一种用于塑壳断路器的储能式电动操作机构的制作方法

本发明属于舰船低压电器，具体涉及一种用于塑壳断路器的储能式电动操作机构。

背景技术：

1、塑壳断路器作为舰船配电系统中的关键保护元件，可实现对线路过载、短路及欠电压故障的可靠保护。舰船航行过程中易受波浪引发的持续振动与重复性冲击（颠震）作用，在作战工况下还需承受水下爆炸等强冲击载荷，因此舰船电力系统对配套设备的抗冲击、抗振动性能提出严苛要求。此外，为实现远程自动控制与本地手动操作兼容，塑壳断路器通常需配套电动操作机构。

2、现有技术中，授权公告号为cn2609164y的专利文件公开了一种抗强冲击弹簧储能电操装置，该装置在现有弹簧储能电操机构基础上增设抗冲击结构，包括与锁扣联为一体的平衡构件、滑动导板、平衡块和平衡支架；其通过使与锁扣连成一体的平衡构件转动偏心矩归零，并使平衡块与合闸继电器可动部件质量相等，以此抵消冲击惯性力矩。但该方案的平衡设计仅针对锁扣、合闸继电器两个独立零件分别实施，并未形成由多级限制件构成的完整抗冲击限位链条；在舰船特有的强冲击或持续颠震环境下，限位链条内未做平衡处理的中间环节仍会在惯性力矩作用下发生误动作，进而引发储能失效或非预期合闸问题。申请公布号为cn113421804a的专利文件公开了一种用于断路器的储能式操作机构，其手动储能驱动组件包含驱动轴、设置于所述驱动轴上的第一棘轮与第二棘轮，以及分别和所述第一棘轮、第二棘轮相配合的第一棘齿、第二棘齿；依靠所述第一棘轮与所述第一棘齿的配合实现手动储能，依靠所述第二棘轮与所述第二棘齿的配合保证驱动轴单向转动。然而该方案中的棘轮布置于驱动轴上，并非与储能转轴同轴设置，传动链路冗长，能量损耗大，储能耗时较长；同时其单向保持仅依靠棘齿与棘轮之间的啮合作用，在舰船摇摆振动环境下棘齿容易跳动脱开，单向保持的可靠性不足。

3、综上，现有电动操作机构大多采用电机驱动齿轮或连杆机构完成储能与合闸动作，但应用于舰船特殊工况时普遍存在如下缺陷：首先，在舰船特有的振动、冲击环境下，现有电动操作机构内部限位零件易受惯性力矩影响产生误动作，造成储能失效或者非预期合闸；陆用产品的平衡设计一般仅考虑单一零件的静平衡，未构建由多级限位件组成的完整抗冲击限位链条，无法承受舰船作战工况下的强冲击载荷。其次，传统机构传动链路零部件数量多，机械损耗大，储能周期长；同时缺少可靠的单向止逆结构，储能弹簧的回复力矩会反向传递至齿轮传动链。一方面，反向载荷会对齿轮造成冲击，必须增大齿轮模数与传动比，导致机构体积、重量增加；另一方面，在舰船摇摆振动条件下储能机构易发生反转卸能，储能成功率低。进行手动储能操作时，棘爪回程阶段棘轮容易回转，操作人员需要多次往复操作方可完成储能，操作体验较差。第三，传统机构的手动、电动模式切换结构复杂，缺少清晰直观的状态指示，不利于舰船上操作人员快速识别设备状态与开展维护作业。第四，舰船设备抢修、战时强制供电场景下，需要临时屏蔽断路器过载脱扣保护；绝大多数现有电动操作机构未集成应急锁扣，需要额外加装零部件，改装工序复杂，占用舱内有限空间。

4、针对上述问题，亟需提供一种结构紧凑、抗冲击能力强、储能高效且具备手自动切换及应急锁扣功能的舰船用储能式电动操作机构。

技术实现思路

1、本发明的任务是要提供一种结构紧凑、储能高效、安全可靠以及环境适应性强的塑壳断路器储能式电动操作机构，有助于通过优化结构设置电动、手动双驱动储能模式从而适配不同作业场景并实现狭小空间适配与恶劣工况下的稳定运行，有利于利用同轴单向止逆结构保障单向高效储能传动效果，杜绝储能反转与储能失效问题，有益于通过双重平衡式限位组件配合三级互锁结构增强机构抗冲击、耐颠震能力，满足舰船颠簸冲击环境下塑壳断路器可靠安全的分合闸操作需求。

