，要進行出廠試驗，對彈簧機構進行調節，使彈簧機構的特性符合組合電器產品要求。彈簧機構出廠試驗時，需要配模擬裝置進行試驗。性能穩定、安全性高、噪音小的試驗模擬裝置，是保證彈簧機構特性準確的必備條件。

本文對液壓緩沖器結構試驗模擬裝置及緩沖器的原理進行了介紹，在此基礎上設計一種彈簧機構用試驗模擬裝置，用于彈簧機構出廠操作試驗。

1 試驗模擬裝置原理及結構設計

由于液壓油有可壓縮性小，液壓緩沖器具有振動小，噪音小等優點，相較氣壓負載、配重塊負載振動大，噪音大的特點，采用液壓緩沖器為負載的試驗模擬裝置具有穩定性好，安全性高，噪音小的優點。

如圖1所示，試驗模擬裝置以液壓緩沖器為負載，彈簧機構固定在機架上后，通過拉桿、拐臂、軸、拐臂和緩沖器連接，彈簧機構帶動緩沖器動作，完成出廠操作試驗。

機構角度測量指針固定在軸上，刻度固定在機架上，用以測量彈簧機構輸出角度。彈簧機構和拉桿、拐臂組成平行四連桿機構傳動，與彈簧機構的工作方式保持一致，能更好的模擬彈簧機構實際工作狀態。

如圖2所示，彈簧機構的輸出角度，通過拐臂、拉桿，轉化為緩沖器的運動行程。由平行四連桿機構運動原理得知，緩沖器端拐臂的轉動角度等于機構的輸出角度。選取緩沖器的擺動角度為20°，作圖得緩沖器安裝軸到拐臂安裝軸的距離L。當機構轉動角度a后，作圖得拐臂與活塞桿連接點到緩沖器安裝軸的距離L1。

緩沖器的行程c計算：已知彈簧機構的輸出角度a，拐臂長度b，緩沖器安裝軸到拐臂安裝軸的距離L，計算如下：

c≥L1-（L-b）

根據緩沖器的行程c、緩沖器受力情況，進行緩沖器的結構設計。緩存器結構設計完成后，根據平行四連桿機構傳動原理、彈簧機構整體尺寸、安裝方式，完成試驗模擬裝置的整體設計。

2 緩沖器的原理及結構設計及緩沖強度的調節

緩沖器由外缸體、內缸體、活塞桿、上端蓋、下端蓋等零件組成，內部加注液壓油，外缸體、內缸體、上端蓋、下端蓋組成內、外油腔。活塞在內缸體內移動時，液壓油通過內缸體上的孔、外油腔，在內油腔的活塞兩端流動。液壓油流動時，在緩沖孔處形成的阻力，最終作用到活塞桿上，形成阻力負載?；钊麠U上的阻力作為試驗模擬裝置的負載，用于模擬彈簧機構負載，配合彈簧機構完成出廠試驗，見圖3。

根據機構負載，預選取緩沖器的最高工作壓力為2Mpa，取安全系數為2，進行受力分析，完成內缸體、外缸體、連接螺栓等零部件的尺寸設計。

緩沖器動作時形成的阻力負載與各零部件的結構、尺寸，活塞桿的運動速度，液壓油的特性有關，要準確計算緩沖器的阻力負載較為困難，因此緩沖器緩沖強度調節，是必不可少的一步。

常用緩沖結構有圓環面結構，孔結構緩沖，由于圓環面緩沖結構加工精度高，可調節性差，孔緩沖結構加工精度低，可調節性好的特點，一般緩沖器多采用小孔結構緩沖。根據機構的速度曲線，可經驗性的在內缸體上設計緩沖孔。

內缸體上緩沖孔的尺寸、數量，是決定緩沖器緩沖強度的關鍵因素。當緩沖強度大時，可通過增加緩沖孔數量或增大緩沖孔尺寸，降低緩沖強度；當緩沖強度小時，可通過減少緩沖孔數量或減小緩沖孔尺寸，增強緩沖強度，見圖4。

緩沖器緩沖強度大，試驗模擬裝置的負載就大；緩沖器緩沖強度小，試驗模擬裝置的負載就小。

彈簧機構出廠試驗時，需要測量機構的速度曲線，分、合閘時間，輸出角度。

當彈簧機構的轉動力矩一定時，試驗模擬裝置的負載偏大時，就會降低彈簧機構輸出速度，增加動作時間；相反，試驗模擬裝置的負載偏小時，就會提高彈簧機構輸出速度，降低動作時間。

選擇一臺特性合格的彈簧機構帶動試驗模擬裝置進行出廠操作試驗，根據機構速度曲線及分、合閘時間，調節緩沖器緩沖強度，使試驗模擬裝置符合試驗要求。試驗模擬裝置調試完畢后，即可配合生產機構進行出廠試驗。

3 試驗模擬裝置的點檢、維修

每臺彈簧機構需要配試驗模擬裝置完成50次出廠操作試驗，每月試驗模擬裝置需要進行1萬次操作試驗左右。每天需要對試驗模擬裝置的螺栓緊固、銷軸連接、密封等部位進行檢查，確保試驗模擬裝置工作狀態正常，每月對彈簧機構配組合電器本體異常參數進行統計，由于試驗模擬裝置問題導致的彈簧機構參數異常，要及時對試驗模擬裝置進行維修，更換損壞的零部件。

4 結論

在對試驗模擬裝置及緩沖器原理介紹的基礎上，對緩沖器的結構設計及緩沖強度的調節進行了說明。依據彈簧機構技術要求及安裝尺寸，設計試驗模擬裝置，調節緩沖器緩沖強度，使試驗模擬裝置滿足試驗要求。根據上述內容設計的試驗模擬裝置，很好的滿足彈簧機構產品出廠試驗要求。

【參考文獻】

【1】機械設計手冊（4版）.機械工業出版社

【2】濮良貴.機械設計.西北工業大學出版社

作者簡介：李新剛（1986-），男，陜西咸陽人，本科，2009年畢業于鄭州大學，機械工程及其自動化專業，職稱：助理工程師，職務：工藝員。主要研究方向：高壓斷路器、組合電器用彈簧操動機構的工藝技術。