CN109727801A - 电力开关操动机构拐臂的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力开关操动机构拐臂的设计方法，其包括以下步骤：(1)确定分合闸总行程L、机构的运动转角、分闸半径R1和合闸半径R2，(2)根据机构的运动转角和因变量行程预估值，结合散点描绘一条初始运动轨迹，(3)通过牛顿‑辛普森方法进行求解，由预估值求解修正量，不断迭代，直至二者函数关系满足开关需求即最优方案，(4)形成拐臂外观轮廓。其目的是为了提供一种电力开关操动机构拐臂的设计方法，其可以在动力学原理基础上不断修正结果实现优化设计过程，不需要传统的描点法或理论反复计算推导和开模制作，大大节约了成本，而且达到了高效、省时和精确的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备领域，特别是涉及一种电力开关操动机构拐臂的设计方法。
背景技术
现有的开关设备操动机构中的拐臂结构在设计时，基本上采用的方法是根据开关的合分闸总行程及转角去理论计算推导运动轨迹，在运动轨迹基础上开槽，并扩展设计外观轮廓。拐臂设计的关键点是描绘运动轨迹，在现有的技术方法中，往往采用描点法或反复推导计算，但存在的问题是计算量和误差较大，导致运动轨迹不够精准，影响整体结构设计，并且需要反复开模制作和做实验才能得到较好的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电力开关操动机构拐臂的设计方法，其可以在动力学原理基础上不断修正结果实现优化设计过程，不需要传统的描点法或理论反复计算推导轨迹轮廓线和开模制作外观轮廓，大大节约了成本，而且达到了高效、省时和精确的效果。
本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法，包括以下步骤：
(1)通过用户需求及真空灭弧室的特性确定开关的分合闸总行程L，然后根据开关的内部构造、机构特点及装配关系确定机构的运动转角，最后利用几何关系确定拐臂分闸半径R1和合闸半径R2，方程如下：
L＝R2-R1
(2)根据步骤(1)能够得到机构的运动转角和因变量行程预估值，结合散点描绘一条初始运动轨迹，然后通过矢量环和矢量链方程经求导和向量变换建立多组转角与行程的函数关系，方程式如下：
X＝R*cos(α)+(l0+l)*sin(α)
Y＝(l0+l)*cos(α)-R*sin(α)
其中，
(X，Y)：拐臂轮廓线上的任意一点的坐标；
R：拐臂上方从动件的偏心距；
α：拐臂转角；
l：拐臂转过的角度所对应的从动件位移值；
l0：式中r为拐臂的基圆半径；
(3)通过牛顿-辛普森方法进行求解，由预估值求解修正量，不断迭代，直至二者函数关系满足
式中为拐臂轮廓线上的点的坐标，
当满足上述函数关系时即为最优方案。此时，同时满足开关需求；
(4)根据步骤(1)～(3)求出的运动轨迹线分别向内外扩展一定距离形成槽及外壁，根据基圆及结构特点设计输出轴孔和凸台尺寸及位置，连接各部位线段就可形成一完整的拐臂外观轮廓。
本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法，其中所述步骤(3)中，由预估值求解修正量的具体步骤为：
将变量xi，yi表示为步骤(3)中方程解的预估值与一个描述预估值与方程解之差的微小修正因子之和，即
运用泰勒级数有
略去高阶项，只用线性项，上述表达式可以用矩阵表达为：
上述方程式给出了未知量估算值与方程精确解之间的差值的计算方法，因此可求出差值Δxi，Δyi：
本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法与现有技术不同之处在于本发明采用三维机构动力学这种新方法去设计拐臂，其可以在动力学原理基础上不断修正结果实现优化设计过程，不需要传统的描点法或理论反复计算推导和开模制作，大大节约了成本，而且达到了高效、省时和精确的效果。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法的流程图；
