断路器弹簧操动机构凸轮轮廓曲线参数化设计

邓慧心，邓 斌

（西南交通大学机械工程学院，四川 成都 610031）

1 引言

断路器用于开断和保护高压电路。弹簧操动机构作为断路器操动机构的一种类型，因其要求的电源容量小、断电之后仍能进行一次关合闸操作且在交、直流电源下都能操作的有点得到广泛应用。凸轮连杆机构是弹簧操动机构中重要的传动机构，凸轮的轮廓曲线设计决定着操动机构的输出力特性。

目前已有研究者对弹簧操动机构凸轮进行设计和优化，文献[1-4]利用出力特性对凸轮进行设计，文献[5-6]利用凸轮多项式运动规律进行设计。凸轮机构的设计方法已较为成熟，但是生产制造过程中，对于操动机构中匹配断路器负载特性的凸轮轮廓曲线设计较多为经验设计，而简单准确的凸轮轮廓曲线设计方法对于操动机构的优化设计具有重要价值。根据弹簧操动机构输出特性对凸轮轮廓曲线进行参数化设计，基于MATLAB利用遗传算法对凸轮曲线进行参数化设计，图形用户界面使凸轮轮廓曲线设计更直观方便。

2 断路器弹簧操动机构

高压断路器的作用是实现动静触头的分、合闸动作，是电路系统中重要的控制和保护装置，而分、合闸动作的实现通过操动机构来完成。弹簧操动机构因为工作原理简单、动作迅速、可靠性高而广泛应用于断路器中[7-8]。

弹簧操动机构包括储能机构、传动机构（凸轮机构）、连杆机构、缓冲机构、分合闸锁扣和脱扣机构等。

合闸过程：电机→小齿轮→大齿轮→储能轴→凸轮，弹簧拉长储能→储能完成，大齿轮空套→合闸脱扣器→弹簧释放→凸轮转动→滚轮→驱动轴→输出杆动触头合闸。……