操作机构的优化设计

2023-06-15 百科知识版权反馈

【摘要】：如何提高断路器的开断速度是低压断路器研究的一个重点，这里采用优化和改进操作机构来达到这个目的，优化分析的具体方法与前述塑壳断路器相同。图2-49为不同刚度系数下的动触头的速度。各个轴的位置对开断速度的影响这部分工作通过ADAMS软件提供的设计研究来进行。由此，对DW45操作机构进行分析，以敏感度较大的5个变量为基础，进行机构的优化。

如何提高断路器的开断速度是低压断路器研究的一个重点，这里采用优化和改进操作机构来达到这个目的，优化分析的具体方法与前述塑壳断路器相同。影响动触头打开速度的因素有三个方面：

1）开断弹簧的刚度系数，它对于速度的影响最明显；

2）以Oa为参考点，轴A、B、C、D、E的位置对速度的影响；

3）在轴的位置确定后，杆件的形状发生变化时，即杆件的质量和质心发生变化时对速度的影响。

因此，通过以上三个方面的分析，分析了各种参数对开断速度变化的影响。

（1）开断弹簧刚度系数对开断速度的影响

增大开断弹簧的刚度系数可以提高开断速度。图2-49为不同刚度系数下的动触头的速度。

图2-49 不同刚度系数下的动触头速度比较

（从下到上5条曲线分别对应弹簧刚度系数为3、4、5、6、7N/mm）

图中，从曲线1到曲线5，分别为在3N/mm、4N/mm、5N/mm、6N/mm、7N/mm的刚度系数情况下的仿真曲线，从图中可以看出，从曲线1到曲线5，动触头速度依次增大。增大刚度系数可以达到目的，但增量不是很大，从图中可以看出在3ms之前五条曲线几乎是重合的（因为刚开始动作的时候是反力弹簧作用力为主），之后才慢慢区分开，可以看出开断速度的增量和刚度的增量是完全不成比例的，而且分断弹簧刚度的增加必然要使得断路器合闸力增加，造成合闸困难，因此增加刚度系数并不是一个很好的选择。

（2）各个轴的位置对开断速度的影响

这部分工作通过ADAMS软件提供的设计研究来进行。这里以轴A、B、C、D、E（见图2-45）的x，y坐标为单独的设计变量进行设计研究。以下为以A、B、C、D、E5个轴的x、y坐标值为10个设计变量，使它们的值有相同的变化范围，都是在±1.5（mm），以相同步骤的设计研究，观察每个变量对平均角速度的影响。表2-12为轴的位置设计研究结果。

根据表2-12，可以知道哪些设计变量对角速度有较大的影响。从表中可以看出，变量DV_7、DV_9、DV_11、DV_13、DV_14的敏感度较大，即轴E的y轴坐标、轴A、B、D、E的x轴坐标对动触头的开断角速度有较大的影响。根据这个结论，可以进一步对这几个变量进行调整，进行优化分析以获得进一步的优化设计结果。

表2-12 轴的位置设计研究结果表

优化分析是ADAMS软件提供的一种复杂的高级分析工具。通常，优化分析问题可以归结为：满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内，通过自动地选择设计变量，由分析程序求取目标函数的最大或最小值。由此，对DW45操作机构进行分析，以敏感度较大的5个变量为基础，进行机构的优化。目标函数是使动触头平均角速度最大。表2-13是优化分析结果。

表2-13 考虑轴的位置后的优化结果

从表2-13中看出，经过5个变量同时变化的优化分析，使得动触头平均角速度从1355.82deg/s提高到1446.04deg/s，同时动触头的刚分速度从1.68m/s提高到2.11m/s。

（3）杆件的质量和质心对开断速度的影响

以图2-45中的杆件主轴悬臂、连杆1、连杆2和顶杆的质量和质心坐标为设计变量，进行如2.6.3节所介绍的设计研究。各杆件质心的x、y坐标值在[原始值±1（mm）]区间内五等分，质量在[原始值±10（g）]区间内五等分，研究它们对动触头开断角速度的影响。表2-14为杆件质心对角速度影响的设计研究结果，表2-15为杆件质量对角速度影响的设计研究结果。

表2-14 杆件质心对角速度影响的设计研究

表2-15 杆件质量对角速度影响的设计研究

从表2-14、表2-15中可以看出：1）主轴悬臂的质心对动触头角速度影响最大，在图2_-45中应使其x坐标向右移动，y坐标向下移动，这可以通过改变零件的形状来获得；2）连杆1的质心影响也较大，可以在图2-45中应使其质心向左上方移动；3）连杆2的质心y坐标影响较大，应使其向下移动；4）顶杆的质心影响较小；5）它们的质量越大，角速度越小，所以应该减小质量。

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