本發(fā)明涉及機械減震領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種機械減震方法及動能吸收限位裝置。

背景技術(shù)：

真空斷路器是配電網(wǎng)絡(luò)中用于保護(hù)電力設(shè)備使用安全的器件，在發(fā)生故障時自動切斷電力。當(dāng)發(fā)生跳閘情況時，斷路器系統(tǒng)會產(chǎn)生分閘動能，在極短的時間內(nèi)將電力切斷，時間越短，所需的分閘動能越大；由于機構(gòu)本身的限制，攜帶分閘動能的機構(gòu)往往會產(chǎn)生回彈，越大的分閘動能，其產(chǎn)生的回彈越大，回彈會導(dǎo)致分閘斷開的部分重新接觸，降低斷路效果，因此通常情況下會設(shè)置緩沖減震裝置來消耗分閘動能，降低回彈?，F(xiàn)有技術(shù)中采用傳統(tǒng)油緩沖裝置依靠油受壓泄漏來使分閘動能消耗，如圖1所示，以達(dá)降低分閘反震幅度的目的，一般緩沖行程為10mm，按照牛頓第三定律系統(tǒng)動能量在與油緩沖裝置剛接著時會產(chǎn)生前期反震回彈行程，分閘動能量越到，該回彈行程越大，由于現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計原因，較大的多余動能量會使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的反震回程，這對開關(guān)分閘性能影響很大，極易產(chǎn)生重燃，造成分閘失敗，尤其是在現(xiàn)有的高壓真空斷路器結(jié)構(gòu)中，分閘時高壓產(chǎn)生電弧，即使可以通過滅弧室滅弧，但也需要一定時間，在這個時間內(nèi)較大的反震回程會使分閘電弧在滅弧前重連，導(dǎo)致分閘失敗，對線路的安全斷電極為不利。經(jīng)分析可見，該問題主要源于真空斷路器分閘過程設(shè)計不合理，其中現(xiàn)有的這種油緩沖裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷是一個重要的方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠有效減小反震回程的機械減震方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種機械減震方法，包括依次連接的主軸、太極阻尼緩沖限位凸輪和彈性緩沖限位板，其減震過程如下：

所述主軸受外力驅(qū)動轉(zhuǎn)動，帶動所述太極阻尼緩沖限位凸輪隨動并使之將外力轉(zhuǎn)化為輪面對彈性緩沖限位板的壓力，該壓力的變化幅度與該太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面曲線匹配，所述彈性緩沖限位板通過彈性緩沖吸收消耗該壓力，實現(xiàn)減震；該太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面曲線滿足公式

其中，p為輪面上任一點到其轉(zhuǎn)動軸心的最短距離，r為以該轉(zhuǎn)動軸心為圓心的內(nèi)圓半徑，R為圓心在該內(nèi)圓圓周上的外圓半徑。

上述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面曲線是申請人在總結(jié)、分析無重燃斷電技術(shù)中無意發(fā)現(xiàn)的曲線，因它具有以柔克剛的性能，將之命名為太極阻尼曲線，基于該太極阻尼曲線的特殊數(shù)理性能和附著的特殊物理性能，使之成為實現(xiàn)高壓真空斷路器無重燃斷電技術(shù)的關(guān)鍵，并應(yīng)用該技術(shù)原理新設(shè)計了該機械減震方法及對應(yīng)的裝置，以便于無重燃斷電核心技術(shù)能夠更廣泛地解決輸配電網(wǎng)絡(luò)和其他機械設(shè)備中存在的震動噪聲問題，為提高人們的生活工作質(zhì)量做貢獻(xiàn)。

該太極阻尼曲線的推導(dǎo)過程如下：

將該凸輪圓面抽象為平面圖形，設(shè)內(nèi)圓圓心即轉(zhuǎn)動軸心處為Q，輪面上任一點為P，穿過內(nèi)外圓心的外圓直徑AB，其中PQ距離為p，并設(shè)BP距離為a，AP距離為q，∠PQB為

根據(jù)勾股定理在△PAB中有a²＝4R²-q²……(式1)

