趙鵬飛等

摘 要：針對(duì)目前高壓斷路器產(chǎn)品所配彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用質(zhì)量統(tǒng)計(jì)工具找出問題的根源，并有針對(duì)性地制定有效的糾正措施，確保產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量得到有效控制。

關(guān)鍵詞：彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)；質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析；糾正措施；質(zhì)量控制

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種利用彈簧作為儲(chǔ)能元件的機(jī)械式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，是126kV及以下高壓斷路器的重要組成部分。其工作原理是通過電動(dòng)機(jī)通過減速裝置帶動(dòng)彈簧實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲(chǔ)能狀態(tài)。當(dāng)給出合閘命令，鎖扣系統(tǒng)脫扣，合閘彈簧釋放能量，經(jīng)過機(jī)械傳遞單元帶動(dòng)斷路器觸頭運(yùn)動(dòng)至合閘位置并保持。同樣給出分閘命令，合閘狀態(tài)解除，分閘彈簧釋放能量，又經(jīng)過機(jī)械傳遞單元帶動(dòng)斷路器觸頭運(yùn)動(dòng)至分閘位置并保持。因此，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最核心組件。加強(qiáng)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量控制對(duì)高壓斷路器產(chǎn)品的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)目前存在的主要問題

（1）斷路器整體機(jī)械特性參數(shù)不符合要求，以LW34C-40.5大電流斷路器所配CT35F-Ⅰ機(jī)構(gòu)為例，主要反映在分、合閘速度偏低（基本上在標(biāo)準(zhǔn)值的下限）。隨機(jī)選取近期生產(chǎn)的10臺(tái)該型號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分、合閘速度見表1、表2所示。

從以上統(tǒng)計(jì)可以看出，LW34C-40.5大電流斷路器產(chǎn)品合閘速度也偏低，其測(cè)試數(shù)據(jù)離散程度較高，波動(dòng)范圍較大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。Cpk指數(shù)<0.67，過程能力嚴(yán)重不足。

（2）斷路器機(jī)械特性參數(shù)不穩(wěn)定，多次操作或者放置若干時(shí)間后機(jī)械特性數(shù)據(jù)就發(fā)生了變化。

（3）斷路器機(jī)械操作不可靠，出現(xiàn)儲(chǔ)能不到位和合空（即合閘狀態(tài)不能保持直接分閘）現(xiàn)象。

（4）機(jī)構(gòu)震動(dòng)較大，容易造成機(jī)構(gòu)箱內(nèi)二次元器件和二次導(dǎo)線松動(dòng)等現(xiàn)象，造成二次控制回路異常。

（5）機(jī)構(gòu)分、合閘電磁鐵損壞較為嚴(yán)重。

2 存在問題的分析

作為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其動(dòng)作過程分為三個(gè)階段：儲(chǔ)能、合閘和分閘。這三個(gè)階段相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，其動(dòng)作過程除儲(chǔ)能時(shí)間為秒級(jí)（一般為十幾秒），分、合閘過程均為瞬時(shí)（毫秒級(jí)，幾十毫秒）。同時(shí)機(jī)構(gòu)的操作功很大，從幾百焦到幾千焦，震動(dòng)很大。因此對(duì)機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)的分析比較復(fù)雜，對(duì)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問題的分析需要系統(tǒng)的調(diào)查和計(jì)算。任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)影響產(chǎn)品機(jī)械傳動(dòng)出現(xiàn)故障。對(duì)于機(jī)構(gòu)質(zhì)量問題，大體應(yīng)該從兩方面進(jìn)行分析。

2.1 機(jī)構(gòu)與斷路器本體的特性匹配原因

機(jī)構(gòu)作為斷路器本體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源，必須與本體的特性有效地匹配。要充分了解本體分、合閘過程的摩擦力、重力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等能量需求，并可控。對(duì)于斷路器相關(guān)產(chǎn)品，電滑動(dòng)連接部分（壓氣缸與表帶觸指的配合）就非常關(guān)鍵。同樣以LW34C-40.5大電流斷路器產(chǎn)品為例，裝配時(shí)普遍反映本體單極運(yùn)動(dòng)過程抱緊力較大。根據(jù)設(shè)計(jì)需要本體所需的操作功為1500J：

2.2 機(jī)構(gòu)自身機(jī)械穩(wěn)定性原因

由于彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部零部件很多且相互關(guān)聯(lián)，因此對(duì)機(jī)構(gòu)零部件尺寸、材質(zhì)、硬度等性能和機(jī)構(gòu)裝配時(shí)的調(diào)試尺寸要求較高。其產(chǎn)生問題的原因主要為：

