一种液压操动机构及其控制阀

技术领域

本发明涉及一种液压操动机构及其控制阀。

背景技术

快速开关是电力输送的关键设备，而操动机构是快速开关的关键部件。快速开关的操动机构主要分为液压操动机构、弹簧操动机构及气动操动机构等，其中，液压操动机构以其输出功率大、可靠性高等特点被广泛应用。

现有技术中的一种液压操动机构如图1所示，包括工作缸101，工作缸101具有活塞腔102，活塞腔102内密封滑动装配有活塞107，活塞107上固定有活塞杆103，活塞杆103由工作缸101中穿出，活塞杆103的伸出端通过传动机构与主断口的动端部分传动连接，其中，活塞107和活塞杆103构成了活塞组件，活塞组件将活塞腔102分割为有杆腔和无杆腔；还包括蓄能器106，蓄能器106与有杆腔之间通过高压油道相连。在无杆腔上连接有两位三通阀104，两位三通阀104为电磁控制阀，两位三通阀104具有Z口、P口以及T口，Z口与无杆腔相连，P口与蓄能器106相连，T口与油箱105相连。两位三通阀104的阀芯具有两个位置，阀芯处于左位时，Z口和P口连通，蓄能器106内的高压油流入无杆腔内，推动活塞组件向有杆腔移动，活塞杆103带动主断口合闸；阀芯处于右位时，Z口和T口连通，无杆腔内的液压油回流至油箱105内，有杆腔内的高压油推动活塞组件向无杆腔移动，活塞杆103带动主断口分闸。

现有技术中的液压操动机构的电磁控制阀固有响应时间长，而且为了保证电磁控制阀的电磁铁有足够的输出力，其结构一般采取多级放大的方式，从电磁铁线圈带电，到动铁芯动作、一级阀动作、二级阀动作、主阀动作，最后到液压操动机构动作，固有动作时间较长。此时常规的液压操动机构已经无法满足快速开关的动作时间要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压操动机构，以解决现有技术中的液压操动机构无法满足快速开关的动作时间要求的技术问题；本发明的目的还在于提供一种液压操动机构的控制阀，以解决现有技术中的液压操动机构无法满足快速开关的动作时间要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明液压操动机构的技术方案是：

液压操动机构，包括：

工作缸，工作缸包括有杆腔和无杆腔，有杆腔连接有高压油源；

控制阀，包括高压油口、工作油口和低压油口；

所述高压油口与高压油源连通，工作油口与所述无杆腔连通，低压油口与油箱连通；

所述控制阀还包括合闸控制阀单元、分闸控制阀单元及驱动件；

合闸控制阀单元和分闸控制阀单元均包括阀体、阀芯和驱动件；

阀体，其上设有进油口、出油口，还设有进油道和出油道，进油道和出油道分别与进油口和出油口连通，进油道和出油道之间设有阀口；

阀芯，活动设置在阀体内，用于封堵和打开所述阀口；

阀体内设有阀芯弹簧，阀芯弹簧用于对阀芯施加封堵阀口的作用力；

合闸控制阀单元的进油口形成所述高压油口，分闸控制阀单元的出油口形成所述低压油口，合闸控制阀单元的出油口和分闸控制阀单元的进油口形成所述工作油口；

驱动件，对应于阀芯设置，用于带动阀芯动作以打开所述阀口；

所述驱动件连接有斥力机构，斥力机构用于驱动所述驱动件动作。

有益效果是：通过斥力机构直接控制相应控制阀单元的打开和关闭，以实现液压操动机构油道的通断，从而驱动工作缸进行分闸或合闸操作，减少了中间多级阀的动作环节，缩短了元件的响应时间，能够满足电网系统的快速开关的分合闸动作时间要求，减小断路器开断的短路电流，提高电网系统的安全性。