根據(jù)余弦定理在△PAQ中有變換得

在△PBQ中有

將式2和式3代入式1中得

運算得數(shù)學(xué)方程式

求解得根解，即該曲線公式

可見，該太極阻尼曲線是與余弦函數(shù)相關(guān)聯(lián)的具有特殊規(guī)律的曲線，其中正比于y＝cosx,2π≥x≥0，在該余弦函數(shù)曲線中可以發(fā)現(xiàn)0-π/6、π/6-π/3、π/3-π/2這些區(qū)間內(nèi)，及是不一樣的，使dp值在整個運動軌跡線上呈現(xiàn)出規(guī)律性的增長和降低，該曲線的曲率在一定區(qū)間內(nèi)是不一樣的，從而反應(yīng)出所述太極阻尼緩沖限位凸輪在減震時使得分閘動能在低振幅范圍內(nèi)自然衰減的本質(zhì)所在。

進(jìn)一步地，所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面與所述彈性緩沖限位板的接觸范圍取其中的位置為內(nèi)外圓心所在直徑，且在該直徑距離內(nèi)圓圓心最遠(yuǎn)點的方向。

在應(yīng)用中，基于輕量化原則，所述太極阻尼緩沖限位凸輪上內(nèi)外圓心所在直徑的非接觸范圍一側(cè)做切角處理。

另一方面，根據(jù)該太極阻尼曲線的形成機理和固有特性，本發(fā)明提供的機械減震方法不僅可以應(yīng)用于無重燃真空斷路器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，而且還可以應(yīng)用于其他對機械減震、降低機械噪音的裝置上。

基于上述機械減震方法和原理，本發(fā)明還提供一種動能吸收限位裝置，包括連接于外部機構(gòu)上的主軸，安置于主軸上的太極阻尼緩沖限位凸輪，設(shè)置于主軸下方的支架，安置于支架上的緩沖支撐機構(gòu)，安裝于所述緩沖支撐機構(gòu)上的彈性限位板，連接于主軸上的動能傳遞拐臂和過沖限位拐臂，以及位置與過沖限位拐臂對應(yīng)且與之保持一定間距的過沖限位塊，其中，所述彈性限位板上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸，所述過程限位拐臂的朝向與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸范圍方向相同。

對于所述緩沖支撐機構(gòu)和彈性限位板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明中提供如下兩種方案：

其一，所述緩沖支撐機構(gòu)包括設(shè)置于支架上方用于安置所述彈性限位板的支撐臺面，設(shè)置于支撐臺面和支架之間的多層緩沖墊片，以及多個設(shè)置于支架上的將支撐臺面和緩沖墊片均連接并保持其穩(wěn)定的螺桿。

并且，所述彈性限位板包括上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸的阻尼限位塊，連接于阻尼限位塊下端面并穿過所述支撐臺面設(shè)置的限位桿，連接于限位桿上并位于支撐臺面下側(cè)的限位螺母，套于限位桿上并位于阻尼限位塊和支撐臺面之間的壓力彈簧，以及設(shè)置于壓力彈簧和支撐臺面之間的墊圈。

其二，所述彈性限位板包括上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸的阻尼限位板，以及設(shè)置于阻尼限位板底部的槽型彈簧，其中，該槽型彈簧底部作用于所述支架，該阻尼限位板還與所述緩沖支撐機構(gòu)連接。

并且，所述緩沖支撐機構(gòu)包括穿過支架與所述阻尼限位板連接的帶有螺頭的螺栓，設(shè)置于螺頭與支架之間的墊圈，以及設(shè)置于支架與墊圈之間的緩沖膠套，其中，所述螺栓有多個，其將所述阻尼限位板穩(wěn)定地限定于所述支架上方。

進(jìn)一步地，所述動能傳遞拐臂和過沖限位拐臂安置于主軸上同一位置；所述太極阻尼緩沖限位凸輪有兩個，其對稱地設(shè)置于所述動能傳遞拐臂的兩側(cè)，相應(yīng)地，所述緩沖支撐機構(gòu)和彈性限位板配置與太極阻尼緩沖限位凸輪對應(yīng)的兩套。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明基于新發(fā)現(xiàn)的太極阻尼曲線的形成機理和固有特性設(shè)計出太極阻尼緩沖限位凸輪，并在此基礎(chǔ)上完善了無重燃真空斷路器的減震裝置和動能吸收限位裝置，極大地降低了分閘中、后期反震回程和反彈，在機械減震、降低機械噪音、避免重燃等方面有著積極效果，能夠有效保證真空斷路器的使用安全性，而且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，成本低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。

