一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法。包括儲(chǔ)能系統(tǒng)、控制閥系統(tǒng)、液壓缸及其內(nèi)緩沖系統(tǒng)和管道系統(tǒng)；其中儲(chǔ)能系統(tǒng)包括初始參數(shù)計(jì)算、蓄能器搭建、充壓裝置子模塊；控制閥系統(tǒng)包括電磁先導(dǎo)閥、放大閥和主閥子模塊；液壓缸及其內(nèi)緩沖系統(tǒng)包括差動(dòng)式液壓缸和缸內(nèi)緩沖參數(shù)化模型子模塊；管道子系統(tǒng)包括沿程壓力損失模型和局部壓力損失模型子模塊。通過(guò)理論建模和參數(shù)確立，將四個(gè)系統(tǒng)調(diào)入仿真模型搭建和計(jì)算系統(tǒng)，并通過(guò)結(jié)果輸出系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的輸出。本發(fā)明可以對(duì)特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的綜合特性進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、降低試驗(yàn)成本、避免試驗(yàn)的盲目性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)雜大功率液壓操動(dòng)系統(tǒng)建模及仿真方法，尤其涉及一種特高壓斷路 器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓斷路器是特高壓輸電線(xiàn)路中最重要的保護(hù)和控制設(shè)備，能夠控制電網(wǎng)線(xiàn)路 的運(yùn)行和退出、快速切斷故障線(xiàn)路，是我國(guó)"發(fā)展特高壓輸電、建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能的電網(wǎng)"的重要 保證。特高壓斷路器運(yùn)行時(shí)所切斷的電流高達(dá)幾萬(wàn)安培，所需的操作功大，必須配備高效、 大功率、可控性強(qiáng)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0003] 斷路器用操動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng) 機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)等，每一種機(jī)構(gòu)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)合，但特 高壓斷路器運(yùn)行時(shí)所需的操作功巨大，要想實(shí)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出力與負(fù)載力的良好匹配， 考慮到液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率大、動(dòng)作快、操作平穩(wěn)的特點(diǎn)，目前在特高壓斷路器中一般采用 液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0004] 大功率液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的先進(jìn)核心技術(shù)主要掌握在世界上的幾大公司手中，如歐洲 的Siemens、ABB、Alstom、Schneider、Bucher等公司，以及亞洲日本的三菱、東芝、日立和韓 國(guó)的曉星等公司。在中國(guó)，液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要以引進(jìn)技術(shù)為主，自主核心技術(shù)比較薄弱，河 南平高電氣集團(tuán)、西安電氣集團(tuán)和沈陽(yáng)新東北電氣集團(tuán)等幾家大公司都在致力研究特高壓 斷路器液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)生產(chǎn)的斷路器的性能與世界其它國(guó)家相比，電氣性 能的差距不大，主要差距是在操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能方面。
[0005] 由于特高壓斷路器在動(dòng)作中具有瞬時(shí)爆發(fā)大功率、高速響應(yīng)等特點(diǎn)，所配備的液 壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊、零件眾多，在運(yùn)行時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如零部件振動(dòng)劇烈、 噪音巨大、液壓缸緩沖壓力過(guò)高、管道系統(tǒng)壓力波動(dòng)嚴(yán)重等，這些問(wèn)題和故障往往是相互關(guān) 聯(lián)、相互影響的，同時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)是無(wú)法預(yù)料和評(píng)估的，傳統(tǒng)的"試驗(yàn)測(cè)試-發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-結(jié) 構(gòu)改進(jìn)-再測(cè)試"的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高且盲目性較大，同時(shí)在試驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)很多因素都 無(wú)法直接測(cè)量，難以找到問(wèn)題的根源，因此需要尋找科學(xué)、高效、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。
