特高壓斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析

孟凡剛，巫世晶，張?jiān)隼冢瑥埛玻w文強(qiáng)

（1. 武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢，430072 2. 平高集團(tuán)，河南 平頂山，467000）

特高壓斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析

孟凡剛1，巫世晶1，張?jiān)隼?，張凡1，趙文強(qiáng)2

（1. 武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢，430072 2. 平高集團(tuán)，河南 平頂山，467000）

引入修正的庫(kù)侖摩擦法則，建立在沖擊載荷作用下含間隙的連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元模型，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。該模型可準(zhǔn)確模擬傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，結(jié)果表明：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在分閘過(guò)程中會(huì)發(fā)生較大的彈性變形，產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)鉸間隙對(duì)彈性機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性具有顯著的影響，間隙越大，接觸力越大，振動(dòng)越劇烈。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；沖擊特性；有限元法；接觸碰撞

特高壓斷路器是高壓輸電系統(tǒng)中關(guān)鍵控制設(shè)備。與中高壓斷路器相比，其開(kāi)斷電流更大、分合閘響應(yīng)更快、分合閘過(guò)程的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性極為復(fù)雜。已有研究表明：出現(xiàn)的特高壓斷路器故障中，機(jī)械故障的比例遠(yuǎn)高于電氣故障［1］，主要是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不穩(wěn)定造成的。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)斷路器進(jìn)行了大量的研究［2-7］，主要集中在斷路器開(kāi)斷電流、電弧特性及液壓系統(tǒng)、彈簧系統(tǒng)的仿真研究，但較少關(guān)注特高壓斷路器及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性研究。本文作者以 1 100 kV特高壓斷路器為研究對(duì)象，該型斷路器在液壓機(jī)構(gòu)和滅弧室之間存在一個(gè)多連桿組合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，具有高速、重載、多間隙等特點(diǎn)，其傳動(dòng)性能的優(yōu)劣直接決定著特高壓斷路器運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。在研究高速?zèng)_擊碰撞有限元理論建模方法的基礎(chǔ)上，通過(guò) Abaqus建立含間隙的特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元模型，基于動(dòng)態(tài)顯示積分，并用修正的庫(kù)侖摩擦模型，通過(guò)罰函數(shù)界面約束對(duì)銷(xiāo)軸與軸套的接觸問(wèn)題數(shù)值求解，提高了有限元求解的穩(wěn)定性，仿真計(jì)算結(jié)果與物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，驗(yàn)證了有限元模型的可行性及準(zhǔn)確性，并分析了構(gòu)件彈性和間隙對(duì)連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性影響。

1 特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是特高壓斷路器最為重要的組成部分之一，運(yùn)動(dòng)時(shí)間極短，瞬時(shí)速度極快，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 特高壓斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Connecting rod drive mechanism of ultra-high voltage circuit breaker

特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿接頭1直接與液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的液壓缸直接相連，作為沖擊載荷的輸入點(diǎn)，通過(guò)中間連桿構(gòu)件傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)觸頭9與靜觸頭10的分合。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件通過(guò)銷(xiāo)軸與軸套鉸接，在工程實(shí)際中，由于安裝、制造誤差及工作過(guò)程中摩擦磨損［8-10］，旋轉(zhuǎn)鉸間隙是不可避免的，并且機(jī)構(gòu)中存在很多細(xì)長(zhǎng)桿件，在沖擊載荷作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，因此鉸接處的間隙與構(gòu)件的彈性變形會(huì)較大影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度與平穩(wěn)性。

2 有限元接觸建模方法

2.1 顯示有限元法

特高壓斷路器在分、合閘過(guò)程中，鉸接處銷(xiāo)軸與軸套在極短的時(shí)間內(nèi)（通常幾十毫秒）發(fā)生劇烈的動(dòng)態(tài)載荷碰撞，產(chǎn)生復(fù)雜的非線(xiàn)性響應(yīng)動(dòng)態(tài)過(guò)程。銷(xiāo)軸與軸套之間的碰撞屬于含有未知邊界條件的偏微分方程求解問(wèn)題，對(duì)于此類(lèi)高速動(dòng)力學(xué)、復(fù)雜的接觸等問(wèn)題應(yīng)用最廣泛的是動(dòng)力學(xué)顯式有限元方法，顯式積分十分強(qiáng)健，比隱式算法會(huì)節(jié)省大量的計(jì)算成本，在模擬接觸和其他一些復(fù)雜的不連續(xù)的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)逐步地求解而不需要方程迭代和收斂，它將連續(xù)的求解區(qū)域按照一定的方式進(jìn)行離散，離散的各個(gè)部件通過(guò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，可用于連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多間隙碰撞接觸建模，能夠得到各個(gè)構(gòu)件的變形及動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限單元?jiǎng)澐郑瑢⑴鲎策^(guò)程的時(shí)間域［0，T］進(jìn)行劃分時(shí)間步Δtn（n=1， 2，…， nT），nT為時(shí)間步的個(gè)數(shù)，tn和un分別表示第n時(shí)間步的時(shí)間和位移。定義時(shí)間增量：

