一种机械限位机构及使用该机构的三工位操作机构的制作方法

本发明涉及一种机械限位机构及使用该机构的三工位操作机构。

背景技术：

近年来，随着高压开关设备技术不断进步，出现了由隔离开关和接地开关复合而成的三工位隔离/接地开关，其分合操作也由原来的单独操作机构控制发展为使用同一个操作机构控制，三工位操作机构由此应运而生。工作时，三工位操作机构需要实现隔离开关合闸+接地开关分闸、隔离开关分闸+接地开关合闸、隔离开关+接地开关均分闸（即中间分闸位置）这三个工位之间的切换。

授权公告号为cn201601040u，授权公告日为2010.10.06的中国实用新型专利公开了一种三工位操作机构，该操作机构包括输入轴、中间轴、输出轴和凸轮轴，其中输入轴分别与电机和中间轴传动配合，中间轴与凸轮轴传动配合，中间轴和输出轴通过圆弧锁止板传动配合，输出轴上设置有拨板，拨板上设置有两条弧形导槽，用于分别控制隔离开关和接地开关的启闭，凸轮轴上设置的凸轮与行程开关相接，用于接通或切断电机电源，即通过电气闭锁的方式实现分合闸限位。

现有的这种三工位操作机构，只依靠电气回路进行分合闸限位，对于电器件的要求比较高，当机构电机或者行程开关发生故障时，就无法实现电气闭锁，无法有效的保证操作机构处于中间分闸位置，造成隔离、接地开关触头不到位，存在重大安全隐患。即使电机电源可以被切断，机构也无法实现立即停止，很难实现操作机构分合闸位置的精确控制，造成机构的安全可靠性比较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以提高对操作机构的限位效果从而提高机构安全可靠性的机械限位机构；本发明的目的还在于提供一种使用该机械限位机构的三工位操作机构。

为实现上述目的，本发明的机械限位机构的第一种技术方案为：一种机械限位机构，包括固定板和安装在固定板上的往复旋转装置，往复旋转装置上设置有限位件，所述限位件随往复旋转装置的旋转具有左右两端极限位置和中间位置，固定板上设置有用于对限位件的中间位置进行限位的左锁键和右锁键，左、右锁键之间形成用于锁定限位件的锁定空间，左、右锁键均具有供限位件进入或离开所述锁定空间的避让位、以及将限位件限制在锁定空间中的挡止位，固定板上还设置有用于驱动左、右锁键在避让位和挡止位之间进行切换的驱动机构。

本发明的机械限位机构的第二种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第一种技术方案的基础上，左、右锁键均转动安装在固定板上，所述驱动机构包括与左锁键相配合的左半轴、与右锁键相配合的右半轴，左半轴上的外圆弧面与左锁键挡止配合可使其处于挡止位，左半轴上的轴心平面朝向左锁键时可使其转动至避让位，右锁键上的外圆弧面与右锁键挡止配合可使其处于挡止位，右锁键上的轴心平面朝向右锁键时可使其转动至避让位，驱动机构还包括用于分别带动左半轴和右半轴旋转以使其外圆弧面和轴心平面交替与相应锁键配合的旋转装置。

本发明的机械限位机构的第三种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第二种技术方案的基础上，半轴上固定有第一挡板，所述旋转装置包括安装在固定板上的用于在通电时顶推第一挡板以使左半轴发生旋转的第一电磁铁，左半轴上套设有用于在第一电磁铁失电时进行复位的第一复位扭簧，右半轴上固定有第二挡板，所述旋转装置包括安装在固定板上的用于在通电时顶推第二挡板以使右半轴发生旋转的第二电磁铁，右半轴上套设有用于在第二电磁铁失电时进行复位的第二复位扭簧。

本发明的机械限位机构的第四种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第三种技术方案的基础上，第一电磁铁上具有第一推杆，固定板上安装有用于对第一推杆进行导向移动的第一导向板，所述第一复位扭簧的一端顶压在第一挡板上，第一挡板在左锁键处于挡止位时顶压在第一导向板上，固定板上还安装有第一挡销，第一复位扭簧的另一端顶压在第一挡销上，第二电磁铁上具有第二推杆，固定板上安装有用于对第二推杆进行导向移动的第二导向板，所述第二复位扭簧的一端顶压在第二挡板上，第二挡板在右锁键处于挡止位时顶压在第二导向板上，第二复位扭簧的另一端也顶压在第一挡销上。