进一步的，所述阀口由进油道远离高压油口的一端端部开口形成；

阀体内设有阀腔，阀芯滑动密封设置在阀腔中；

阀芯背向阀口的一侧设有活动腔室，活动腔室用于为阀芯提供活动空间，活动腔室与进油道之间设有旁路油道。

有益效果是：使阀芯背向阀口一侧的活动腔室不会变成死腔，进而保证阀芯动作的灵活性。

进一步的，所述驱动件滑动密封装配在阀体上且穿入所述进油道内。

有益效果是：驱动件穿入进油道带动阀芯动作，减少了在阀体上的开孔，不仅减少了加工工序，而且也能较好的保证阀体的密封性能。

进一步的，所述驱动件与阀芯相互分离；

所述斥力机构包括斥力盘和斥力盘复位弹簧，在斥力盘带动驱动件顶推阀芯打开后，斥力盘复位弹簧用于带动斥力盘复位，以使驱动件解除对阀芯顶推。

有益效果是：将驱动件与阀芯相互分离设置，便于斥力机构带动驱动件解除对阀芯顶推。

进一步的，所述阀芯上设有密封球面，密封球面用于与阀口密封配合。

有益效果是：通过密封球面与阀口密封配合，密封效果较好。

为实现上述目的，本发明液压操动机构的控制阀的技术方案是：

液压操动机构的控制阀，包括高压油口、工作油口和低压油口；

高压油口用于与高压油源连通，工作油口用于与无杆腔连通，低压油口用于与油箱连通；

还包括合闸控制阀单元、分闸控制阀单元及驱动件；

合闸控制阀单元和分闸控制阀单元均包括阀体、阀芯和驱动件；

阀体，其上设有进油口、出油口，还设有进油道和出油道，进油道和出油道分别与进油口和出油口连通，进油道和出油道之间设有阀口；

阀芯，活动设置在阀体内，用于封堵和打开所述阀口；

阀体内设有阀芯弹簧，阀芯弹簧用于对阀芯施加封堵阀口的作用力；

合闸控制阀单元的进油口形成所述高压油口，分闸控制阀单元的出油口形成所述低压油口，合闸控制阀单元的出油口和分闸控制阀单元的进油口形成所述工作油口；

驱动件，对应于阀芯设置，用于带动阀芯动作以打开所述阀口；

所述驱动件连接有斥力机构，斥力机构用于驱动所述驱动件动作。

有益效果是：通过斥力机构直接控制相应控制阀单元的打开和关闭，以实现液压操动机构油道的通断，从而驱动工作缸进行分闸或合闸操作，减少了中间多级阀的动作环节，缩短了元件的响应时间，能够满足电网系统的快速开关的分合闸动作时间要求，减小断路器开断的短路电流，提高电网系统的安全性。

