基于Ls-Dyna的高压断路器传动连杆优化设计
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西安航空学院的研究人员董桂华、何洁等，在2019年第2期《电气技术》杂志上撰文，建立了某型断路器传动系统的有限元模型，利用基于显式动力学方法，将实测的操动机构输出位移曲线作为位移载荷施加于有限元模型，对三相传动连杆在分闸操作过程中的弯曲变形进行计算。通过不同参数下弯曲量的对比，分析其弯曲原因，并通过与实测应变结果的对比，对计算模型进行验证。
计算结果表明，连杆在操作过程中的弯曲变形主要由惯性力引起。最终以降低连杆的弯曲变形和von-mises应力为目标，对连杆进行了优化设计。
随着我国电力事业的发展，绝大部分电力设备都实现了国产化，然而目前国产设备与进口设备在可靠性方面仍然有一定的差距。
随着新型断路器灭弧室结构的出现，断路器的操作功能有所降低，但传动系统仍然是断路器机械寿命的瓶颈所在，例如某型断路器在寿命试验时多次发生传动系统故障。在目前的研究中，大部分断路器传动系统的分析都是基于运动部件的刚性假设，也有部分研究将刚体动力学与有限元分析相结合，对断路器传动部件的应力寿命等进行了分析，传动部件的运动及受力基于刚体动力学计算，应力及寿命基于有限元法进行分析。
随着计算机水平的进步和有限元技术的发展，显式动力学有限元方法在现代机械领域得到了广泛的应用，其能够快速求解瞬时大变形动力学、多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。显式动力学在高压电器领域也得到了大量的应用。
文献[11]分析了某型断路器传动系统的应力分布及传动连杆的变形情况，发现在断路器操作时连杆发生多次弯曲。文献分别分析了操动机构、真空断路器和特高压断路器传动系统的应力分布等。文献[15]分析了断路器传动部件的应力及振动等，并进行了优化，提高了机构的传动效率。
本文结合刚体动力学分析结果，建立了某型断路器传动系统的简化有限元模型，基于Ls-Dyna计算了在某型断路器分闸过程中的三相传动连杆的变形情况，对其变形机理进行了分析。通过与实测的连杆应变的对比分析，验证了计算模型，并且对传动连杆进行了优化设计。
图1 某型高压开关两相传动系统模型
本文建立了某型高压断路器传动系统的有限元模型，基于显式动力学方法进行了分析，并将分析结果与实测连杆应变进行了对比分析，验证了计算模型的正确性。
通过改变计算条件，对连杆弯曲原因进行了分析。计算结果显示，高压断路器传动部件瞬时加速度大，传动连杆的弯曲主要是由自身的惯性力引起。
以降低连杆弯曲量和连杆最大von-mises应力为目标，对连杆进行了优化设计。优化后连杆的弯曲量降低了40%，最大应力降低了25%，重量降低了9%，实现了本文的优化目标。