本发明的机械限位机构的第五种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第四种技术方案的基础上，固定板上安装有调节座，第一电磁铁、第二电磁铁、第一导向板以及第二导向板均通过调节座安装在固定板上，第一电磁铁和第一导向板位于调节座的左侧，第二电磁铁和第二导向板位于调节座的右侧。

本发明的机械限位机构的第六种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，固定板上固定有左转轴和右转轴，左、右锁键分别通过左、右转轴转动安装在固定板上，所述驱动机构还包括套设在左转轴上的第三复位扭簧以及套设在右转轴上的第四复位扭簧，第三复位扭簧可使左锁建由避让位自动切换至挡止位，第四复位扭簧可使右锁建由避让位自动切换至挡止位。

本发明的机械限位机构的第七种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第一、第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，机械限位机构还包括安装在固定板上的用于分别对限位件的左右两端极限位置进行限位的限位块。

本发明的机械限位机构的第八种技术方案为：在本发明的机械限位机构的第一、第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，所述限位件为滚轮。

本发明的三工位操作机构的第一种技术方案为：一种三工位操作机构，包括机构箱和设置在机构箱中的机械限位机构，机械限位机构包括固定板和安装在固定板上的往复旋转装置，往复旋转装置上设置有限位件，所述限位件随往复旋转装置的旋转具有左右两端极限位置和中间位置，固定板上设置有用于对限位件的中间位置进行限位的左锁键和右锁键，左、右锁键之间形成用于锁定限位件的锁定空间，左、右锁键均具有供限位件进入或离开所述锁定空间的避让位、以及将限位件限制在锁定空间中的挡止位，固定板上还设置有用于驱动左、右锁键在避让位和挡止位之间进行切换的驱动机构。

本发明的三工位操作机构的第二种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第一种技术方案的基础上，左、右锁键均转动安装在固定板上，所述驱动机构包括与左锁键相配合的左半轴、与右锁键相配合的右半轴，左半轴上的外圆弧面与左锁键挡止配合可使其处于挡止位，左半轴上的轴心平面朝向左锁键时可使其转动至避让位，右锁键上的外圆弧面与右锁键挡止配合可使其处于挡止位，右锁键上的轴心平面朝向右锁键时可使其转动至避让位，驱动机构还包括用于分别带动左半轴和右半轴旋转以使其外圆弧面和轴心平面交替与相应锁键配合的旋转装置。

本发明的三工位操作机构的第三种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第二种技术方案的基础上，左半轴上固定有第一挡板，所述旋转装置包括安装在固定板上的用于在通电时顶推第一挡板以使左半轴发生旋转的第一电磁铁，左半轴上套设有用于在第一电磁铁失电时进行复位的第一复位扭簧，右半轴上固定有第二挡板，所述旋转装置包括安装在固定板上的用于在通电时顶推第二挡板以使右半轴发生旋转的第二电磁铁，右半轴上套设有用于在第二电磁铁失电时进行复位的第二复位扭簧。

本发明的三工位操作机构的第四种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第三种技术方案的基础上，第一电磁铁上具有第一推杆，固定板上安装有用于对第一推杆进行导向移动的第一导向板，所述第一复位扭簧的一端顶压在第一挡板上，第一挡板在左锁键处于挡止位时顶压在第一导向板上，固定板上还安装有第一挡销，第一复位扭簧的另一端顶压在第一挡销上，第二电磁铁上具有第二推杆，固定板上安装有用于对第二推杆进行导向移动的第二导向板，所述第二复位扭簧的一端顶压在第二挡板上，第二挡板在右锁键处于挡止位时顶压在第二导向板上，第二复位扭簧的另一端也顶压在第一挡销上。

本发明的三工位操作机构的第五种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第四种技术方案的基础上，固定板上安装有调节座，第一电磁铁、第二电磁铁、第一导向板以及第二导向板均通过调节座安装在固定板上，第一电磁铁和第一导向板位于调节座的左侧，第二电磁铁和第二导向板位于调节座的右侧。

本发明的三工位操作机构的第六种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，固定板上固定有左转轴和右转轴，左、右锁键分别通过左、右转轴转动安装在固定板上，所述驱动机构还包括套设在左转轴上的第三复位扭簧以及套设在右转轴上的第四复位扭簧，第三复位扭簧可使左锁建由避让位自动切换至挡止位，第四复位扭簧可使右锁建由避让位自动切换至挡止位。

