[发明专利]多柔体电器触簧系统的接触弹跳分析方法

说明书

本发明公开了一种多柔体电器触簧系统的接触弹跳分析方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、建立电器触簧系统的等效碰撞动力学模型；步骤二、构建继电器运动学与碰撞动力学微分方程；步骤三、建立继电器的动簧片位移方程；步骤四、完成继电器的动力学方程的矩阵形式；步骤五、求解继电器的动力学方程的矩阵形式得到广义坐标g的数值解，进而得到动簧片的横向位移；步骤六、通过求解不同条件下动簧片横向位移随时间的变化规律曲线，分析电器触簧系统的动力学及碰撞弹跳特性。本发明以简单有效的方式模拟簧片的动态过程并收集接触弹跳参数，与传统以刚体为假设条件的接触系统动力学分析方法相比，具有更好的计算精度。

技术领域

本发明涉及一种描述电器弹跳行为的分析方法，具体涉及一种能够有效模拟电器触簧系统簧片弹跳特性的方法。

背景技术

对电器而言，接触不良、闭合触点频繁分离等现象极大程度地威胁着电力系统的安全稳定性。随着对电器可靠性要求的提升，对其接触性能也提出了更严格的要求。为规避接触故障，使电器具有更高的可靠性和更长的使用寿命，需要降低触点弹跳幅值和弹跳时间。

在一次短暂的宏观碰撞过程中，由于簧片结构的弹性振动与碰撞发生相互作用，很有可能会发生多次间歇性“接触-弹跳-再接触”的微接触弹跳现象。有研究表明，往复碰撞接触对系统强度的破坏程度往往高于单次高强度的碰撞。因而，含柔性部件的电器弹跳动力学研究对规避该类破坏问题具有十分重要的意义。然而由于刚柔耦合碰撞接触系统的方程包含强非线性项，数值性态非常复杂，使得该种情况下的接触弹跳动态分析及预测有着较大的困难。

目前电器的簧片在工作时会发生形变，传统以刚体为假设条件的接触系统动力学分析方法显然不能满足计算要求和分析精度。另外，由于传统的电器接触弹跳实验研究在结构设计上极其复杂且费时，并且不能清楚地揭示接触弹跳的机理。因此需要发明更简便实用和普适性更强的方法去实现含簧片结构的电器弹跳特性分析和行为抑制。

发明内容

本发明针对一类接触系统是由刚体和簧片结构构成的电器，提供了一种多柔体电器触簧系统的接触弹跳分析方法。该方法首先根据电器工作原理，将电器触簧系统的相互关系转化为不同性质的力学效应关系。之后依据欧拉-伯努利梁理论，通过构建触簧系统的运动与碰撞动力学模型，分析接触前后簧片的受力情况，以此明确簧片接触弹跳的评价方法。基于刚柔耦合机理，该方法能够对触簧系统的大范围刚体运动、小范围弹性变形和触簧系统存在的接触碰撞间的相互作用进行参数计算。通过引入接触约束，该方法将刚柔耦合动力学与碰撞相结合，能够模拟各工况对应的电器动态接触过程和接触弹跳行为。本发明的方法以简单有效的方式模拟簧片的动态过程并收集接触弹跳参数，对提高电器的接触可靠性和弹跳特性是十分必要的，与传统以刚体为假设条件的接触系统动力学分析方法相比，具有更好的计算精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多柔体电器触簧系统的接触弹跳分析方法，考虑簧片结构的刚体运动、柔性变形与碰撞效应，建立电器触簧系统的运动与碰撞动力学模型；推导电器动作过程中动簧片运动与碰撞动力学微分方程；明确触簧系统动簧片横向位移和梁结构的自由振动方程；给出电器动力学方程矩阵形式，形成一套能分析柔性簧片运动及接触全过程的弹跳计算方法。包括如下步骤：

步骤一、建立电器触簧系统的等效碰撞动力学模型；

步骤二、依据欧拉-伯努利梁理论，构建如下继电器运动学与碰撞动力学微分方程：

式中，ρ为动簧片的密度，A为动簧片横截面面积，E和I分别为动簧片的弹性模量和惯性矩，δ(x)是狄拉克δ-函数，x_f为推力等效作用位置，x_m表示动簧片和常开触点的等效接触位置，F₁为连杆推力，F_h为Holm力，F_c为碰撞力；

其中：