2、本发明的任务是这样来完成的，一种用于塑壳断路器的储能式电动操作机构，所述储能式电动操作机构包括：储能驱动单元、单向止逆单元、互锁限位单元以及合闸解扣单元；所述储能驱动单元用于输出动力并蓄积合闸所需弹性势能，且该储能驱动单元包括有一弹性储能件；所述单向止逆单元配置在储能驱动单元上并用于阻断所述弹性储能件的反向回传力矩；所述互锁限位单元设置在所述弹性储能件储能完成后的势能保持路径上，且该互锁限位单元包含多级依次约束的限位构件；所述合闸解扣单元与互锁限位单元的限位构件抵靠配合，合闸解扣单元能够输出解扣驱动力，克服所述互锁限位单元的互锁约束并解除势能锁止，释放所述弹性储能件蓄积的势能，从而驱动塑壳断路器的断路器手柄完成合闸动作。

3、在本发明的一个具体的实施例中，所述储能驱动单元还包括有电动驱动模块、手动驱动模块、棘轮组件、支撑件与储能摆臂；其中，电动驱动模块、手动驱动模块均能够独立驱动所述弹性储能件实现储能；所述储能驱动单元中的弹性储能件为储能弹簧，且所述储能摆臂与该弹性储能件相抵接，所述储能摆臂摆动时能够驱动弹性储能件发生形变完成储能蓄能，且在该储能摆臂上配设有一储能摆臂驱动轴，该储能摆臂驱动轴与所述断路器手柄相抵接并能够驱动断路器手柄动作以完成合闸动作；所述电动驱动模块包括有一电机与三级减速齿轮组件，所述电机通过所述三级减速齿轮组件与连接棘轮组件实现传动连接，所述手动驱动模块同样与所述棘轮组件传动连接并能够驱动该棘轮组件运动，所述棘轮组件包括有棘爪摆臂与主棘轮，在所述棘爪摆臂上形成有一棘爪部，所述棘爪部与主棘轮啮合配合，主棘轮通过若干主棘轮连接键与主棘轮驱动件实现周向传动连接；所述支撑件夹装设于主棘轮本体与主棘轮驱动件之间，起到轴向限位与支撑作用，所述主棘轮驱动件与储能摆臂刚性连接，所述主棘轮通过主棘轮驱动件带动储能摆臂动作，进而压缩弹性储能件完成储能。

4、在本发明的另一个具体的实施例中，所述单向止逆单元与所述棘轮组件相互配合，且所述单向止逆单元包括有单向棘轮、多个滚针以及多组弹簧；其中，所述单向棘轮与所述主棘轮同轴套装布置并能够跟随主棘轮同步旋转，在所述单向棘轮的周向表面上间隔等距开设有多个单向棘轮装配槽中，各个所述滚针装配在各自所对应的单向棘轮装配槽之中，多组弹簧通过配设的弹簧座同样装配在单向棘轮装配槽中，且所述弹簧与各自对应的滚针抵接并向滚针持续输出径向预紧力，使各所述滚针能够与所述支撑件形成楔合配合；当所述弹性储能件输出回复力矩并使所述主棘轮产生反向回转趋势时，各个所述滚针楔紧于所述单向棘轮与所述支撑件之间并形成机械锁止，从而约束所述主棘轮发生反向转动。

5、在本发明的又一个具体的实施例中，所述手动驱动模块整体装配于储能式电动操作机构的机架板上，该手动驱动模块与所述棘轮组件传动连接；该手动驱动模块包含手动操作输入件、手动传动连杆以及带棘爪部的驱动杠杆；手动操作输入件外露于机构壳体，供操作人员施加手动旋转驱动力矩；手动操作输入件与驱动杠杆联动，驱动杠杆可绕机架上的铰接支点往复摆动，所述驱动杠杆上固设有棘爪部，棘爪部与主棘轮相啮合。

