针对万能式断路器(ACB)在短耐时出现的触头超程减小的问题,综合分析了影响超程的主要因素。以某型ACB为例,理论推导了短耐时的触头反力,基于此进行轴系部件的受力分析,运用有限元法分析了结构的应力分布和变形情况,找出了轴系部件中变形最大的构件,并进行结构改进。结果表明,该方法有效降低了轴系变形对超程的影响,为相关设计研究提供了参考依据。 ·仿真技术与应用·电器与能效管理技术(2017No．21)品短耐可靠性。1零件变形对超程影响的核算1．1触头电动力的计算ACB触头机构在短耐时的可靠吸合需要弹簧克服触头电动力来维持。电动力由回路电动力(洛仑兹力)和霍尔姆力(Holm力)组成［2］。万能式断路器结构-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港电动滚圆机弯管机前者的计算尚无法采用解析法简单表达，故需借助有限元法进行求解，模型如图1所示。图1触头电动力计算原理图首先求解各有限单元体Vi内产生的洛仑兹力Fi，进而使助力臂r计算该有限单元体相对于动触头片转动中心的力矩Mi，对该转矩进行积分，计算动触头相对于转动中心的转矩M，借助力臂L计算回路电动力FL。M=∫r(JB)dv=∑Mi=∑rJiBiVi(1)FL=M/L(2)式中:r———单元体洛仑兹力矩半径;J———电流密度;B———磁通密度;Mi———单元体转矩;M———动触头和动导电杆受到的相对于转轴的斥力转矩;Vi———单元体积;FL———回路电动力。动触头所受Holm力［2］:Fh=μ04πi2lnＲ()r'r'=Fk槡πξ{H(3)式中:μ0———真空中的磁导率;Ｒ———触头半径;r'———触头接触头的半径;ξ———触头接触系数;H———触头材料的布氏硬度;Fk———实际触头预压力触头所受到的总反转斥力F为以上两者的矢量和:F=FL+Fh(4)电动斥力通过触头连杆机构传递至主轴悬臂及操作机构，使各零件发生变形。该变形量对超程产生不同程度的影响。1．2机构动力学仿真为进一步计算各零件的变形，首先计算各零部件在运动过程中的受力情况。本文运用ADAMS软件对某ACB机构进行动力学仿真，

转载 其CAD模型如图2(a)所示。运用Parasolid几何实体内核，将CAD模型导入ADAMS中，添加运动约束，按上述电动力计算结截取部分模型，并在主轴截面上添加相应的约束。基于上述分析，确定仿真模型的材料参数［3］、约束类型、接触类型和载荷分布情况。悬臂与抱箍的有限元模型如图3所示。根据零件材料牌号，设置对应的弹性模量、泊松比。抱箍上的螺栓孔采用SylindricalSupport约束，并设置为切向Free，主轴远离抱箍的一侧截面施加FixedSupport约束。悬臂与主轴之间设置Bonded接触，主轴与抱箍之间设置Frictionless接触。主轴悬臂上添加BearingLoad载荷，并根据动力学仿真结果设置该载荷矢量。图3模型前处理有限元分析结果如图4所示。由图4可知，抱箍靠近主轴的螺栓孔周围的应力集中最严重，最大应力为291．47MPa，已超过材料的屈服强度250MPa。抱箍受到主轴的支撑反力作用发生变形，顶部的变形情况最恶劣，最大变形量为0．5332mm，该变形量会导致超程减小0．492mm。图4原始方案2．2改进模型的分析基于现有抱箍的应力分布及变形情况，为减小轴系变形对超程的影响，提高短耐可靠性，提出了改进方案。在载荷、约束及接触方式不变的情况下进行对比分析，其模型结构及仿真结果如图5所示。图5改进方案模型及仿真结果可知，改进方案的应力分布和变形情况较原始方案优势较为显著，如表1所示。表1应力和形变方案编号最大应力/MPa应力降幅/%最大变形/mm变形降幅/%原始方案291．47—0．53320—改进方案185．5636．340．1205277．40改进后方案的抱箍应力185．56MPa，明显减小，较原方案降低36．34%。此时轴系最大应力出现在主轴悬臂上，最大应力值为276．11MPa，远小于材料的屈服强度477MPa。形变方面，原始方案中抱箍形变量较大，对超程的影响严重。改进后方案变形的主要方向仍为减小超程，但其形变量为万能式断路器结构-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港电动滚圆机弯管机本文由弯管机网站采集转载中国知网网络资源整理! http://www.wanguanjixie.name 转载