假設(shè)當(dāng)前的時(shí)步為第n步，則可建立如下的動(dòng)力學(xué)方程：

式中：M為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣；C為結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣；K為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣；Fex為外作用力矢量；u，u˙和u˙˙分別為時(shí)步n時(shí)的加速度、速度和位移。

u˙采用速度中心差分法可得

加速度的積分公式為：

聯(lián)立式（5）～（7）可得

碰撞過(guò)程的時(shí)間積分式為

式中：Fin為內(nèi)作用力矢量。

聯(lián)立式（8）和（9）可得

碰撞過(guò)程的邊界條件為

根據(jù)已知條件 un，依次計(jì)算應(yīng)變-位移方程、本構(gòu)方程、節(jié)點(diǎn)力方程，采用集中質(zhì)量方法可以將M對(duì)角化，這樣方程（1）變成了互不相關(guān)的方程，免去了求解的聯(lián)立方程的繁雜過(guò)程，使計(jì)算簡(jiǎn)單，確定節(jié)點(diǎn)力方程（10），可以得到 un+0.5，然后計(jì)算位移 un+1。依此類(lèi)推，可以求得整個(gè)碰撞過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。

2.2 接觸算法

基于有限元方法求解接觸問(wèn)題主要有拉格朗日乘子法和罰函數(shù)法，連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作運(yùn)動(dòng)過(guò)程中時(shí)間短，速度高，鉸接處銷(xiāo)軸與軸套受沖擊載荷高速碰撞，其接觸是極復(fù)雜的非線(xiàn)性問(wèn)題。在高速碰撞中，拉格朗日乘子法常常造成不穩(wěn)定的結(jié)果［11］。罰函數(shù)是一種施加接觸約束數(shù)值的方法，在不增加系統(tǒng)自由度的情況下增加了系統(tǒng)矩陣帶寬，使數(shù)值求解更加方便，但罰函數(shù)因子選取不當(dāng)會(huì)使數(shù)值模擬的穩(wěn)定性下降，通過(guò)文獻(xiàn)［12］選取適當(dāng)?shù)牧P函數(shù)因子。

碰撞接觸面的法向力表達(dá)式為

式中：P為罰函數(shù)因子；gk為碰撞接觸過(guò)程中從面第K個(gè)節(jié)點(diǎn)與主面的間隙值。

式中：rmax為兩碰撞構(gòu)件的最大半徑值；Emin為碰撞接觸面2種材料彈性模量的最小值；f為修正系數(shù)。

2.3 修正庫(kù)侖摩擦模型

有限元仿真通常采用經(jīng)典的庫(kù)侖摩擦模型進(jìn)行來(lái)計(jì)算接觸面之間的摩擦力，但是經(jīng)典的庫(kù)侖摩擦模型的純黏附狀態(tài)的假設(shè)與實(shí)際不大相符，并且沒(méi)有考慮鉸接處軸套與銷(xiāo)軸之間的相對(duì)滑動(dòng)速度，為提高有限元計(jì)算的穩(wěn)定性，采用修正庫(kù)侖摩擦模型，即式中：?t為切向摩擦力；Fn為法向接觸力；vr為銷(xiāo)軸與軸套接觸點(diǎn)的相對(duì)滑動(dòng)速度；vd為銷(xiāo)軸與軸套接觸點(diǎn)的臨界相對(duì)速度；μ為摩擦因數(shù)（常數(shù)）。Abaqus/ Explicit中默認(rèn)的是經(jīng)典的庫(kù)侖摩擦模型，因此本文通過(guò)用戶(hù)子程序接口（User Subroutine VFRIC）定義修正的庫(kù)侖摩擦模型。用Visual Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)所需的程序?qū)崿F(xiàn)與Abaqus/Explicit的數(shù)據(jù)交換。

