真空断路器灭弧室波纹管的疲劳寿命研究

作     者：谢梦辉 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾祥浩;刘震

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

主      题：真空断路器 波纹管 振动信号 疲劳寿命 

摘      要：动车组真空断路器是动车组高压设备的核心部件,起着控制和保护作用。它对动车组的正常和安全运行非常关键,而灭弧室波纹管是决定断路器寿命的关键部件之一。本文在灭弧室波纹管疲劳寿命研究中采用有限元分析对其寿命进行预测。由于标准的激励与灭弧室波纹管在真空断路器实际运行中所受到的激励有很大的区别,所以随机振动激励下灭弧室波纹管的疲劳寿命分析对断路器寿命预测具有重要意义。首先使用小波去噪对振动信号进行去噪处理,并使用Welch法求出功率谱曲线,以此分析信号在各个频率上的能量分布情况。通过对比小波去噪和传统去噪所得到的功率密度曲线,发现小波去噪处理效果更好。通过小波去噪,信号的振动能量分布在各个频率上更加清晰。为后续的随机振动疲劳分析提供振动激励。然后建立灭弧室和波纹管的有限元模型,采用疲劳分析软件对灭弧室波纹管进行疲劳仿真,以得到灭弧室波纹管在随机振动激励下的疲劳寿命。通过分析灭弧室模型和波纹管模型的模态和应力分布,得到灭弧室波纹管应力最大值,确定灭弧室波纹管的易损伤点为波纹管波谷的位置,其次是波峰的位置。最后将随机振动激励导入到模型中,分析断路器开断速度和灭弧室真空度对波纹管疲劳寿命的影响,得到断路器开断速度越大、灭弧室真空度越大,灭弧室波纹管的疲劳寿命越小,当断路器开断速度达到4m/s、灭弧室内部真空度达到0.43e10-5 Pa时,灭弧室波纹管的疲劳寿命为17461次。通过对仿真数据分析,得到随机振动激励对低开断速度、低真空度的灭弧室波纹管影响不显著,而伴随着真空断路器开断速度的增大、灭弧室真空度的增加随机振动激励对灭弧室波纹管的影响逐渐变大,当真空断路器开断速度为4m/s、真空度为0.43e-5 Pa时,随机振动激励对灭弧室波纹管的疲劳寿命影响达到11.21%。