低压开关操作机构三维可视化仿真技术的研究

低压开关操作机构三维可视化仿真技术的研究
摘　要ˇ从前处理、计算分析和后处理3个方面ˇ介绍了低压开关操作机构三维可视化仿真技术ˇ并以典型的操作机构为例ˇ借助自行开发的应用软件ˇ对机构在不同参数情况下的开断过程进行了仿真计算ˇ
关键词ˇ开关ˇ操作机构ˇ三维仿真
中国图书资料分类法分类号ˇ　TM561.1
机构设计软件的前处理过程
机构计算的结果是一些数据文件ˇ为了使用户直观、明了地获得机构开断过程的各种
典型的操作机构ˇ1ˇa所示ˇb为机构的简化图ˇ图中机构处于合闸位置ˇ机构由触头支架f、下连杆g、上连杆h、跳扣k、锁扣m、操作手柄l和拉力弹簧e等部分组成ˇ当跳扣k端部被锁扣m锁住时ˇC点成为固定点ˇ杆g、杆h、触头支架f及机架构成一个4连杆机构ˇ转动操作手柄lˇ可通过弹簧e改变4连杆机构的运动状态ˇ一旦短路电流到来ˇ2ˇˇ引起锁扣m脱扣ˇ在弹簧e的拉力作用下ˇ跳扣k绕O2轴顺时针转动ˇC点成为活动点ˇ此时ˇ由于弹簧力的作用ˇ轴B被紧压在跳扣上ˇ与跳扣一起运动ˇ动、静触头开始分离ˇ在连杆g和连杆h脱离死区后ˇ连杆和跳扣彼此分离ˇ跳扣k、连杆g、连杆h、触头支架f及机架就变成了一个5连杆机构ˇ由于5连杆机构具有2个自由度ˇ触头继续分断ˇ同手柄无关ˇ
其中　G点为杆件的质心ˇA和B分别为杆件的2个轴ˇAˇˇaxˇayˇ为杆件的质心在平面内运动的加速度矢量ˇ和为杆件绕质心G转动的角加速度和角速度ˇFAˇˇfAxˇfAyˇ和FBˇˇfBxˇfˇByˇ分别为作用在轴A和轴B上的外力矢量ˇI为杆件以质心为轴所计算出的转动惯量ˇM为杆件的质量ˇ
假定绞链2个杆件的轴的质量为0ˇ并忽略轴与杆件间的摩擦力ˇ则2个杆件作用在轴上的力ˇ平衡ˇ2个杆件同轴ˇ互作用的点上的加速度(及速度)也彼此ˇ同ˇb中的轴Aˇ杆f和gˇ及轴Cˇ杆h和杆kˇ均符合上述的定律ˇ图中的轴Bˇ杆g和杆j或杆g和杆h)也满足加速度ˇ等条件ˇ但轴B不仅受到来自2个杆件的作用力ˇ也受到弹簧e对它产生的拉力ˇ式(2)给出了轴B满足的方程(以杆g和杆jˇ互作用为例)ˇ
对于在平面内做自由运动的刚体上的任一点Pˇ有式(3)
其中　为运动杆件同x轴的夹角ˇ
给定机构各个杆件在触头分断初期的初始值ˇ对4个杆件( 初为3个)和5个转轴( 初为4个)的受力以及运动状态进行分析ˇ根据以上叙述的运动定律及约束条件ˇ可以获得一系列方程ˇ联立求解这些方程ˇ就可以确定操作机构在各个时刻的运动状态的数据ˇ
4　结　论
(1)通过引入三维可视化技术ˇ可以方便地以交互式图形方式输入原始数据ˇ使输入工作直观而且快速ˇ大幅度减轻了输入工作量ˇ由于用户可以随意、随时地改变机构部件的外形及参数ˇ同时观察到因参数改变而引起的机构外形和开断过程的变化ˇ因此ˇ提高了机构设计人员的设计效率ˇ保证了所设计的机构运行的可靠性ˇ
(2)文章中介绍的对机构的开断过程进行动态计算和分析的方法ˇ符合断路器机构的实际开断情况ˇ用这种方法可以获得机构在每个时刻的运动状态ˇ从而为机构设计软件的后处理机构开断过程的三维仿真提供ˇ实的数据ˇ使机构的三维模拟成为可能ˇ
(3)软件提供的三维仿真和动画的功能ˇ使设计者可以更加清楚、直观地看到操作机构的分断过程ˇ减少设计失误ˇ降低对低压电器操作机构进行设计的成本ˇ
作者简介ˇ张　晋ˇ女ˇ1973年11月生ˇ电气工程学院电机电器及其控制系ˇ博士生ˇ作者单位ˇ西安交通大学ˇ710049ˇ西安基金ˇ目ˇ国家教育部博士点科研基金资助ˇ目(98069815)ˇ西安交通大学博士论文基金资助ˇ目(DFXJU1997-15)ˇ