一种快速操作机构运动学分析及动力学仿真

摘要

开关电器产品作为配电系统中重要的保护和控制类元器件,工作可靠性高,性能稳定,在国民经济发展和工农业生产中有着举足轻重的地位。快速操作机构作为开关的重要组件,其动作的可靠性和快速性对于开关的性能影响、配电自动化及智能电网的构建有着重要作用,而目前开关的快速操作机构设计还缺乏理论分析与指导,因此对开关快速操作机构的研究具有一定的学术价值与经济价值。
　　 通过对快速操作机构的国内外研究概况、发展趋势的研究,确定本课题的主要研究内容及研究意义。根据开关的主要工作状态及其对快速操作机构的动作要求,分析确定了一种快速操作机构的总体设计方案及工作模块。着重分析快速操作机构的储能过程和合闸过程,并对锁扣机构进行原理性说明。对开关快速操作机构的合闸系统进行了深入分析,运用杆组分析法拆分快速操作机构,对其基本杆组进行运动分析,建立运动方程；运用刚体运动的平行轴定理,对运动复杂的零部件拆分求解动能,并建立合闸系统动力学总方程,为快速操作机构的分析设计提供理论基础。根据多刚体动力学基本原理及其工程背景,确定了快速操作机构虚拟仿真的理论算法及仿真平台,利用多体动力学ADAMS软件构建快速操作机构合闸系统的虚拟样机。在动力学仿真分析中,建立了快速操作机构合闸系统的虚拟样机并设置零件之间的约束、弹簧刚度及初始状态等原始参数,通过仿真模拟得到合闸系统空载合闸时间为20ms,并得到水平滚子的运动参数和运动部件之间碰撞力曲线图。通过分析刚度系数对于样机合闸时间、冲击载荷与回弹振动的影响,得到了刚度系数的最优值。虚拟样机技术的运用加速了分析设计的进程,提高了设计效率,同时虚拟仿真分析的结果揭示了合闸系统快速运动的特性,为理论设计和后续优化设计提供参考依据。