便携式液压操动机构及使用该操动机构的高压开关设备的制作方法

本发明涉及高压开关领域，尤其是涉及一种便携式液压操动机构及使用该操动机构的高压开关设备。

背景技术：

随着电力行业的不断发展，高压断路器的应用日益广泛。操动机构作为高压断路器的关合与分断的动力源，主要包括弹簧操动机构、液压操动机构、电磁操动机构及气动操动机构等。液压操动机构因其输出功率大、反应快、可靠性高等特点，被普通采用，但其却存在零部件多、制造装配特别复杂的缺点。目前，断路器用液压操动机构主要包括动力电机、液压泵、控制阀、储能器、液压缸及油箱，具体包括动力电机、液压泵、液压缸及控制阀，动力电机用于驱动液压泵正、反转以向储能器中存储可满足分、合闸所需的能量，控制阀用于控制液压缸无杆腔所连接油路的油压以控制液压缸的运动方向。由于现有技术中使用的控制阀为多级阀，用于切换液压缸无杆腔所连接油路时液压油需流经很长的油路，不仅会带来大量的压力损耗，长油道的加工也极为困难。

中国专利200710018110.0公开了一种开关磁阻电动机直接伺服驱动新型泵控式液压传动系统，包括液压缸、出油口通过管道连接在液压缸两端的柱塞泵及供柱塞泵吸排油的油箱，液压缸的有杆腔通过由管道组成的补油回路与油箱相连，液压缸的无杆腔通过由管道组成的回油回路与油箱相连。补油回路上串接有控制补油回路通断的补油单向阀，补油单向阀的设置形式使得补油回路中油压大于油箱中油压时补油单向阀关闭而封堵补油回路、在油箱压力大于补油回路中油压时补油单向阀打开以连通油箱及有杆腔。回油回路中串接有回油单向阀，回油单向阀为液控单向阀，且回油单向阀的回油单向阀控制油道与补油回路连通，回油单向阀的设置形式使得回油回路中油压大于油箱中油压时回油单向阀关闭而封堵回油回路、在补油回路中油压或油箱中油压大于回油回路中油压时回油单向阀打开而连通油箱与液压缸的无杆腔。

当液压泵正转将液压缸有杆腔中的低压油抽入液压缸的无杆腔中时，补油回路为低压油道、回油回路为高压油道，由于有杆腔与无杆腔的容积不同，故无杆腔所需的高压油大于有杆腔所排出的低压油，补油回路中形成负压，在差力差的作用下补油单向阀打开而使得油箱中低压油能补入补油回路中。当液压泵反转时，与充满高压油的补油回路连通的回油单向阀控制油道中油压大于充满低压油的回油回路的油压，在压差的作用下回油单向阀打开而将由无杆腔排出的超出有杆腔需求的低压油排回油箱。

本发明所公开的技术方案中省去了多级阀组成的控制阀而省去了长油道，有效地省去了复杂长油道的加工及液压油流经长油道所产生的节流损耗。但该专利文献所公开的技术方案仍然存在较多的零部件，若是布置方式不合理依然会造成液压操动机构体积庞大、安装复杂，同时单向阀与液压缸及油箱依然需要通过管道相连通，这不仅会进一步造成液压操动机构的体积大、安装不方便，也会引起漏油几率的增大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构紧凑的液压操动机构以解决现有技术中油箱、液压缸及单向阀通过管路连通造成的漏油几率大的问题；本发明的目的还在于提供使用上述液压操动机构的高压开关设备。

为解决该技术问题，本发明的便携式液压操动机构采用以下技术方案：

便携式液压操动机构，包括液压缸，液压缸的缸体上固设有阀块，阀块内设置有储油腔，阀块内还设置有与液压缸的无杆腔连通口对接连通的阀块无杆腔油道和与液压缸的有杆腔连通口对接连通的阀块有杆腔油道，阀块内还设置有连通阀块无杆腔油道与储油腔的阀块回油油道和连通阀块有杆腔油道与储油腔的阀块补油油道，阀块补油油道中设置有补油单向阀，阀块回油油道中设置有回油单向阀，回油单向阀为液控单向阀，回油单向阀具有与阀块有杆腔油道连通的回油单向阀控制油道。