本发明的三工位操作机构的第七种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第一、第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，所述固定板即为机构箱的箱壁，所述往复旋转装置为安装在三工位操作机构输出轴上的拨板。

本发明的三工位操作机构的第八种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第一、第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，机械限位机构还包括安装在固定板上的用于分别对限位件的左右两端极限位置进行限位的限位块。

本发明的三工位操作机构的第九种技术方案为：在本发明的三工位操作机构的第一、第二、第三、第四或第五种技术方案的基础上，所述限位件为滚轮。

本发明的有益效果在于：由于左锁键和右锁键之间形成用于锁定限位件的锁定空间，并且左、右锁键均具有供限位件进入或离开所述锁定空间的避让位、以及将限位件限制在锁定空间中的挡止位，同时固定板上还设置有用于驱动左、右锁键在避让位和挡止位之间进行切换的驱动机构，这样当三工位操作机构的往复旋转装置需要由隔离开关合闸+接地开关分闸运动到中间分闸位置时，即限位件需要由左端极限位置运动到中间位置时，可以首先通过驱动机构使左锁键处于避让位，从而使限位件能够进入锁定空间中，然后再通过驱动机构使左、右锁键均处于挡止位，从而将限位件限制在锁定空间中，实现了可靠的限位；当三工位操作机构的往复旋转装置需要由隔离开关分闸+接地开关合闸运动到中间分闸位置时，即限位件需要由右端极限位置运动到中间位置时，可以首先通过驱动机构使右锁键处于避让位，从而使限位件能够进入锁定空间中，然后再通过驱动机构使左、右锁键均处于挡止位，从而将限位件限制在锁定空间中，实现了可靠的限位。通过这种设置左锁键和右锁键的机械限位方式，可以对三工位操作机构的中间分闸位置实现可靠和有效的限位，从而可以提高机构的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明中的机械限位机构在隔离开关合闸、接地开关分闸时的限位状态示意图；

图2为本发明中的机械限位机构在隔离开关分闸、接地开关合闸时的限位状态示意图；

图3为本发明中的机械限位机构在隔离、接地开关分闸时的限位状态示意图；

图4为机械限位机构的主视图；

图5为机械限位机构的左视图；

图6为机械限位机构的俯视图；

图7为机械限位机构中半轴组件的主视图；

图8为机械限位机构中半轴组件的右视图；

图9为半轴组件中半轴的主视图；

图10为半轴组件中半轴的左视图；

图11为图10中a-a向的剖视图。

图中：1.左锁键；2.右锁键；3.左半轴；31.半圆柱体；32.固定孔；33.高频淬火段；4.右半轴；5.第一电磁铁；6.第二电磁铁；7.左限位块；8.右限位块；9.滚轮；10.输出轴；11.拨板；12.上固定板；13.下固定板；14.轴承；15.螺母；16.第三挡销；17.左转轴；18.第三复位扭簧；19.第三挡板；20.调节座；21.第一挡销；22.第一导向板；23.第一推杆；24.第一挡板；25.第一复位扭簧；26.螺栓；27.弯板；28.右转轴；29.第四复位扭簧；30.第四挡销；31.第二复位扭簧；32.第四挡板；33.第二挡板；34.半轴槽；35.螺纹孔；36.高频淬火区；37.第二导向板。

具体实施方式

三工位操作机构的一个实施例如图1~图11所示，包括机构箱（图中未示出）和设置在机构箱中的机械限位机构，机械限位机构包括固定板，该固定板分为上固定板12和下固定板13，其中上固定板12上通过螺母15安装有第一挡销21、调节座20，下固定板13上通过螺母15分别安装有第三挡销16、左转轴17、第四挡销30、右转轴28，第三挡销16与第四挡销30为左右对称布置，左转轴17与右转轴28为左右对称布置。上固定板12和下固定板13之间设置有可转动的左半轴3和右半轴4，具体的左半轴3和右半轴4的上下两端分别安装有轴承14，上下两端的轴承14分别安装在上固定板12和下固定板13上。

