现为大连交通大学机械工程学院副院长

辽宁省教育厅关于公布第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖遴选结果的通知正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 辽宁省教育厅关于公布第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖遴选结果的通知（辽教函[2014]239号）省内普通本科高等学校：根据《辽宁省教育厅办公室关于开展第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖遴选工作的通知》（辽教办发〔2014〕94号）精神，我厅组织开展了第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖的申报和遴选工作。

经过学校推荐，我厅组织网上公示和专家组遴选，确定第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖获奖教师50名，具体名单见附件。

希望各高等学校以第十届省本科教学名师奖遴选工作为契机，认真贯彻党的十八大和十八届三中全会精神，落实立德树人根本任务，牢固树立本科教学的基础地位和人才培养的中心地位，全面加强教师队伍建设，为深化教育综合改革，创新人才培养机制提供有力支撑。

希望广大获奖教师做严谨笃学、淡泊名利、自尊自律、诚实守信的模范，做学生健康成长的指导者和引路人，为全面提高我省高等教育质量、提升人才培养水平做出新成绩，为我省高等教育事业的改革和发展做出更大贡献。

附件：第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖获奖教师名单辽宁省教育厅2014年6月27日附件：第十届辽宁省普通高等学校本科教学名师奖获奖教师名单序号姓名年龄专业技术职务行政职务主讲课程教学专业领域所在学校所在院系1崔日明51教授副院长国际贸易国际经济与贸易辽宁大学经济学院2时家贤49教授教研室主任马克思主义基本原理马克思主义理论教育辽宁大学马克思主义学院3刘志军45教授教师教学发展中心主任化工流体力学；粉体力学；过程装备与安全类专业导论过程装备与控制工程大连理工大学化工与环境生命学部4朱鸣华58教授计算机基础实验教学中心副主任；计算机基础教研室主任大学计算机基础；C语言程序设计计算机科学与技术大连理工大学电子信息与电气工程学部5王韶春53教授院长广告策划与创意新闻传播学沈阳工业大学文法学院6洪涛50教授体育部主任形体仪美体育艺术与学校体育学沈阳航空航天大学体育部7张玉春52教授无概率论与数理统计数学沈阳理工大学理学院8张书鸿55教授副院长室内设计设计学东北大学艺术学院9魏德洲59教授院长工程流体力学矿物加工工程东北大学资源与土木工程学院10陈宝翠51教授院长大学英语；跨文化交际外国语言文学辽宁科技大学外国语学院11孙可明46教授副院长弹性力学工程力学辽宁工程技术大学力学与工程学院12张志勇54教授系主任中国文化史行政管理辽宁工程技术大学公共管理与法学院13赵恒华57教授教务处处长工程制图；机械设计；机械制图机械制造辽宁石油化工大学机械工程学院14殷淑秋52教授总支书记大学英语大学公共英语沈阳化工大学外语系15王洪德51教授安全系统工程安全工程大连交通大学土木与安全工程学院16李延珩57教授C语言程序设计；计算机软件技术基础计算机应用大连海事大学信息科学技术学院17张凤海43教授党总支书记管理学工商管理大连工业大学管理学院18王晴49教授院长材料科学基础材料类专业领域沈阳建筑大学材料科学与工程学院19张祝祥50教授院长大学英语英语语言文学辽宁工业大学外国语学院20张广胜44教授院长微观经济学；农业政策学农业经济理论与政策沈阳农业大学经济管理学院21冯辉53教授院长遗传学园艺学沈阳农业大学园艺学院22于红46教授副院长操作系统计算机科学与技术大连海洋大学信息工程学院23刘海廷50教授院长合同法原理与实务法学大连海洋大学文法学院24李小寒51教授院长护理学导论；护理中的人际沟通学；护理教育学；基础护理学护理学中国医科大学护理学院25王爱梅44教授基础医学实验教学中心主任生理学听觉生理辽宁医学院基础医学实验教学中心26牛卫东46教授口腔医学院副院长牙体牙髓病学口腔临床医学大连医科大学口腔医学院27邹原46教授基础医学院副院长生理学生物学大连医科大学基础医学院28刘春英53教授研究生学院院长病理学病理学与病理生理学辽宁中医药大学基础医学院29赵临襄50教授院长化学制药工艺学；药物化学药物化学沈阳药科大学制药工程学院30张忠46教授基础医学院院长病理学病理学沈阳医学院基础医学院31郭宏44教授护理学院院长护理学院导论；老年护理学；护理教育学护理学沈阳医学院护理学院32王卫平57教授中国现代文学中国语言文学辽宁师范大学文学院33张恒庆51教授保护生物学环境科学辽宁师范大学生命科学学院34张鹏53教授院长装饰绘画美术教育沈阳师范大学美术与设计学院35赵美艳48教授党总支书记思想道德修养与法律基础思想政治理论课沈阳师范大学马克思主义学院36任晓丽47教授科研处处长韩国文学简史与作品选读韩国语语言、文学、文化教学大连外国语大学韩国语系37刘明慧50教授副院长财政学；外国财政制度财政学东北财经大学财政税务学院38朱成全51教授副院长马克思主义基本原理概论；哲学概论；形式逻辑学马克思主义理论，马克思主义哲学东北财经大学马克思主义学院39商小平51教授系主任犯罪学；治安案件查处；治安部门管辖刑案侦查犯罪学、治安学中国刑事警察学院治安学系40赵秋菊51教授武术学院院长武术套路理论与实践民族传统体育理论与实践沈阳体育学院武术学院41王颖49教授二级学院院长基础旅游学旅游管理辽宁对外经贸学院国际商学院42李爱华47教授副院长会计学基础；中级财务会计会计学沈阳大学工商管理学院43王建明51教授院长凝固理论铸造沈阳大学机械工程学院44庞国彬51教授院长小学课程与教学论小学教育、教育学大连大学师范学院45洪哲57教授教师有机化学化学辽东学院化工学院46刘俭辉48教授二级学院院长信息系统分析与设计信息管理与信息系统辽东学院信息技术学院47张树安52教授教师教学发展中心主任教学质量评价与监控中心主任微观经济学；宏观经济学经济管理大连民族学院经济管理学院48李旭光54教授外语系主任日本概况外国语言文学大连科技学院外语系49解颖60教授生活方式与健康；人际沟通与交流健康教育中国医科大学临床医药学院50段志军48教授、主任医师教研室副主任诊断学；内科学临床医学大连医科大学中山学院附属第一医院——结束——。

传感测控与精密加工技术研究所简介现有教员13名,其中，教授2名，副教授5名，高级工程师2名,讲师2名，工程师1名，高级技工1名。

主要研究方向：传感器与执行器理论与技术；智能化仪器仪表与智能监控技术；航空航天发动机推力测量；微型柔性构件的拓扑优化；精密加工技术及精密测量；硬脆材料加工与工具技术；现代切削理论与切削过程测控；难加工材料切削性能与加工技术；液压系统CAD/CAM、动态特性仿真与优化；网络测控技王殿龙：传感测试理论与技术、难加工材料切削加工、工程机械数字化样机技术。

张元良：1.天然金刚石超精密切削、2.智能化仪器仪表、3.学生体质自动测量仪表、4.起重机力矩限制器、5.液压比例阀数字化控制技术与模块化研究、6.在线测量技术及应用。