3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元建模

建立有限元仿真模型是仿真分析的前提。本文首先利用CAD三維軟件Solidworks對(duì)特高壓斷路器連桿機(jī)構(gòu)建立精確的實(shí)體模型，然后導(dǎo)入Hypermesh軟件進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，將劃分好的網(wǎng)格模型導(dǎo)出 inp格式，導(dǎo)入 Abaqus軟件進(jìn)行材料及邊界條件、載荷設(shè)置。考慮鉸接處的接觸碰撞，調(diào)用動(dòng)態(tài)顯式求解器Abaqus/Explicit模塊，采用修正的庫(kù)侖摩擦模型，并用罰函數(shù)方法進(jìn)行接觸的界面約束，計(jì)算完成后在Visualization模塊查看結(jié)果，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工況復(fù)雜，最后通過(guò)Python語(yǔ)言代碼提取計(jì)算結(jié)果。具體有限元流程如圖2所示。

3.1 網(wǎng)格劃分

將連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體裝配模型導(dǎo)入Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在有限元建模中，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多處的曲面和倒角，單元網(wǎng)格劃分占整個(gè)有限元分析一半以上的工作量。單元?jiǎng)澐值臄?shù)量與尺寸決定了計(jì)算的時(shí)間與結(jié)果的準(zhǔn)確度，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，盡可能采用六面體單元對(duì)構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元尺寸控制在2～4 mm；單元網(wǎng)格劃分如圖3所示。針對(duì)有限元沖擊接觸問(wèn)題，選用C3D8I單元，即八節(jié)點(diǎn)六面體線(xiàn)形非協(xié)調(diào)模式單元，其克服了剪切自鎖問(wèn)題，可得到精確的位移和應(yīng)力結(jié)果，且計(jì)算成本較低。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元網(wǎng)格參數(shù)表1所示，網(wǎng)格單元總數(shù)2 710 150，其中六面體單元占總數(shù)的95%。

3.2 材料參數(shù)設(shè)置及約束條件

特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的材料參數(shù)如表2所示。

根據(jù)實(shí)際的工況對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行載荷加載及邊界條件設(shè)置：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的接頭作為沖擊載荷的輸入，將兩邊的動(dòng)觸頭耦合并加載負(fù)載力，鉸接處軸套與連接構(gòu)件采用過(guò)盈配合，軸套與銷(xiāo)軸為間隙配合，構(gòu)件與軸套、軸套與銷(xiāo)軸建立接觸。根據(jù)公差等級(jí)IT11，通過(guò)軸的半徑30～50 mm，取間隙為0.016 mm。有限元模型建立 3個(gè)分析步：第 1步模擬合閘過(guò)程（時(shí)間為88 ms）；為避免慣性影響分閘過(guò)程第2步限制機(jī)構(gòu)所有的自由度為0（時(shí)間為1 ms）；第3步模擬分閘過(guò)程（時(shí)間40 ms）。

圖2 有限元流程Fig.2 Finite element process

圖3 網(wǎng)格劃分單元示意圖Fig.3 Sketch map of cell mesh

表1 特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)網(wǎng)格參數(shù)Table 1 Grid parameters of connecting rod drive mechanism of ultra-high voltage circuit breaker

表2 連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)材料參數(shù)Table 2 Material parameters of components of connecting rod drive mechanism

3 試驗(yàn)測(cè)試

本試驗(yàn)主要測(cè)量特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端動(dòng)觸頭位移參數(shù)，通過(guò)位移傳感器完成數(shù)模信號(hào)的轉(zhuǎn)換，再由A/D變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后完成信號(hào)的采集與分析。儀器參數(shù)如表3所示，表中磁柵式位移傳感器可減小機(jī)械振動(dòng)對(duì)測(cè)試的干擾，ROS光速傳感器可避免測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生額外的負(fù)載，ACTAS分析儀實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)處理分析。本試驗(yàn)系統(tǒng)能準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)觸頭在分合閘過(guò)程中的位移特性測(cè)量。

表3 主要儀器參數(shù)Table 3 Parameters of equipment

4 仿真計(jì)算及其結(jié)果分析

4.1 能量平衡驗(yàn)證

顯示時(shí)間積分計(jì)算非常強(qiáng)健，很少會(huì)因?yàn)閿?shù)值運(yùn)算求解失敗而終止，但缺少時(shí)間穩(wěn)定性。針對(duì)非線(xiàn)性的沖擊接觸問(wèn)題，不穩(wěn)定性不易識(shí)別，但是可通過(guò)能量平衡來(lái)有效地識(shí)別［13］。

