基于ADAMS的隔离开关合闸速度仿真分析

岳鹏

摘要：利用多刚体动力学仿真软件ADAMS建立了隔离开关机构的动力学模型。通过对该模型的开断过程的动力学特性的仿真分析，研究了不同的开断条件对开关合闸速度的影响，从而为隔离开关的而优化设计提供了必要的理论依据。

关键词：隔离开关；分闸速度；动力学特性

1.引言

对隔离开关的动力学特性进行仿真分析，有利于实现隔离开关的参数优化。ADAMS软件是使用很广泛的机械系统仿真分析软件之一[1]。该软件能够方便的建立参数化模型并对模型进行简化，ADAMS采用多刚体系统动力学原来，通过建立系统的运动方程和动力学方程进行求解计算[2]。该仿真能够缩短求解所需时间，并且在很大程度上能够准确的反映出实时的运动状态，有利于对实际运动的理解。本文通过简化物理模型，在ADAMS完成动力学模型的建立，通过对不同合闸条件下分闸速度的仿真求解，得出各个条件对分闸速度的影响，从而指导对隔离开关参数的优化。

2.隔离开關动力学模型的建立

将Cero中的三维模型进行简化，并导入Adams中，为了看的更清晰就将图1中的地板隐藏掉了，在Adams中设置好各个构建的相互约束关系。其中合闸弹簧

1.合闸弹簧 2.触头弹簧

3.合闸参数分析

3.1合闸弹簧刚度对合闸的影响

原模型中动触头完成合闸所上升的高度为1mm，合闸弹簧的预压缩空间是4mm，在仿真中保持此参数，改变合闸弹簧的刚度，仿真中所使用的合闸弹簧的刚度为：7N/mm，9N/mm。

当合闸弹簧的刚度为7N/mm时，通过图2可以发现动触头上升的高度小于1mm，从而我们判定，在该刚度下不能完成合闸动作，通过图3得知，当合闸弹簧刚度选取7N/mm时，弹簧所能达到的最大储能是110N，该储能不满足合闸需求，因而要提高合闸弹簧的刚度。

当合闸弹簧的刚度选用9N/mm时，通过图4我们得知动触头上升了1mm，完成了合闸动作，通过在Adams中对图5中数据进行捕捉，可以知道合闸弹簧在该刚度下的最大储能为138N，刚储能能够是隔离开关闭合。

3.2触头弹簧对合闸的影响

保持原模型中触头弹簧预压缩空间5mm不变，改变弹簧刚度。仿真中所选取的弹簧刚度分别为7N/mm，5N/mm，3N/mm。

图6是触头弹簧刚度为7N/mm时动触头上升的位移随时间的变化图线，图7是弹簧力随时间的变化图线。在触头弹簧刚度为7N/mm时，合闸时间为0.051s，仔细观察图6可以发现时间t在0.03s到0.04s之间时纵轴方向的位移有一个跳跃，造成合闸时间很长的原因就是此时的弹簧刚度较大，此时触头弹簧的最大储能为41.6N，倘若再次增大弹簧刚度，就会出现合不上闸的现象，如果降低弹簧刚度就会缩短合闸时间。

当触头弹簧刚度为5N/mm时，通过图8和图9得知隔离开关在t=0.0151s时完成合闸，此时触头弹簧的最大储能为29.8N。在此减小触头弹簧的刚度，来查看触头刚度对合闸时间的影响。

当触头弹簧的刚度为3N/mm时，通过图10和图11得知隔离开关在t=0.0147s时完成合闸，和5N/mm的合闸时间相差不多，此时触头弹簧的最大储能为29.8N。

4.结论

合闸弹簧的刚度和触头弹簧的刚度均会影响合闸的速度。合闸弹簧的刚度过小就会出现合不上闸的现象，合闸弹簧的刚度也不是越大越好的，过大的合闸弹簧刚度还会影响与其直接和间接接触部件的寿命；过大的触头弹簧的刚度也会造成合不上闸的现象，因而要适当的选取弹簧的刚度。

参考文献：

[1]张越今，宋键，张云清，等（Zhang Yuejin，Song Jian，Zhang Yunqing，et al）.多体动力学分析的两大软件— — ADAMS 和 DADS （Two broadestly used softwaresADAMS and DADS in the field of multiple body system analysis）[J].汽车技术（Automation Technology），1997，（3）：16-20.

[2]ADAMS . Users reference manual[M] . Version 11.0 ， MDI Corpo-ration，1999.