碟簧液壓機構原理及常見故障分析

李良創 龍民權 齊向東 吳澤宇 梁志權

摘 要：文章主要針對碟簧液壓機構進行研究與分析，首先要明確碟簧液壓機構的基本結構和工作原理，然后結合其工作情況指出其應用中存在的一些典型故障和問題，最后針對故障和問題提出常見故障的處理方法，以推動碟簧液壓機構發展與應用。

關鍵詞：碟簧液壓機構;原理;故障;對策

0 引言

電網發展水平提高對斷路器操作機構提出越來越高要求，希望不斷提高其穩定性與可靠性，碟簧儲能液壓機構作為其中關鍵的一環，往往采用模塊化設計以提升其緊湊性，這種設計模式通過減少液壓元件和簡化管路的方式，實現了密封環節的減少，對其可靠性和密封性能的提升具有重要意義，保證最終的碟簧液壓機構操作功大、動作穩定、尺寸小、結構緊湊。這種碟簧液壓機構和提供的活塞壓縮氮氣式儲能器相比具有更大的優越性，具有更佳的應對環境溫度變化的能力，也能夠有效避免應用過程中可能產生的燃氣泄露，對提升活塞壓縮氮氣式儲能器工作水平、降低工作壓力具有重要作用。另外在結構優化、減小尺寸方面，還極大地降低了材料的使用率和產品成本，對提高其市場競爭力是具有重要意義的。基于這些優勢和特色，碟簧液壓機構在未來超、特高壓斷路器用操動機構方面具有廣闊的應用前景。

1 碟簧液壓機構結構分析

碟簧液壓機構呈現出典型的緊湊化、模塊化特征，液壓缸作為整個碟簧液壓機構的中心，行程開關、控制閥、儲能缸以及油泵電機均布置在中心液壓機構側面，碟簧液壓機構的下部進行儲能元件組合碟簧的布置，而上部布置支持碟簧液壓機構運行的油箱，構成的操動單元和斷路器本體之間以連接座的方式進行連接，這種設計方式使整個碟簧液壓機構美觀、簡約、緊湊。整個碟簧液壓機構借助液壓傳動、碟簧儲能壓縮的方式進行相關的工作，實現液壓缸和斷路器觸頭操動與控制，完成合閘、分閘動作[1]。

2 碟簧液壓機構工作原理分析

2.1 儲能過程

當機構失壓時，行程開關的接點導通控制，電機通電，電機轉動帶動油泵將油從低壓區泵向高壓區，隨著高壓油量的增加，高壓油推動儲能活塞向上運動，儲能活塞帶動提升桿向上運動，提升桿帶動拖盤壓縮彈簧，到達預定位置時，行程開關的接點斷開，電機停轉。由于密封系統的作用，彈簧被保持在壓縮狀態。

2.2 分閘過程

當分閘閥接收到分閘信號，切換閥切換到分閘狀態，傳動桿底部失壓，傳動桿上部的高壓油推動傳動桿向下運動，完成分閘操作。

2.3 合閘過程

當碟型彈簧被壓縮時傳動桿的密封部位上部始終處于系統的高壓之下，在分閘狀態下，傳動桿密封部位下部處于低油壓狀態，這樣傳動桿被牢牢控制在分閘狀態。當合閘閥接收到合閘信號，切換閥切換到合閘狀態，傳動桿底部與高壓油相連，此時傳動桿的上部和下部都充以高壓油，由于壓差的作用，傳動桿向上運動，完成合閘操作。

2.4 控制閥工作原理

分合閘線圈得電均會驅動控制閥變位。當分閘線圈得電時，控制閥相應動作，將傳動桿底部觸頭底面油路中油由高壓油切換至低壓油路，實現分閘;當合閘線圈得電時，控制閥相應動作，將傳動桿底部觸頭底面油路中油由低壓油切換至高壓油路，從而實現合閘[2]。

2.5 機械閉鎖

在合閘狀態下，當系統壓力降低到一定程度時，閉鎖桿上的彈簧推動其向里運動，頂住傳動桿上的溝槽，使傳動桿不能運動。

2.6 電氣報警和閉鎖

行程開關上共有8對接點，分別控制電機的啟動、OCO報警、OCO閉鎖、CO報警、CO閉鎖、O報警、O1閉鎖、O2閉鎖。當彈簧儲能或卸壓時，行程開關的夾板隨著彈簧的運動而上下移動，到達一定的位置時，夾板上的凸起觸動開關上的小輪頂起接點或斷開。

2.7 打壓次數

機構在1天之內打壓10次以內是正常的，如果超過10次，需對機構進行進一步的觀察，如果打壓次數在發展，說明泄露點在發展，需要維修。判斷泄露是否合格也可以關閉電機電源，在24小時內彈簧下降不能超過15 mm。

3 碟簧液壓機構常見故障分析

3.1 外部泄露

導致碟簧液壓機構外部泄露的原因較多，首先是低壓接頭外密封和常高壓接頭外密封問題，如果發生泄露會直接導致外部泄露。另外油箱底部、濾油器、放油閥、油泵外殼等發生泄露，均會直接導致外部泄露問題的存在。除此之外，如果壓力組件活塞桿處密封圈損壞和固定密封位置的損壞也會導致外部泄露。