針對(duì)本文研究對(duì)象，構(gòu)件材料是完全彈性的，因此，比較偽應(yīng)變能與彈性應(yīng)變能是驗(yàn)證模型能量平衡的最有效途徑。圖4所示為有限元仿真過(guò)程中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)偽應(yīng)變能與彈性應(yīng)變能的變化情況。偽應(yīng)變能與彈性應(yīng)變能的比值在整個(gè)過(guò)程中最高峰值為4.6%，小于5%，即沙漏現(xiàn)象沒(méi)有惡化，從能量方面可驗(yàn)證本文模型是可靠的。

4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)情況

圖4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能量曲線(xiàn)Fig.4 Energy curve of drive mechanism

圖5 動(dòng)觸頭位移仿真結(jié)果Fig.5 Simulation result of displacement of moving contact

通過(guò)有限元仿真得到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)觸頭分、合位移曲線(xiàn)如圖5所示，合閘時(shí)間為 88 ms，分閘時(shí)間為40 ms，所得的仿真結(jié)果與上述試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果高度吻合，其中位移最大偏離誤差在 5%以?xún)?nèi)，驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。

圖6所示為整個(gè)有限元仿真過(guò)程（129 ms）中的動(dòng)觸頭端部節(jié)點(diǎn)豎直振動(dòng)位移曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)呈現(xiàn)高頻振蕩性，這是因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)分、合閘受到?jīng)_擊載荷作用，時(shí)間極短，瞬時(shí)速率極高，必然會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生沖擊彈性變形，并且各個(gè)構(gòu)件的鉸接處銷(xiāo)軸與軸套之間存在間隙，傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的接觸沖擊碰撞，必然會(huì)造成輸出端動(dòng)觸頭產(chǎn)生較大的振動(dòng)，影響連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程要求，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性下降。圖中分閘過(guò)程的振動(dòng)幅值遠(yuǎn)大于合閘過(guò)程的振動(dòng)幅值，即在分閘過(guò)程（89 ms以后）中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端動(dòng)觸頭桿產(chǎn)生更加劇烈的振動(dòng)，最大的峰值0.369 mm，這是由于分閘過(guò)程（40 ms）相對(duì)合閘時(shí)間（88 ms）更短，瞬時(shí)速率更高，因此動(dòng)觸頭桿會(huì)產(chǎn)生更大的沖擊、發(fā)生更大的彈性變形。

4.3 Python語(yǔ)言應(yīng)用

圖6 動(dòng)觸頭端部豎直振動(dòng)位移曲線(xiàn)Fig.6 Vertical displacement curve of moving contact

特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元分析作業(yè)完成后，在Abaqus/Visualization后處理模塊中只能夠顯示某一幀的應(yīng)力結(jié)果。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到?jīng)_擊載荷作用，運(yùn)行時(shí)間極短（合閘時(shí)間88 ms，分閘時(shí)間40 ms），工況復(fù)雜，很難判斷哪一幀為整個(gè)分、合閘過(guò)程中的最大應(yīng)力。為得到整個(gè)有限元分析過(guò)程中的應(yīng)力最大值及位置，可通過(guò)Python程序代碼，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，直接提取ODB文件［14］的數(shù)據(jù)結(jié)果。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力最大值的有限元云圖如圖7所示，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在分閘過(guò)程第89 439幀（110 ms）、主拐臂與連板連接的鉸接處的銷(xiāo)軸上，為572.6 MPa，這是因?yàn)樵诜珠l過(guò)程中銷(xiāo)軸與軸套發(fā)生高速碰撞所致。根據(jù)第四強(qiáng)度理論［15-16］，圖中銷(xiāo)軸處的最大應(yīng)力小于材料的容許應(yīng)力，機(jī)構(gòu)不會(huì)造成強(qiáng)度破壞。

4.4 旋轉(zhuǎn)鉸間隙對(duì)機(jī)構(gòu)的影響

鉸接處銷(xiāo)與軸套存在間隙，受沖擊載荷作用，產(chǎn)生較大的接觸碰撞力如圖8（a）所示，碰撞力呈現(xiàn)高頻振蕩的特點(diǎn)。相對(duì)于合閘過(guò)程，分閘過(guò)程的時(shí)間更短，瞬時(shí)速率更快，沖擊更強(qiáng)，因此，圖中分閘過(guò)程的接觸力明顯大于合閘過(guò)程的接觸力。在實(shí)際工況中，運(yùn)動(dòng)副間隙的存在會(huì)產(chǎn)生磨損，尤其在高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，沖擊碰撞力會(huì)加劇鉸接處的磨損，圖8（b）和（c）所示為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鉸接處銷(xiāo)軸與軸套之間的磨損，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的特高壓斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，磨損的存在會(huì)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和嚴(yán)重的噪音，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性降低及故障隱患。