[0006] 以計(jì)算機(jī)仿真為基礎(chǔ)的復(fù)雜系統(tǒng)綜合建模技術(shù)是一種先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能的設(shè) 計(jì)和分析方法，將其應(yīng)用到特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，可建立一套科 學(xué)、高效、實(shí)用的液壓系統(tǒng)綜合仿真平臺(tái)，將關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)化、功能參數(shù)化，在物理樣 機(jī)試制過(guò)程中就能預(yù)測(cè)到系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)的故障和問(wèn)題，并能提供切實(shí)可行的科學(xué)解決方 案，從而可降低我國(guó)斷路器產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、增強(qiáng)產(chǎn)品的科技含量和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種能充分考慮復(fù)雜大功 率液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)中各元件的協(xié)同作用，將各關(guān)鍵元件進(jìn)行特征提取并進(jìn)行精確建模，同時(shí) 能針對(duì)故障頻發(fā)的液壓缸緩沖模塊，進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和功能參數(shù)化建模，大大提高了 建模的效率，并較真實(shí)地模擬實(shí)際復(fù)雜工況，確保仿真結(jié)果更接近實(shí)際情形，能對(duì)液壓操動(dòng) 機(jī)構(gòu)的綜合性能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方 法。
[0008] 本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種應(yīng)用范圍廣 泛，可用于超高壓及特高壓斷路器中的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能分析和綜合評(píng)價(jià)，亦可用于其 它型式的操動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法。
[0009] 本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種可顯著縮短產(chǎn) 品的研發(fā)設(shè)計(jì)周期，并能夠提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能改進(jìn)，從而可極大地節(jié)省試驗(yàn)成 本、避免試驗(yàn)的盲目性，協(xié)助完善試驗(yàn)測(cè)試方案，具有很強(qiáng)的實(shí)用性的一種特高壓斷路器用 液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)及方法。
[0010] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：
[0011] 一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，包括四個(gè)子系 統(tǒng)，即：
[0012] 儲(chǔ)能子系統(tǒng)：用于保持系統(tǒng)正常工作所需的壓力，為系統(tǒng)工作提供動(dòng)力；
[0013] 控制閥子系統(tǒng)：用于切換系統(tǒng)工作狀態(tài)、控制液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向，并保證系 統(tǒng)的快速高效響應(yīng)；
[0014] 液壓缸及其內(nèi)緩沖子系統(tǒng)：用于建立系統(tǒng)工作時(shí)的負(fù)載條件，在滿(mǎn)足系統(tǒng)工作所 需速度要求的基礎(chǔ)上，減輕活塞對(duì)緩沖套和液壓缸缸壁的沖擊；
[0015] 管道子系統(tǒng)：用于連接液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各元件，為液壓缸、控制閥的動(dòng)作供油和 提供泄壓至油箱的回路；
[0016] 其中，
[0017] 所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)包括：
[0018] 蓄能器活塞初始位置計(jì)算模塊：由蓄能器預(yù)沖壓、系統(tǒng)要求工作壓力和蓄能器體 積三個(gè)參數(shù)，根據(jù)氣體狀態(tài)平衡方程來(lái)計(jì)算蓄能器活塞的初始位置；
