10.基于UG NX4.0断路器运动学仿真_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。基于 UG NX4.0 断路器运动学仿真 摘要：分别介绍了 DW45 断路器机构和 VS1 断路器极柱的特点、并介绍了 UGNX4.0 软件的机构仿真功能,在此基础上应用 UGNX4.0 仿真功能对机
基于 UG NX4.0 断路器运动学仿真 摘要：分别介绍了 DW45 断路器机构和 VS1 断路器极柱的特点、并介绍了 UGNX4.0 软件的机构仿真功能,在此基础上应用 UGNX4.0 仿真功能对机构和极柱组合后的断路器进 行运动学分析,得到了断路器合闸速度等特性参数,为断路器新品研发提供一种思路。 DW45 是智能型万能式低压断路器,是目前我国技术先进、应用最广的框架断路器。断 路器体积小、模块化、性能可靠,尤其断路器的机构更具有“精致”的特点,表现为五连杆结 构虽稍显复杂,但结构紧凑、动作过程十分稳定可靠。国内不少企业近期推出的一些框架断 路器新品都沿用了 DW45 的机构。 VS1 是中压线kV 电压等级的断路器中,是应用最广的产品之一。断路器 主要有机构和极柱两部份组成,其机构为隔板式结构,具有体积大、零件多、成本高和质量难 控的特点,而其极柱主要有真空灭弧室、绝缘拉杆及进出线支座等组成,真空灭弧室具有性能 可靠、免维护和使用寿命长的特点。随着世界各国对真空灭弧技术研究的不断深入,真空灭 弧室更是向高可靠性、小型化方向发展,并且线 灭弧更加环保,可以预见,真空灭 弧室将会得到更广泛地应用。 UG 软件是 Unigraphics 软件的简称,它汇集了美国航空航天和汽车工业的专业经验,以 CAD、CAM 与 CAE 一体而著称。CAE 包括有限元分析和机构分析两大内容。机构分析模 块可以提供静态、运动、动力学计算以及动力仿真等功能。其运动分析采用了美国 MDI 公 司开发的 ADAMS 解算器。UG 为机械工程师提供了 CAD/CAE/CAM 集成的虚拟产品开发 环境。本文利用 UGNX4.0 的 CAD/CAE 功能对由 DW45 断路器机构与 VS1 断路器极柱有 机组合的新型断路器进行了运动学分析,便捷地得到了断路器的合闸速度、时间等特性参数, 为断路器的研发提供理论依据。 1 断路器三维模型建立 应用 UGNX4.0 三维实体造型功能建立断路器虚拟样机的几何模型,如图 1 所示,主要由 1DW45-3200/4P 机构(输出转轴已更换),2、3 连杆,4VS1-1250/31.5 极柱组成。为便于观 察,隐藏了部分零部件,并将真空灭弧室改成了动、静触头分体结构,在绝缘拉杆上开了观察 口。断路器模型的几何参数和装配关系以实际图纸为依据,如 DW45-3200/4P 机构和 VS1-1250/31.5 极柱均按原有设计。机构与极柱之间连杆设计时,应考虑连杆运动时不得与 VS1 框架干涉,新断路器应满足 VS1 真空断路器的开距和超程要求,并考虑 DW45 五连杆机 构过死点时,机构的输出角度。为使新断路器的三相开距、超程调节方便,在连杆 2 上设置了 螺纹调节装置,VS1 线ms)范围较宽;为使新断路器合闸轻松,在 设计连杆 3 时,尽可能增大主动力的力臂,减小从动力的力臂。满足上述几个条件,连杆 2、3 的主要尺寸便可确定下来。 2 断路器仿真过程 断路器仿真过程为:创建连杆定义运动副(约束)——定义驱动——运动模型进行解算— —生成机构分析动画和机构运动的数据信息或图标。 1) 创建连杆。对 DW45-3200/4P 机构至真空灭弧室静触头传动线路上的相应零部件 创建连杆。本例共创建了 35 个连杆。在定义连杆过程中应注意:运动状态相同的零部件可创 建为同一连杆。为简化模型,与运动无关的零部件可以省略。 2) 定义运动副,对连杆相对之间的运动关系进行定义。本例中共定义了 27 个旋转副,4 个移动副。应注意:两个连杆之间一般仅定义一种运动副。NX4.0 仿真软件规定,相对静止连 杆的运动副,在具体设置时,第二连杆(即静止连杆)可以不必选取,由于一般连杆都为刚性体, 运动时相互碰撞的连杆必须设置为 3D 接触副,否则在运动过程中相碰连杆会相互嵌入,与实 际运动不一致。本例中共设置了 23 个 3D 按触副。 3) 定义驱动。本例是对断路器合闸过程进行运动仿真 ,为简化仿线P 储能弹簧为驱动源,合闸半轴处于脱扣状态开始运动。在三相绝缘拉杆与动 触头间设置了触头弹簧，以提供原设计 VS1 的触头压力。弹簧设置时，不仅要输入弹簧的 刚度系数，还要输入弹簧的自由长度，计算机能自动识别拉簧还是压簧。本例中 S001~S003 为储能弹簧，S004~S006 为触头弹簧。 4) 运动模型进行解算，选择基于时间的机构动态仿线 步，进入 ADAMS 解算过程，系统会自动模拟机构运动的过程。应当注意：定义的时间与 实际动作时间应略长些，步数宜多些，否则容易出现 ADAMS 解算器锁定而不能解算的情 况。 5) 生成机构分板动画和机构运动的数据信息或图标。解算结束后，计算机即可进行动 画演示，可以直观地看到从机构到真空灭弧室整个动作过程。并可输出研究对象的位移、速 度及加速度等图表和电子表格。本例重点分析动触头的合闸速度，由于连杆（动触头）不能 指定为图表的运动对象，只能以运动副、矢量力或连杆上的标记作为图表的运动对象。因此， 在动触头上创建标记 A 以间接输出动触头运动参数。标记 A 如图 1 所示。图 2 为标记 A 的 速度图表，表为标记 A 的速度电子表格。从中可以看出：动触头的平均合闸速度为 0.732m/s, 满足 VS1 线m/s 的要求（指合闸前 0~6mm 区间的平均速度， 即仿线 步之间的平均速度）。合闸时间估算为 0.045~0.060s 范围内，其中 合 闸电 磁铁动 作时间 0.010~0.013s，标 记 A 运 动时间 0.03~0.035s,超 程形 成时 间 0.005~0.012s，符合 VS1 真空断路器合闸时间要求。 3 结束语 利用 UG NX4.0 软件的运动仿真功能，可以对机构进行动力学或运动学分析，可 以方便地求出机构中所有构件的位称、速度、加速度等。目前，中、低压断路器品种繁 多，但占市场主导地位的仅仅几种，这些断路器的机构和灭弧系统等各有特色，都经历 了多轮的改进和实际运行的考核。若能将不同断路器的部件（或总成）有机组合，并借 助 UG 软件的仿真功能进行研究，从而可不断地获得新型断路器，这不失为一种研发断 路器好主法。当然，在保留各断路器部件（或总成）优点的前提下，对其不足之处还应 进行不断完善，以达到产品升级的目的。
