低壓開關操作機構三維可視化仿真技術的研究

低壓開關操作機構三維可視化仿真技術的研究
摘　要ˇ從前處理、計算分析和后處理3個方面ˇ介紹了低壓開關操作機構三維可視化仿真技術ˇ并以典型的操作機構為例ˇ借助自行開發的應用軟件ˇ對機構在不同參數情況下的開斷過程進行了仿真計算ˇ
關鍵詞ˇ開關ˇ操作機構ˇ三維仿真
中國圖書資料分類法分類號ˇ　TM561.1
機構設計軟件的前處理過程
機構計算的結果是一些數據文件ˇ為了使用戶直觀、明了地獲得機構開斷過程的各種
典型的操作機構ˇ1ˇa所示ˇb為機構的簡化圖ˇ圖中機構處于合閘位置ˇ機構由觸頭支架f、下連桿g、上連桿h、跳扣k、鎖扣m、操作手柄l和拉力彈簧e等部分組成ˇ當跳扣k端部被鎖扣m鎖住時ˇC點成為固定點ˇ桿g、桿h、觸頭支架f及機架構成一個4連桿機構ˇ轉動操作手柄lˇ可通過彈簧e改變4連桿機構的運動狀態ˇ一旦短路電流到來ˇ2ˇˇ引起鎖扣m脫扣ˇ在彈簧e的拉力作用下ˇ跳扣k繞O2軸順時針轉動ˇC點成為活動點ˇ此時ˇ由于彈簧力的作用ˇ軸B被緊壓在跳扣上ˇ與跳扣一起運動ˇ動、靜觸頭開始分離ˇ在連桿g和連桿h脫離死區后ˇ連桿和跳扣彼此分離ˇ跳扣k、連桿g、連桿h、觸頭支架f及機架就變成了一個5連桿機構ˇ由于5連桿機構具有2個自由度ˇ觸頭繼續分斷ˇ同手柄無關ˇ
其中　G點為桿件的質心ˇA和B分別為桿件的2個軸ˇAˇˇaxˇayˇ為桿件的質心在平面內運動的加速度矢量ˇ和為桿件繞質心G轉動的角加速度和角速度ˇFAˇˇfAxˇfAyˇ和FBˇˇfBxˇfˇByˇ分別為作用在軸A和軸B上的外力矢量ˇI為桿件以質心為軸所計算出的轉動慣量ˇM為桿件的質量ˇ
假定絞鏈2個桿件的軸的質量為0ˇ并忽略軸與桿件間的摩擦力ˇ則2個桿件作用在軸上的力ˇ平衡ˇ2個桿件同軸ˇ互作用的點上的加速度(及速度)也彼此ˇ同ˇb中的軸Aˇ桿f和gˇ及軸Cˇ桿h和桿kˇ均符合上述的定律ˇ圖中的軸Bˇ桿g和桿j或桿g和桿h)也滿足加速度ˇ等條件ˇ但軸B不僅受到來自2個桿件的作用力ˇ也受到彈簧e對它產生的拉力ˇ式(2)給出了軸B滿足的方程(以桿g和桿jˇ互作用為例)ˇ
對于在平面內做自由運動的剛體上的任一點Pˇ有式(3)
其中　為運動桿件同x軸的夾角ˇ
給定機構各個桿件在觸頭分斷初期的初始值ˇ對4個桿件( 初為3個)和5個轉軸( 初為4個)的受力以及運動狀態進行分析ˇ根據以上敘述的運動定律及約束條件ˇ可以獲得一系列方程ˇ聯立求解這些方程ˇ就可以確定操作機構在各個時刻的運動狀態的數據ˇ
4　結　論
(1)通過引入三維可視化技術ˇ可以方便地以交互式圖形方式輸入原始數據ˇ使輸入工作直觀而且快速ˇ大幅度減輕了輸入工作量ˇ由于用戶可以隨意、隨時地改變機構部件的外形及參數ˇ同時觀察到因參數改變而引起的機構外形和開斷過程的變化ˇ因此ˇ提高了機構設計人員的設計效率ˇ保證了所設計的機構運行的可靠性ˇ
(2)文章中介紹的對機構的開斷過程進行動態計算和分析的方法ˇ符合斷路器機構的實際開斷情況ˇ用這種方法可以獲得機構在每個時刻的運動狀態ˇ從而為機構設計軟件的后處理機構開斷過程的三維仿真提供ˇ實的數據ˇ使機構的三維模擬成為可能ˇ
(3)軟件提供的三維仿真和動畫的功能ˇ使設計者可以更加清楚、直觀地看到操作機構的分斷過程ˇ減少設計失誤ˇ降低對低壓電器操作機構進行設計的成本ˇ
作者簡介ˇ張　晉ˇ女ˇ1973年11月生ˇ電氣工程學院電機電器及其控制系ˇ博士生ˇ作者單位ˇ西安交通大學ˇ710049ˇ西安基金ˇ目ˇ國家教育部博士點科研基金資助ˇ目(98069815)ˇ西安交通大學博士論文基金資助ˇ目(DFXJU1997-15)ˇ