塑殼斷路器是低壓電器中的重要設(shè)備，主要用于配電回路及用電設(shè)備側(cè)，承擔(dān)接通、承載、正常斷開或電路異常時(shí)分?jǐn)嚯娏鞯淖饔谩?/p>

塑殼斷路器的結(jié)構(gòu)一般由操作機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、過電流脫扣系統(tǒng)以及滅弧系統(tǒng)等部分組成。其中操作機(jī)構(gòu)的作用是保證正常使用過程中的合、分閘以接通和斷開電路，以及在短路、過載等故障情況下，打開觸頭系統(tǒng)斷開電路[。

塑殼斷路器的操作機(jī)構(gòu)是典型的連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，其動(dòng)態(tài)特性決定了斷路器合閘、分閘、脫扣、再扣、隔離等功能的可靠性。能夠使上述功能實(shí)現(xiàn)且可靠穩(wěn)定的前提是保證操作機(jī)構(gòu)的靜態(tài)安裝位置及動(dòng)態(tài)位置的可靠。下面以典型的塑殼斷路器機(jī)構(gòu)為例，對(duì)其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的定位進(jìn)行分析。

1 操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

圖1 斷路器的操作機(jī)構(gòu)示意圖

圖1是斷路器機(jī)構(gòu)件組成情況。在這里靜態(tài)零件有基座、支架、軸1（脫扣限位軸）、軸2（合閘限位軸）；動(dòng)態(tài)零件有杠桿、跳扣、上連桿、再扣、鎖扣、下連桿、軸3（上下連桿軸）、動(dòng)觸頭、轉(zhuǎn)軸。其中支架是支承再扣、鎖扣、跳扣、杠桿及1、2這兩根限位軸的零件；基座是布置支架、靜觸頭、轉(zhuǎn)軸的零件；可以看出，基座和支架之間的配合及相對(duì)位置，對(duì)于整個(gè)操作機(jī)構(gòu)的功能能否正常實(shí)現(xiàn)的影響是相當(dāng)大的。

2 操作機(jī)構(gòu)的靜態(tài)安裝位置的限定

以往，我們經(jīng)常碰到這樣的情況，基座和支架之間沒有可靠的定位，而僅僅依靠螺釘來同時(shí)充當(dāng)定位與固定限位的角色，如圖2所示。由于實(shí)際裝配中，螺釘通孔直徑大于螺釘直徑，兩者之間存在間隙，造成支架在X方向的位置不固定，導(dǎo)致支架在安裝后的位置具有隨機(jī)性，影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和產(chǎn)品觸頭參數(shù)。

圖2 斷路器支架在基座上裝配示意圖

要使機(jī)構(gòu)的位置在X方向上的位置確定下來，其定位原理可參考以下兩種定位方式[2]，如圖3-1和圖3-2所示。需要注意的是，采用第二種方式時(shí)，為方便拆裝，可以減小過盈配合面。

圖3-1 定位—夾緊的方式

圖3-2 輕微過盈配合方式

機(jī)構(gòu)除了需要在X方向上的定位以外，另外還需要在Y方向上的定位。

目前通常的定位方式是，在操作機(jī)構(gòu)的Y方向，將4個(gè)螺釘孔所在凸緣折彎成型（這4個(gè)面比較?。?，如圖4-1所示。

圖4-1 利用折彎成型后的面來實(shí)現(xiàn)高度方向定位

存在下列不確定因素：

①支架的折彎后垂直度（見圖4-2）

②4個(gè)螺釘孔所在螺紋起始面的公共平面度

圖4-2 凸緣折彎的實(shí)際情況及裝配情況

這會(huì)造成機(jī)構(gòu)支架的高度位置受隨機(jī)性影響，對(duì)觸頭參數(shù)（如開距及超程），合閘的可靠性以及主觸頭位置的手柄顯示造成較大影響，故建議盡量不宜采用圖4-1的定位方式。

為了消除圖2和圖4-1定位方式的缺點(diǎn)，可以采用如圖5所示的安裝方式：通過支架上的兩個(gè)凸包與基座上的槽的配合（X方向的輕微過盈設(shè)計(jì)），保證了機(jī)構(gòu)在X方向的固定限位；通過支架上兩個(gè)經(jīng)沖切的平面與基座上相應(yīng)的平面的配合（Y方向的限位設(shè)計(jì)），保證了Y方向的固定限位；而支架上折彎成型的螺紋面與基座留有一定的間隙，避免了圖4-1中的弊端。

