碟簧液压机构原理及常见故障分析

李良创 龙民权 齐向东 吴泽宇 梁志权

摘 要：文章主要针对碟簧液压机构进行研究与分析，首先要明确碟簧液压机构的基本结构和工作原理，然后结合其工作情况指出其应用中存在的一些典型故障和问题，最后针对故障和问题提出常见故障的处理方法，以推动碟簧液压机构发展与应用。

关键词：碟簧液压机构;原理;故障;对策

0 引言

电网发展水平提高对断路器操作机构提出越来越高要求，希望不断提高其稳定性与可靠性，碟簧储能液压机构作为其中关键的一环，往往采用模块化设计以提升其紧凑性，这种设计模式通过减少液压元件和简化管路的方式，实现了密封环节的减少，对其可靠性和密封性能的提升具有重要意义，保证最终的碟簧液压机构操作功大、动作稳定、尺寸小、结构紧凑。这种碟簧液压机构和提供的活塞压缩氮气式储能器相比具有更大的优越性，具有更佳的应对环境温度变化的能力，也能够有效避免应用过程中可能产生的燃气泄露，对提升活塞压缩氮气式储能器工作水平、降低工作压力具有重要作用。另外在结构优化、减小尺寸方面，还极大地降低了材料的使用率和产品成本，对提高其市场竞争力是具有重要意义的。基于这些优势和特色，碟簧液压机构在未来超、特高压断路器用操动机构方面具有廣阔的应用前景。

1 碟簧液压机构结构分析

碟簧液压机构呈现出典型的紧凑化、模块化特征，液压缸作为整个碟簧液压机构的中心，行程开关、控制阀、储能缸以及油泵电机均布置在中心液压机构侧面，碟簧液压机构的下部进行储能元件组合碟簧的布置，而上部布置支持碟簧液压机构运行的油箱，构成的操动单元和断路器本体之间以连接座的方式进行连接，这种设计方式使整个碟簧液压机构美观、简约、紧凑。整个碟簧液压机构借助液压传动、碟簧储能压缩的方式进行相关的工作，实现液压缸和断路器触头操动与控制，完成合闸、分闸动作[1]。

2 碟簧液压机构工作原理分析

2.1 储能过程

当机构失压时，行程开关的接点导通控制，电机通电，电机转动带动油泵将油从低压区泵向高压区，随着高压油量的增加，高压油推动储能活塞向上运动，储能活塞带动提升杆向上运动，提升杆带动拖盘压缩弹簧，到达预定位置时，行程开关的接点断开，电机停转。由于密封系统的作用，弹簧被保持在压缩状态。

2.2 分闸过程

当分闸阀接收到分闸信号，切换阀切换到分闸状态，传动杆底部失压，传动杆上部的高压油推动传动杆向下运动，完成分闸操作。

2.3 合闸过程

当碟型弹簧被压缩时传动杆的密封部位上部始终处于系统的高压之下，在分闸状态下，传动杆密封部位下部处于低油压状态，这样传动杆被牢牢控制在分闸状态。当合闸阀接收到合闸信号，切换阀切换到合闸状态，传动杆底部与高压油相连，此时传动杆的上部和下部都充以高压油，由于压差的作用，传动杆向上运动，完成合闸操作。

2.4 控制阀工作原理

分合闸线圈得电均会驱动控制阀变位。当分闸线圈得电时，控制阀相应动作，将传动杆底部触头底面油路中油由高压油切换至低压油路，实现分闸;当合闸线圈得电时，控制阀相应动作，将传动杆底部触头底面油路中油由低压油切换至高压油路，从而实现合闸[2]。

2.5 机械闭锁

在合闸状态下，当系统压力降低到一定程度时，闭锁杆上的弹簧推动其向里运动，顶住传动杆上的沟槽，使传动杆不能运动。

2.6 电气报警和闭锁

行程开关上共有8对接点，分别控制电机的启动、OCO报警、OCO闭锁、CO报警、CO闭锁、O报警、O1闭锁、O2闭锁。当弹簧储能或卸压时，行程开关的夹板随着弹簧的运动而上下移动，到达一定的位置时，夹板上的凸起触动开关上的小轮顶起接点或断开。

2.7 打压次数

机构在1天之内打压10次以内是正常的，如果超过10次，需对机构进行进一步的观察，如果打压次数在发展，说明泄露点在发展，需要维修。判断泄露是否合格也可以关闭电机电源，在24小时内弹簧下降不能超过15 mm。

3 碟簧液压机构常见故障分析

3.1 外部泄露

导致碟簧液压机构外部泄露的原因较多，首先是低压接头外密封和常高压接头外密封问题，如果发生泄露会直接导致外部泄露。另外油箱底部、滤油器、放油阀、油泵外壳等发生泄露，均会直接导致外部泄露问题的存在。除此之外，如果压力组件活塞杆处密封圈损坏和固定密封位置的损坏也会导致外部泄露。