徐志祥：模式识别与智能系统方向，1. 数控与伺服控制技术、2. 非线性时间序列分析、3. 机器视觉与模式识别、4. 虚拟仪器及测试技术。

张军：1.传感器及执行器理论研究、2.压电石英、压电陶瓷机理研究、3.压电切削测试系统研究、4.精密仪器设计与制造。

张宏：液压系统仿真与优化、流体传动与控制。

桑勇：电液伺服控制；机电传动控制；先进仪器设备研发。

工程机械研究所简介研究所非常重视与生产企业的合作以及研究成果的转化，成功联合开发了数十个具有自主知识产权的产品，仅2006年就完成了9项填补国内空白的项目，其中以履带起重机为代表的系列产品一举打破了国外企业对大吨位产品的垄断，为国家节省了大量外汇，为企业创造了可观的经济效益。

据统计，研究所近年来向企业转移的技术成果达60余项，累计实现销售总额40多亿元，获得各类奖励十余项。

研究所还先后负责或参与了国家863、973、自然基金等专项的科学研究工作，在国内外公开刊物上发表了多篇学术研究论文。

王欣：1.工程机械产品关键理论与技术研究、2.结构优化与动态设计、3.结构损伤、识别与寿命评估、4.虚拟设计与仿真。

曹旭阳：工程机械三维仿真及虚拟样机技术、结构相似性研究、机械机构优化设计，岸边集装箱起重机数字化虚拟样机，结构优化设计。

38/ 2019年第7期CONFERENCE ACTIVITIES会议活动北起院与大连理工机械工程学院签署全面合作协议2019年4月15日，北京起重运输机械设计研究院有限公司董事长、总经理、党委副书记唐超一行访问大连理工大学，参与大连理工大学校企合作交流会议。

大连理工大学机械工程学院党委书记孙伟主持欢迎仪式。

北起院董事长唐超与机械工程学院院长王永青代表双方签署校企全面合作框架协议、北起院副总经理黄越峰与机械工程学院党委书记孙伟签署技术开发（委托）合同。

首先，由大连理工大学副校长贾振元讲话，贾校长对唐超董事长一行造访大连理工大学表示欢迎。

随后，机械工程学院孙伟院长介绍大连理工大学机械工程学院的基本情况。

大连理工大学机械工程学院成立于1999年，由原机械工程系、模具研究所和工程训练中心整合而成。

机械工程系成立于1949年，是大连理工大学最早设立的8个系之一。

大连理工大学机械工程学院在精密和超精密加工理论技术与装备、微纳制造技术、制造过程的测量与控制技术、重大装备的设计理论与方法等研究领域具有鲜明特色，培养人才的需求量大、认可度高，已经成为我国最具影响力的机械工程科学研究和人才培养基地之一。

并期待通过与北起院构建全面合作关系，一同携手发挥各自优势为机械工程市场培育精英人才、促进机械工程科技的发展与进步。

唐超董事长表示大连理工大学和北起院，都是各自领域的领航者，都拥有雄厚的实力及资源优势、品牌优势。

北起院由原机械工业部直属的国家起重运输机械行业技术文/张 坤CONFERENCE ACTIVITIES会议活动归口研究所发展成为集科研、设计、生产制造、安装调试、工程承包、 检验检测、咨询监理服务为一体的国有科技型企业。

而大连理工大学作为我国最具影响力的机械工程科学研究和人才培养基地之一与北起院有着极强的业务互补关系。

更希望借此机会使大连理工大学机械工程学院和北起院在未来更长的一段时间里，双方相互合作、共同发展为目标，充分发挥双方优势，务求实效，资源共享，合作发展，互惠共赢。

大连市人民政府办公厅关于公布大连市第二批领军人才培养工程人选名单的通知文章属性•【制定机关】大连市人民政府办公厅•【公布日期】2015.04.01•【字号】大政办发〔2015〕16号•【施行日期】2015.04.01•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】机关工作正文大连市人民政府办公厅关于公布大连市第二批领军人才培养工程人选名单的通知大政办发〔2015〕16号各区、市、县人民政府，各先导区管委会，市政府各委办局、各直属机构：为加大我市高层次人才培养力度，努力造就一支具有全国乃至世界一流水平的领军人才队伍，根据《大连市领军人才培养工程实施办法》，市人社局会同市委组织部开展了大连市第二批领军人才培养工程人选选拔工作。

经推荐、评审和公示，并经市政府批准，孙振生等105名专业技术人才入选大连市第二批领军人才培养工程。

现将名单予以公布。

希望领军人才培养工程入选者继续发扬求真务实的科学精神，加强自身的理论学习和实践锻炼，不断提高个人及团队的学术技术水平和创新创业能力，努力成为勤勉钻研的先锋、开拓创新的表率和勇于实践的榜样，为大连经济社会发展做出新的更大贡献。

各地区、各部门、各单位要把领军人才培养工程人选作为重点培养对象，结合实际制定切实可行的培养目标和培养措施，通过支持他们承担重大课题、参与项目管理决策、开展研修交流活动等方式，为其成长创造更加有利条件；要充分发挥他们在科技创新、决策咨询、团队建设等方面的示范和引领作用，不断提升全市自主创新能力，为大连赢得振兴发展新优势、开创各项事业新局面提供有力支持。

全市各行业广大专业技术人员要以领军人才为榜样，练就过硬本领，勇于开拓创新，在各自工作领域和岗位上，为我市加快建设产业结构优化的先导区和经济社会发展的先行区建功立业。