补油单向阀为液控单向阀，补油单向阀具有与阀块无杆腔油道连通的补油单向阀控制油道。

回油单向阀的回油单向阀阀芯与补油单向阀的补油单向阀阀芯上下对称布置，阀块内还设置有位于回油单向阀阀芯、补油单向阀阀芯之间的柱塞孔，柱塞孔的上端与补油单向阀控制油道连通，柱塞孔的下端与回油单向阀控制油道连通，柱塞孔中导向密封滑动装配有柱塞，柱塞向上移动推动回油单向阀阀芯上移而使阀块无杆腔油道与阀块回油油道连通，柱塞向下移动时推动补油单向阀阀芯下移而使得阀块有杆腔油道与阀块补油油道连通。

所述液压操动机构还包括液压泵及用于驱动液压泵的电动机，液压缸沿左右方向延伸，电动机、液压泵及阀块从左到右串联固定于液压缸的同侧。

串联布置的电动机、液压泵及阀块平行于液压缸的轴向布置且在左右方向与液压缸重合。

电动机上设置有用于检测电机转速的角速度检测装置；液压泵上设置有用于检测液压泵排量的流量检测装置；液压缸上设置有用于检测活塞杆位置的位置检测装置；液压操动机构还包括控制系统，控制系统用于接收角速度检测装置、流量检测装置及位置检测装置所反馈的信号并与预先设定值相比较并以误差调节液压泵的流量及电机转速以实现对液压缸移动速度的闭环控制。

本发明的高压开关设备采用以下技术方案：

高压开关设备，包括便携式液压操动机构，便携式液压操动机构包括液压缸，液压缸的缸体上固设有阀块，阀块内设置有储油腔，阀块内还设置有与液压缸的无杆腔连通口对接连通的阀块无杆腔油道和与液压缸的有杆腔连通口对接连通的阀块有杆腔油道，阀块内还设置有连通阀块无杆腔油道与储油腔的阀块回油油道和连通阀块有杆腔油道与储油腔的阀块补油油道，阀块补油油道中设置有补油单向阀，阀块回油油道中设置有回油单向阀，回油单向阀为液控单向阀，回油单向阀具有与阀块有杆腔油道连通的回油单向阀控制油道。

补油单向阀为液控单向阀，补油单向阀具有与阀块无杆腔油道连通的补油单向阀控制油道。

回油单向阀的回油单向阀阀芯与补油单向阀的补油单向阀阀芯上下对称布置，阀块内还设置有位于回油单向阀阀芯、补油单向阀阀芯之间的柱塞孔，柱塞孔的上端与补油单向阀控制油道连通，柱塞孔的下端与回油单向阀控制油道连通，柱塞孔中导向密封滑动装配有柱塞，柱塞向上移动推动回油单向阀阀芯上移而使阀块无杆腔油道与阀块回油油道连通，柱塞向下移动时推动补油单向阀阀芯下移而使得阀块有杆腔油道与阀块补油油道连通。

所述液压操动机构还包括液压泵及用于驱动液压泵的电动机，液压缸沿左右方向延伸，电动机、液压泵及阀块从左到右串联固定于液压缸的同侧。

串联布置的电动机、液压泵及阀块平行于液压缸的轴向布置且在左右方向与液压缸重合。

电动机上设置有用于检测电机转速的角速度检测装置；液压泵上设置有用于检测液压泵排量的流量检测装置；液压缸上设置有用于检测活塞杆位置的位置检测装置；液压操动机构还包括控制系统，控制系统用于接收角速度检测装置、流量检测装置及位置检测装置所反馈的信号并与预先设定值相比较并以误差调节液压泵的流量及电机转速以实现对液压缸移动速度的闭环控制。

对本发明的有益效果的分析：本发明的液压操动机构在液压缸的缸体上固设有阀块，阀块上设置的阀块无杆腔油道与液压缸的无杆腔连通口对接连通、阀块有杆腔油道与液压缸的有杆腔连通口对接连通，以对接的油道代替了设置于回油单向阀与液压缸无杆腔及补油单向阀与液压缸有杆腔之间的连接管道，不仅有利于液压操动机构的小型化发展，更是避免了因连接管道造成的液压油泄漏。

更进一步地，本发明的液压操动机构将电动机、液压泵及阀块串联成一组并平行于液压缸的延伸方向地固定于液压缸的同侧，在布置时更是使串联成组的各零部件在液压缸的长度方向上最大限度地与液压缸重合，这种布置形式有效地减小了液压操动机构的体积。同时，各零部件均固定在液压缸上的形式更是实现了液压操动机构的模块化设计，可直接将整体的液压操动机构模块安装于所需工位处，避免了各零部件分别安装而需要设计多个安装连接结构及安装时间长、装配效率低的问题。