(2)本發(fā)明中通過設(shè)計的太極阻尼緩沖限位凸輪體現(xiàn)太極阻尼曲線的特定區(qū)間內(nèi)的規(guī)律性變化，在減震時能夠規(guī)律地低振幅動作，有效地避免反震回彈造成的分閘失敗問題。

(3)本發(fā)明提供多種限位板連接結(jié)構(gòu)，以在滿足不同情形下的應(yīng)用需求。

(4)本發(fā)明的減震裝置不僅可以在無重燃真空斷路器上應(yīng)用，還能夠在其他對減震要求高的領(lǐng)域應(yīng)用，以達(dá)到提高減震效果、降低機械噪音等目的。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中油緩沖裝置的示意圖。

圖2為本發(fā)明中機械減震方法的原理示意圖。

圖3為本發(fā)明中太極阻尼緩沖限位凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明中太極阻尼曲線的原理圖。

圖5為余弦函數(shù)曲線圖。

圖6為本發(fā)明中動能吸收限位裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中動能吸收限位裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。

實施例1

如圖2至圖5所示，該機械減震方法，包括依次連接的主軸1、太極阻尼緩沖限位凸輪2和彈性緩沖限位板3，其減震過程如下：

所述主軸受外力驅(qū)動轉(zhuǎn)動，帶動所述太極阻尼緩沖限位凸輪隨動并使之將外力轉(zhuǎn)化為輪面對彈性緩沖限位板的壓力，該壓力的變化幅度與該太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面曲線匹配，所述彈性緩沖限位板通過彈性緩沖吸收消耗該壓力，實現(xiàn)減震；該太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面曲線滿足公式

其中，p為輪面上任一點到其轉(zhuǎn)動軸心的最短距離，r為以該轉(zhuǎn)動軸心為圓心的內(nèi)圓半徑，R為圓心在該內(nèi)圓圓周上的外圓半徑；通常地，R＞2r。

該曲線即為太極阻尼曲線，其推導(dǎo)過程如下：

如圖4所示，將該凸輪圓面抽象為平面圖形，設(shè)內(nèi)圓圓心即轉(zhuǎn)動軸心處為Q，輪面上任一點為P，穿過內(nèi)外圓心的外圓直徑AB，其中PQ距離為p，并設(shè)BP距離為a，AP距離為q，∠PQB為

根據(jù)勾股定理在△PAB中有a²＝4R²-q²……(式1)

根據(jù)余弦定理在△PAQ中有變換得

在△PBQ中有

將式2和式3代入式1中得

運算得數(shù)學(xué)方程式

求解得根解，即該曲線公式

如圖5所示，根據(jù)余弦函數(shù)圖，在0-π/6、π/6-π/3、π/3-π/2這些區(qū)間內(nèi)，及是不一樣的，使dp值在整個運動軌跡線上呈現(xiàn)出規(guī)律性的增長和降低，該曲線的曲率在一定區(qū)間內(nèi)是不一樣的，從而體現(xiàn)所述太極阻尼緩沖限位凸輪在減震時使得分閘動能在低振幅范圍內(nèi)自然衰減的本質(zhì)所在。

進(jìn)一步地，所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面與所述彈性緩沖限位板的接觸范圍取其中的位置為內(nèi)外圓心所在直徑，且在該直徑距離內(nèi)圓圓心最遠(yuǎn)點的方向。在應(yīng)用中，基于輕量化原則，所述太極阻尼緩沖限位凸輪上內(nèi)外圓心所在直徑的非接觸范圍一側(cè)做切角處理。

圖2中，主軸在系統(tǒng)分閘動能產(chǎn)生的力F作用下，順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)至一定角度后其上的太極阻尼緩沖限位凸輪旋壓使彈性緩沖限位板產(chǎn)生彈性變形生成正壓力N，并同時產(chǎn)生與運動方向相反的摩擦力f阻止其運動趨勢，并耗能；然后在系統(tǒng)回彈時，產(chǎn)生-f耗能，衰減的動能量在π/6點位附近再次回彈產(chǎn)生f摩擦力耗能；如此往復(fù)，多余動能量便在設(shè)定振幅范圍內(nèi)消耗殆盡，化于無形。

