塑壳断路器制造技术(塑壳断路器机构静态与动态的稳定性设计)

作者主要介绍在操作机构在安装时，根据塑壳断路器机构件的装配关系，选取可靠的定位基准及限位措施；在机构运动过程中，根据操作机构的所处的不同状态，依靠机构自身的结构，确定限位的几何要素。以上这些为保证机构运动的稳定性提供了理论依据，对提高产品的可靠性具有一定的指导意义。

塑壳断路器是低压电器中的重要设备，主要用于配电回路及用电设备侧，承担接通、承载、正常断开或电路异常时分断电流的作用。

塑壳断路器的结构一般由操作机构、触头系统、过电流脱扣系统以及灭弧系统等部分组成。其中操作机构的作用是保证正常使用过程中的合、分闸以接通和断开电路，以及在短路、过载等故障情况下，打开触头系统断开电路[1]。

塑壳断路器的操作机构是典型的连杆机构[5]，结构紧凑，其动态特性决定了断路器合闸、分闸、脱扣、再扣、隔离等功能的可靠性。能够使上述功能实现且可靠稳定的前提是保证操作机构的静态安装位置及动态位置的可靠。下面以典型的塑壳断路器机构为例，对其静态、动态的定位进行分析。

1操作机构的结构组成

2操作机构的静态安装位置的限定

以往，我们经常碰到这样的情况，基座和支架之间没有可靠的定位，而仅仅依靠螺钉来同时充当定位与固定限位的角色，如图2所示。由于实际装配中，螺钉通孔直径大于螺钉直径，两者之间存在间隙，造成支架在X方向的位置不固定，导致支架在安装后的位置具有随机性，影响整个机构的运动参数和产品触头参数。

要使机构的位置在X方向上的位置确定下来，其定位原理可参考以下两种定位方式[2]，如图3-1和图3-2所示。需要注意的是，采用第二种方式时，为方便拆装，可以减小过盈配合面。

机构除了需要在X方向上的定位以外，另外还需要在Y方向上的定位。

目前通常的定位方式是，在操作机构的Y方向，将4个螺钉孔所在凸缘折弯成型（这4个面比较小），如图4-1所示。

存在下列不确定因素：

①支架的折弯后垂直度（见图4-2）

②4个螺钉孔所在螺纹起始面的公共平面度

这会造成机构支架的高度位置受随机性影响，对触头参数（如开距及超程），合闸的可靠性以及主触头位置的手柄显示造成较大影响，故建议尽量不宜采用图4-1的定位方式。

为了消除图2和图4-1定位方式的缺点，可以采用如图5所示的安装方式：通过支架上的两个凸包与基座上的槽的配合（X方向的轻微过盈设计），保证了机构在X方向的固定限位；通过支架上两个经冲切的平面与基座上相应的平面的配合（Y方向的限位设计），保证了Y方向的固定限位；而支架上折弯成型的螺纹面与基座留有一定的间隙，避免了图4-1中的弊端。

3操作机构的动态关键位置的限位

当把机构从五连杆变成四连杆机构（即再扣过程）时，限位位置如图8所示。

当机构处于脱扣状态时，再扣和锁扣互相限位，跳扣由轴1来限位，如图9所示。

常见的断路器脱扣时连杆、动触头的定位依靠动触头来定位，如图10所示。这种定位方式存在缺陷，由于开关分闸时的瞬间冲击力很大，通常可以达到150N以上。动触头的材料通常是纯铜，表面硬度低，在撞击部位容易形成凹坑，甚至变形，影响触头参数。

当然，若断路器结构受限制，脱扣时不能根据图9的方式来限位，而只能类似图10的方式的话，则需要在盖子上加橡胶缓冲件或在限位轴上套上软橡胶管等起缓冲作用的辅助材料，避免动触头损伤、变形。

针对具有隔离功能的断路器，我们需要增加主触头位置指示的有效性。我们必须根据GB14048.1标准进行操作。由于支架、杠杆、连杆、触头系统等零部件的制造及装配误差，加上摩擦力的不确定性，导致杠杆可能回不到合闸位置，实现不了主触头的隔离指示功能。

为了更好实现可靠主触头的隔离指示，我们建议增加如图11所示的限位设计。其思路是，增大向合闸位置回复的力矩，减小反力矩。而杠杆越靠近再扣时的极限位置，反力矩越大，回复力矩越小。

在验证操作时，不让杠杆在操作力作用下靠到通常杠杆在支架上的限位凸台或限位轴（这也是再扣时，杠杆的限位位置），而是在中途就将其限位，在图11中，我们可以看到杠杆被上连杆上的一个凸缘限位。此时撤销操作力，则杠杆向合闸位置转动的力矩远大于反力矩，手柄可以轻松回到合闸状态，主触头的隔离指示功能得以实现。

4结束语

本文通过对某型号塑壳断路器的静态装配定位与各动态关键位置的限位位置的分析，指出了目前某些断路器定位方式的缺陷，给出了几种解决方案。本文所述的机构的主要特点是关键位置的限位全部依靠机构件，这对于缩短尺寸链，将功能尺寸集中在几个机构件内，对设计的稳健性及产品质量的提高具有积极的意义。

（编自《电气技术》，标题为“塑壳断路器机构静态与动态的稳定性设计”，作者为袁亦峰。）