6、在本发明的再一个具体的实施例中，所述互锁限位单元包含第一限制件ⅰ、第二限制件ⅱ、第三限制件ⅲ以及平衡杠杆；所述第一限制件ⅰ为一体式凸台挡块结构，该第一限制件ⅰ固定连接于棘轮组件的旋转基体上并能够跟随棘轮组件同步周向回转，该第一限制件ⅰ的周向表面上向外突出形成有第一限制件凸起挡台ⅰ，第一限制件凸起挡台ⅰ能够与所述第二限制件ⅱ并对第二限制件ⅱ进行钩挂承接；所述第二限制件ⅱ为钩型限位拨杆结构，且该第二限制件ⅱ通过铰接销轴转动装配在所述储能式电动操作机构的机架板上，在该第二限制件ⅱ的一端成型有向内弯折的钩挂卡口，该钩挂卡口能够与所述第一限制件ⅰ的第一限制件凸起挡台ⅰ实现钩挂配合，在该第二限制件ⅱ的中部还成型有第二限制件抵靠工作面ⅱ，该第二限制件抵靠工作面ⅱ能够与第三限制件ⅲ的外缘轮廓相抵接配合；所述第三限制件ⅲ为圆盘状构件，该第三限制件ⅲ同样通过铰接销轴转动装配于所述储能式电动操作机构的机架板上，且所述第三限制件ⅲ的几何回转中心与自身质量中心完全重合，在该第三限制件ⅲ的外周圆部形成第三限制件止挡轮廓面ⅲ，该第三限制件止挡轮廓面ⅲ抵靠于所述第二限制件ⅱ的第二限制件抵靠工作面ⅱ上，从而对第二限制件ⅱ形成反向限位并阻挡第二限制件ⅱ向解扣方向转动；所述平衡杠杆与所述第三限制件ⅲ传动连接并能够对第三限制件ⅲ进行位置锁止，该平衡杠杆同样铰接装配于所述储能式电动操作机构的机架板上，所述平衡杠杆为去除偏心质量的对称一体成型件且其旋转铰接中心与构件自身质量中心相重合。

7、在本发明的还有一个具体的实施例中，所述合闸解扣单元包括合闸电磁铁，所述合闸电磁铁固定装配在所述储能式电动操作机构的机架板上，该合闸电磁铁设置有能够做直线往复伸缩运动的衔铁，所述衔铁的伸出输出端正对所述互锁限位单元中第二限制件ⅱ的解扣驱动端；当储能式电动操作机构完成储能并接收到合闸指令时，合闸电磁铁得电励磁，驱动所述衔铁向前伸出，所述衔铁的端部直接推压第二限制件ⅱ的解扣驱动端，驱使第二限制件ⅱ绕铰接支点发生摆动，第二限制件ⅱ摆动的同时联动平衡杠杆、第三限制件ⅲ运动，逐级解除第三限制件ⅲ与第二限制件ⅱ之间的止挡限位以及第二限制件ⅱ对第一限制件ⅰ的钩挂约束，使得弹性储能件释放储存的机械能，驱动储能摆臂输出动力，带动所述塑壳断路器的断路器手柄完成合闸操作；所述储能式电动操作机构还包括操作机构状态指示组件，所述操作机构状态指示组件包括指示滑块、安装在该指示滑块上的指示标识面以及传动联动件，所述传动联动件一端与储能驱动单元联动配合、而另一端与所述指示滑块传动连接，所述储能驱动单元在储能、释能动作过程中，通过所述传动联动件带动指示滑块沿机架板做往复滑动，使指示标识面切换至对应的可视位置，用以直观显示所述储能式电动操作机构的储能状态与合闸状态。

8、在本发明的进而一个具体的实施例中，所述储能式电动操作机构还包括断路器状态指示组件，该断路器状态指示组件通过联动杆与所述塑壳断路器的内部触头执行机构机械连接；所述断路器状态指示组件包括指示摆块以及装配在该指示摆块顶部的状态标识板，所述指示摆块能够跟随所述塑壳断路器的主触头分、合位置发生摆动，此时状态标识板对应显示所述塑壳断路器的分闸或合闸位置。

9、在本发明的更而一个具体的实施例中，所述储能式电动操作机构还包括电动与手动指示组件，所述电动与手动指示组件滑动装配于所述储能式电动操作机构的顶部面板上，该电动与手动指示组件经微动开关与所述储能式电动操作机构的电控模块电气相连并能够通过微动开关实现电控模块回路的通断，完成所述储能式电动操作机构的电动操作模式与手动操作模式的切换，所述电动与手动指示组件配置指示面板用以展示当前电动或手动工作模式

