基于solidworkssimulation的换流阀分支水管装拆工装的研制及分析

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1、基于solidworkssimulation的换流阀分支水管装拆工装的研制及分析（1屮国南方屯网超高压输屯公司广州局广州510000；2华南理工大学广州510641）摘要：本文介绍了该装拆工装的设计背景、设计结构及设计计算，重点阐述了基于solidworkssimulation对工装接口和水管接口的位移模拟。试验及现场应用表明，该工装使装拆换流阀分支水管的工作更快捷、更安全。关键词：换流阀分支水管；可调式；拆装工装引言高压直流输电（EHV）的核心技术集屮于换流站设备，而换流阀是换流站实现高压交直电能转换的核心设备。换流阀内的元件在运行过程屮

2、产生大量的热，如果散热不良将会导致元件损坏的恶果，因此散热系统对换流阀尤为重要[1-3]o目前，带水冷冷却方式的换流阀已在直流输电工程得到推广及应用普及。一个换流站的水冷分支水管接口数量不低于12000个，且接口尺寸规格呈现多样性（对边12mm至19mm为主）。在换流阀设备运行维护中，实现对换流阀的水冷分支水管接口装拆的工装主要为定制型工装，工作人员需携带多种笨重的装拆工装进行高空作业，其给高空作业带來的许多不便Z处。当对不同位置或不同种类的水冷分支水管进行连续作业，需花费较多更换工装时间，且至少需两人配合完成，在多次传递工装中增加了作业风

3、险，不利于抢修作业，直接降低直流能量可利用率。为了解决以上问题，研制了一种可调式的换流阀分支水管装拆工装，解决现有工装使用的单一性，实现换流阀水冷分支水管接口装拆工装的通用性。1结构设计1.11装的使用工况由于分支水管所在空间的受限性，若使用通用的扳手，其受力方向与水管接口保持在同一平面上，是无法操作的。在装拆过程中，工装仅能垂直作用于水管接口以实现旋转。1.21装接口的设计分支水管接口结构主要特点为正六边形，通常情况下，考虑使用通用活动扳手。因此该工装接口的设计参照了通用活动扳手的工作方式并考虑了作用物体空间极度受限的问题。通过螺杆螺母的

4、传动实现活动块的移动，从而调节工装规格；工装角度为120°,利用正六边形不论大小变化，其对角线位置不变原理实现对不同分支水管接口的适配性；在对角增加凹槽，凹槽的宽度根据适用范围精确计算，保证紧贴接触分支水管接口，使其受力牢固，避免旋转时出现打滑。1.31装的总体设计工装采用螺杆螺母啮合的螺旋传动原理实现工装接口的张开和合拢，并通过其中的螺旋角度的自锁功能，防止在工件锁紧时松开。工装通过连接杆1将接口和滑块9连接起来。滑块机构通过连接杆限制工件其它自由度，使其只能在其后方向上移动。并通过销钉将其在不同位置时固定，实现工装长度的调节，并

5、保证整个手柄不会松动。同时通过钢珠来保证手柄位置的准确。2工装的设计计算2.11装的设定扭矩在工装中连接杆与扳体连接的销较小（直径2mm）,故需计算其最大的承受力做为工装中的设定力，保证工装不会损坏，计算如下：销轴（45#）屈服强度，销轴直径，销能够承受的最大力为：取以上数值为工装中的设定力，即为：1115N转换称成旋转的扭矩计算如下：连接杆与扳体连接处的轴直径，故设定的扭矩为：4.5Nmy2.21装接口凹槽的设计对于不同规格水管接口，在相同的力矩作用下，规格越小（即d越小），水管接口受力越大。因此，只需分析扳手对规格最小（）的水管接口的作

6、用情况。假设工装对管接口施加扭矩M,当吋，的作用力矩与M相反，不利于水管接口受力。因此以下分析只考虑的情况。为了方便分析，因B、D两点的位置对称，所以可令，根据工装对六角接口作用扭矩，有：由上式可知，L越小，B点和D点受力的作用力臂越大，水管接口受力越小，可以避免水管接口因受力过大而磨损。但是凹槽尺寸L过小，不利于对分支水管接口的紧固，容易将接口的棱角导圆，导致分支水管接口与扳手受力打滑。水管接口的棱角是否会被导圆取决于棱角处的位移量，下面运用SolidworksSimulation分析分支水管接口在受力情况下的棱角位移，由此讨论L的极小值

7、。由上面分析可知L<6mm,因此L分别取2mm、3mm、4mm>5mm。实际工况可等效模拟：分别在水管接口A、B、C、D四个线位置添加卡具，在水管接口内部添加大小为4.5Nm的力矩。最后分别模拟出水管接口内部位移结果。该模拟分析采用保持结果和其他参数不变，改变凹槽的宽度的办法，分别得出四组不同的位移量数据（L二2、3、4、5mm的最大位移分别为0.1720^0.1718.0.1632、0.1722mm）o分析认为：当L较小吋刚度对水管接口内部位移起主导作用，L越小刚度越小，因此位移越大；当L较大时根据根据，L变犬使Ld和Lb减小，使作

8、用力过大从而增大位移。最终分析结果得出L=4mm为最佳尺寸。3基于solidworkssimulation对工装接口的分析当本工装用于拆装螺母吋应考虑工装的刚度问题，对工装接口开