高压开关触头碰撞基于虚拟样机技术分析与优化

《高压开关触头碰撞基于虚拟样机技术分析与优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、机械设计与制造第1期132MachineryDesign&Manufacture2010年1月文章编号：1001—3997(2010)0l一0132—02高压开关触头碰撞基于虚拟样机技术的分析和优化术汤敬秋崔彦彬(华北电力大学机械工程系，保定071003)CollisionofhighvoltageswitchcontactorsanalysisandoptimizationbasedonthevirtuaprototypetechnologyTANGJing—qiu，CUIYan—bin(NoAhChinaElectric

2、PowerUniversity，Baoding071003，China)～一一一～一一一一～～中图分类号：TH16文献标识码：Al习IJ吾构件的角速度可以表达为：：研高压开关在负载合闸时，动触头会被施加很大的压力，以保ADAMS中引入变量为角速度在欧拉转轴坐标系分量：证动触头能够满足一定的速度要求同时也容易引起～一触一能戡头～一碰艘撞后～一砌～～一．=一．～一～．一叽～～一～考虑约束方程，ADAMS利用带拉格朗日乘子的拉格朗日第发生弹跳。触头弹跳将使触头间产生拉弧，导致触头发生动熔焊，或严重损坏。研究了碰撞过程中的阻尼系数，

3、为解决触头弹跳的一类方程的能量形式得到如下方程：问题提供了思路和方法。美国MSC公司出品的ADAMS软件，是軎一署署个优秀的多刚体动力学分析软件。在软件的虚拟环境里，创建机式中：一系统广义坐标表达的动能；—广义坐标；—在广义构的i维模型，并设置合理的工作条件，就可以得到与实际非常坐标qJ方向的广义力，最后一项涉及约束方程和拉格朗日接近的仿真分析结果。中在ADAMS软件环境中，建立动力学模乘子表达了在在广义坐标q方向的约束反力。型，对机构的参数进行动力学分析及优化Ⅲ。再经过进一步的推导，集成约束方程ADAMS可自动建立系2动力

4、学计算原理分析统的动力学方程一微分一代数方程：ADAMS软件，在动力学分析方面，表现非常优异。ADAMSJ一／田+A+日I_0利用带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日方程导出代数方程jI~or／oo(DAE)，处理具有多余坐标的完整约束系统或非完整约束系统，导出以笛卡尔广义坐标为变量的动力学方程。1“=4ADAMS中用刚体曰的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的I中(g，)=0【M，q，t)欧拉角作为广义坐标，即q=Ix，Y，0，]，令R=[，Y，]T=式中：一系统的广义动量；日—外力的坐标转换矩阵。[，0，]，q=[尺，y]对于以上动

5、力学方程，ADAMS采用两种方式求解，第一种为定义一个欧拉转轴坐标系，该坐标系的三个单位矢量分别为对DAE方程的直接求解，第二种为DAE方程利用约束方程将广义上面三个欧拉转动的轴，因而三个轴并不相互垂直。该坐标系到坐标分解为独立坐标和非独立坐标然后化简为ODE方程求解。构件质心坐标系的坐标变换矩阵为：fsin0sinqb0cos0]3算例分析{I曰=lsin0cosq50一sin0I3．1高压开关机构简介lllc0s010j高压开关合闸过程机构简图，如图1所示[31。★来稿日期：2009—03—19★基金项目：华北电力大学青

6、年教师科研基金支持项目(93204702)第1期汤敬秋等：高压开关触头碰撞基于虚拟样机技术的分析和优化133此参数，也就是需要重点分析和优化的数据。(3)PenetrationDepth，表征最大阻尼时的侵入深度，当刚接触时，没有阻尼力，随着侵入深度增大，阻尼力加大，直到最大阻尼力。3．2_3虚拟分析对机构的虚拟样机进行分析运算。得到原始数据下的动力学分析模型。开关触头的碰撞阻尼系数，初始数值设置为10。在机构仿真分析完成后，测量开关的动、静触头的相对速度；设置函数，表示动、静触头的相对速度函数。在后续处理程序中，调用时间为

7、横坐标，相对速度为纵坐标。得到的曲线，如图4所示。图1操动机构简图1．脱扣杆2．凸轮3．拐臂4．主压缩弹簧5．触头压缩弹簧，／6．动触头7．静触头8．真空灭弧室外壳9．分闸电磁铁1O．分闸限位，／：厂当合闸电磁铁受电动作，驱动操动机构，动触头运动与静触／，~"1500．／头贴合，完成合闸动作。，≥——，．一对于单自由度机械系统，可对整个系统进行等效处理，得到等一15oo效力和等效质量日。根据图1可以在理l十算分析时，忽略掉操动机O～00o5Time(sec)O-OlO·O15构中的摩擦等能量损耗，将机构的质量等效到动触头6上

8、。在高压图4优化前相对速度开关的动静触头发生碰撞时，其动力学简化模型，如图2所示。3．2．4设置优化目标函数调用ADAMS的优化设计模块，对机构的动力学模型进行优化分析。优化的参数为触头碰撞的阻尼系数；动触头的行进过程不需要调整，只是在动静触头碰撞时，动触头的速度曲线会随着碰撞的阻尼数值发