进一步的，所述阀口由进油道远离高压油口的一端端部开口形成；

阀体内设有阀腔，阀芯滑动密封设置在阀腔中；

阀芯背向阀口的一侧设有活动腔室，活动腔室用于为阀芯提供活动空间，活动腔室与进油道之间设有旁路油道。

有益效果是：使阀芯背向阀口一侧的活动腔室不会变成死腔，进而保证阀芯动作的灵活性。

进一步的，所述驱动件滑动密封装配在阀体上且穿入所述进油道内。

有益效果是：驱动件穿入进油道带动阀芯动作，减少了在阀体上的开孔，不仅减少了加工工序，而且也能较好的保证阀体的密封性能。

进一步的，所述驱动件与阀芯相互分离；

所述斥力机构包括斥力盘和斥力盘复位弹簧，在斥力盘带动驱动件顶推阀芯打开后，斥力盘复位弹簧用于带动斥力盘复位，以使驱动件解除对阀芯顶推。

有益效果是：将驱动件与阀芯相互分离设置，便于斥力机构带动驱动件解除对阀芯顶推。

进一步的，所述阀芯上设有密封球面，密封球面用于与阀口密封配合。

有益效果是：通过密封球面与阀口密封配合，密封效果较好。

附图说明

图1为现有技术中液压操动机构的结构示意图；

图2为本发明液压操动机构的具体实施例1的结构示意图；

图3为图2中合闸控制阀单元的结构示意图；

图4为图2中分闸控制阀单元的结构示意图；

图1中：101-工作缸；102-活塞腔；103-活塞杆；104-两位三通阀；105-油箱；106-蓄能器；107-活塞；

图2至图4中：1-工作缸；2-活塞杆；3-活塞；4-蓄能器；5-合闸斥力机构；6-第一复位弹簧；7-合闸法兰结构；8-合闸驱动杆；9-合闸旁路油道；10-合闸挡板；11-合闸阀体；12-分闸旁路油道；13-分闸挡板；14-油箱；15-分闸阀体；16-分闸驱动杆；17-分闸法兰结构；18-第二复位弹簧；19-分闸斥力机构；20-动端部分；21-合闸出油道；22-合闸进油道；23-第三复位弹簧；24-合闸阀芯；25-合闸阀球；26-分闸出油道；27-分闸进油道；28-第四复位弹簧；29-分闸阀芯；30-分闸阀球；31-合闸活动腔室；32-分闸活动腔室；33-合闸阀口；34-分闸阀口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“上”、“下”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明液压操动机构的具体实施例1：

如图2所示，液压操动机构包括工作缸1，工作缸1具有活塞腔，活塞腔内密封滑动装配有活塞3，活塞3上固定有活塞杆2，活塞杆2由工作缸1中穿出，活塞杆2伸出工作缸1的一端通过传动机构与主断口的动端部分20传动连接；还包括控制阀，控制阀包括合闸控制阀单元和分闸控制阀单元。其中，活塞3和活塞杆2构成了活塞组件，活塞组件将活塞腔分割成有杆腔和无杆腔。

本实施例中，在有杆腔上通过油道连接有蓄能器4，蓄能器4通过油道连接合闸控制阀单元。如图2和图3所示，合闸控制阀单元包括合闸阀体11，合闸阀体11具有合闸阀腔，合闸阀体11上设有合闸进油道22和合闸出油道21，合闸进油道22连通合闸阀腔和蓄能器4；合闸出油道21连通合闸阀腔和无杆腔，合闸出油道21与无杆腔连通的出油口构成工作油口。合闸进油道22和合闸出油道21通过合闸阀腔实现连通。其中，蓄能器4构成高压油源。

合闸阀腔内布置有合闸阀芯24和第三复位弹簧23，第三复位弹簧23构成阀芯弹簧。合闸阀芯24包括合闸阀球25，合闸阀球25设置在合闸阀芯24远离第三复位弹簧23的一侧，合闸阀球25具有密封球面，第三复位弹簧23顶压在合闸阀芯24上，以使合闸阀球25与合闸阀口33密封配合，进而切断合闸进油道22和合闸出油道21。其中，合闸阀腔的下方设有合闸挡板10，合闸挡板10用于封堵合闸阀腔。

本实施例中，合闸阀芯24下方设有合闸活动腔室31，合闸阀体11内还设有合闸旁路油道9，合闸旁路油道9连通合闸进油道22和合闸活动腔室31，使合闸阀芯24下方的合闸活动腔室31不会变成死腔，进而保证合闸阀芯24动作灵活。

本实施例中，合闸进油道22具有合闸阀口33和合闸进油口，合闸进油口形成高压油口，合闸进油口与蓄能器连通。合闸阀口33与合闸阀腔连通，该合闸阀口33的中心线与合闸阀腔的中心线重合，合闸阀体上密封滑动装配有合闸驱动杆8，合闸驱动杆8的下端穿过合闸阀口33。在合闸斥力机构5的驱动下，合闸驱动杆8驱动合闸阀球25向下移动，以实现合闸进油道22和合闸出油道21的连通。其中，合闸驱动杆8构成合闸驱动件。