左半轴3和右半轴4的结构相同，以左半轴3为例，左半轴3是在一个圆柱体的中间部分去除掉一半材料后而留有一个半轴槽34，半轴槽34的槽底加工有两个螺纹孔35，并对半轴槽34的下端区域进行局部高频淬火，从而构成高频淬火区36。半轴槽34中通过螺栓26安装有弯板27，弯板27与左半轴3一起构成半轴组件，弯板27包括延伸出半轴槽34的第三挡板19、以及垂直于半轴槽34的第一挡板24，第一挡板24与第三挡板19呈垂直设置。

调节座20上一左一右安装有第一电磁铁5和第二电磁铁6，调节座20上具有多个固定孔（图中未示出），从而调节两个电磁铁的安装位置。以第一电磁铁5为例，调节座20上还安装有l形的导向挡板，即第一导向板22，第一导向板22的一边固定在调节座上、另一边上设置有第一导向孔，第一电磁铁5的第一推杆23穿过该第一导向孔，从而可以对其运动进行导向。左半轴3上连接有左半轴复位结构，该左半轴复位结构为套设在左半轴上的第一复位扭簧25，第一复位扭簧25的一端顶压在第一挡销21上、另一端顶压在第一挡板24上，由于扭簧具有张开的趋势，因此第一挡板24有逆时针旋转的趋势，此时第一导向板22还具有对第一挡板24进行挡止限位的作用。

右半轴4上固定的弯板与左半轴相同，呈左右对称布置，分别包括垂直设置的第二挡板33和第四挡板32，右半轴4上连接有右半轴复位结构，该右半轴复位结构为套设在右半轴上的第二复位扭簧31，第二复位扭簧31的一端也顶压在第一挡销21上，第二复位扭簧31的另一端顶压在第二挡板33上。同样的调节座的右侧固定有第二导向板37，该第二导向板37不但可以对第二电磁铁6的第二推杆进行导向，而且还可以对第二挡板33进行挡止限位。

左转轴17上安装有左锁键1，左锁键1可绕左转轴17转动，左转轴17上还连接有左锁键复位结构，该左锁键复位结构为套设在左转轴17上的第三复位扭簧18，第三复位扭簧18的一端顶压在第三挡销16上、另一端顶压在左锁键上，左锁键1的一端用于与左半轴3的弧形外周面挡止配合、另一端顶压在第三挡销16上。同样的，右转轴28上安装有右锁键2，右锁键2可绕右转轴28转动，右锁键2上还连接有右锁键复位结构，该右锁键复位结构为套设在右转轴28上的第四复位扭簧29，第四复位扭簧29的端顶压在第四挡销30上、另一端顶压在右锁键上，右锁键2一端用于与右半轴4的弧形外周面挡止配合、另一端顶压在第四挡销30上。

左半轴3和右半轴4安装好以后，以两者之间的中心线为界，左右两侧完全对称，且结构完全相同，左半轴3上的半轴槽朝向左侧，右半轴4上的半轴槽朝向右侧，左锁键1和右锁键2之间形成一个用于锁定限位件的锁定空间。当第一电磁铁5通电时，即可通过第一挡板24驱动左半轴3转动，从而使其半轴槽（即即轴心平面）朝上，即朝向左锁键1，此时轴心平面与左锁键1配合，使得左锁键1可绕左转轴17转动，限位件可进入锁定空间中，此时左锁键1处于避让位。当限位件进入锁定空间中以后，第一电磁铁5失电，左半轴3在第一复位扭簧25作用下复位，从而使左半轴3的半轴槽朝左，此时左半轴3的外圆弧面与左锁键1配合，左锁键1不可绕左转轴17转动，右锁键2也不可绕右转轴28转动，左、右锁键均处于挡止位，从而将限位件限制在锁定空间中。右半轴4和右锁键2的作用原理与左半轴和左锁键相同，在此不再详述，因此，第一电磁铁5和第二电磁铁6即是用于分别带动左半轴3和右半轴4旋转以使其外圆弧面和轴心平面交替与相应锁键配合的旋转装置，旋转装置和复位扭簧一起构成了用于驱动左、右锁键在避让位和挡止位之间进行切换的驱动机构。

本发明的机械限位机构的工作原理是：三工位操作机构的输出轴10上自带有拨板11，在该拨板11上安装一个滚轮9，在这里，拨板11对应于往复旋转装置，滚轮9对应于限位件，此时上、下固定板即对应于机构箱的箱壁，滚轮9随拨板11转动到锁定空间中时即对应三工位操作机构的中间分闸位置。为了对三工位操作机构的三个工位均实现机械限位，在下固定板13上还安装有两个限位块，分别是左限位块7和右限位块8，左限位块7对应于隔离开关合闸+接地开关分闸的工位，右限位块8对应于隔离开关分闸+接地开关合闸的位置，当滚轮运动到这两个位置时，由于限位块的挡止作用，实现了可靠的限位。