以分閘過(guò)程為例，對(duì)主拐臂與連板連接的鉸接處進(jìn)行多工況間隙有限元仿真，可得不同間隙的工況下動(dòng)觸頭端部豎直振動(dòng)位移與碰撞接觸力如表4所示。由表4可知：間隙越大，沖擊越嚴(yán)重，碰撞接觸力峰值及均方根（有效值）越大，動(dòng)觸頭端部豎直方向振動(dòng)位移幅值越大，機(jī)構(gòu)振動(dòng)越劇烈。

圖7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有限元應(yīng)力云圖Fig.7 Cloud diagram of Von Mises stress of transmission mechanism

圖8 鉸接處數(shù)據(jù)結(jié)果Fig.8 Data results in hinge

表4 不同間隙的仿真參數(shù)Table 4 Results of different clearance in hinge

在實(shí)際工況中，由于制造和裝配過(guò)程中不可避免會(huì)使鉸接處存在間隙，間隙產(chǎn)生的沖擊碰撞力會(huì)加劇磨損，且碰撞磨損會(huì)導(dǎo)致間隙逐漸增大，引起碰撞力過(guò)大，從而造成機(jī)構(gòu)零部件鍛煉失效；而動(dòng)觸頭端部劇烈振動(dòng)會(huì)影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度，造成機(jī)構(gòu)動(dòng)、靜觸頭分合不穩(wěn)定，產(chǎn)生過(guò)大電弧，燒毀斷路器，發(fā)生嚴(yán)重電網(wǎng)事故。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)提高各構(gòu)件的制造、裝配精度，適當(dāng)減小間隙，從而提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度、可靠性。

5 結(jié)論

1） 在特高壓斷路器連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜工況中，基于Python語(yǔ)言的Abaqus后處理技術(shù)可高效、準(zhǔn)確地提取最大應(yīng)力。

2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)觸頭桿端部豎直振動(dòng)的時(shí)間-位移曲線(xiàn)具有高頻波動(dòng)性，是由于構(gòu)件的彈性變形和構(gòu)件鉸接處的間隙產(chǎn)生的影響。

3） 分閘過(guò)程中機(jī)構(gòu)振動(dòng)更加強(qiáng)烈，鉸接處銷(xiāo)軸與軸套的接觸力遠(yuǎn)大于合閘過(guò)程的接觸力，主要是由于分閘過(guò)程的時(shí)間更短，速度更快，產(chǎn)生更大的沖擊，構(gòu)件產(chǎn)生更大的彈性變形，鉸接處產(chǎn)生更大的碰撞力。

4） 高速機(jī)構(gòu)中，鉸接處的間隙越大，碰撞越劇烈，產(chǎn)生的碰撞力越大，振動(dòng)也越強(qiáng)烈。在工程實(shí)際中，應(yīng)提高制造、裝配精度來(lái)提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度、可靠性。

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（編輯 陳愛(ài)華）

Dynamic characteristic analysis of transmission mechanism of ultra-high voltage circuit breaker

MENG Fangang1， WU Shijing1， ZHANG Zenglei1， ZHANG Fan1， ZHAO Wenqiang2

（1. School of Power and Mechanical Engineering， Wuhan University， Wuhan 430072， China；2. Pinggao Group， Pingdingshan 467000， China）

The finite element model of the transmission mechanism with clearance considering the contact and collision under the impact loads was established by using the Coulomb’s friction， and simulation results are in good agreement with experiment results， which can accurately simulate the dynamic characteristics of the transmission mechanism. The result indicates that large elastic deformation and intense vibration under the impact loads at hinges take place. The clearance between journal and bearing has an impact on the dynamic characteristics of the elastic transmission mechanism， it is indicated that the higher size of clearance， the higher contact force and more strong vibration.

transmission mechanism； impact feature； finite element analysis； contact and collision

TH113；TH112

A

1672-7207（2016）05-1519-08

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.05.010

2015-08-24；

2015-10-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51375350）；湖北省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目（2011132094）；國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（208239881）（Project（51375350） supported by the National Natural Science Foundation of China； Project（2011132094） supported by Technology Hall of Hubei；Project（208239881） supported by State Grid Corporation）

巫世晶，教授，博士生導(dǎo)師，從事機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和彈性接觸力學(xué)問(wèn)題研究；E-mail： wsj@whu.edu.cn