10、在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述储能式电动操作机构还包括有手动按钮组件，所述手动按钮组件滑动装配于所述储能式电动操作机构的顶部面板上，所述手动按钮组件与合闸解扣单元、电动与手动指示组件相配合；该手动按钮组件包括有一手动合闸按钮与手动分闸按钮，所述手动合闸按钮具备按压驱动端与联动触发端，所述按压驱动端外露于所述顶部面板的外侧，所述联动触发端朝向所述互锁限位单元的第二限制件ⅱ布置；当储能式电动操作机构处于储能完成状态并切换至手动模式时，通过按压手动合闸按钮并使其联动触发端推抵所述第二限制件ⅱ，从而驱使第二限制件ⅱ摆动，解除互锁限位单元的三级链式互锁约束，释放弹性储能件储存的势能，完成对于所述塑壳断路器的手动合闸；所述手动分闸按钮的联动触发端朝向塑壳断路器的分闸脱扣部件布置，当储能式电动操作机构处于合闸位置，按压手动分闸按钮，其联动触发端直接驱动所述塑壳断路器的分闸脱扣部件动作，实现塑壳断路器的分闸。

11、在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述储能式电动操作机构还包括应急锁扣单元，且该应急锁扣单元包括应急锁扣旋钮件、应急锁扣旋钮定位块、复位弹簧、固定块以及应急锁扣旋钮支撑件；所述应急锁扣旋钮件穿设于所述储能式电动操作机构的顶部面板上且其延伸传动端向下与所述塑壳断路器本体自带的应急锁扣旋钮的插口插接配合，向下按压并旋转应急锁扣旋钮件，能够带动所述塑壳断路器本体的应急锁扣旋钮同步转动至锁止挡位，且该应急锁扣旋钮件的操作端外露于面板外侧，所述应急锁扣旋钮定位块套装在所述应急锁扣旋钮件上并对该应急锁扣旋钮件进行轴向限位；所述固定块固定安装于储能式电动操作机构的机架板上，所述复位弹簧套设于应急锁扣旋钮件的外周上，且该复位弹簧的两端分别抵靠于应急锁扣旋钮定位块与固定块并为应急锁扣旋钮件提供向上复位弹力，所述应急锁扣旋钮支撑件安装在所述储能式电动操作机构的机架板的底部并对应于所述应急锁扣旋钮件与应急锁扣旋钮的插接配合位置处，从而对所述应急锁扣旋钮件提供支撑。

12、本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：首先本发明设置电动、手动双驱动储能模式，能够适配不同作业场景，电动驱动依托三级减速齿轮组件实现稳定动力输出，手动驱动结构简单可靠，双重驱动方式大幅提升机构操作灵活性与适配性，并通过增设单向止逆单元，仅允许储能方向单向转动，在电动储能时防止弹簧回复力反向传递至齿轮系，并降低齿轮强度设计要求，减小齿轮系体积重量，提升传动效率；在手动储能过程中，能够防止棘爪回退阶段棘轮回转，确保证每次操作转角累加，避免储能失败。电动、手动两种储能方式均能高效传递动力，显著缩短储能时间，同时彻底规避舰船摇摆振动环境下储能机构反转卸能的问题；其次，本发明采用三级依次约束的互锁限位单元，配合对称无偏心质量的平衡杠杆，实现链式精准互锁限位，储能完成后锁止稳定性强，能够有效规避误解扣、误合闸故障，大幅提升设备运行安全性与稳定性，能够有效抵御舰船强冲击和持续颠震环境，合闸解扣单元可通过电磁铁电动解扣或者手动按钮机械解扣两种方式释放储能，解扣响应迅速、动作精准，能够稳定驱动断路器完成合闸动作。此外，本发明集成多组状态指示组件，可分别直观展示机构储能合闸状态、断路器分合状态及手电动工作模式，状态可视化程度高，便于操作人员实时掌握设备运行工况。配套设置的手动分合闸组件与应急锁扣单元，可实现常规手动操作与应急锁止防护，完善设备操作功能与安全防护体系，并且整机零部件配合精度高、联动顺畅，工况适配性强，有效提升塑壳断路器自动化操作性能，降低设备故障率与运维成本，兼具实用性、安全性与稳定性；最后，本发明整体集成度高、布局紧凑，将储能驱动、单向止逆、多级互锁限位、合闸解扣等功能单元一体化集成设计，大幅缩减机构整体体积，适配小型化塑壳断路器的装配需求，有效减小舰船振动环境下的晃动及变形；有效解决传统操作机构结构零散、占用空间大、装配繁琐的问题。