如图2所示，合闸驱动杆8和合闸斥力机构5上均设有连接法兰，合闸斥力机构5通过合闸法兰结构7与合闸驱动杆8固定连接，合闸斥力机构5包括斥力盘和第一复位弹簧6，第一复位弹簧6能够保证斥力盘动作后回复原位，而且保证每次动作时的初始位置一致，有利于保证产品动作参数的稳定。其中，第一复位弹簧6构成斥力盘复位弹簧。

如图2和图4所示，分闸控制阀单元包括分闸阀体15，分闸阀体15具有分闸阀腔，分闸阀体15上设有分闸进油道27和分闸出油道26，分闸进油道27连通分闸阀腔和无杆腔；分闸出油道26连通合闸阀腔和油箱14，分闸出油道与油箱连通的出油口构成低压油口。分闸进油道27和分闸出油道26通过分闸阀腔实现连通。

分闸阀腔内布置有分闸阀芯29和第四复位弹簧28，第四复位弹簧28构成阀芯弹簧。分闸阀芯29包括分闸阀球30，分闸阀球30设置在分闸阀芯29远离第四复位弹簧28的一侧，分闸阀球30具有密封球面，第四复位弹簧28顶压在分闸阀芯29上，以使分闸阀球30与分闸阀口34密封配合，进而切断分闸进油道27和分闸出油道26。其中，分闸阀腔的下方设有分闸挡板13，分闸挡板13用于封堵分闸阀腔。

本实施例中，分闸阀芯29下方设有分闸活动腔室32，分闸阀体15内还设有分闸旁路油道12，分闸旁路油道12连通分闸进油道27和分闸阀芯29下方的分闸活动腔室32，使分闸阀芯29下方的分闸活动腔室32不会变成死腔，进而保证分闸阀芯29动作灵活。

本实施例中，分闸进油道27具有分闸阀口34和分闸进油口，分闸进油口形成工作油口，分闸进油口与无杆腔连通。分闸阀口34与分闸阀腔连通，该分闸阀口34的中心线与分闸阀腔的中心线重合，分闸阀体上密封滑动装配有分闸驱动杆16，分闸驱动杆16的下端穿过分闸阀口34。在分闸斥力机构19的驱动下，分闸驱动杆16驱动分闸阀球30向下移动，以实现分闸进油道27和分闸出油道26的连通。其中，分闸驱动杆16构成分闸驱动件。

如图2所示，分闸驱动杆16和分闸斥力机构19上均设有连接法兰，分闸斥力机构19通过分闸法兰结构17与分闸驱动杆16固定连接，分闸斥力机构19包括斥力盘和第二复位弹簧18，第二复位弹簧18能够保证斥力盘动作后回复原位，而且保证每次动作时的初始位置一致，有利于保证产品动作参数的稳定。其中，第二复位弹簧18构成斥力盘复位弹簧。

本实施例中，合闸斥力机构和分闸斥力机构均构成驱动装置。斥力机构为现有成熟产品，靠自身止位，斥力机构驱动工作缸的响应时间约为传统电磁控制阀响应时间的1/5～1/4，而且输出力大，完全可以克服液压阻力，从而直接控制液压操动机构油道的通断。

如图2所示，P腔与蓄能器4相连，其内一直是高压油。Z腔与无杆腔相连，在合闸位置时和P腔连通，是高压油；在分闸位置时和T腔连通，是低压油。T腔与油箱相连，一直是低压油。