圖5 改善后的機(jī)構(gòu)靜態(tài)安裝定位方式

3 操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)關(guān)鍵位置的限位

圖1所示的機(jī)構(gòu)是典型的連桿機(jī)構(gòu)，其中當(dāng)機(jī)構(gòu)再扣以后，鎖扣和跳扣的位置相對(duì)固定，形成四連桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)發(fā)生脫扣時(shí)，鎖扣和跳扣的固定位置被打破，形成五連桿機(jī)構(gòu)。四連桿狀態(tài)下，即再扣、鎖扣、跳扣定位時(shí)，可以把此時(shí)的再扣、鎖扣、跳扣當(dāng)作固定機(jī)架來處理；運(yùn)動(dòng)件是上連桿、下連桿、杠桿、轉(zhuǎn)軸、動(dòng)觸頭。其動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程中的關(guān)鍵限位狀態(tài)有合閘、分閘，其限位的具體位置如圖6、圖7所示。

圖6 合閘狀態(tài)

圖7 分閘狀態(tài)

當(dāng)把機(jī)構(gòu)從五連桿變成四連桿機(jī)構(gòu)（即再扣過程）時(shí)，限位位置如圖8所示。

圖8 再扣到極限位置時(shí)的狀態(tài)

當(dāng)機(jī)構(gòu)處于脫扣狀態(tài)時(shí)，再扣和鎖扣互相限位，跳扣由軸1來限位，如圖9所示。

圖9 自由脫扣狀態(tài)

常見的斷路器脫扣時(shí)連桿、動(dòng)觸頭的定位依靠動(dòng)觸頭來定位，如圖10所示。這種定位方式存在缺陷，由于開關(guān)分閘時(shí)的瞬間沖擊力很大，通?？梢赃_(dá)到150N以上。動(dòng)觸頭的材料通常是純銅，表面硬度低，在撞擊部位容易形成凹坑，甚至變形，影響觸頭參數(shù)。

當(dāng)然，若斷路器結(jié)構(gòu)受限制，脫扣時(shí)不能根據(jù)圖9的方式來限位，而只能類似圖10的方式的話，則需要在蓋子上加橡膠緩沖件或在限位軸上套上軟橡膠管等起緩沖作用的輔助材料，避免動(dòng)觸頭損傷、變形。

圖10 依靠動(dòng)觸頭實(shí)現(xiàn)脫扣定位

針對(duì)具有隔離功能的斷路器，我們需要增加主觸頭位置指示的有效性。我們必須根據(jù)GB14048.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。由于支架、杠桿、連桿、觸頭系統(tǒng)等零部件的制造及裝配誤差，加上摩擦力的不確定性，導(dǎo)致杠桿可能回不到合閘位置，實(shí)現(xiàn)不了主觸頭的隔離指示功能。

為了更好實(shí)現(xiàn)可靠主觸頭的隔離指示，我們建議增加如圖11所示的限位設(shè)計(jì)。其思路是，增大向合閘位置回復(fù)的力矩，減小反力矩。而杠桿越靠近再扣時(shí)的極限位置，反力矩越大，回復(fù)力矩越小。

在驗(yàn)證操作時(shí)，不讓杠桿在操作力作用下靠到通常杠桿在支架上的限位凸臺(tái)或限位軸（這也是再扣時(shí)，杠桿的限位位置），而是在中途就將其限位，在圖11中，我們可以看到杠桿被上連桿上的一個(gè)凸緣限位。此時(shí)撤銷操作力，則杠桿向合閘位置轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩遠(yuǎn)大于反力矩，手柄可以輕松回到合閘狀態(tài)，主觸頭的隔離指示功能得以實(shí)現(xiàn)。

圖11 主觸頭位置

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)某型號(hào)塑殼斷路器的靜態(tài)裝配定位與各動(dòng)態(tài)關(guān)鍵位置的限位位置的分析，指出了目前某些斷路器定位方式的缺陷，給出了幾種解決方案。本文所述的機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是關(guān)鍵位置的限位全部依靠機(jī)構(gòu)件，這對(duì)于縮短尺寸鏈，將功能尺寸集中在幾個(gè)機(jī)構(gòu)件內(nèi)，對(duì)設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性及產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有積極的意義。

（編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“塑殼斷路器機(jī)構(gòu)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)”，作者為袁亦峰。）