附图说明

图1为本发明的高压开关设备的一个实施例中便携式液压操动机构的结构示意图；

图2为图1中便携式液压操动机构的原理图；

图3为图1中M向的剖视图。

附图标记：

1为液压缸，11为缸体，12为活塞杆，13为有杆腔，14为无杆腔，15为液压缸有杆腔油道，16为液压缸无杆腔油道；2为电动机；3为联轴器；4为液压泵，41为斜盘，42为第一柱塞，43为第二柱塞，44为推杆，45为调节器，46为配油盘；5为阀块，51为主阀体，52为柱塞，53为阀块无杆腔油道，54为阀块有杆腔油道，55为回油单向阀阀芯，56为补油单向阀阀芯，57为阀块回油油道，58为阀块补油油道，59为补油单向阀控制油道，50为回油单向阀控制油道，511为柱塞孔；6为油箱，61为第一出油口，62为第二出油口；7为控制器，71为角速度传感器，72、73为压力传感器，74为流量传感器，75为位置传感器。

具体实施方式

高压开关设备的实施例：

高压开关设备包括相互配合的动、静触头、用于带动动触头实现分、合闸的绝缘拉杆及用于驱动绝缘拉杆运动的便携式液压操动机构，便携式液压操动机构的具体结构如图1至图3所示，包括液压缸1、电动机2、联轴器3、双作用变量泵4、阀块5、油箱6及控制器7。液压缸1沿左右方向布置，电动机2、双作用变量泵4、及阀块5从左到右串联布置且紧贴液压缸地布置于液压缸1的前侧。双作用变量泵4的主轴通过联轴器2刚性连接在电动机2的右侧的输出轴上，阀块5压紧固定于双作用变量泵4上的配油盘46的右端面。

双作用变量泵4具有与配油盘46上的第一配油口461相通的第一工作口和与配油盘46上的第二配油口462相通的第二工作口。阀块5包括主阀体51，主阀体51上设有呈L型的阀块无杆腔油道53和L型的阀块有杆腔油道54，主阀体51上还设有阀块回油油道57和阀块补油油道58，阀块回油油道57和阀块补油油道58分别通过相应的油道与油箱6连通。主阀体51的中部设有上端与阀块回油油道57连通、下端与阀块补油油道58连通的柱塞孔511，柱塞孔511中导向密封滑动地设有柱塞52以将阀块回油油道57和阀块补油油道58隔开。柱塞52包括中部的法兰面及位于法兰面上端的上凸部和位于法兰面下端的下凸部，法兰面用于与柱塞孔511导向密封滑动装配。液压缸1上设有液压缸有杆腔油道15和液压缸无杆腔油道16。阀块无杆腔油道53的两端分别与液压缸无杆腔油道16端部的无杆腔连接口和第一配油口461对接连通，阀块有杆腔油道54的两端分别与液压缸有杆腔油道15端部的有杆腔连通口和第二配油口462对接连通。

阀块无杆腔油道53与阀块回油油道57之间设有对两油道的通断进行控制的回油单向阀，阀块有杆腔油道54与阀块补油油道58之间设有对两油道的通断进行控制的补油单向阀。回油单向阀包括回油单向阀阀芯55及柱塞52的法兰面和上凸部，补油单向阀包括补油单向阀阀芯56及柱塞52的法兰面和下凸部。主阀体51上还开设有用于控制回油单向阀的移动以控制阀块无杆腔油道53与阀块回油油道57之间通断的回油单向阀控制油道50，回油单向阀控制油道50与阀块有杆腔油道54相连通；主阀体上还设有用于控制补油单向阀移动以控制阀块有杆腔油道54与阀块补油油道58之间通断的补油单向阀控制油道59，补油单向阀控制油道59与阀块无杆腔油道53相连通。回油单向阀控制油道50使得回油单向阀阀芯55只能向上运动打开阀口、向下运动而关闭阀口，补油单向阀控制油道59使得补油单向阀阀芯56只能向下运动打开阀口、向上运动而关闭阀口。具体地说，当柱塞52向上移动时，回油单向阀阀芯55被上凸部推动而上移，从而使阀块无杆腔油道53与阀块回油油道57连通；当柱塞52向下移动时，补油单向阀阀芯56被下凸部推动而下移，从而使阀块有杆腔油道54与阀块补油油道58连通。为保证单向阀中位于液控单向阀左右两侧的油道连通，在回油单向阀55、补油单向阀56上均开设有与自身运动方向垂直的通孔。

控制器7固定安装于液压缸1的右侧，其接收角速度传感器71、压力传感器72、压力传感器73、流量传感器74及位置传感器75的反馈信号并以此信号与设定值的差值控制电动机2的转速及双作用变量泵4的排量以达到调节液压缸1的输出速度的目的。

