弹簧机构用试验模拟装置设计

李新刚 杨天明

摘要：对液压缓冲器结构试验模拟装置及缓冲器的原理和结构进行了介绍、分析，根据弹簧机构的特性及试验要求，进行缓冲器结构、行程，试验模拟装置传动方式的设计，通过缓冲强度调节，设计、制造出符合要求的试验模拟装置。

关键字：缓冲器；试验模拟装置。

中图分类号： TH137.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0 引言

操动机构是组合电器的核心元件，其性能好坏会直接影响到组合电器的分合特性。弹簧机构由于具有无漏油、受温度影响小、动作快、动作平稳、速度可调等优点广泛应用于高压开关领域。

弹簧机构具有储能高，运动速度高，冲击大等特点，不能不带负载，进行空分、空合操作，否则对弹簧机构零部件造成严重损伤，机构不能满足寿命操作要求，报废。因此要设计满足要求的试验模拟装置，配合机构完成操作试验。

弹簧机构装配完成后，要进行出厂试验，对弹簧机构进行调节，使弹簧机构的特性符合组合电器产品要求。弹簧机构出厂试验时，需要配模拟装置进行试验。性能稳定、安全性高、噪音小的试验模拟装置，是保证弹簧机构特性准确的必备条件。

本文对液压缓冲器结构试验模拟装置及缓冲器的原理进行了介绍，在此基础上设计一种弹簧机构用试验模拟装置，用于弹簧机构出厂操作试验。

1 试验模拟装置原理及结构设计

由于液压油有可压缩性小，液压缓冲器具有振动小，噪音小等优点，相较气压负载、配重块负载振动大，噪音大的特点，采用液压缓冲器为负载的试验模拟装置具有稳定性好，安全性高，噪音小的优点。

如图1所示，试验模拟装置以液压缓冲器为负载，弹簧机构固定在机架上后，通过拉杆、拐臂、轴、拐臂和缓冲器连接，弹簧机构带动缓冲器动作，完成出厂操作试验。

机构角度测量指针固定在轴上，刻度固定在机架上，用以测量弹簧机构输出角度。弹簧机构和拉杆、拐臂组成平行四连杆机构传动，与弹簧机构的工作方式保持一致，能更好的模拟弹簧机构实际工作状态。

如图2所示，弹簧机构的输出角度，通过拐臂、拉杆，转化为缓冲器的运动行程。由平行四连杆机构运动原理得知，缓冲器端拐臂的转动角度等于机构的输出角度。选取缓冲器的摆动角度为20°，作图得缓冲器安装轴到拐臂安装轴的距离L。当机构转动角度a后，作图得拐臂与活塞杆连接点到缓冲器安装轴的距离L1。

缓冲器的行程c计算：已知弹簧机构的输出角度a，拐臂长度b，缓冲器安装轴到拐臂安装轴的距离L，计算如下：

c≥L1-（L-b）

根据缓冲器的行程c、缓冲器受力情况，进行缓冲器的结构设计。缓存器结构设计完成后，根据平行四连杆机构传动原理、弹簧机构整体尺寸、安装方式，完成试验模拟装置的整体设计。

2 缓冲器的原理及结构设计及缓冲强度的调节

缓冲器由外缸体、内缸体、活塞杆、上端盖、下端盖等零件组成，内部加注液压油，外缸体、内缸体、上端盖、下端盖组成内、外油腔。活塞在内缸体内移动时，液压油通过内缸体上的孔、外油腔，在内油腔的活塞两端流动。液压油流动时，在缓冲孔处形成的阻力，最终作用到活塞杆上，形成阻力负载。活塞杆上的阻力作为试验模拟装置的负载，用于模拟弹簧机构负载，配合弹簧机构完成出厂试验，见图3。

根据机构负载，预选取缓冲器的最高工作压力为2Mpa，取安全系数为2，进行受力分析，完成内缸体、外缸体、连接螺栓等零部件的尺寸设计。

缓冲器动作时形成的阻力负载与各零部件的结构、尺寸，活塞杆的运动速度，液压油的特性有关，要准确计算缓冲器的阻力负载较为困难，因此缓冲器缓冲强度调节，是必不可少的一步。

常用缓冲结构有圆环面结构，孔结构缓冲，由于圆环面缓冲结构加工精度高，可调节性差，孔缓冲结构加工精度低，可调节性好的特点，一般缓冲器多采用小孔结构缓冲。根据机构的速度曲线，可经验性的在内缸体上设计缓冲孔。

内缸体上缓冲孔的尺寸、数量，是决定缓冲器缓冲强度的关键因素。当缓冲强度大时，可通过增加缓冲孔数量或增大缓冲孔尺寸，降低缓冲强度；当缓冲强度小时，可通过减少缓冲孔数量或减小缓冲孔尺寸，增强缓冲强度，见图4。

缓冲器缓冲强度大，试验模拟装置的负载就大；缓冲器缓冲强度小，试验模拟装置的负载就小。

弹簧机构出厂试验时，需要测量机构的速度曲线，分、合闸时间，输出角度。

当弹簧机构的转动力矩一定时，试验模拟装置的负载偏大时，就会降低弹簧机构输出速度，增加动作时间；相反，试验模拟装置的负载偏小时，就会提高弹簧机构输出速度，降低动作时间。

选择一台特性合格的弹簧机构带动试验模拟装置进行出厂操作试验，根据机构速度曲线及分、合闸时间，调节缓冲器缓冲强度，使试验模拟装置符合试验要求。试验模拟装置调试完毕后，即可配合生产机构进行出厂试验。

3 试验模拟装置的点检、维修

每台弹簧机构需要配试验模拟装置完成50次出厂操作试验，每月试验模拟装置需要进行1万次操作试验左右。每天需要对试验模拟装置的螺栓紧固、销轴连接、密封等部位进行检查，确保试验模拟装置工作状态正常，每月对弹簧机构配组合电器本体异常参数进行统计，由于试验模拟装置问题导致的弹簧机构参数异常，要及时对试验模拟装置进行维修，更换损坏的零部件。

4 结论

在对试验模拟装置及缓冲器原理介绍的基础上，对缓冲器的结构设计及缓冲强度的调节进行了说明。依据弹簧机构技术要求及安装尺寸，设计试验模拟装置，调节缓冲器缓冲强度，使试验模拟装置满足试验要求。根据上述内容设计的试验模拟装置，很好的满足弹簧机构产品出厂试验要求。

【参考文献】

【1】机械设计手册（4版）.机械工业出版社

【2】濮良贵.机械设计.西北工业大学出版社

作者简介：李新刚（1986-），男，陕西咸阳人，本科，2009年毕业于郑州大学，机械工程及其自动化专业，职称：助理工程师，职务：工艺员。主要研究方向：高压断路器、组合电器用弹簧操动机构的工艺技术。