该液压操动机构在进行合闸操作时，合闸斥力机构5动作，驱动合闸驱动杆8顶开合闸阀球25，合闸进油道22和合闸出油道21连通，P腔内的液压油进入Z腔，此时P腔和Z腔均为高压油，由于无杆腔的活塞面积大于有杆腔活塞面积，因此，活塞杆2在压差作用下向有杆腔运动，从而驱动主断口的动端部分20完成合闸操作，之后合闸斥力机构5在第一复位弹簧6的作用下回复原位。在进行分闸操作时，分闸斥力机构19动作，驱动分闸驱动杆16顶开分闸阀球30，分闸进油道27和分闸出油道26连通，Z腔的液压油进入到T腔，此时P腔为高压油，Z腔为低压油，因此，活塞杆2压差作用下向无杆腔运动，从而驱动主断口的动端部分20完成分闸操作，之后分闸斥力机构19在第二复位弹簧18的作用下回复原位，完成了分合闸操作。

本发明的液压操动机构通过斥力机构直接控制液压操动机构油道的通断，从而驱动工作缸进行分闸或合闸操作，减少了中间控制阀的动作环节，缩短了元件的响应时间，能够满足电网系统的快速开关的分闸动作时间要求，减小断路器开断的短路电流，提高电网系统的安全性。

本发明液压操动机构的具体实施例2：

与具体实施例1的区别在于，实施例1中，合闸驱动杆8从合闸阀芯24的上方驱动合闸阀芯24，分闸驱动杆16从分闸阀芯29的上方驱动分闸阀芯29，本实施例中，合闸驱动杆密封滑动装配在合闸阀体上于合闸阀芯的下部，且合闸驱动杆穿过第三复位弹簧与合闸阀芯固定连接；同时，分闸驱动杆密封滑动装配在分闸阀体上于分闸阀芯的下部，且分闸驱动杆穿过第四复位弹簧与分闸阀芯固定连接。

本发明液压操动机构的具体实施例3：

与具体实施例1的区别在于，实施例1中，合闸阀芯24包括合闸阀球25，合闸阀芯24通过合闸阀球25切断合闸进油道22和合闸出油道21；分闸阀芯29包括分闸阀球30，分闸阀芯29通过分闸阀球30切断分闸进油道27和分闸出油道26，本实施例中，合闸阀芯背向第三复位弹簧的一侧设有合闸锥形结构，合闸阀芯通过分闸锥形结构合闸阀口密封配合；同时分闸阀芯背向第四复位弹簧的一侧设有分闸锥形结构，分闸阀芯通过分闸锥形结构与分闸阀口密封配合。

本发明液压操动机构的具体实施例4：

与具体实施例1的区别在于，实施例1中，分闸驱动杆16和合闸驱动杆8上均设有连接法兰，两个驱动杆分别通过连接法兰与相应斥力机构固定连接，本实施例中，分闸驱动杆和合闸驱动杆远离相应阀体的一端沿其径向设有螺纹孔，相应斥力机构的输出端为套筒结构，套筒结构上设有沿其径向延伸的通孔，螺栓穿过通孔并旋拧在螺纹孔上，以实现分闸驱动杆和合闸驱动杆与相应斥力机构的固定连接。在其他实施例中，分闸驱动杆和合闸驱动杆与相应斥力机构也可以通过螺纹连接。

本发明液压操动机构的具体实施例5：

与具体实施例1的区别在于，实施例1中，合闸阀体11内设有合闸旁路油道9，使合闸阀芯24下方的合闸阀腔不会变成死腔，分闸阀体15内设有分闸旁路油道12，使分闸阀芯29下方的分闸阀腔不会变成死腔，本实施例中，不设置合闸旁路油道和分闸旁路油道，第三复位弹簧和第四复位弹簧的弹性均大于P腔的压力，合闸阀芯下方的合闸阀腔为合闸空腔，该合闸空腔与合闸阀体外连通，以保证该合闸空腔不会变成死腔，分闸阀芯下方的分闸阀腔为分闸空腔，该分闸空腔与分闸阀体外连通，以保证该分闸空腔不会变成死腔。

本发明液压操动机构的控制阀的具体实施例，本实施例中液压操动机构的控制阀与上述液压操动机构的具体实施例1-5中任一个所述的控制阀的结构相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。