五连杆弹簧操动机构的凸轮优化设计方法

目前中国弹簧操动机构的凸轮优化设计都是针对四连杆机构,对五连杆机构的凸轮优化设计研究较少,目前五连杆机构的凸轮设计还是依靠经验,无法使输出力特性与负载特性合理匹配,导致五连杆机构存在合闸速度大、合闸不可靠的问题。文中根据能量守恒定律提出了一种五连杆弹簧操动机构的凸轮优化设计方法。该方法根据合闸过程中不同位移点的阻力矩,通过设置凸轮轮廓线上对应点动力矩的裕度,使输出力特性根据负载特性的变化进行合理匹配,以获得理想的合闸速度,提高合闸可靠性。试验验证表明,该方法优化后的凸轮即使在合闸弹簧衰减20%能量后,依然能够合上,有效解决了五连杆弹簧操动机构依靠经验设计时合闸速度大、合闸不可靠的问题,并已在工程实际中得到广泛应用。     

真空断路器弹簧操动机构中凸轮机构的优化设计

1引言近年来对高压断路器设备故障分布的统计显示,操动机构故障所占比例最大。弹簧操动机构是真空断路器中应用最广泛的一种操动机构,具有操作电源容量小,可采用交、直流两种电源,成本低等优点。与其他类型操动机构相比,弹簧操动机构的结构比较复杂,对零部件加工精度要求较高。弹簧操动机构是以弹簧作为动力元件对开关进行分闸和合闸操作的操动机构,由于弹簧的动力释放存在一定的局限,因此必须通过传动机构进行改善。弹簧操动机构一般使用凸轮—连杆机构作为合闸传动机构,通过弹簧输出力特性和开关负载特性的合理匹配,获得理想的合闸速度,减小机构的操作功,缓解各构件所受的冲击,提高使用寿命。在凸轮—连杆机构中,连杆结构起传递运动的作用,而凸轮机构决定了输出力特性的改变。凸轮机构运动规律的变化对输出力特性与合闸速度影响很大,能否得到与负载特性配合较好的输出力特性,关键在于凸轮轮廓线的设计。以往的凸轮设计大多依靠经验,参照同类产品中已有的凸轮轮廓线,找出运动规律,并通过试验检验其是否满足设计要求。上述方法的整个设计过程是被动的,一般只能保证开关行程的要求,而输出力和运动特性要通过多次试验方能确定,因此设计周期长、成本高。随着计算机辅助设计的发展和...     

按输出力特性曲线设计凸轮轮廓曲线

针对以往设计断路器弹簧操动机构均是先确定满足动触头速度特性的输出力特性;再根据所需输出特性按照功或功率相等的等效原则计算动触头各行程下的凸轮轮廓半径;最后拟合出凸轮轮廓曲线。文中以设计真空断路器弹簧操动机构上配备的摆动滚子从动件盘形凸轮合闸行程中的轮廓曲线为模型,在以往的设计方法上提出了利用速度瞬心和微积分原理求得凸轮轮廓曲线的方法,该方法解决了传统设计方法繁琐的重复计算,不仅能方便的得到满足输出力特性曲线的凸轮轮廓,并能快速得到凸轮上各行程的压力角。用该方法得出的真空断路器合闸过程中的凸轮轮廓曲线与实际凸轮轮廓曲线进行对比,验证了方法的正确性,对设计弹簧操动机构中满足理想合闸特性的凸轮轮廓具有一定的借鉴意义。     

高压断路器弹簧操动机构合闸凸轮优化设计

合闸凸轮作为高压断路器弹簧操动机构的核心零部件,其轮廓曲线直接决定着断路器的机械特性。传统的合闸凸轮设计方法是依据断路器合闸行程曲线,反推出凸轮的轮廓曲线。这种方法设计出的凸轮存在动力特性无法准确匹配负载特性、轮廓曲线需要反复试验修正等不足。文中阐述了一种合闸凸轮的优化设计方法,根据该方法设计出的合闸凸轮,动力特性与负载特性匹配性好,输出效率高。最后通过仿真验证和样机试验,证明了该优化设计方法的可行性。     

真空断路器弹簧操动机构仿真与优化

鉴于弹簧操动机构凸轮传动性能直接影响真空断路器的开断特性和使用寿命,根据4种与凸轮配合的推杆运动规律建立了优化整机分合闸特性的目标函数。优化结果表明操动机构的传动性能和开断特性大为改善。     

弹簧操动机构中凸轮的优化设计

为了达到真空断路器与弹簧操动机构的最佳匹配.弹簧操动机构中凸轮的优化设计十分重要。根据不同型号真空断路器配用的弹簧操动机构中的各种凸轮,分别对两种凸轮用作图法画出凸轮轮廓曲线,结合凸轮轮廓曲线的不同运动规律,提出了按变加速度运动规律来设计弹簧操动机构中凸轮的观点。用此方法设计的凸轮机构.与不同形式的真空断路器匹配后,在弹簧刚度减小的情况下.断路器闭合的平均速度明显提高且机构断路器闭合功率减小幅度很大.克服了弹簧操动机构的冲击振动大的缺点.试品各种参数均满足产品技术条件的要求.试验结果非常理想。实践证明按此方法设计的凸轮,传动效率有明显提高,这对延长操动机构的机械寿命大有好处。     

弹簧机构输出与灭弧室触头运动映射关系分析

文中通过对断路器传动回路的运动学进行计算分析,得到了弹簧操动机构输出与断路器灭弧室触头运动之间的非线性映射关系。解释了常规测试断路器机械特性的方法存在一定的误差的原因,并分析了传动机构制造和安装存在误差对灭弧室触头运动产生的影响,为断路器整个传动回路的优化设计及其操动机构中凸轮机构的优化设计奠定分析基础。     