大连市人民政府办公厅2015年4月1日大连市第二批领军人才培养工程人选名单（共计105人）1 孙振生瓦房店轴承集团有限责任公司副总工程师、高级工程师2 刘恩清中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司副总裁、研究员级高级工程师3 多丽萍中国科学院大连化学物理研究所研究员4 关天民大连交通大学副校长、教授5 陈文武中国科学院大连化学物理研究所正高级工程师6 张文瑞大连华锐重工集团股份有限公司教授研究员级高级工程师7 张红岩松下制冷（大连）有限公司高级工程师8 XXX 大连理工大学教授9 杨一帆松下冷链（大连）有限公司教授研究员级高级工程师10 杨宥人大连橡胶塑料机械股份有限公司副总经理兼总工程师、教授研究员级高级工程师11 郑君民大连光洋科技集团有限公司副总经理、教授研究员级高级工程师12 郭方准大连齐维科技发展有限公司董事长、教授13 郭旭大连理工大学教授14 黄树林大连橡胶塑料机械股份有限公司教授研究员级高级工程师15 褚金奎大连理工大学教授16 尹松鹤中国华录集团有限公司董事兼副总经理、高级工程师17 付先平大连海事大学教授18 刘治国大连大学教授19 吕俊军中国船舶重工集团公司第七六○研究所研究员20 孙文强大连贝斯特电子有限公司总经理、教授21 孙希明大连理工大学教授22 李桂娟中国船舶重工集团公司第七六○研究所研究员23 李克秋大连理工大学教授24 张东辉中国科学院大连化学物理研究所研究员25 简国栋东软集团（大连）有限公司副总裁、高级工程师26 薛杨乐辰科技（大连）有限公司董事长27 于永海国家海洋环境监测中心研究员28 田志坚中国科学院大连化学物理研究所研究员29 关英华大连造船厂集团有限公司副总工程师、高级工程师（研究员级）30 刘彦呈大连海事大学教授31 曲天威中国北车集团大连机车车辆有限公司总工程师、教授级高级工程师32 许磊中国科学院大连化学物理研究所研究员33 伊廷华大连理工大学教授34 朱立岩大连港口建设监理咨询有限公司总经理、高级工程师35 李海洋中国科学院大连化学物理研究所研究员36 张恩国大连造船厂集团有限公司副总设计师、高级工程师（研究员级）37 姜福茂大连造船厂集团有限公司副总工程师、高级工程师（研究员级）38 高永强大连中远船务工程有限公司总经理、高级工程师（研究员级）39 田晶大连工业大学教授40 吕国忠大连民族学院教授41 吴斌辽宁出入境检验检疫局研究员42 迟世春大连理工大学教授43 周玮大连海洋大学教授44 金梅辽宁师范大学教授45 赵文大连海洋大学教授46 梁峻獐子岛集团股份有限公司执行总裁、高级工程师47 解明辽宁省经济林研究所副所长、教授研究员级高级工程师48 刘洪春中冶焦耐工程技术有限公司副总工程师、教授级高级工程师49 XXX雪中国科学院大连化学物理研究所研究员50 陆安慧大连理工大学教授51 邵志刚中国科学院大连化学物理研究所研究员52 杨启华中国科学院大连化学物理研究所研究员53 侯中军新源动力股份有限公司副总经理兼总工程师、教授研究员级高级工程师54 赵毅大连保税区科利德化工科技开发有限公司董事长、高级工程师55 夏威大连路明发光科技股份有限公司教授研究员级高级工程师56 梁肃臣中昊光明化工研究设计院有限公司院长助理兼副总工程师、教授级高级工程师57 弓晓杰大连大学教授58 毛希琴大连市产品质量监督检验所副总工程师、高级工程师59 安庆大大连工业大学副校长、教授60 张丽华中国科学院大连化学物理研究所研究员61 陈光文中国科学院大连化学物理研究所研究员62 尚德静辽宁师范大学教授63 赵静大连知微生物科技有限公司董事长、教授研究员级高级工程师64 秦建华中国科学院大连化学物理研究所研究员65 黄岚大连万春生物技术有限公司董事长66 麻彤辉大连医科大学教授67 彭金咏大连医科大学教授68 马国武大连医科大学教授69 尹琳大连医科大学附属第二医院主任医师、教授70 李戈大连市中医医院副院长、主任中医师71 刘丕旭大连医科大学教授72 孙长凯大连医科大学主任医师、教授73 杜建玲大连医科大学附属第一医院主任医师、教授74 邵淑娟大连医科大学教授75 杨玉龙大连大学附属中山医院主任医师76 张卫国大连医科大学附属第一医院副院长、主任医师、教授77 张跃伟大连大学附属中山医院主任医师78 林洪丽大连医科大学附属第一医院主任医师、教授79 尚东大连医科大学附属第一医院主任医师、教授80 段志军大连医科大学附属第一医院主任医师、教授81 姜一农大连医科大学附属第一医院主任医师、教授82 闻庆平大连医科大学主任医师83 赵作伟大连医科大学附属第二医院院长、主任医师、教授84 梁晓华大连市血液中心副主任、主任医师85 王冰大连教育学院中学高级教师86 王大智大连外国语大学教授87 王振芬旅顺博物馆馆长、研究馆员88 付寒松大连广播电视台高级记者89 李红辽宁师范大学副校长、教授90 刘宏大连外国语大学副校长、教授91 孙文阁大连广播电视台高级记者92 邱明辉大连交通大学教授93 宫福清辽宁师范大学党委书记、教授94 赵纪军大连理工大学教授95 耿聆大连新商报社总编辑、高级编辑96 王家永大连市财政科学研究所副所长、副研究员97 史永东东北财经大学教授98 李雪铭辽宁师范大学副校长、教授99 齐鹰飞东北财经大学教授100 朱庆华大连理工大学教授101 汪旭晖东北财经大学教授102 赵进文东北财经大学教授103 唐加福东北财经大学教授104 韩立新大连海事大学教授105 靳志宏大连海事大学教授。

中共辽宁省委、辽宁省人民政府关于表彰首批领军人才和第五批省级优秀专家的决定文章属性•【制定机关】辽宁省人民政府•【公布日期】2010.02.09•【字号】辽委[2010]4号•【施行日期】2010.02.09•【效力等级】地方规范性文件,党内其他文件•【时效性】现行有效•【主题分类】机关工作正文中共辽宁省委、辽宁省人民政府关于表彰首批领军人才和第五批省级优秀专家的决定(辽委[2010]4号2010年2月9日) 近年来，全省广大科技、管理人才以饱满的工作热情和求实创新的科学精神，积极投身全面振兴辽宁老工业基地的伟大实践，在重大技术发明、重点项目建设、社会科学研究、科技成果转化等方面取得了突出业绩，为推动经济社会又好又快发展作出了重要贡献，涌现出一大批领军人才和优秀专家。

为表彰先进，弘扬创新创业精神，根据《辽宁省省级优秀专家评选管理办法》(辽委办发[2000]38号)、《关于评选辽宁省第五批省级优秀专家和首批领军人才的通知》(辽组通字[2008]67号)及领军人才和省级优秀专家评审委员会评审结果，省委、省政府决定，授予韩恩厚等50名同志辽宁省首批领军人才、张劲松等200名同志辽宁省第五批省级优秀专家荣誉称号。

希望受到表彰的同志不辜负党和人民的期望，珍惜荣誉，再接再厉，努力取得新的更大成绩。

全省广大科技、管理人员要以受到表彰的领军人才和省级优秀专家为榜样，大力弘扬求真务实、勇于创新的科学精神，不畏艰险、勇攀高峰的探索精神，团结协作、淡泊名利的团队精神，报效祖国、服务社会的奉献精神，积极探索，开拓创新，不断取得一流科研成就和：工作业绩，为在科学发展道路上推动辽宁老工业基地全面振兴实现新跨越作出积极贡献。

当前，我省正处于全面振兴的关键时期，迫切需要更多的高层次创新型人才投身生产科研一线，发挥作用，引领发展。

各级党委、政府要牢固树立人才是支撑科学发展第一资源的理念，确立人才优先发展的战略地位，把高层次人才队伍建设摆上人才工作的首要位置，创新体制机制，千方百计做好培养、吸引、使用高层次人才工作，进一步形成人才创造活力竞相进发、创新才能充分发挥、创业成果大量涌现的生动局面，为加快推进辽宁老工业基地全面振兴提供坚强的人才保证和智力支持。

工业机器人用盘式永磁电机设计与优化
李晨
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】为提升工业机器人所用电机的带负载能力,提出一种内置式盘式永磁电机。

建立内置式盘式永磁电机的三维有限元模型和盘式永磁电机转矩计算公式;通过对
内置式盘式永磁电机的电磁性能进行仿真分析,验证了模型的正确性;对电机的输出
转矩进行优化仿真,结果表明:相较于之前的表贴式永磁电机输出转矩得到了22.5%的提升。

