一起550kV快速接地开关操动机构缺陷分析及处理

杨天明 李新刚

河南平高电气股份有限公司

一起550kV快速接地开关操动机构缺陷分析及处理

杨天明 李新刚

河南平高电气股份有限公司

本文介绍了一起550kV快速接地开关操动机构由于弹性圆柱销碎裂导致弹簧操动机构输出轴无法输出的缺陷。文中分析了该缺陷的处理过程，并进行了计算机仿真计算，病提出来一系列防范措施，为类似缺陷的处理提供参考。

快速接地开关；操动机构；缺陷处理；仿真计算

1.故障过程说明

ZF27-550FES寿命试验样机在机械寿命试验进行到1450次时，操动机构输出轴不转动。

机构解体后发现，连接输出轴与从动拐臂的12×80与8×80弹性圆柱销（GB879.1）碎裂成3段。碎裂处处于轴与从动拐臂接合面处。

2.故障问题分析

2.1弹性圆柱销尺寸检查

经初步检测，ZF27-550寿命样机所用弹性圆柱销尺寸部分不合格，列表如表1：

表1

经咨询计量部，弹性圆柱销剪切载荷无法测量，销子实际强度无法确定。

2.2弹性圆柱销强度分析

分析弹簧储能运动过程，建立数学模型如下图所示：

上图为弹簧储能过程中某时刻，运动位置关系图。

由此建立在弹簧储能过程中，输出轴所受扭矩方程为：

求函数最大值可知，θ=46.2°时，T为最大值T=298.5N.m。根据《机械设计手册》可知，

若将弹性圆柱销更换为16×80，则销所受切应力

直径为12和16的弹性圆柱销对比如下：

弹性销直径（mm）　最大切应力（MPa）　安全系数12　66.01　1.81 16　37.32　3.21

通过上表可以看出，若将弹性圆柱销直径由12改为16，弹性圆柱销所受到的最大切应力大大降低。

2.3主轴强度分析

2.3.1 ZF27-550弹簧操动机构主轴强度计算

利用Ansys Workbench，添加边界条件，添加扭矩T=298.5N.m，计算可知主轴所受最大应力266.13MPa ＜785 MPa（40Cr调质后的屈服强度）

若将弹性圆柱销改为φ16，主轴上销子孔改为φ16，添加相同边界条件、扭矩计算可知主轴所受最大应力为：299.29 MPa ＜785 MPa（40Cr调质后的屈服强度）

3.故障问题解决措施

3.1对弹性圆柱销的尺寸严格控制，不符合标准要求的坚决不允许使用，必要时可检测其双面剪切载荷是否符合标准要求。

3.2在图纸上明确弹性圆柱销装配时的开口方向，同时增加对弹性圆柱销装配的技术要求。

3.3生产上将输出轴轴径由φ12改为φ16，弹性圆柱销采用（16×80、12×80）替代（12×80、8×80），后续考虑六方或花键连接的可行性。

结束语

操动机构输出轴是连接本体和机构的纽带，操动机构通过输出轴释放能量从而带动本体进行分合闸操作。该类型机构输出轴通过弹性圆柱销与机构储能装置相连接，先用合适的弹性圆柱销对机构至关重要。本文通过对该缺陷进行分析计算，选用合适的弹性圆柱销及输出轴安装孔，使弹性圆柱销和输出轴的机械性能进一步提高，从而提高操动机构和本体的安全性。

杨天明（1987-），从事高压电器机构设计

［1］徐国政，张节荣，等.高压断路器原理和应用［M］.北京：清华大学出版社，2000