电机正转时，液压操动机构的动作分析如下：电动机2正转时，带动第一柱塞42和第二柱塞43顺时针旋转，此时第一柱塞42的运动轨迹最高点到最右边再依次经过最低点及最左边，相应的第一柱塞42的出口处与配油盘46之间关系为：被配油盘46的上部封堵—与第一配油口461连通—被配油盘46的下部封堵—与第二配油口462相通—被配油盘46的上部封堵。在此过程中与第一配油口461相通的柱塞会将无杆腔14中的液压油吸入单向阀无杆腔油路53中，与第二配油口462相通的柱塞会将单向阀有杆腔油路54及液压缸有杆腔油路15中的液压油排入有杆腔13中，此时活塞杆12会在液压油的推动下向右运动。此时阀块有杆腔油道54中的油压大于阀块无杆腔油道53中的油压，阀块有杆腔油道54中的高压油经控制油道渗入回油单向阀控制油道50中，柱塞52在压差的作用下被向上推动并将回油单向阀阀芯55向上推开，此时阀块无杆腔油道53与阀块回油油道57相通而可经由阀块回油油道57将超出阀块无杆腔油道53和液压缸无杆腔油道16的容积之和的那部分液压油排出至油箱6，避免因有杆腔13和无杆腔14的排油面积不同而造成的由无杆腔14中排出的压力油过多造成高压侧油压过高的问题。

电机反转时，运动过程与此相反，与第一配油口461连通的柱塞会将阀块无杆腔油道53和液压缸无杆腔油道16中的液压油排出至无杆腔14中，与第二配油口462相连通的柱塞会将有杆腔13中的液压油吸入液压缸有杆腔油道15和阀块有杆腔油道54中，此时活塞杆12会在液压油的推动下向左运动。此时阀块无杆腔油道53中的油压大于阀块有杆腔油道54中的油压，阀块无杆腔油道53中的高压油渗入补油单向阀控制油道59中，柱塞52在压差的作用下被向下推动并将补油单向阀阀芯56向下推开，此时阀块有杆腔油道54与阀块补油油道58相通而可将油箱6中的液压油经阀块补油油道58补入阀块有杆腔油道54中，避免了因有杆腔13和无杆腔14的排油面积不同而造成的由有杆腔14中送至泵的低压油不足的情况。

在上述液压操动机构的工作过程中，电动机21中设置有角速度传感器71，液压缸1中设置有油压传感器72和73，双作用变量泵4中设置有流量传感器74，液压缸1中还设置有用于检测活塞杆位置的位置传感器75。控制器7实时接收上述各路传感器实时检测到的数值并与控制器7中预先设定的预期值进行比较，以误差的大小调节电动机2的转速和双作用变量泵4的排量，以此实现调节液压缸1的活塞杆12运动速度的目的。油压传感器72和73用于检测液压系统中油压，油压过高或过低时向控制器7发出相应指令以避免故障发生。需要调节双作用变量泵4的排量时，调节器45接收指令带动推杆44运动以达到改变斜盘41倾角的目的，通过改变斜盘41的倾角改变柱塞的行程，进而实现改变双作用变量泵4排量的目的。闭环控制使得活塞杆12的运动速度灵活可控，通过预期值的设定即可使活塞杆12的运动速度满足要求，避免了额外设计液压缓冲装置，有利于提高能量利用率、减小操作冲击、简化液压缸结构。

在其他的实施例中，也可不对液压缸的转速进行闭环控制，相应地也就不需设置上述的多种传感器；在对液压缸闭环控制时，上述多种传感器也不是全部必须的，只在液压缸上安装位置传感器也可实现闭环控制的目的，此时应在控制器中预先设定液压缸的活塞杆的位移与时间的对应二维表。

在其他实施例中，配油盘上的两个配油口与阀块也可通过油管进行连接；也可省去柱塞，而是在阀块上加工连通回油单向阀阀芯的底部与阀块有杆腔油道的回油单向阀控制油道，同时也需在阀块上加工连通补油单向阀阀芯的顶部与阀块无杆腔滑道的补油单向阀控制油道。当然，阀块中的补油单向阀也可使用单向阀而非液控单向阀，此时也就不需要相应的补油单向阀控制油道；还可以在主阀体中设有用于存储液压油的储油腔（相当于油箱），此时由主阀体和储油腔一起组成阀块，相应地油箱可省去。

便携式液压操动机构的实施例：

便携式液压操动机构的具体结构与高压开关设备中液压操动机构的具体结构相同，具体可参考图1至图3，在此不再详述。