圓柱形螺旋拉簧的首尾連接技術(shù)

劉雅妮，李文華，胡愛紅

(西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710077)

在高壓SF6全封閉組合電氣產(chǎn)品中，梅花觸頭是一種應(yīng)用廣泛的電接觸結(jié)構(gòu)[1]。其優(yōu)點(diǎn)是適用于靜接觸和動(dòng)接觸，且特別適用于靜接觸；缺點(diǎn)是徑向結(jié)構(gòu)尺寸大，影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的小型化，尤其是對母線單元的影響。

圓柱形螺旋拉簧是梅花觸頭的重要結(jié)構(gòu)件之一，其作用是為該類電接觸結(jié)構(gòu)提供相應(yīng)的接觸力。它是一個(gè)用彈簧接頭將圓柱形螺旋拉簧首尾相連而形成的封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)[2-3]，但此類彈簧的裝配一直為手工作業(yè)，制約了效率的提升。

長期以來，該種梅花觸頭用圓柱形螺旋拉簧的裝配是通過臺鉗夾持接頭(見圖1)，用平口鉗夾持圓柱形螺旋拉簧(見圖2)，依靠人為力量將圓柱形螺旋拉簧旋入接頭。由于裝配好的圓柱形螺旋拉簧對配合精度和裝配強(qiáng)度均有要求，因此，不僅對操作人員的經(jīng)驗(yàn)有較高要求，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，并存在一定的廢品率(見圖3)。由于在126～550 kV高壓SF6全封閉組合電氣產(chǎn)品中普遍采用了該種梅花觸頭的電接觸結(jié)構(gòu)，因此，就顯現(xiàn)了手工裝配持續(xù)時(shí)間長、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弱點(diǎn)。為了提高勞動(dòng)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，本文開展了圓柱形螺旋拉簧裝配技術(shù)的研究。

圖1 接頭

圖2 圓柱形螺旋拉簧

圖3 廢品

1 總體方案

以提高勞動(dòng)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度為目標(biāo)，進(jìn)行螺旋拉簧裝配技術(shù)的研究，應(yīng)從拉簧及接頭的夾持，以及機(jī)械的相互旋入這2個(gè)方面入手。

為簡化結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低故障率，對拉簧及接頭的夾持器采用C型卡子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對相互機(jī)械旋入的機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 拉簧及接頭的夾持

由于圓柱形螺旋拉簧的裝配為旋入式，在裝配過程中應(yīng)對拉簧及接頭同時(shí)施以足夠大的機(jī)械夾持力，因此，將夾持機(jī)構(gòu)的數(shù)量設(shè)定為2個(gè)。該夾持力依靠緊定螺釘壓緊，緊定螺釘?shù)倪x用依據(jù)為緊固壓力大于拉簧旋入力值，小于拉簧彈性抗力，這樣才能既保證拉簧端口的旋入，又不至于將拉簧夾扁。

在圓柱形螺旋拉簧的結(jié)構(gòu)中，拉簧與其接頭的徑向尺寸是不同的。圓柱形螺旋拉簧的首尾連接要通過2次的旋入作業(yè)才能夠完成，初次的旋入作業(yè)中兩夾持機(jī)構(gòu)所夾持的徑向尺寸是不同的，而在再次的旋入作業(yè)中兩夾持機(jī)構(gòu)所夾持的徑向尺寸是相同的。

另外，受高壓SF6全封閉組合電氣產(chǎn)品通流能力的影響，梅花觸頭在不同電壓等級產(chǎn)品中的徑向尺寸是不同的；因此，為使尺寸各異的梅花觸頭都能夠具有等值的電接觸力，應(yīng)選擇不同絲徑及外徑的圓柱形螺旋拉簧[5]。

考慮所需夾持機(jī)構(gòu)應(yīng)具備可夾持不同徑向尺寸的功能，對夾持機(jī)構(gòu)采用圓弧限位、犬牙防滑和螺紋壓緊結(jié)構(gòu)的卡口(見圖4)。

圖4 卡口示意圖

2.2 機(jī)械旋入

要實(shí)現(xiàn)圓柱形螺旋拉簧的旋入式裝配，兩夾持機(jī)構(gòu)之間應(yīng)具備相對的螺旋位移功能。眾所周知，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，螺旋位移一般是由角位移與軸向位移合成的，為實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)功能，只需將2個(gè)夾持機(jī)構(gòu)中的一個(gè)作固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，另一個(gè)作運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可。其中，對作運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的那一個(gè)，擬采用在回轉(zhuǎn)軸承中鑲嵌并固定花鍵孔導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)，從而使花鍵軸具備既能在回轉(zhuǎn)軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)，又能在花鍵孔中做軸向滑動(dòng)的功能(見圖5)。

圖5 圓柱形螺旋拉簧的旋入示意圖

2.3 機(jī)械同軸

由上述可知，圓柱形螺旋拉簧及接頭的旋繞直徑規(guī)格不唯一，且不論哪一種規(guī)格，其拉簧直徑與接頭直徑也不相同；因此，當(dāng)2個(gè)相同結(jié)構(gòu)的夾持機(jī)構(gòu)分別將其有效夾持后，總會出現(xiàn)相互間不能同軸的問題。為此，對所述回轉(zhuǎn)軸承選擇用調(diào)心軸承。

由于夾持機(jī)構(gòu)的安裝中心與夾持中心無法同軸，從而使得它們之間存在著一個(gè)確定的偏心距，即在裝配過程中，運(yùn)動(dòng)端夾持機(jī)構(gòu)的夾持中心與固定端的夾持中心始終應(yīng)是對正的。這種運(yùn)動(dòng)特征對夾持機(jī)構(gòu)的要求是讓其安裝中心繞著夾持中心轉(zhuǎn)動(dòng)，為此將曲軸用作運(yùn)動(dòng)端夾持機(jī)構(gòu)的安裝副。

3 安裝

盡管該機(jī)械作業(yè)裝置的外形尺寸小、結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，但仍需考慮安裝使用的問題。為便于安裝使用，在機(jī)構(gòu)架的底部設(shè)置了一個(gè)相應(yīng)的臺鉗卡柄。

由于2個(gè)夾持機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同且運(yùn)動(dòng)是相對的，因此，圓柱形螺旋拉簧與其接頭在裝配時(shí)的裝卡順序及位置可以隨著操作者的個(gè)人習(xí)慣而定，只是要求在裝卡圓柱形螺旋拉簧時(shí)，使其端部讓出3～4圈即可，以利于增加圓柱形螺旋拉簧與其接頭在初始對接時(shí)的柔韌性。

4 結(jié)語

為滿足不同直徑圓柱形螺旋拉簧的夾持需求，對夾持機(jī)構(gòu)采用了圓弧限位、犬牙防滑和螺紋壓緊結(jié)構(gòu)卡口，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。為實(shí)現(xiàn)圓柱形螺旋拉簧首尾相連過程中的機(jī)械同軸目的，對運(yùn)動(dòng)端的夾持機(jī)構(gòu)采用了花鍵形的曲軸安裝副導(dǎo)柱及調(diào)心軸承結(jié)構(gòu)。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，采用該結(jié)構(gòu)切實(shí)好用。

[1] 尚振球，郭元文. 高壓電器[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，1992.

[2] 汪曾祥，魏光英，劉祥至. 彈簧設(shè)計(jì)手冊[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1986.

[3] 張英會，劉輝航，王德成. 彈簧手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[4] 邱宣懷，郭可謙，吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 4版. 北京：高等教育出版社，1997.

[5] 祝燮權(quán). 實(shí)用金屬材料手冊[M]. 2版. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005.