3.2 內部泄露

內部泄露也是碟簧液壓機構常見故障之一，造成這一故障的主要原因包括控制閥閥線、動活塞密封圈以及吸油管老化、損壞等，這些老化問題和損壞問題，直接導致了內部泄露問題。除此之外的放油閥關閉不嚴和高壓區通向低壓區密封圈損壞也直接導致內部泄露問題。

3.3 拒合與據分

造成出現拒合與據分的原因也較多，本文結合實際情況主要指出以下幾點：電磁鐵線圈引線斷開或接觸不良、輔助開關轉換不良、分閘球閥未關閉、油壓過低，電動閉鎖、一級閥頂桿彎曲、卡死、保持油路不通，合后又分、工作缸拉毛、卡車死、傳動系統卡車死以及合閘閥保持回路大量泄漏等。

3.4 油泵建壓慢

油泵建壓快慢是影響碟簧液壓機構運行的關鍵要素，油泵建壓慢直接限制了碟簧液壓機構運行質量。造成油泵建壓慢的原因主要有柱塞配合太松，泄漏過大;油面過低;油泵低壓側有氣體（或漏氣）;吸油管壓扁，進油不通暢以及吸油閥泄漏安全閥關閉不嚴。另外，放油閥或控制閥關閉不嚴或合閘二級閥處于半分半合狀態也是導致油泵建壓慢的主要原因。

3.5 油壓異常

若保障碟簧液壓機構正常運行必須保障油壓正常，不能過高或過低。導致油壓異常的原因主要有控制電動機啟動觸點損壞或停止、壓力表失靈、儲壓器氨氣側進油或漏氮氣或控制電動機的接觸器誤動作。

3.6 油泵發熱響聲

作為碟簧液壓機構的又一常見故障，造成油泵發熱響聲的主要原因有吸油管內無油或氣泡甚多、柱塞配合太緊而“脹死”、柱塞拉毛、咬死等。

4 碟簧液壓機構常見故障應對策略

4.1 外部泄露應對策略

為有效避免外部泄露問題和故障，需要加強檢查與維護。針對低壓接頭外密封和常高壓接頭外密封不嚴的問題，為避免問題出現需要定期進行檢查，若發現問題需要進行必要的修理和更換。若發生了油箱底部、濾油器、放油閥、油泵外殼泄露的問題也必須進行科學處理，對相關器件進行科學處理和保養，能夠在一定程度上避免泄露問題。對于某些密封圈和活塞位置，均必須定期檢查，保證其密閉性，對密封圈也需要進行密封檢查。

4.2 內部泄露應對策略

面對控制閥閥線、動活塞密封圈以及吸油管這些老化、損壞問題，需要進行針對性處理，對于老化但仍能使用的零件進行研磨后繼續使用，對于損壞或老化程度過于嚴重的零件進行更換，以避免內部泄露。

4.3 拒合與據分應對策略

針對碟簧液壓機構出現據合與據分的原因，必須采取針對性的措施。比如針對輔助開關轉換不良、電磁鐵線圈引線斷開或接觸不良、一級閥頂桿彎曲、卡死等情況，需要對相應零件進行科學處理或更換。對于油壓過、分閘球閥未關閉等問題的存在，需要進行檢查，保證各系統部分正常工作[3]。

4.4 油泵建壓慢應對策略

針對油泵減壓慢存在的這些問題應該進行處理，對于問題的原因進行逐一排查，針對問題提出相應的策略，面對由零件損壞等引起的問題，需要對零件進行必要的修改和更換。針對故障需要進行排除，同時借助定期保養維護將油泵建壓慢問題發生率降低。

4.5 油壓異常應對策略

為規避油壓異常問題，需要檢查、修理微動開關及接觸器，若發現接觸器上存在油垢等，需要去除接觸器上的污物、油垢。同時為保證油壓正常，還必須檢查內壁粗糙度和更換密封圈。

4.6 油泵發熱響聲應對策略

針對柱塞拉毛、咬死情況，需要進行零件更換。針對柱塞配合太緊而“脹死”問題，需要對柱塞進行重新研磨;最后面對吸油管內無油或氣泡甚多問題，應該進行排氣和加油。

5 結語

碟簧液壓機構的結構及組成直接決定了其工作原理，雖然其具有穩定性、可靠性、微型化等特征和優越性，但在實際應用過程中還可能存在一些故障和問題，為保證其科學應用必須要解決這些故障與問題。同時，要借助新技術和新方法不斷提升碟簧液壓機構發展應用水平。

[參考文獻]

[1]王晉芝，劉雨，楊華，等.液壓操作手柄控制系統優化設計[J].液壓氣動與密封，2020（11）：51-55.

[2]林占宏，金晨.基于連桿液壓復合機構的壓鑄取件機器臂裝置設計及應用[J].液壓氣動與密封，2020（11）：68-71.

[3]湯良.基于雙因果鍵合圖法液壓系統故障診斷[J].現代機械，2020（5）：60-65.

（編輯 王雪芬）