图2为本发明中拐臂的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，并结合图2所示，本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法包括以下步骤：
(1)通过用户需求及真空灭弧室的特性确定开关的分合闸总行程L，然后根据开关的内部构造、机构特点及装配关系确定机构的运动转角，最后利用几何关系确定拐臂分闸半径R1和合闸半径R2，方程如下：
L＝R2-R1
(2)根据步骤(1)能够得到机构的运动转角和因变量行程预估值，结合散点描绘一条初始运动轨迹，然后通过矢量环和矢量链方程经求导和向量变换建立多组转角与行程的函数关系，方程式如下：
X＝R*cos(α)+(l0+l)*sin(α)
Y＝(l0+l)*cos(α)-R*sin(α)
其中，
(X，Y)：拐臂轮廓线上的任意一点的坐标；
R：拐臂上方从动件的偏心距；
α：拐臂转角；
l：拐臂转过的角度所对应的从动件位移值；
l0：式中r为拐臂的基圆半径；
(3)通过牛顿-辛普森方法进行求解，由预估值求解修正量，不断迭代，直至二者函数关系满足
式中为拐臂轮廓线上的点的坐标，
当满足上述函数关系时即为最优方案；
(4)根据步骤(1)～(3)求出的运动轨迹线分别向内外扩展一定距离(根据开关自身装配特点确定)形成槽1及外壁2，根据基圆及结构特点设计输出轴孔3和凸台4尺寸及位置，连接各部位线段就可形成一完整的拐臂外观轮廓。
本发明电力开关操动机构拐臂的设计方法，其中所述步骤(3)中，由预估值求解修正量的具体步骤为：
将变量xi，yi表示为步骤(3)中方程解的预估值与一个描述预估值与方程解之差的微小修正因子之和，即
运用泰勒级数有
略去高阶项，只用线性项，上述表达式可以用矩阵表达为：
上述方程式给出了未知量估算值与方程精确解之间的差值的计算方法，因此可求出差值Δxi，Δyi：
本发明采用三维机构动力学这种新方法去设计拐臂尤其运动轨迹，其可以在动力学原理基础上不断修正结果实现优化设计过程，不需要传统的描点法或理论反复计算推导、反复开模制作和做实验，大大节约了成本，而且达到了高效、省时和精确的效果。
本发明很大程度上能够减少工作计算量，提高效率。通过机构动力学模拟结果，可以使优化过程得到良好的效果，不需要反复制作样品，大大节约了成本。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种电力开关操动机构拐臂的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过用户需求及真空灭弧室的特性确定开关的分合闸总行程L，然后根据开关的内部构造、机构特点及装配关系确定机构的运动转角，最后利用几何关系确定拐臂分闸半径R1和合闸半径R2，方程如下：
L＝R2-R1
(2)根据步骤(1)能够得到机构的运动转角和因变量行程预估值，结合散点描绘一条初始运动轨迹，然后通过矢量环和矢量链方程经求导和向量变换建立多组转角与行程的函数关系，方程式如下：
X＝R*cos(α)+(l0+l)*sin(α)
Y＝(l0+l)*cos(α)-R*sin(α)
其中，
(X，Y)：拐臂轮廓线上的任意一点的坐标；
R：拐臂上方从动件的偏心距；
α：拐臂转角；
l：拐臂转过的角度所对应的从动件位移值；
l0：式中r为拐臂的基圆半径；
(3)通过牛顿-辛普森方法进行求解，由预估值求解修正量，不断迭代，直至二者函数关系满足
式中为拐臂轮廓线上的点的坐标，
当满足上述函数关系时即为最优方案；
(4)根据步骤(1)～(3)求出的运动轨迹线分别向内外扩展一定距离形成槽及外壁，根据基圆及结构特点设计输出轴孔和凸台尺寸及位置，连接各部位线段就可形成一完整的拐臂外观轮廓。
2.根据权利要求1所述的电力开关操动机构拐臂的设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中，由预估值求解修正量的具体步骤为：
将变量xi，yi表示为步骤(3)中方程解的预估值与一个描述预估值与方程解之差的微小修正因子之和，即
运用泰勒级数有
略去高阶项，只用线性项，上述表达式可以用矩阵表达为：
上述方程式给出了未知量估算值与方程精确解之间的差值的计算方法，因此可求出差值Δxi，Δyi：
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