中间分闸位置的限位原理是：当三工位操作机构接收到隔离开关+接地开关均分闸的指令时，例如三工位操作机构由隔离开关合闸到隔离开关分闸时，即拨板11逆时针转动时，在同一时间，第一电磁铁5会得电，第一推杆23推动第一挡板24移动，从而带动左半轴3顺时针转动，左半轴3的半轴槽会转动到朝向上方的左锁键，从而为左锁键1的转动让开空间，这时当滚轮9转动到接触左锁键1时，就可以压迫左锁键绕左转轴17转动，从而可以顺利的进入到锁定空间中。之后，第一电磁铁5失电后第一推杆23退回，左锁键1在第三复位扭簧18的作用下复位，左半轴3在第一复位扭簧25的作用下反向旋转复位，至此，滚轮9就被卡扣在左锁键1和右锁键2之间，从而对中间分闸位置进行可靠的限位。

三工位操作机构由接地开关合闸到接地开关分闸时，即拨板10顺时针转动时，滚轮9压迫右锁键2进入锁定空间中，该过程原理与左锁键相同，在此不再详述。另外，为了对滚轮9进行更加精确的中间分闸位置限位，保证最良好的限位效果，在机械限位机构中还设置有用于与第三挡板19配合的第一限位开关（图中未示出）、与第四挡板32配合的第二限位开关（图中未示出），当左半轴3顺时针转动时，第三挡板19会触碰到第一限位开关，该限位开关可以控制第二电磁铁6绝对不会得电，从而避免由于各种原因导致第二电磁铁6得电时，右半轴4会旋转到让开位置，此时滚轮9可能会从锁定空间中转离出去，丧失对中间分闸位置的限位效果。第二限位开关用于控制第一电磁铁5，其原理与第一限位开关相同，在此不再赘述。

本发明的机械限位机构可以与三工位操作机构上的电气闭锁结构配合使用，可有效应用于交直流电机控制，特别是交流电机控制，方便机构调试，从而实现对三工位操作机构分合闸位置的精确控制，提高机构安全可靠性，降低故障率，也有利于降低产品成本，提高市场竞争力。

在三工位操作机构的其他实施例中：往复旋转装置可以不是三工位操作机构上的拨板，而是新增加在输出轴上的部件，此时固定板也可以不是机构箱的箱壁，而是需要固定在机构箱箱壁上的独立部件；限位件可以不是滚轮，而是自身不会转动的限位件；机械限位机构可以不包括左限位块和右限位块，此时机构只对中间位置进行限位；在优选实施例中其他结构不变的情况下，左锁键和右锁键可以不是通过左转轴和右转轴安装在固定板上，这时也没有第三复位扭簧和第四复位扭簧，此时左锁键和右锁键可以均连接一个用于驱动其旋转的驱动装置，当左、右半轴的轴心平面分别朝向左、右锁键时，由驱动装置驱动左、右锁键转动，从而在避让位和挡止位之间进行切换，此时驱动装置可以是电机；固定板上可以不设置调节座，第一电磁铁、第二电磁铁、第一导向板以及第二导向板可以直接安装在固定板上；第一复位扭簧和第二复位扭簧可以不共用第一挡销，而是各自都有各自的挡销；固定座上也可以不安装第一导向板和第二导向板，当左锁键处于挡止位时，第一挡板可直接顶压在第一推杆上，右锁键处于挡止位时，第二挡板也直接顶压在第二推杆上，这时固定板上也可以不设置第一挡销，第一复位扭簧和第二复位扭簧的一端均可以直接固定在固定板上；左半轴上也可以不固定第一挡板，同时右半轴上也可以不固定第二挡板，此时旋转装置不是电磁铁，而是直接与左半轴和右半轴传动连接的电机；机械限位机构可以不包括左半轴和右半轴，此时用于驱动左、右锁键在避让位和挡止位之间进行切换的驱动机构是直接与左、右锁键传动连接的电机。

机械限位机构的实施例如图1~图11所示，机械限位机构与上述三工位操作机构实施例中所述的机械限位机构相同，在此不再详述。