真空断路器弹簧操动机构合闸凸轮优化设计

针对在设计真空断路器弹簧操动机构凸轮轮廓线的过程中,依靠经验或者反复试验的方法设计出的凸轮轮廓线存在无法准确匹配负载特性的缺陷,采用一种负反馈优化设计方法。首先,根据负载特性推导出动力特性;其次,通过动力特性倒推出凸轮转角,进而计算出凸轮轮廓线;然后,根据凸轮呈现的合闸动力特性再次验证并修正负载特性,保证分合闸速度;最终,通过设计验证证明了使用该方法设计的凸轮能够使得动力特性准确匹配负载特性,并保证断路器可靠合闸。     

真空断路器用弹簧操动机构的优化设计

真空断路器用操动机构的传动运动特性及其操作的输出功,对提高真空断路器的操作性能及使用寿命都具有直接的影响。通过对弹簧操动机构的凸轮－连杆机构的运动分析,建立了真空断路器用操动机构的优化数学模型,并利用 ＭＡＴＬＡＢ语言的优化工具箱方便地实现了优化过程。优化结果表明,它既改善了整个操动机构的传动性能,也减少了操动机构的输出功。     

真空断路器弹簧操动机构优化设计与可靠性分析

在真空断路器弹簧凸轮操动机构中,其开断特性与合闸弹簧、分闸弹簧和触头弹簧是息息相关的,它们性能的优劣对真空断路器的安全开断起着极其重要的作用。因此对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计,并对其合闸弹簧、分闸弹簧以及触头弹簧进行可靠性分析,通过对其强度-应力干涉模型的分析,确定其在一定工作时间内的可靠度,进而实现对其开断特性的可预知性。     

高压开关用弹簧操动机构关键部件失效分析

本文通过对弹簧操动机构原理及关键材料物性分析介绍,阐述了操动机构关键部件材料应力仿真分析和凸轮失效分析,给出了弹簧操动机构的设计优化建议,为研究弹簧操动机构失效机理演变及失效规律提供工程应用和指导,具有重要的现实意义。     

真空断路器弹簧操动机构的动力学仿真分析

建立了真空断路器弹簧操动机构虚拟样机模型,在凸轮机构接触副碰撞函数中采用变刚度系数对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。仿真得到绝缘拉杆和动触头的行程及速度特性曲线,同时对断路器进行分/合闸操作试验测得相应的运动特性,并将仿真结果与试验结果进行对比分析,仿真输出与试验结果吻合较好。进一步与凸轮机构接触副碰撞函数采用常数刚度系数动力学仿真结果进行速度及加速度等瞬态特性比较分析表明,在弹簧操动机构中引入变刚度系数的虚拟样机模型具有真实性和必要性。为优化设计、疲劳分析及整体可靠性提供依据和指导。     

控制与保护开关电器操作机构动力学仿真研究

利用虚拟样机技术建立控制与保护开关电器（CPS）操作机构动力学仿真模型,合理施加手动操作力及故障脱扣力,仿真正确有效地完成了操作机构执行开关合闸、分闸、脱扣、再扣功能的动作过程。分析扭簧刚度系数及侧凸轮形状对操作机构动作性能的影响,可辅助完成操作机构的故障点定位并确定关键参数的设置范围。     

断路器弹簧操动机构介绍

介绍了断路器用液压操动机构、气动操动机构、弹簧操动机构的特点及适用范围、断路器对操动机构的主要要求、操动机构的设计步骤及设计要点。重点介绍了弹簧操动机构的工作原理、分析计算,对操作机构自身具有检测、诊断的智能化功能设计进行了探讨。     

LW31B-252型SF6断路器刚分(合)特性的计算

在对弹（碟）簧液压机构运动特性分析的基础上，将碟簧力特性假定为某一均值时，对刚分（合）速度进行了探讨性计算，并就相关问题进行了分析和讨论。     

基于Adams的高压开关弹簧机构中掣子扭簧的仿真及优化

针对高压开关设计中掣子扭簧的设计,建立了弹簧操作机构的运动学模型,在Solid edge中建立仿真模型;在Adams中建立虚拟样机并进行运动学仿真,对掣子扭簧参数进行优化,提出了一种对高压开关进行虚拟设计的有效方法。     

真空接触器采用永磁机构时的反力特性

论述了永磁机构的工作原理,分析了采用不同机构的真空接触器的反力特性.永磁机构是一种用永磁力作稳态保持、由电磁线圈提供动作能量的机械系统.     

Development of a high‐speed electromagnetic repulsion mechanism for high‐voltage vacuum circuit breakers

This paper presents a design and testing of a new high‐speed electromagnetic driving mechanism for a high‐voltage vacuum circuit breaker (VCB). This mechanism is based on a high‐speed electromagnetic repulsion and a permanent magnet spring (PMS). This PMS is introduced instead of the conventional disk spring due to its low spring energy and more suitable force characteristics for VCB application. The PMS has been optimally designed by the 3D nonlinear finite‐elements magnetic field analysis and investigated its internal friction and eddy‐current effect. Furthermore, we calculated the dynamic of this mechanism coupling with the electromagnetic field and circuit analysis, in order to satisfy the operating characteristics—contact velocity, response time, and so on, required for the high‐speed VCB. A prototype VCB, which was built based on the above analysis, shows sufficient operating performance. Finally, the short circuit interruption tests were carried out with this prototype breaker, and we have been able to verify its satisfying performance. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 34–40, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20398