【总页数】5页(P224-227)
【作者】李晨
【作者单位】大连交通大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH164;TP242.2
【相关文献】
1.基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机优化设计——楔形气隙结构电机
2.
新型盘式横向磁通永磁无刷电机的结构原理及设计优化3.基于永磁体轮廓设计的
盘式永磁电机转矩优化4.基于PCB的盘式无铁芯永磁电机的优化设计及矢量控制
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第２７卷㊀第３期２０２３年３月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ㊀Ｍａｃｈｉｎｅｓ㊀ａｎｄ㊀Ｃｏｎｔｒｏｌ㊀Ｖｏｌ ２７Ｎｏ ３Ｍａｒ.２０２３㊀㊀㊀㊀㊀㊀考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究董华军１ꎬ２ꎬ㊀孙鹏１ꎬ２ꎬ㊀李东恒１ꎬ㊀陈培军１ꎬ２ꎬ㊀郭方准１(１.大连交通大学机械工程学院ꎬ辽宁大连１１６０２８ꎻ２.平高集团有限公司ꎬ河南平顶山４６７００１)摘㊀要:针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题ꎬ结合Ｍａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅ混合式电弧模型㊁灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电－磁－机械动态特性耦合计算方法ꎮ基于真空断路器分断过程动态特性计算结果ꎬ通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算ꎬ并结合应变寿命理论及Ｍｉｎｅｒ累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命ꎬ在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作ꎮ研究结果表明:在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向ꎬ在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向ꎬ在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向ꎻ在承受分闸冲击时ꎬ优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处ꎬ应力数值为２７３.２８ＭＰａꎬ其疲劳寿命为２０２７次ꎬ优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为１２０３０次ꎬ满足断路器产品额定机械寿命的要求ꎮ关键词:电动斥力ꎻ电弧模型ꎻＶＳ１真空断路器ꎻ分闸特性ꎻ触头弹簧ꎻ疲劳寿命ＤＯＩ:１０.１５９３８/ｊ.ｅｍｃ.２０２３.０３.０１４中图分类号:ＴＭ５６１文献标志码:Ａ文章编号:１００７－４４９Ｘ(２０２３)０３－０１４７－１１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:２０２１－１２－０３基金项目:国家自然科学基金(５１４７７０２３)ꎻ辽宁省自然科学基金计划项目(２０１９－ＭＳ－０３６)作者简介:董华军(１９７８ )ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为真空开关电弧基础理论㊁图像处理及识别ꎻ孙㊀鹏(１９７７ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为真空开关电弧基础理论ꎻ李东恒(１９９６ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为真空开关电弧基础理论ꎻ陈培军(１９７７ )ꎬ女ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为真空开关电弧基础理论ꎻ郭方准(１９７０ )ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为超高真空科研装备的研发ꎮ通信作者:董华军Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｉｇｉｄ￣ｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｕｐｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆＶＣＢｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏ￣ｄｙｎａｍｉｃｒｅｐｕｌｓｉｏｎｆｏｒｃｅＤＯＮＧＨｕａ￣ｊｕｎ１ꎬ２ꎬ㊀ＳＵＮＰｅｎｇ１ꎬ２ꎬ㊀ＬＩＤｏｎｇ￣ｈｅｎｇ１ꎬ㊀ＣＨＥＮＰｅｉ￣ｊｕｎ１ꎬ２ꎬ㊀ＧＵＯＦａｎｇ￣ｚｈｕｎ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤａｌｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＤａｌｉａｎ１１６０２８Ｃｈｉｎａꎻ２.ＰｉｎｇｇａｏＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ４６７００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｏｎｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｔｉｏｎｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍꎬａｃｏｕｐｌｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｅｌｅｃｔｒｏ￣ｍａｇｎｅｔｉｃ￣ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＭａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅａｒｃｍｏｄｅｌꎬｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒａｎｄｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｄｕｒ￣ｉｎｇｏｐｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｅｘｐｌｉｃｉｔｄｙｎａｍｉｃｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｗａｓｃａｌ￣ｃｕｌａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ.Ｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｗｅｃａｎｓｅｅ:ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍ￣ｉｃｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｍｏｖｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｉｓｉｎｔｈｅｒｅｐｕｌｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｏｖｅｒ￣ｒａｎｇｅｓｔａｇｅꎬａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｍｏｖｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｉｓｉｎｔｈｅｃｌｏｓｅｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｔｈｅｏｖｅｒ￣ｒａｎｇｅｓｔａｇｅ.Ｔｈｅｈｉｇｈｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎ￣ｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｉｓａｔｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｒｉｎｇｐｉｎａｎｄｔｈｅｇｕｉｄｅｓｌｅｅｖｅꎬｗｈｅｒｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓ２７３.２８ＭＰａꎬｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｉｓ２０２７ｔｉｍｅｓｂｅｆｏｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓ１２０３０ｔｉｍｅｓａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｉｆｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｒｅｐｕｌｓｉｏｎｆｏｒｃｅꎻａｒｃｍｏｄｅｌꎻＶＳ１ｖａｃｕｕｍｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒꎻｏｐｅｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ￣ｔｉｃｓꎻｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇꎻｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ０㊀引㊀言真空断路器作为控制和保护设备广泛应用于中压配电系统中ꎬ当真空断路器分闸时ꎬ分闸弹簧作为动力支持驱动绝缘拉杆向下运动ꎬ直至触头到达分闸位置经缓冲装置作用而停止运动ꎮ此期间操动机构作为真空断路器的驱动单元ꎬ其动态特性对断路器的开断能力有着决定性影响[１－３]ꎮ但是真空断路器的分闸过程并不是一个简单的机械动力学问题ꎬ当断路器分断电流较大时ꎬ若操动机构提供的动力输出与灭弧室灭弧特性的匹配性较差ꎬ灭弧室触头间产生的温度极高的真空电弧将难以熄灭ꎬ导致触头㊁动导杆等导电部件在分断电流及其产生的磁场作用下产生电动力ꎬ而触头等部件产生的电动力又反过来会对机构分闸运动造成影响ꎮ因此真空断路器的分闸过程本质上是一个灭弧室侧电磁场与操动机构侧机械运动的多领域耦合问题ꎮ此外当机构分闸速度过大时ꎬ部分零件极有可能在循环冲击载荷下产生疲劳破坏ꎬ进而影响到断路器的工作稳定性ꎮ因此对断路器系统在分断大电流时的电－磁－机械特性进行研究ꎬ有着十分重要的意义ꎮ断路器开断过程主要涉及到电流ꎬ磁场ꎬ电动力及机械运动的多方向耦合问题ꎮ目前大多学者采用ＡＤＡＭＳ刚体动力学仿真分析方法来计算断路器空载条件下的分闸运动特性ꎬ该方法可较为方便地计算出触头㊁拉杆等运动部件的速度㊁位置等信息ꎬ但关于操动机构部件在分闸工作过程中承受冲击载荷时的应力变化及其易发生失效破坏的位置等信息却无法得到ꎮ后来王建华等人在此基础上采用显示动力学仿真分析方法来处理操动机构合分闸过程中部件的冲击碰撞问题ꎬ并利用ＬＳ￣ＤＹＮＡ以及Ｎｃｏｄｅ软件耦合对真空断路器动静铁心以及合闸保持机构等部件在合分闸冲击过程中的应力应变及疲劳寿命进行了计算[４]ꎬ对本文断路器机构刚柔耦合动力学模型的建立以及疲劳寿命计算有着很好的借鉴意义ꎮ但以上学者在对断路器合分闸过程进行研究时ꎬ较少考虑触头电动斥力对机构运动特性产生的影响ꎮ陈德桂㊁李兴文等[５－７]人针对触头系统电动斥力进行了试验研究ꎬ然后在此基础上引入圆柱导电桥模型利用有限元仿真方法对触头电动斥力进行了计算ꎮ这种有限元电磁耦合仿真方法也是目前触头电动斥力计算所采用的主流方法ꎬ但目前研究对象多为直流继电器㊁塑壳断路器等开关电器的触头系统的电动斥力ꎬ关于结构更为复杂的真空灭弧室触头系统电动斥力的研究却相对较少ꎻ此外大多学者研究较多的是触头闭合情况下的电动斥力ꎬ较少将电动斥力与机构的运动过程联系起来进行耦合计算ꎮ后来纽春萍㊁荣命哲㊁李兴文等[８－１０]人采用ＡＤＡＭＳ二次开发方法ꎬ将电动斥力以静态数据网格的形式ꎬ通过用户子程序加载到断路器机构运动模型上ꎬ实现了断路器分断过程电路方程㊁电磁场以及机构运动方程的耦合求解ꎬ但是该方法理论性较强ꎬ且对开发人员的编程水平要求相对较高ꎬ难以被大多技术人员所掌握ꎬ因此在以上学者研究基础上开发出一种更为简洁的断路器分闸过程电－磁－机械运动特性耦合计算方法就显得尤为重要ꎮ基于此ꎬ本文首先对１２ｋＶ真空灭弧室导电部分的电流密度㊁磁场进行仿真计算ꎬ在此基础上分析了不同开距和电流下导电回路洛伦兹力的变化及触头闭合时电流对霍尔姆力的影响ꎮ然后建立Ｍａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅ混合式电弧模型ꎬ对灭弧室短路开断过程中电流动态过程进行仿真计算ꎻ建立ＶＳ１型真空断路器操动机构刚柔耦合动力学仿真模型ꎬ通过ＭＡＴ￣ＬＡＢ编程技术将电动斥力施加到断路器机构动力学计算模型上ꎬ实现断路器机构载流条件下分断过程电－磁－机械动态特性耦合计算ꎻ最后利用显示动力学方法计算触头弹簧结构在承受分闸冲击时的应力㊁应变情况ꎬ并将动态计算结果与Ｎｃｏｄｅ软件耦合ꎬ计算出触头弹簧结构的分闸操作寿命及寿命危险区域ꎬ为触头弹簧结构的优化设计工作提供理论参考ꎮ１㊀触头结构电动力计算１.１㊀触头洛伦兹力计算触头在断开时刻计算洛伦兹力时需要在动静触头间建立电弧模型ꎬ这里选取电弧产生的主要区域８４１电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀将其视为一圆柱体导体[１１－１３]ꎮ真空电弧电导率设置为２.８ˑ１０３Ｓ/ｍꎬ相对磁导率为１ꎬ其直径与触头外径一致ꎬ为７８ｍｍꎬ厚度为灭弧室开距１０ｍｍꎮ加载电流的方向是由静触头流向动触头ꎬ大小为４０ｋＡꎬ此时触头导电回路电流密度㊁磁场分布以及电动力分布计算结果分别如图１㊁图２㊁图３所示ꎮ图１㊀电流密度分布Ｆｉｇ.１㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙ图２㊀磁场分布Ｆｉｇ.２㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ在图１(ａ)中ꎬ电流在杯壁触指处分布较为密集ꎬ在电弧和触头片处电流密度较小ꎻ动静触头杯座上电流流向基本一致ꎬ因此在表１电动斥力计算结果中ꎬ杯座之间的洛伦兹力为互相吸引的力ꎻ而图１(ｂ)中动静触头片上电流流向则相反ꎬ导致触头片之间的洛伦兹力为互相排斥的力ꎮ图３㊀电动力分布Ｆｉｇ.