實施例2

如圖6所示，該動能吸收限位裝置，包括連接于外部機構(gòu)上的主軸1，安置于主軸上的太極阻尼緩沖限位凸輪2，設(shè)置于主軸下方的支架4，安置于支架上的緩沖支撐機構(gòu)，安裝于所述緩沖支撐機構(gòu)上的彈性限位板，連接于主軸上的動能傳遞拐臂5和過沖限位拐臂6，以及位置與過沖限位拐臂對應(yīng)且與之保持一定間距的過沖限位塊7，其中，所述彈性限位板上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸，所述過程限位拐臂的朝向與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸范圍方向相同。其中，所述緩沖支撐機構(gòu)包括設(shè)置于支架上方用于安置所述彈性限位板的支撐臺面11，設(shè)置于支撐臺面和支架之間的多層緩沖墊片12，以及多個設(shè)置于支架上的將支撐臺面和緩沖墊片均連接并保持其穩(wěn)定的螺桿13。并且，所述彈性限位板包括上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸的阻尼限位塊14，連接于阻尼限位塊下端面并穿過所述支撐臺面設(shè)置的限位桿15，連接于限位桿上并位于支撐臺面下側(cè)的限位螺母16，套于限位桿上并位于阻尼限位塊和支撐臺面之間的壓力彈簧17，以及設(shè)置于壓力彈簧和支撐臺面之間的墊圈18。

在該裝置中，壓力彈簧通過阻尼限位塊在分閘末端與旋轉(zhuǎn)中的太極阻尼緩沖限位凸輪發(fā)生摩擦作用產(chǎn)生摩擦力及反力偶阻止其趨勢，通過摩擦-碰創(chuàng)、摩擦-碰創(chuàng)……的方式在小振幅范圍內(nèi)吸收分閘動能，使其分閘反震幅度始終在設(shè)計范圍內(nèi)運行。其中可通過過沖限位拐臂在主軸上與太極阻尼緩沖限位凸輪的相對設(shè)置角度，以及過沖限位塊與過沖限位拐臂的相對間距，來配置該小振幅的范圍。其振幅范圍的一端是利用過沖限位塊實現(xiàn)回彈，另一端是利用太極阻尼曲線的曲率交接點形成回彈，從而實現(xiàn)利用太極阻尼曲線特性大幅降低分閘反震幅度的效果。

實施例3

如圖7所示，本實施例與實施例2的區(qū)別在于，該動能吸收限位裝置中緩沖支撐機構(gòu)和彈性限位板的結(jié)構(gòu)不同，具體為：所述彈性限位板包括上端面與所述太極阻尼緩沖限位凸輪的輪面接觸的阻尼限位板21，以及設(shè)置于阻尼限位板底部的槽型彈簧22，其中，該槽型彈簧底部作用于所述支架，該阻尼限位板還與所述緩沖支撐機構(gòu)連接。并且，所述緩沖支撐機構(gòu)包括穿過支架與所述阻尼限位板連接的帶有螺頭24的螺栓23，設(shè)置于螺頭與支架之間的墊圈18，以及設(shè)置于支架與墊圈之間的緩沖膠套25，其中，所述螺栓有多個，其將所述阻尼限位板穩(wěn)定地限定于所述支架上方。其動作過程與實施例相似。

在進(jìn)一步地改進(jìn)中，為了提高裝置整體的力平衡，所述動能傳遞拐臂和過沖限位拐臂安置于主軸上同一位置；所述太極阻尼緩沖限位凸輪有兩個，其對稱地設(shè)置于所述動能傳遞拐臂的兩側(cè)，相應(yīng)地，所述緩沖支撐機構(gòu)和彈性限位板配置與太極阻尼緩沖限位凸輪對應(yīng)的兩套。相當(dāng)于是動能輸入在主軸中部，動能的吸收和回彈位置在主軸兩側(cè)，從而達(dá)到平衡。

上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計原理，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。