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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2023年第2期14卷 226-232页

作者：李哲王发展黄克鹏李汶轩西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055

在综合考虑非线性绝缘拉杆力和触头碰撞接触力的基础上,建立了ZN63A-12真空断路器触头系统在合闸过程中的振动数学模型,利用MATLAB对其求解得到了触头的碰撞接触弹跳规律与影响参数,并引入遗传算法对断路器触头系统进行优化。结果表明:... 详细信息

在综合考虑非线性绝缘拉杆力和触头碰撞接触力的基础上,建立了ZN63A-12真空断路器触头系统在合闸过程中的振动数学模型,利用MATLAB对其求解得到了触头的碰撞接触弹跳规律与影响参数,并引入遗传算法对断路器触头系统进行优化。结果表明:触头合闸过程有两次明显的弹跳,并得出了弹跳规律,幅度与周期由触头质量、系统阻尼与弹簧刚度所决定。算法优化后,合闸所需时间与弹跳总时间分别缩短为37.90 ms和0.901 ms,最大振幅减小到0.061 mm,触头弹跳时间和最大振幅分别降低了61.4%和82.8%。同时,使用断路器动特性测试仪进行实验,将计算结果与测量结果进行对比,两者高度一致,验证了振动数学模型及理论计算的准确性。

关键词：断路器触头弹跳振动数学模型弹跳规律算法优化

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动态断裂试验中试样弹跳规律及对K因子影响

动态断裂试验中试样弹跳规律及对K因子影响

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作者：杨阳哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

动态断裂试验中,断裂韧度的计算,目前仍借用静态断裂实验的断裂韧度计算公式确定断裂韧度值。但须知,在静态断裂试验中,试样的响应与加载速率同步,试样始终与支座保持接触,处于三点受力状态。而在动态断裂试验中,试样可能弹离支座,造成... 详细信息

动态断裂试验中,断裂韧度的计算,目前仍借用静态断裂实验的断裂韧度计算公式确定断裂韧度值。但须知,在静态断裂试验中,试样的响应与加载速率同步,试样始终与支座保持接触,处于三点受力状态。而在动态断裂试验中,试样可能弹离支座,造成试样与支座接触的脱离,导致非三点受力的应力状态,从而导致与静态断裂力学公式的偏离。然而,目前研究者们对试样与支座脱离的现象与规律,尚没有一致的认识,断裂韧度的计算方法亦尚不统一。本文对这些问题进行了比较系统的研究,得到了有实际意义的研究结果。采用Hopkinson动态断裂装置对标准Charpy试样进行冲击试验,结果表明,确实存在试样与支座的脱离现象,并认为该现象本质上决定于测试系统的刚度,对于一定试验条件下的测试,则决定于试样尺寸和跨距。对不同尺寸试样进行冲击试验,结果表明,试样弹离支座的时间与试样尺寸及跨距有关。在宽度一定的条件下,跨距S与试样长度L之比(S/L)值越小,脱离时间越短,当S/L小于某一特征值时,试样与支座不再脱离。实际上这一特征值就是试样与支座不发生脱离的临界条件。当宽度变化时,S/L随之变化。文中建立了各种试样尺寸与跨距条件下试样不发生脱离的临界条件,为动态断裂韧度测试提供了科学的依据,研究认为,在试样始终与支座接触或起裂发生在试样与支座再次接触的条件下,动态断裂韧度可采用传统的静态断裂力学公式确定,而当试样起裂发生在试样脱离支座的过程中时则必须按照单点弯曲条件下的应力强度因子表达式求解。通过有限元软件Ansys,建立了三维模型,模型中同时包括子弹、加载杆、试样、支座,更真实的模拟动态三点弯曲试验,计算了裂尖处的J积分,并且证明了路径无关性。

关键词：动态三点弯曲试验脱离现象弹跳规律有限元模拟 J积分

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断路器触头系统非线性振动特性研究及参数优化

断路器触头系统非线性振动特性研究及参数优化

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作者：李哲西安建筑科技大学

学位级别：硕士

真空断路器具有开断电流的功能,是电器系统中很重要的开关器件,在电网中主要作用是保护设备和线路。断路器动触头和静触头在碰撞后弹开,发生弹跳现象,使得断路器在工作时出现超过工作电压的异常电压升高现象而产生大电流电弧,从而引起... 详细信息

真空断路器具有开断电流的功能,是电器系统中很重要的开关器件,在电网中主要作用是保护设备和线路。断路器动触头和静触头在碰撞后弹开,发生弹跳现象,使得断路器在工作时出现超过工作电压的异常电压升高现象而产生大电流电弧,从而引起高温导致触头被烧损的现象,严重时发生熔焊。因此分析断路器振动机理,研究触头合闸弹跳规律,得到有效减少和抑制触头弹跳的方法,是提高断路器电寿命和可靠性的迫切需求。本文针对真空断路器在合闸过程中产生的振动弹跳问题,通过建立真空断路器触头系统在合闸过程中的振动数学模型,并利用MATLAB对其求解,得到了触头的碰撞接触弹跳规律,并利用遗传算法对断路器触头弹跳的相关参数进行了优化。本文取得的研究结果及创新如下:（1）采用分段思想,分别对触头碰撞之前以及碰撞之后建立了单自由度振动微分方程,同时考虑拉杆力以及动静触头碰撞接触力,对方程求解,得到了影响触头弹跳的因素,揭示了触头弹跳规律。（2）将改进的遗传算法引入触头弹跳过程的优化中,将动触头质量、动触头位移、触头弹簧刚度系数、触头系统等效阻尼作为优化变量,触头弹跳时间与触头合闸时间作为优化目标,优化后合闸时所需时间与弹跳总时间均大幅缩短,触头弹跳时间和最大振幅均降低。（3）使用ADAMS动力学分析软件对操动机构合闸机构进行仿真分析,得到拉杆力曲线,将改进遗传算法应用于拉杆力优化,优化后的拉杆力到达最大值的时间相对于优化前缩短,这使得触头合闸时间在一定程度上减小。（4）对整体合闸过程进行仿真分析,并使用断路器动特性测试仪对断路器触头合闸过程进行实验,触头弹跳总时间和断路器合闸闭合时间的实验数据与理论数据相差均在5%以内。

关键词：真空断路器触头弹跳振动数学模型弹跳规律算法优化

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