３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ在图２中ꎬ总体上来说触头杯指处磁场较大ꎬ导杆处磁场较小ꎻ在电弧中心平面上ꎬ触头产生的纵向磁场沿触头半径方向分布较为均匀ꎬ呈现出先略微升高后迅速下降的趋势ꎬ电弧中心平面上磁场最大的环形区域对应着触头片上开槽末端位置ꎮ表１㊀触头结构洛伦兹力计算结果Ｔａｂｌｅ１㊀ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＬｏｒｅｎｔｚｆｏｒｃｅ零件洛伦兹力/Ｎ触头片－３３.５２６杯座㊀２７３.２３支撑盘－０.０３２合力㊀２３９.６７２当触头断开时ꎬ触头杯座开槽处也即是触指处洛伦兹力密度最大ꎬ由于杯座互相吸引的力要大于触头片互相排斥的力ꎬ因此动触头产生的洛伦兹力方向为触头合闸方向ꎮ利用参数化仿真可分析开距和电流对触头洛伦兹力的影响ꎬ改变电流与开距时触头结构洛伦兹力变化如图４所示ꎮ图４㊀触头洛伦兹力与开距和电流的关系Ｆｉｇ.４㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＬｏｒｅｎｔｚｆｏｒｃｅａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ９４１第３期董华军等:考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究在相同电流条件下ꎬ触头结构洛伦兹力随着触头间开距的增加而减小ꎬ在２ｍｍ处有明显拐点ꎮ在０~２ｍｍ范围内洛伦兹力随开距减小的趋势较大ꎬ２ｍｍ后曲线变化幅度较小ꎮ通过以上建立的洛伦兹力数据网格ꎬ灭弧室触头在任意时刻所对应的电流㊁触头开距下的洛伦兹力均可在ＭＡＴＬＡＢ中通过二元插值功能来计算ꎮ１.２㊀触头霍尔姆力计算当动静触头闭合时ꎬ仅有少数的导电斑点相接触ꎬ这就导致触头流过电流时ꎬ电流会在动㊁静触头的接触斑点处发生收缩ꎬ触头间会产生互相排斥的霍尔姆力[１４]ꎮ假设全部导电斑点集中在触头中心ꎬ此时触头实际受力情况需要同时考虑触头预压力㊁洛伦兹力和霍尔姆力３个力ꎬ触头间在垂直接触面的方向上霍尔姆力可通过经验计算公式得到ꎬ即ＦＨ＝μ０４πＩ２ｌｎＲｒ＝μ０４πＩ２ｌｎξＨπＲ２ＦＫ＋ＦＨ＋ＦＬꎮ(１)式中:Ｉ为流经收缩区导体的电流ꎬＡꎻＲ为动触头的截面半径ꎻμ０为真空磁导率ꎻξ为与触头表面接触状况有关的系数ꎬ其范围在０.３~１之间ꎻＨ为材料的布氏硬度ꎬＮ/ｍｍ２ꎻＦＫ为触头间接触力ꎬＮꎻＦＨ为霍尔姆力ꎬＮꎻＦＬ为洛伦兹力ꎬＮꎻ其中以触头合闸压力方向为正方向ꎮ式(１)为隐性公式ꎬ触头接触力可在后续计算中利用动力学模块求解ꎮ２㊀灭弧室开断过程电弧模型研究２.１㊀Ｍａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅ混合式电弧模型当灭弧室开断短路电流时ꎬ触头间会有短暂的燃弧现象ꎮ目前常用的电弧黑盒模型通常有Ｍａｙｒ模型㊁Ｃａｓｓｉｅ模型和Ａｙｒｔｏｎ模型等ꎬ由于各种电弧模型对电弧本身性质的不同设定ꎬ所以各种电弧模型具有不同的适应范围ꎮＭａｙｒ在电弧电流较小ꎬ电弧电阻较大时对电弧特性的描述较为准确ꎬ而Ｃａｓｓｉｅ则更适用于电弧电流大ꎬ电弧电阻小的情况ꎮ为实现在短路电流开断过程中ꎬ电流大小不同时能切换Ｍａｙｒ和Ｃａｓｓｉｅ模型ꎬ在相关研究文献中ꎬ有部分学者在Ｍａｙｒ电弧模型基础上ꎬ引入连接函数利用组合形式建立Ｍａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅ混合式电弧模型[１５－１８]ꎬ可对不同范围电流下的电弧模型进行准确描述ꎬ对电弧模型建立工作有着很好的借鉴意义ꎮＭａｙｒ电弧模型可描述为１ｇ(ｔ)ｄｇ(ｔ)ｄｔ＝ｄｌｎ(ｇ)ｄｔ＝１τｕ(ｔ)ｉ(ｔ)Ｐｌｏｓｓ－１()ꎮ(２)式中:ｇ(ｔ)为电弧电导ꎻｉ(ｔ)㊁ｕ(ｔ)分别为电弧的电流和电压ꎻτ为电弧时间常数ꎻＰｌｏｓｓ为电弧耗散功率ꎬ与电弧直径㊁径向运动速度以及电流有关ꎬＷ/ｍꎮＣａｓｓｉｅ电弧模型可描述为１ｇ(ｔ)ｄｇ(ｔ)ｄｔ＝ｄｌｎ(ｇ)ｄｔ＝１τｕ２(ｔ)ｕ２ｃ－１()ꎮ(３)式中ｕｃ为电弧电压常数ꎮｇａｒｃ＝１－ｅｘｐ－ｉ２Ｉ２０()[]ｇｃ＋ｅｘｐ－ｉ２Ｉ２０()ｇｍ＝１－ｅｘｐ－ｉ２Ｉ２０()[]ｕｉｕ２ｃ－τｄｇ(ｔ)ｄｔ()＋ｅｘｐ－ｉ２Ｉ２０()ｉ２(ｔ)Ｐｌｏｓｓ(ｔ)－τｄｇ(ｔ)ｄｔ()ꎮ(４)式中:ｇａｒｃ为总电弧电导ꎻｇｍ㊁ｇｃ为Ｍａｙｒ和Ｃａｓｓｉｅ电弧电导ꎻｉ为实际电弧电流ꎻＩ０为过渡电流ꎬ一般在５~７Ａ范围内ꎮ当电弧电流较小时ꎬＭａｙｒ电弧模型电导在总电导中所占比例系数较大ꎬ故Ｍａｙｒ电弧模型在总电弧模型中起主要作用ꎻ而当电弧电流较大时ꎬＣａｓｓｉｅ电弧模型在总电弧模型中起主要作用[１９]ꎮ基于此ꎬ本文在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中搭建了Ｍａｙｒ￣Ｃａｓｓｉｅ混合式电弧模型及外载电路ꎬ对１２ｋＶ真空灭弧室短路开断过程中电流动态过程进行仿真计算ꎮ２.２㊀电弧仿真结果分析施加的三相电源频率为５０Ｈｚꎬ其中以Ａ相电流过零时刻０.０２ｓ为开断时刻ꎮ电弧模型主要参数:初始电导为１ˑ１０４ꎻＰｌｏｓｓ为１.５ˑ１０６Ｗ/ｍꎻτ为０.１ｍｓꎻＩ０为５Ａꎻｕｃ为２０Ｖꎮ灭弧室开断过程电流仿真结果如图５所示ꎮ图５㊀混合式电弧开断仿真结果Ｆｉｇ.５㊀Ｒｅｓｕｌｔｏｆｈｙｂｒｉｄａｒｃｂｒｅａｋｉｎｇ０５１电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀在０.０２ｓ时刻ꎬ动静触头分离ꎬ触头间将产生真空电弧ꎮ由于电路断开时刻Ａ相中电流为０ꎬ故Ａ相中虽然也会产生真空电弧ꎬ但电弧燃烧阶段的电流数值相对小ꎻＢ㊁Ｃ两相在断开时刻的电流数值较大ꎬ故在真空电弧燃烧阶段内ꎬ两相电弧电流并不会立刻减少至０ꎬ而是呈现逐渐减小的趋势ꎮ而在各相主电路电流过零瞬间ꎬ触头产生的金属蒸汽将不足以维持真空电弧的燃烧ꎬ各相的电弧也将熄灭ꎮ３㊀操动机构合闸过程动力学分析３.１㊀操动机构刚柔耦合动力学模型建立断路器刚柔耦合动力学模型建立过程可分为４部分:首先利用ＡＤＡＭＳ建立ＶＳ１型操动机构动力学模型ꎬ如图６所示ꎮ图６㊀ＶＳ１操动机构动力学仿真模型Ｆｉｇ.６㊀ＤｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆＶＳ１ｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ然后根据各部件之间实际接触情况建立接触副和碰撞关系ꎻ其次利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对关键零件进行模态分析ꎬ建立关键零部件模态分析文件ꎻ最后在ＡＤＡＭＳ中读入模态文件ꎬ并对断路器系统中刚性零部件进行替换ꎮ所建的操动机构刚柔耦合动力学模型中ꎬ缓冲部分实际情况下多采用油缓冲器ꎬ因其阻尼参数难以获取ꎬ故将其简化为阻尼弹簧ꎬ通过合理调整其刚度和阻尼可以达到与油缓冲器类似的缓冲效果ꎮ３.