2.2.1 彈簧性能不良原因。反復(fù)操作后，其實(shí)際做功將發(fā)生變化（降低）。同樣以CT35F-Ⅰ機(jī)構(gòu)介紹，其設(shè)計(jì)的輸出功不滿足要求，但為了保證機(jī)械特性參數(shù)符合要求，通常做法是調(diào)整合閘彈簧的初壓力以增大機(jī)構(gòu)的輸出功。但帶來的致命問題是往往超出了彈簧的壓力極限，致使彈簧性能大幅降低。壓縮彈簧強(qiáng)壓試驗(yàn)前后力值數(shù)據(jù)對(duì)比見表3所示。

試驗(yàn)結(jié)果：從以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過強(qiáng)壓試驗(yàn)后彈簧的性能發(fā)生了較大變化，主要表現(xiàn)在壓縮彈簧原始長度和力值的明顯降低，操作功降低明顯。

2.2.2 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件關(guān)鍵尺寸不良原因。對(duì)于機(jī)構(gòu)的主要關(guān)鍵零部件例如凸輪、 子、扇形板等，由于機(jī)械傳動(dòng)需要，其外型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)關(guān)鍵尺寸要求非常高。以分閘 子為例，其弧面尺寸如果不符合要求，將直接影響扣接量導(dǎo)致合閘過程失效。

2.2.3 機(jī)構(gòu)零部件材質(zhì)、硬度等性能不良原因。作為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠彈簧釋放能量產(chǎn)生的巨大碰撞實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，因此對(duì)各轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的材質(zhì)和硬度等指標(biāo)要求較高。以銷軸為例，其材質(zhì)硬度要符合一定范圍，不能過高也不能太低。太低容易造成磨損產(chǎn)生配合配合間隙造成傳動(dòng)不良，太高又容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。

2.2.4 機(jī)構(gòu)零部件裝配配合原因。對(duì)于目前多數(shù)機(jī)構(gòu)，要求傳動(dòng)環(huán)節(jié)配合的非常有效。對(duì)于所有尺寸都在公差范圍內(nèi)合格的零部件，由于加工的公差偏離程度不同，很容易造成各個(gè)零部件公差的累積，致使傳動(dòng)過程失效。

2.2.5 機(jī)構(gòu)調(diào)試尺寸原因。對(duì)于機(jī)構(gòu)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)試是非常重要的，必須根據(jù)嚴(yán)格計(jì)算后的尺寸要求對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。以扣接量為例，扣接量要調(diào)整在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般為2mm-4mm之間），太小容易造成合閘狀態(tài)不能有效保持，斷路器先合后分即常說的合分、合空現(xiàn)象。太大使得斷路器不能有效分閘尤其是低電壓下分閘。

3 加強(qiáng)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量控制的措施

根據(jù)以上的問題統(tǒng)計(jì)和原因分析，應(yīng)采取針對(duì)性措施對(duì)機(jī)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行控制。從兩方面著手進(jìn)行：

（1）加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，從系統(tǒng)上對(duì)機(jī)構(gòu)質(zhì)量問題進(jìn)行分析。收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用質(zhì)量統(tǒng)計(jì)工具定期對(duì)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解產(chǎn)品是否存在質(zhì)量波動(dòng)及變化規(guī)律，以便從系統(tǒng)上找到問題出現(xiàn)的根本原因，從而可以指定有效的整改措施，防止問題的重復(fù)發(fā)生。

（2）加強(qiáng)理論計(jì)算和仿真分析，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品技術(shù)的可靠性和先進(jìn)性。

（3）加強(qiáng)機(jī)構(gòu)裝配調(diào)試全過程的深入研究，完善各項(xiàng)裝配要求和質(zhì)量控制點(diǎn)，并制定有效的保證措施。

（4）加強(qiáng)檢驗(yàn)力度，完善檢驗(yàn)試驗(yàn)方法，明確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

對(duì)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量的控制，必須通過理論計(jì)算和大量試驗(yàn)驗(yàn)證，掌握機(jī)構(gòu)傳動(dòng)和與本體匹配的核心技術(shù)，借助先進(jìn)的設(shè)備對(duì)機(jī)構(gòu)主要零部件關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)技術(shù)研究，加強(qiáng)裝配和調(diào)試工藝的研究使之得到明確和具有可操作性，從而有效進(jìn)行質(zhì)量控制。

參考文獻(xiàn)

[1]GB1984-2014.高壓交流斷路器[S].