一起550kV快速接地開關(guān)操動機(jī)構(gòu)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(guān)操動機(jī)構(gòu)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(guān)操動機(jī)構(gòu)由于彈性圓柱銷碎裂導(dǎo)致彈簧操動機(jī)構(gòu)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(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真計(jì)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(guān)；操動機(jī)構(gòu)；缺陷處理；仿真計(jì)算

1.故障過程說明

ZF27-550FES壽命試驗(yàn)樣機(jī)在機(jī)械壽命試驗(yàn)進(jìn)行到1450次時(shí)，操動機(jī)構(gòu)輸出軸不轉(zhuǎn)動。

機(jī)構(gòu)解體后發(fā)現(xiàn)，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(jīng)初步檢測，ZF27-550壽命樣機(jī)所用彈性圓柱銷尺寸部分不合格，列表如表1：

表1

經(jīng)咨詢計(jì)量部，彈性圓柱銷剪切載荷無法測量，銷子實(shí)際強(qiáng)度無法確定。

2.2彈性圓柱銷強(qiáng)度分析

分析彈簧儲能運(yùn)動過程，建立數(shù)學(xué)模型如下圖所示：

上圖為彈簧儲能過程中某時(shí)刻，運(yùn)動位置關(guān)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(shù)最大值可知，θ=46.2°時(shí)，T為最大值T=298.5N.m。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可知，

若將彈性圓柱銷更換為16×80，則銷所受切應(yīng)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(yīng)力（MPa）　安全系數(shù)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(yīng)力大大降低。

2.3主軸強(qiáng)度分析

2.3.1 ZF27-550彈簧操動機(jī)構(gòu)主軸強(qiáng)度計(jì)算

利用Ansys Workbench，添加邊界條件，添加扭矩T=298.5N.m，計(jì)算可知主軸所受最大應(yīng)力266.13MPa ＜785 MPa（40Cr調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)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(jì)算可知主軸所受最大應(yīng)力為：299.29 MPa ＜785 MPa（40Cr調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)度）

3.故障問題解決措施

3.1對彈性圓柱銷的尺寸嚴(yán)格控制，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的堅(jiān)決不允許使用，必要時(shí)可檢測其雙面剪切載荷是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

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

3.3生產(chǎn)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(xù)考慮六方或花鍵連接的可行性。

結(jié)束語

操動機(jī)構(gòu)輸出軸是連接本體和機(jī)構(gòu)的紐帶，操動機(jī)構(gòu)通過輸出軸釋放能量從而帶動本體進(jìn)行分合閘操作。該類型機(jī)構(gòu)輸出軸通過彈性圓柱銷與機(jī)構(gòu)儲能裝置相連接，先用合適的彈性圓柱銷對機(jī)構(gòu)至關(guān)重要。本文通過對該缺陷進(jìn)行分析計(jì)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(jī)械性能進(jìn)一步提高，從而提高操動機(jī)構(gòu)和本體的安全性。

楊天明（1987-），從事高壓電器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

［1］徐國政，張節(jié)榮，等.高壓斷路器原理和應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000