２㊀考虑电动斥力的断路器分闸过程计算将刚柔耦合动力学模型导入到Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境中ꎬ通过编写ＭＡＴＬＡＢＦｕｎｃｔｉｏｎ的形式计算分闸过程中触头电动斥力:１)由ＭＡＴＬＡＢ拟合图５中三相电流波形公式ꎬ并用该公式计算该时刻ｔ对应的电流值ꎬ同时由动力学模块返回该时刻对应的触头位移以及触头接触压力ꎮ２)已知该时刻电流以及触头接触压力情况下ꎬ可由经验公式(１)计算触头霍尔姆力ꎮ３)在已知该时刻电流和触头位移的条件下ꎬ采用二元插值方法在建立的洛伦兹力数据网格中查取对应电流以及触头开距下的触头洛仑兹力ꎮ４)将计算的霍尔姆力和洛仑兹力的合力作为总电动力通过接口函数返还到动力学模型中ꎬ其中霍尔姆力仅存在于触头接触行程阶段ꎬ即超行程阶段ꎬ而洛伦兹力存在于超行程结束后的分闸阶段ꎮ５)动力学模块接收到ｔ时刻的电动力后ꎬ进行机构动力学仿真ꎬ同时输出ｔ＋１时刻的触头位移及触头接触压力ꎬ用于下一个时间步内电动力的计算[２０－２１]ꎮ通过以上步骤的不断迭代计算ꎬ可将机械运动方程和电路㊁电磁场方程耦合求解ꎬ从而实现断路器的包含机构碰撞弹跳信息在内的整个分闸过程动态特性的计算ꎮ图７为机－电－磁耦合计算模块ꎮ图７㊀机－电－磁耦合计算模块Ｆｉｇ.７㊀Ｃｏｕｐｌｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ￣ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ￣ｍａｇｎｅｔｉｃ１５１第３期董华军等:考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究３.３㊀动力学仿真结果设置仿真初始条件为触头弹簧终压力为４５００Ｎꎬ刚度为４００Ｎ/ｍｍꎬ分闸弹簧预拉力２００Ｎꎬ刚度５０Ｎ/ｍｍꎬ触头额定开距为１０ｍｍꎬ接触行程为３ｍｍꎻ同时灭弧室触头自闭力简化为拉开一定距离的阻尼弹簧ꎬ刚度为１０Ｎ/ｍｍꎬ预拉力为２００Ｎ[２２]ꎮ以分闸时刻为Ａ相的电流过零点时刻ꎬ仿真得到操动机构分闸过程各部件运动状态以及触头分闸速度与位移曲线如图８㊁图９所示ꎮ图８㊀分闸过程操动机构各部分运动状态Ｆｉｇ.８㊀Ｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｕｒｉｎｇｏｐｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ图９(ａ)中ꎬ在ｔ＝０时ꎬ机构处于分闸启动阶段ꎬ此时断路器处于合闸位置ꎬ绝缘拉杆在传动拐臂的动力传递下由分闸弹簧驱动着向下运动ꎬ但动触头在触头弹簧的作用下与静触头紧紧闭合在一起ꎮ在ｔ＝２.５ｍｓ时ꎬ超程阶段结束ꎬ动触头在绝缘拉杆的带动下开始向下运动ꎮ从图９(ｂ)中可看出此阶段动触头与拉杆的运动速度保持一致ꎬ二者的运动曲线几乎完全平行ꎮ在ｔ＝１０ｍｓ时ꎬ机构到达分闸位置ꎬ在缓冲器的作用下ꎬ动触头及拉杆经过一段时间的震荡后于ｔ＝３０ｍｓ时趋于稳定ꎮ在文献[２３－２６]中ꎬ有学者针对弹簧操动机构进行了分闸特性实验研究ꎬ测得灭弧室触头部件的分闸速度基本上呈现出先迅速增大然后在缓冲器作用下减小至０的变化趋势ꎬ这与文中动触头分闸速度仿真结果的变化趋势基本一致ꎻ只是文中缓冲器与相关文献中缓冲器的类型不同ꎬ并且进行了一定简化处理ꎬ故在分闸末期阶段动触头反向回弹的高度以及机构达到稳定状态所需的时间有所差别ꎮ图９㊀操动机构动力学计算结果Ｆｉｇ.９㊀Ｄｙｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ分闸期间触头电动力变化如图１０所示ꎮ图１０㊀动触头分闸过程电动力随时间变化Ｆｉｇ.１０㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｏｆｍｏｖｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｓｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ在触头超程阶段ꎬ动静触头尚未分离ꎻ此时由图５可知:Ａ㊁Ｃ两相电路中电流数值在减小ꎬ因此２５１电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀图１０中超程阶段Ａ㊁Ｃ两相中的电动力也呈现减小趋势ꎻＢ相电路在超程阶段的电流数值不断增大ꎬ因此其电动力也呈上升趋势ꎮ但在超程阶段各相电路中触头电动力均为触头斥开方向ꎮ在动静触头分离瞬间ꎬ触头片上霍尔姆力迅速减小至０ꎬ触头总体电动力方向发生变化ꎬ此时触头电动力为杯座上的洛伦兹力ꎬ方向为触头闭合方向ꎮ最后随着动静触头间距离增大以及电流的减小ꎬ触头电动力减小至０ꎮ４㊀触头弹簧结构疲劳寿命计算在分闸阶段ꎬ导向套在触头弹簧反力作用下首先向下移动ꎬ动导杆侧则在触头弹簧压力作用下保持静止ꎻ在超行程阶段结束时ꎬ导向套开槽上端部分与弹簧销接触ꎬ弹簧销以及动导杆部分在拉杆驱动下开始向下运动ꎮ此期间触头弹簧销与导向套会产生冲击碰撞现象ꎬ对触头弹簧系统的机械寿命有着不利的影响ꎮ典型的触头弹簧结构如图１１所示ꎮ图１１㊀触头弹簧系统模型Ｆｉｇ.１１㊀Ｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ本文建立了两种结构弹簧销模型ꎬ第一种在动导杆两侧开有４ｍｍ深的圆孔槽ꎬ弹簧销为两端小圆柱ꎬ插入动导杆孔内与之配合ꎻ第二种在动导杆处开一通孔ꎬ弹簧销插入孔内与动导杆配合[２７]ꎮ利用显示动力学软件ＬＳＤＹＮＡ可对两种弹簧销结构在分闸过程中的冲击碰撞现象进行模拟ꎮ仿真中ꎬ触头弹簧刚度为４００Ｎ/ｍｍꎬ终压力为４５００Ｎꎻ接触行程为３ｍｍꎻ速度初始条件为０ꎻ动导杆材料为无氧铜ꎬ轴套为不锈钢ꎬ弹簧销为Ｎｉ￣Ｃｒ￣Ｍｏ铁ꎬ各材料属性如表２所示ꎮ表２㊀材料参数Ｔａｂｌｅ２㊀Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ参数Ｎｉ￣Ｃｒ￣Ｍｏ不锈钢无氧铜密度/(ｋｇ/ｍ３)８５００７７５０８９４０弹性模量/Ｐａ２.０７ˑ１０１１１.９３ˑ１０１１１.１ˑ１０１１泊松比０.３２０.３１０.３４屈服应力/Ｐａ６.３ˑ１０８２.０７ˑ１０８１.９６ˑ１０８㊀㊀两种触头弹簧结构分闸过程中Ｖｏｎ￣Ｍｉｓｅｓ应力最大时的分布情况如图１２所示ꎮ图１２㊀弹簧销应力分布Ｆｉｇ.１２㊀Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｐｒｉｎｇｐｉｎ在两种结构弹簧销中ꎬ第一种弹簧销结构整体应力数值较大ꎬ在弹簧销与动导杆接触的端部位置产生了应力集中现象ꎮ第二种弹簧销结构最大应力数值较小ꎬ应力分布也相对均匀ꎬ弹簧销的应力集中范围出现在圆柱体中间部分ꎮ第二种弹簧销结构在分闸过程种应力变化如图１３所示ꎮ图１３(ａ)为合闸保持阶段ꎬ为保证动静触头间具有一定的接触压力ꎬ故拉杆及导向套部件需要给与弹簧销一定向上的压力ꎬ此时弹簧销与动导杆靠上部分接触区域应力较大ꎮ图１３(ｂ)阶段为超行程阶段ꎬ动导杆及弹簧销保持静止ꎬ导向套在拉杆及触头弹簧作用下向下运动ꎬ此阶段整体应力数值较小ꎮ图１３(ｃ)时刻弹簧销与导向套开槽上端部分刚接触ꎬ在接触区域应力数值开始增大ꎮ图１３(ｄ)时刻为弹簧销应力最大时刻ꎬ在导向套㊁动导杆与弹簧销的接触界面尺寸改变处形成应力集中区域ꎬ并且此刻可观察到弹簧销体产生了局部微小变形ꎮ图１３(ｅ)㊁图１３(ｆ)时刻ꎬ弹簧销变形已恢复ꎬ此时整体应力数值较小ꎬ无明显应力集中区域ꎻ弹簧销㊁动导杆与导向套三者之间保持相对静止状态ꎬ在拉杆驱动下继续完成分闸操作ꎮ３５１第３期董华军等:考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究图１３㊀开断过程弹簧销应力随时间变化Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｔｒｅｓｓｏｆｓｐｒｉｎｇｐｉｎｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅｄｕｒｉｎｇｂｒｅａｋｉｎｇ在ｔ＝３.