淺談通用型斷路器小車導軌的設計

楊德國　滕維波　王云濤　鄭金波　杜強

摘 要：鎧裝式金屬封閉開關設備廣泛應用于變電站等場所，由于變電站定檢等工作安排，開關柜斷路器手車的運維增多，本文討論了一種通用型斷路器手車導軌的設計理念及具體實施，不僅能從根本上解決斷路器手車的位置轉換問題，而且具有良好的應用前景，能夠實現不同軌距手車的準確使用，對提高運維工作效率，增強安全性具有很好的意義。

關鍵詞：斷路器手車；導軌；通用型

中圖分類號： TM6 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-174-2

1 設定目標及可行性分析

1.1 設定目標

非量化目標：成功研制通用型斷路器小車導軌。

量化目標：將研制通用型斷路器小車導軌的目標設定為能承重280kg，同時能夠在輪距寬度760mm及以下的斷路器小車上通用。

1.2 可行性分析

通過統計可知，目前公司所屬的43座變電站中，35kV高壓開關柜的使用面數達到了502個間隔，斷路器小車自重在258kg至280kg之間，因此研制的通用型斷路器小車導軌不僅要能承重280kg而且在使用過程中不發生變形、凹陷等情況。小組成員對市場常見的鋼板、鋁合金板材、塑鋼板材進行了初步調查，市面上多種型材都具備承受280kg物體的性能，因此可采用適當的加工手段進行加工制作，技術方面可行。

2 提出方案并確定最佳方案

2.1 提出方案并選擇

為確保成果滿足現場需求，首先對公司采用最多的ABB ZS3.2型高壓開關柜及VD4型斷路器小車進行了測量，并查閱了安裝技術協議。通過測量及查閱相關的技術協議，可以得到以下數據：

①斷路器小車輪距708mm；

②導軌的高度從35mm到0mm；

③斷路器小車的車輪寬度20mm；

④斷路器小車的縱向尺寸686mm；

⑤高壓開關柜內寬度1060mm；

⑥斷路器小車重量180kg。

因此，研制的通用型斷路器小車導軌必須滿足：導軌長度>686mm；導軌寬度>686mm；導軌高度從35mm到0mm過渡；承重>180kg；軌道寬度>20mm。

小組成員按照實際的工作需求，對所研制的通用型斷路器小車導軌的性能進行了分析，提出了三種方案：折疊式小車導軌、伸縮式小車導軌、組合式小車導軌。從適用性、難易度、經濟性綜合考慮，確定采用伸縮式小車導軌。

2.2 方案分解

根據裝置總體設計思路，討論出通用型斷路器小車導軌的結構組成：軌道部分、連接部分、對接裝置。

2.3 方案選擇

2.3.1 軌道部分選擇

2.3.1.1 軌道材質

經過測量，斷路器小車通過四個鋼輪和軌道部分直接接觸，接觸面積為12cm2，考慮到接觸時導軌的形變，取形變系數1.2，所承受力為180kg，可得：

P=F/S=160/8×1.2×10-4=0.167MPa

其中：F——導軌承受力；S——接觸面積；P——導軌所需最低強度。

對鋁合金、鋼、鋁合金嵌入鋼板3種材料綜合分析，確定采用鋼材。Q235鋼是市面上最為常見的一種合金鋼，價格便宜且使用性能優良，是日常生產首選鋼材，為此作為本次制作的推薦材料。

2.3.1.2 軌道結構

2.3.1.3 軌道形式

為了增強導軌接觸的可靠性，確保斷路器小車能平穩地從試驗位置轉換到檢修位置，我們對限位軌道和凹槽軌道兩種可行的方案進行了對比分析，最終采用凹槽軌道。

2.3.2 連接部分選擇

伸縮連接部分處于兩個導軌之間，通過收縮減少導軌的面積，便于攜帶和搬運。為此需要選擇一個收縮率最高的折疊模式，來實現小車導軌的使用與收納存儲。

折疊率=S1/S2×100%，其中S1=小車導軌使用時的面積，S2=小車導軌存儲時的面積。

根據測量結果，斷路器小車輪距最大760mm，最小680mm，故伸縮率必須達到1.15才能滿足通用的最低要求。由于研制的小車導軌在折疊部分采用手動方式，故對于精度的要求較低，只需滿足使用即可。同時使用和收納通過人工實現，因此選擇更加便宜的伸縮式單元作為連接部分。

對活動網格和滑軌結構綜合分析，確定采用滑軌結構作為伸縮連接形式。

2.3.2.1 連桿和滑軌的材質選擇

考慮到連接部分與軌道之間的連接，為便于選材和加工，滑軌選擇與軌道材料相同的Q235鋼，連接部分受力均小于導軌部分，Q235鋼滿足使用要求。

2.3.2.2 滑軌長度計算

已知連桿的最小收縮尺寸為18cm，最大展開尺寸為42cm，導軌部分的總長度為580cm，連桿打開的最穩定角度為60度，設定連桿的長度為L1，滑軌長度為L2，

則：L1/2=42cm，L2=2×42×sin60°=72.744cm

即滑軌的最小長度應為72.744cm，考慮到加工誤差，我們取滑軌的長度為74cm。

2.3.2.3 連接部分與軌道部分結合形式選擇

軌道和連接部分如何結合，不僅關系到連接是否可靠，同時影響著整體的使用。在伸展和收縮時，不能出現卡澀等情況，尤其對于本裝置，收縮率在1.75左右，在60cm長度上進行，通過對選擇的兩種方式現場測試和類比論證，確定選擇活動銷連接。

2.3.3 對接裝置的選擇

對接裝置位于小車導軌的最上端，是小車導軌與高壓開關柜的連接部分，能實現小車導軌與開關柜的準確對接，其好壞和精確度直接影響操作的時間和效率，因此對接的精度和方式是本項的考核對象。

通過實際對斷路器小車鋼輪的測量，若能實現與導軌的準確對接，需滿足精度±2.0mm要求，通過實驗模擬的方式得出結果進行對比分析，確定采用定位卡扣的形式。

3 確定最佳方案

通過對軌道部分、連接部分及對接裝置進行分析選擇，最終確定出以下最佳方案：

4 結語

研制的通用型斷路器小車導軌投入使用后，自重7.65kg可以一人搬運，有效避免了搬運和使用過程的磕碰，放置更為容易，由兩人操作改為一人操作，另一人監護，為運行人員操作提供了可靠的安全保障。同時，通用型斷路器小車導軌強度可靠，有效地避免了使用過程中對斷路器小車的損傷，極大地實現了安全效益。

參 考 文 獻

[1] 梅軍，鄭建勇，胡敏強.混合式限流斷路器的研究與發展[J].繼電器，2004（20）.

[2] 朱偉，趙中敏.數控機床低速爬行分析及對策研究[J].機械工程學報，2010（01）.

[3] 郭俊杰.機械振動測試系統中的抗干擾問題[J].現代機械，2007（04）.

[4] 楊海英.一種多功能智能型塑殼斷路器介紹[J].內蒙古石油化工，2012（08）.