一起550kV快速接地開關操動機構缺陷分析及處理

楊天明 李新剛

河南平高電氣股份有限公司

一起550kV快速接地開關操動機構缺陷分析及處理

楊天明 李新剛

河南平高電氣股份有限公司

本文介紹了一起550kV快速接地開關操動機構由于彈性圓柱銷碎裂導致彈簧操動機構輸出軸無法輸出的缺陷。文中分析了該缺陷的處理過程，并進行了計算機仿真計算，病提出來一系列防范措施，為類似缺陷的處理提供參考。

快速接地開關；操動機構；缺陷處理；仿真計算

1.故障過程說明

ZF27-550FES壽命試驗樣機在機械壽命試驗進行到1450次時，操動機構輸出軸不轉動。

機構解體后發現，連接輸出軸與從動拐臂的12×80與8×80彈性圓柱銷（GB879.1）碎裂成3段。碎裂處處于軸與從動拐臂接合面處。

2.故障問題分析

2.1彈性圓柱銷尺寸檢查

經初步檢測，ZF27-550壽命樣機所用彈性圓柱銷尺寸部分不合格，列表如表1：

表1

經咨詢計量部，彈性圓柱銷剪切載荷無法測量，銷子實際強度無法確定。

2.2彈性圓柱銷強度分析

分析彈簧儲能運動過程，建立數學模型如下圖所示：

上圖為彈簧儲能過程中某時刻，運動位置關系圖。

由此建立在彈簧儲能過程中，輸出軸所受扭矩方程為：

求函數最大值可知，θ=46.2°時，T為最大值T=298.5N.m。根據《機械設計手冊》可知，

若將彈性圓柱銷更換為16×80，則銷所受切應力

直徑為12和16的彈性圓柱銷對比如下：

彈性銷直徑（mm）　最大切應力（MPa）　安全系數12　66.01　1.81 16　37.32　3.21

通過上表可以看出，若將彈性圓柱銷直徑由12改為16，彈性圓柱銷所受到的最大切應力大大降低。

2.3主軸強度分析

2.3.1 ZF27-550彈簧操動機構主軸強度計算

利用Ansys Workbench，添加邊界條件，添加扭矩T=298.5N.m，計算可知主軸所受最大應力266.13MPa ＜785 MPa（40Cr調質后的屈服強度）

若將彈性圓柱銷改為φ16，主軸上銷子孔改為φ16，添加相同邊界條件、扭矩計算可知主軸所受最大應力為：299.29 MPa ＜785 MPa（40Cr調質后的屈服強度）

3.故障問題解決措施

3.1對彈性圓柱銷的尺寸嚴格控制，不符合標準要求的堅決不允許使用，必要時可檢測其雙面剪切載荷是否符合標準要求。

3.2在圖紙上明確彈性圓柱銷裝配時的開口方向，同時增加對彈性圓柱銷裝配的技術要求。

3.3生產上將輸出軸軸徑由φ12改為φ16，彈性圓柱銷采用（16×80、12×80）替代（12×80、8×80），后續考慮六方或花鍵連接的可行性。

結束語

操動機構輸出軸是連接本體和機構的紐帶，操動機構通過輸出軸釋放能量從而帶動本體進行分合閘操作。該類型機構輸出軸通過彈性圓柱銷與機構儲能裝置相連接，先用合適的彈性圓柱銷對機構至關重要。本文通過對該缺陷進行分析計算，選用合適的彈性圓柱銷及輸出軸安裝孔，使彈性圓柱銷和輸出軸的機械性能進一步提高，從而提高操動機構和本體的安全性。

楊天明（1987-），從事高壓電器機構設計

［1］徐國政，張節榮，等.高壓斷路器原理和應用［M］.北京：清華大學出版社，2000