１ｍｓ时导向套㊁动导杆与弹簧销三者之间的冲击碰撞现象较为严重ꎬ此时弹簧销结构应力值最大约为２７３ＭＰａꎮ弹簧销结构现多采用Ｎｉ￣Ｃｒ￣Ｍｏ铁材料ꎬ故弹簧销在分闸过程中应力已经接近其材料屈服极限ꎬ极易产生塑性变形[２８]ꎮ因此为判断触头弹簧结构的机械性能是否符合设计要求ꎬ需要对触头弹簧系统整体的疲劳寿命进行计算ꎮ本文采用Ｎｃｏｄｅ软件对弹簧销结构的寿命进行计算ꎮ其中在分闸过程中由于弹簧销的应力数值较大ꎬ且正常工作情况下断路器一般不会频繁开断ꎬ因此触头弹簧结构的疲劳寿命计算属于低周疲劳的范畴ꎬ在软件中需采用应变疲劳寿命求解器来计算ꎮ将ＬＳ￣ＤＹＮＡ计算的应力㊁应变结果导入到Ｎｃｏｄｅ软件中ꎬ基于局部应变寿命理论以及Ｍｉｎｅｒ线性疲劳累积损伤理论即可计算弹簧销结构的分闸操作寿命及寿命危险区域ꎬ如图１４所示ꎮ触头弹簧结构疲劳寿命较低区域主要分布在弹簧销与导向套接触界面处ꎬ该区域对应的疲劳寿命约为２０２７次ꎻ其中弹簧销结构的寿命危险区域在销体中间区域ꎬ与图１３中弹簧销的应力分布对比可知ꎬ弹簧销中间区域应力数值较大ꎬ分布较为集中ꎬ因此最容易产生疲劳破坏ꎮ导向套的寿命危险区域在其开槽的上端部ꎬ在分闸过程中ꎬ此处将与弹簧销直接产生接触碰撞ꎬ故寿命计算结果相对其他区域较低ꎮ动导杆结构的寿命危险区域主要分布在与弹簧销相配合的通孔处ꎬ弹簧销承受的冲击载荷将通过销与孔的接触界面传递到动导杆处ꎬ因此在动导杆上由通孔处向周围区域处寿命计算结果呈现由低到高的变化趋势ꎮ总体上来说ꎬ低寿命基本出现在高应力区域ꎬ这些区域基本可视为在分闸时触头弹簧结构易产生裂纹的区域ꎮ此外断路器产品的机械额定寿命为１００００次ꎬ以上触头弹簧结构的寿命计算结果与之相差较大ꎬ故对于本文所建立的真空断路器模型而言ꎬ该触头弹簧结构的设计并不合理ꎮ图１４㊀触头弹簧系统寿命计算结果Ｆｉｇ.１４㊀Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ上述结构疲劳寿命较低的因素主要为在弹簧销与导向套碰撞时ꎬ二者接触面积过小ꎬ使得产生的应力在接触界面处高度集中ꎬ导致触头弹簧结构极易发生破坏ꎮ因此本文对以上触头弹簧结构做出了改进ꎬ如图１５所示ꎮ图１５㊀改进后触头弹簧结构Ｆｉｇ.１５㊀Ｉｍｐｒｏｖｅｄｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ由于改进后的触头弹簧结构在分闸碰撞时导向套与拉杆间接触界面的面积较大ꎬ因此可有效减弱应力集中现象ꎮ当仿真条件设置与第一种触头弹簧结构完全一致时ꎬ该结构在分闸冲击下的寿命计算结果如图１６所示ꎮ４５１电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀图１６㊀改进后触头弹簧系统寿命计算结果Ｆｉｇ.１６㊀Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｔａｃｔｓｐｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ从寿命计算结果来看ꎬ触头弹簧结构改变之后ꎬ机械寿命得到了较大增长ꎻ其寿命较低区域主要分布在动导杆与拉杆的直径变化处ꎬ该区域对应的最低疲劳寿命约为１２０３０次ꎮ与断路器产品额定机械寿命相比ꎬ优化后的触头弹簧结构超出了将近２０％ꎬ因此该结构基本上满足额定机械寿命要求ꎮ５㊀结㊀论本文运用ＡＤＡＭＳ￣Ｍａｘｗｅｌｌ￣Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现了考虑电动斥力的ＶＳ１型真空断路器分闸过程动态特性的计算ꎻ然后针对分闸过程中冲击碰撞现象较为严重的触头弹簧结构ꎬ运用显式动力学分析与应变疲劳寿命理论相结合的方法计算出该结构的分闸操作寿命ꎬ在此基础上对其结构进行了优化改进ꎮ得出以下结论:１)触头断开时受到的洛伦兹力主要来源于杯座和触头片ꎻ并且触头片上的洛伦兹力是使触头斥开方向ꎬ触头杯座上的洛伦兹力是使触头闭合方向ꎬ二者方向相反ꎮ此外由于触头结构具有上下对称的特点ꎬ因此触头上电流方向无论是由静端流向动端㊁还是由动端流向静端ꎬ触头结构产生的电动斥力的方向及大小均不会发生改变ꎮ２)断路器分断过程中ꎬ在超程阶段ꎬ动静触头处于闭合状态ꎬ此时动触头承受的的电动力主要来源于触头片上互相斥开的霍尔姆力ꎬ故动触头承受的电动力方向为斥开方向ꎻ超程阶段结束之后ꎬ动静触头完全分离ꎬ此时动触头承受的的电动力主要来源于杯座上互相吸引的洛伦兹力ꎬ故动触头承受的电动力方向为闭合方向ꎮ３)在承受分闸冲击时ꎬ优化前的触头弹簧结构中ꎬ弹簧销部件会产生应力集中现象ꎬ其机械寿命最低ꎬ为２０２７次ꎻ而在优化后的触头弹簧结构中ꎬ由于拉杆与导向套间碰撞界面面积较大ꎬ因此可有效减弱应力集中现象ꎮ改进后触头弹簧系统的机械寿命为１２０３０次ꎬ基本上满足断路器产品额定机械寿命的要求ꎮ本文建立的电－磁－机械动态特性耦合计算模型可计算出断路器机构载流条件下开断过程中机构的分闸动态特性㊁触头电动斥力变化以及机构部件的危险应力区域及其机械寿命ꎮ但论文所作研究仅是理论上仿真计算的结果ꎬ后续仍需要进一步开展相关实验进行验证ꎮ论文工作可在理论层面为断路器产品动态特性分析及其结构优化工作提供参考ꎮ参考文献:[１]㊀朱军ꎬ李波ꎬ阮江军ꎬ等.基于人工过零技术的直流真空分断过程分析及验证[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１９ꎬ２３(１):６３.ＺＨＵＪｕｎꎬＬＩＢｏꎬＲＵＡＮＪｉａｎｇｊｕｎꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｅｓｔｆｏｒｔｈｅＤＣｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｃｕｒｒｅｎｔｚｅｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１９ꎬ２３(１):６３. 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基于IE理论改善装配线平衡问题
毛银;孙丽;韦江;高鑫
【期刊名称】《大连交通大学学报》
【年(卷),期】2014(035)0z1
【摘要】将工业工程有关理论运用在企业生产管理中,通过实例阐述了某企业转向架装配生产线平衡改善的基本方法思路.结合生产线实际问题进行了系统分析,提出了可行的改善方案,并对改善前后的方案进行对比分析,达到了提高生产线平衡率,提升产能的目的,实际效果明显.
【总页数】4页(P107-110)
【作者】毛银;孙丽;韦江;高鑫
【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;中国北车集团大连机车车辆有限公司工艺技术部,辽宁大连116021;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028
【正文语种】中文
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