3.2 内部泄露

内部泄露也是碟簧液压机构常见故障之一，造成这一故障的主要原因包括控制阀阀线、动活塞密封圈以及吸油管老化、损坏等，这些老化问题和损坏问题，直接导致了内部泄露问题。除此之外的放油阀关闭不严和高压区通向低压区密封圈损坏也直接导致内部泄露问题。

3.3 拒合与据分

造成出现拒合与据分的原因也较多，本文结合实际情况主要指出以下几点：电磁铁线圈引线断开或接触不良、辅助开关转换不良、分闸球阀未关闭、油压过低，电动闭锁、一级阀顶杆弯曲、卡死、保持油路不通，合后又分、工作缸拉毛、卡车死、传动系统卡车死以及合闸阀保持回路大量泄漏等。

3.4 油泵建压慢

油泵建压快慢是影响碟簧液压机构运行的关键要素，油泵建压慢直接限制了碟簧液压机构运行质量。造成油泵建压慢的原因主要有柱塞配合太松，泄漏过大;油面过低;油泵低压侧有气体（或漏气）;吸油管压扁，进油不通畅以及吸油阀泄漏安全阀关闭不严。另外，放油阀或控制阀关闭不严或合闸二级阀处于半分半合状态也是导致油泵建压慢的主要原因。

3.5 油压异常

若保障碟簧液压机构正常运行必须保障油压正常，不能过高或过低。导致油压异常的原因主要有控制电动机启动触点损坏或停止、压力表失灵、储压器氨气侧进油或漏氮气或控制电动机的接触器误动作。

3.6 油泵发热响声

作为碟簧液压机构的又一常见故障，造成油泵发热响声的主要原因有吸油管内无油或气泡甚多、柱塞配合太紧而“胀死”、柱塞拉毛、咬死等。

4 碟簧液压机构常见故障应对策略

4.1 外部泄露应对策略

为有效避免外部泄露问题和故障，需要加强检查与维护。针对低压接头外密封和常高压接头外密封不严的问题，为避免问题出现需要定期进行检查，若发现问题需要进行必要的修理和更换。若发生了油箱底部、滤油器、放油阀、油泵外壳泄露的问题也必须进行科学处理，对相关器件进行科学处理和保养，能夠在一定程度上避免泄露问题。对于某些密封圈和活塞位置，均必须定期检查，保证其密闭性，对密封圈也需要进行密封检查。

4.2 内部泄露应对策略

面对控制阀阀线、动活塞密封圈以及吸油管这些老化、损坏问题，需要进行针对性处理，对于老化但仍能使用的零件进行研磨后继续使用，对于损坏或老化程度过于严重的零件进行更换，以避免内部泄露。

4.3 拒合与据分应对策略

针对碟簧液压机构出现据合与据分的原因，必须采取针对性的措施。比如针对辅助开关转换不良、电磁铁线圈引线断开或接触不良、一级阀顶杆弯曲、卡死等情况，需要对相应零件进行科学处理或更换。对于油压过、分闸球阀未关闭等问题的存在，需要进行检查，保证各系统部分正常工作[3]。

4.4 油泵建压慢应对策略

针对油泵减压慢存在的这些问题应该进行处理，对于问题的原因进行逐一排查，针对问题提出相应的策略，面对由零件损坏等引起的问题，需要对零件进行必要的修改和更换。针对故障需要进行排除，同时借助定期保养维护将油泵建压慢问题发生率降低。

4.5 油压异常应对策略

为规避油压异常问题，需要检查、修理微动开关及接触器，若发现接触器上存在油垢等，需要去除接触器上的污物、油垢。同时为保证油压正常，还必须检查内壁粗糙度和更换密封圈。

4.6 油泵发热响声应对策略

针对柱塞拉毛、咬死情况，需要进行零件更换。针对柱塞配合太紧而“胀死”问题，需要对柱塞进行重新研磨;最后面对吸油管内无油或气泡甚多问题，应该进行排气和加油。

5 结语

碟簧液压机构的结构及组成直接决定了其工作原理，虽然其具有稳定性、可靠性、微型化等特征和优越性，但在实际应用过程中还可能存在一些故障和问题，为保证其科学应用必须要解决这些故障与问题。同时，要借助新技术和新方法不断提升碟簧液压机构发展应用水平。

[参考文献]

[1]王晋芝，刘雨，杨华，等.液压操作手柄控制系统优化设计[J].液压气动与密封，2020（11）：51-55.

[2]林占宏，金晨.基于连杆液压复合机构的压铸取件机器臂装置设计及应用[J].液压气动与密封，2020（11）：68-71.

[3]汤良.基于双因果键合图法液压系统故障诊断[J].现代机械，2020（5）：60-65.

（编辑 王雪芬）