学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

直立式机车真空断路器驱动机构的优化研究

作　者: 沈铁敏
导　师: 倪正顺
学　校: 湖南工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 电力机车真空断路器操动机构
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 10次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

真空断路器是电力机车上的一种电气开关，其作用是实现电力机车或动车组与接触网之间的电气连通和断开。当机车或动车组发生各种严重故障时，真空断路器能够自动切断电源，可以说真空断路器在电力机车中充当保护电器的作用。所以它的性能关系着电力机车的安全和稳定。我国在过去几十年的时间里生产的电力机车大多采用TDZ1型空气断路器，直到2002年我国从瑞士赛雪龙公司引进BVAC型真空断路器技术，由于BVAC型真空断路器技术成熟可靠，真空断路器才被广泛应用。但BVAC型真空断路器也存在不足，体积较大，这给安装、维修不便。一些国内制造商对BVAC型真空断路器进行优化，设计出了体积较小的直立式真空断路器，HDV10真空断路器就是其中的一款。它的体积比BVAC型真空断路器小得多，这主要得益于采用了直立式弹簧驱动机构，这种驱动机构具有体积小、结构简单等优点。在理论计算上，HDV10真空断路器的各项参数数据都优于BVAC型真空断路器。但在试验运行中发现HDV10真空断路器合闸弹跳过大，并且存在动静触头接触后操纵机构反弹的现象。经分析发现，这是合闸气压的控制不当造成的。但在改进气压控制结构后，又出现分闸速度过小的现象，这就要求增加保持力。而现结构是无法增加保持力的。为解决这一问题，本论文对HDV10真空断路器的驱动机构进行了重新设计，采用曲柄滑块式弹簧驱动机构。采用曲柄滑块式弹簧驱动机构的新型HDV10真空断路器的各项参数数据在理论计算上都达到了要求，在实验运行过程中合闸、分闸等各项数据也都符合要求，但驱动机构的连接板的机械寿命却过短，连接板在运行了12万次时就会出现断裂的现象，这严重影响到真空断路器的使用寿命。本文使用ANSYS软件对连接板进行受力分析，发现连接板的应力过于集中在圆弧角处，针对这种情况，我们提出增加连接板厚度和圆弧角并改善应力分布的三种优化方案。优化后的连接板在试验验证中使用寿命达到了25万次以上，这符合设计要求。本文主要工作是对国产HDV10真空断路器进行优化设计研究，在研究中广泛应用虚拟样机技术，通过ANSYS软件，建立了HDV10真空断路器的三维模型，对其进行有限元分析、动力学仿真分析和优化设计等过程，研究HDV10真空断路器的机械运动、受力以及内部机械零部件参数，并对HDV10真空断路器整体性能的影响机理进行优化，明确相关参数的设计方法及参数的最优组合方案，并进行相关仿真分析，为物理样机的制造提供设计依据。本论文提升HDV10真空断路器驱动机构的机械性能，也为其他真空断路器产品的优化研究提出了展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 机车真空断路器发展现状与趋势  10-11
  1.3 目前机车真空断路器存在的问题  11-15
    1.3.1 触头开距对真空灭弧室开断能力的影响  12
    1.3.2 触头熔焊及破损  12
    1.3.3 真空断路器机构动作的可靠性  12-13
    1.3.4 真空灭弧室机械强度问题  13
    1.3.5 本文研究的主要内容  13-15
第二章 HDV10 真空断路器驱动机构工作原理  15-21
  2.1 HDV10 真空断路器整体结构  15-16
  2.2 HDV10 真空断路器内部电控机械驱动结构  16-17
  2.3 HDV10 真空断路器工作原理  17-18
  2.4 HDV10 真空弹簧操动机构工作过程  18-20
    2.4.1 HDV10 真空弹簧操动机构合闸工作过程  18-20
    2.4.2 HDV10 真空弹簧操动机构分闸操作（断路器处在闭合状态）  20
  2.5 总结  20-21
第三章真空断路器驱动机构应力及动力学分析  21-39
  3.1 参数的理论计算  21-34
    3.1.1 真空开关在工作状态下驱动机构所给的动触头保持力的分析  21-23
    3.1.2 肘节机构弹簧的设计  23-24
    3.1.3 分闸过程分析  24-30
    3.1.4 合闸过程分析  30-32
    3.1.5 静触头固定装置受力强度分析  32-34
  3.2 虚拟样机技术  34-37
    3.2.1 虚拟样机技术的简介  34-35
    3.2.2 应用软件对驱动机构的有限元建模及动力学分析  35-37
  3.3 结论  37-39
    3.3.1 理论计算和虚拟样机分析所得结果  37-38
    3.3.2 分析结果理论计算和虚拟样机所得的结果  38-39
第四章真空断路器操动机构的优化方案  39-67
  4.1 分析 HDV10 真空断路器运行过程出现的问题原因及解决办法  40-44
    4.1.1 合闸弹跳时间过长（问题一）  40-42
    4.1.2 分闸速度过小（问题二）  42-43
    4.1.3 分闸时间过短（问题三）  43
    4.1.4 无法确认真空开关管安装是满足同轴度及平行度的要求（问题四）  43-44
    4.1.5 难以准确测量超程和触头运动波形  44
  4.2 HDV10 真空断路器的优化设计思路  44-46
  4.3 HDV10 真空断路器操纵机构的优化设计  46-58
    4.3.1 驱动方案设计  46-47
    4.3.2 参数的设定  47-48
    4.3.3 最小保持力计算  48-50
    4.3.4 分闸过程分析  50-57
    4.3.5 系统的动力学仿真与分析  57-58
    4.3.6 结论  58
  4.4 连接板的结构优化方案及验证  58-66
    4.4.1 连接板存在的问题  58-59
    4.4.2 故障分析  59-60
    4.4.3 分合闸过程中连接板的受力情况分析计算  60-65
    4.4.4 优化方案  65
    4.4.5 模型模型仿真分析与对比  65-66
    4.4.6 结论  66
  4.5 小结  66-67
第五章优化后新型 HDV10 真空断路器驱动机构运行试验验证  67-71
  5.1 实验目的  67
  5.2 试验验证方案  67-69
    5.2.1 试验项目  67
    5.2.2 试验方法及主要设备要求  67-69
  5.3 实验结果  69-71
    5.3.1 真空断路器分合闸曲线  69-70
    5.3.2 优化结论  70-71
第六章论文总结与展望  71-73
  6.1 创新点  71
  6.2 优点和不足  71-72
  6.3 展望  72-73
参考文献  73-75
技术参数  75
攻读硕士学位期间主要成果  75-76
致谢  76

直立式机车真空断路器驱动机构的优化研究

内容摘要

全文目录

相似论文