[發(fā)明專(zhuān)利]基于動(dòng)觸頭合閘運(yùn)動(dòng)特性的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)配用的凸輪設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110454748.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102446654A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿英三;王建華;余礫;劉志遠(yuǎn);李倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01H33/666
• 分類(lèi)號(hào): H01H33/666;H01H3/42
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于高壓真空斷路器合閘的機(jī)械傳動(dòng)裝置，特別涉及與126kV真空斷路器速度特性以及負(fù)載特性相匹配的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)配用的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是真空斷路器中應(yīng)用最廣泛的一種操動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有操作電源容量小，可采用交、直流兩種電源，成本低等優(yōu)點(diǎn)。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是依據(jù)釋放彈簧儲(chǔ)能的能量使斷路器閉合的。彈簧釋放能量時(shí)，總是一開(kāi)始出力大，以后出力逐漸減小，這與真空斷路器的負(fù)載反力特性正好相反。為了使其與真空斷路器的反力特性匹配，通常要通過(guò)凸輪和連桿的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)凸輪輪廓曲線的合理設(shè)計(jì)和連桿的適當(dāng)配置，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的出力也能與真空斷路器的反力較好的匹配。

在凸輪連桿機(jī)構(gòu)中，連桿結(jié)構(gòu)起傳遞運(yùn)動(dòng)的作用，而凸輪結(jié)構(gòu)決定了輸出力特性的改變。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是否能與真空斷路器負(fù)載很好的匹配，關(guān)鍵在于凸輪機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)決定了輸出力特性的改變，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變化對(duì)輸出力特性與合閘速度影響很大。

以往的凸輪設(shè)計(jì)大多依靠經(jīng)驗(yàn)，參照同類(lèi)產(chǎn)品中已有的凸輪輪廓線，找出運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)其是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。上述方法的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是被動(dòng)的，一般只能保證開(kāi)關(guān)行程的要求，而輸出力和運(yùn)動(dòng)特性要通過(guò)多次試驗(yàn)方能確定。因此設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高。本發(fā)明旨在通過(guò)設(shè)定的真空斷路器合閘行程曲線就能方便地得到真空斷路器彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓，使凸輪的輸出力矩特性不僅與負(fù)載力矩特性相匹配，而且能夠達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的合閘行程曲線要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種高電壓真空斷路器彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)配用的凸輪的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)目標(biāo)是使得操動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)凸輪的傳動(dòng)后，動(dòng)觸頭的合閘動(dòng)作曲線符合理想的目標(biāo)行程曲線。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的計(jì)算步驟：

1)計(jì)算輸出力特性曲線

根據(jù)斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘功能的要求，其輸出力必須滿(mǎn)足以下條件：首先，起始合閘力應(yīng)大于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的起始阻力；其次，輸出功必須大于開(kāi)關(guān)所需的合閘功；再次，具有合適的輸出力特性，以獲得最佳合閘速度特性。

輸出力矩特性曲線與負(fù)載特性曲線的差值為作用在觸頭上的驅(qū)動(dòng)功率。而兩條曲線之間所包括的面積，則為作用在觸頭上的動(dòng)能。對(duì)兩條曲線進(jìn)行積分，計(jì)算出某角度之前機(jī)構(gòu)所具有的動(dòng)能，在根據(jù)動(dòng)能公式計(jì)算出此時(shí)機(jī)構(gòu)歸化到動(dòng)觸頭導(dǎo)桿上的質(zhì)量，便可以計(jì)算出此時(shí)機(jī)構(gòu)的合閘速度v。

本方法可采用vc++編程，逐點(diǎn)對(duì)輸出力矩曲線進(jìn)行計(jì)算。先根據(jù)行程曲線和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，計(jì)算出某時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)合閘速度v和此時(shí)機(jī)構(gòu)的主軸轉(zhuǎn)角A_zz，再根據(jù)負(fù)載特性曲線，查找對(duì)應(yīng)的負(fù)載力矩T_fz，并以此值作為計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩的初值，每一步計(jì)算都在此值上疊加一較小增量dT，積分得到此時(shí)對(duì)應(yīng)動(dòng)能，再代入此時(shí)歸化到觸頭導(dǎo)桿上的質(zhì)量，計(jì)算出此時(shí)的速度，與開(kāi)始由行程曲線計(jì)算出的合閘速度v進(jìn)行比較。如此迭代，直到根據(jù)動(dòng)能計(jì)算出的合閘速度與根據(jù)行程曲線計(jì)算出的合閘速度相等，迭代結(jié)束。按照這個(gè)方法，逐點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩曲線進(jìn)行計(jì)算。

這里應(yīng)該注意的是，在每一次計(jì)算的過(guò)程中，歸化后的質(zhì)量m都是不同的，這是因?yàn)橘|(zhì)量歸化的過(guò)程中需要用到凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，而不同的驅(qū)動(dòng)力矩的值對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比是不同的，因此，在每一步計(jì)算的過(guò)程中，都要對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行重新計(jì)算。

2)凸輪實(shí)際廓線的計(jì)算

采用按輸出力特性設(shè)計(jì)的方法，對(duì)凸輪廓線進(jìn)行計(jì)算。按輸出力特性設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)就是使其在任一瞬間的傳動(dòng)比等于機(jī)構(gòu)的輸出力(矩)與輸入力(矩)的比值。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)的尺寸和位置確定后，凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件轉(zhuǎn)角即為連桿機(jī)構(gòu)的輸入角，動(dòng)觸頭位移s可以看作是關(guān)于的函數(shù)：合閘彈簧輸出力矩M_d為凸輪轉(zhuǎn)角θ的函數(shù)：M_d＝M(θ)；而機(jī)構(gòu)要求的輸出力可以看作動(dòng)觸頭位移s的函數(shù)：F＝F(s)。則：

F(s)M(θ)=dθds]]>

對(duì)該式進(jìn)行積分，并根據(jù)彈簧做功的特點(diǎn)，可得：