[0019] 蓄能器搭建模塊：據(jù)活塞式蓄能器的特點(diǎn)，考慮活塞的慣性和局部細(xì)節(jié)特征，運(yùn)用 最基本的活塞單元組建蓄能器的計(jì)算模型，避免造成蓄能器模型與實(shí)際不符的缺陷；
[0020] 充壓裝置模塊：考慮到系統(tǒng)工作時(shí)蓄能器所提供的壓力必定會(huì)有一定程度的降 低，需要設(shè)置充壓裝置（電機(jī)、油泵、單向閥、油箱、管道），以保證蓄能器的壓力保持在一定 范圍內(nèi)；
[0021] 所述控制閥子系統(tǒng)包括：
[0022] 電磁先導(dǎo)閥模塊：一個(gè)分閘電磁先導(dǎo)閥和一個(gè)合閘電磁先導(dǎo)閥，先導(dǎo)閥又由電磁 鐵和錐閥組成，采用電磁場(chǎng)仿真模塊（如Ansoft/Maxwell)，根據(jù)電磁鐵的特征參數(shù)（氣 隙、安匝數(shù)、行程、電阻）計(jì)算其動(dòng)態(tài)出力特性（磁通和電磁力分別隨氣隙、安匝數(shù)的變化規(guī) 律），將特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入到液壓系統(tǒng)仿真模塊中（如AMESim)共同搭建電磁先導(dǎo)閥的模型；
[0023] 放大閥模塊：一個(gè)分閘放大閥和一個(gè)合閘放大閥，放大閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)置直徑 為0. 8_的節(jié)流短管，用以組建壓力保持回路；
[0024] 主閥模塊：一個(gè)分合閘共用的大流量滑閥，考慮滑閥閥口的非標(biāo)準(zhǔn)特性（閥體上 具有錐形沉割槽、閥芯上具有倒角），建立閥口過(guò)流隨閥芯行程的參數(shù)化模型，并根據(jù)實(shí)際 參數(shù)計(jì)算過(guò)流面積和水力直徑隨行程的變化數(shù)據(jù)，嵌入到主閥的仿真模型中；
[0025] 所述液壓缸及其內(nèi)緩沖子系統(tǒng)包括：
[0026] 差動(dòng)式液壓缸模塊：由活塞、活塞桿和活塞兩端柱塞與液壓缸缸壁組合搭建液壓 缸的精確仿真模型，通過(guò)讀取擬合的分合閘負(fù)載曲線(xiàn)在液壓缸端部設(shè)置負(fù)載子模型；
[0027] 缸內(nèi)緩沖參數(shù)化模型模塊：同一型式柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和不同型式柱塞的方 案參數(shù)化建模，緩沖柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括柱塞長(zhǎng)度、直徑、柱塞與緩沖孔配合的初始間隙、 臺(tái)階數(shù)量、各臺(tái)階長(zhǎng)度和配合間隙，緩沖柱塞的方案參數(shù)化模型包括臺(tái)階形柱塞、圓柱形柱 塞、圓錐形柱塞、拋物線(xiàn)形柱塞和短笛形柱塞；
[0028] 所述管道子系統(tǒng)包括：
[0029] 沿程壓力損失模型模塊：根據(jù)每一條管道的長(zhǎng)度、直徑計(jì)算管道的容性、阻性和慣 性效應(yīng)，然后選擇滿(mǎn)足要求的最簡(jiǎn)單的管道模型，以避免模型過(guò)于復(fù)雜對(duì)系統(tǒng)造成不良影 響；
[0030] 局部壓力損失模型模塊：在管道發(fā)生流道突變的位置（管道突然收縮或擴(kuò)張、彎 管、T型管、相交管），選用合適的局部損失模型來(lái)連接整個(gè)管道系統(tǒng)。
[0031] 一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，基于流體力學(xué)相關(guān) 的基本理論建模和機(jī)械動(dòng)力學(xué)相關(guān)的基本理論建模，其中流體力學(xué)理論以實(shí)際不可壓縮流 體總流的伯努利方程為基礎(chǔ)，
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，包括四個(gè)子系統(tǒng)， 即： 儲(chǔ)能子系統(tǒng)：用于保持系統(tǒng)正常工作所需的壓力，為系統(tǒng)工作提供動(dòng)力； 控制閥子系統(tǒng)：用于切換系統(tǒng)工作狀態(tài)、控制液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向，并保證系統(tǒng)的 快速高效響應(yīng)； 液壓缸及其內(nèi)緩沖子系統(tǒng)：用于建立系統(tǒng)工作時(shí)的負(fù)載條件，在滿(mǎn)足系統(tǒng)工作所需速 度要求的基礎(chǔ)上，減輕活塞對(duì)緩沖套和液壓缸缸壁的沖擊； 管道子系統(tǒng)：用于連接液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各元件，為液壓缸、控制閥的動(dòng)作供油和提供 泄壓至油箱的回路； 其中， 所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)包括： 蓄能器活塞初始位置計(jì)算模塊：由蓄能器預(yù)沖壓、系統(tǒng)要求工作壓力和蓄能器體積三 個(gè)參數(shù)，根據(jù)氣體狀態(tài)平衡方程來(lái)計(jì)算蓄能器活塞的初始位置； 蓄能器搭建模塊：據(jù)活塞式蓄能器的特點(diǎn)，考慮活塞的慣性和局部細(xì)節(jié)特征，運(yùn)用最基 本的活塞單元組建蓄能器的計(jì)算模型，避免造成蓄能器模型與實(shí)際不符的缺陷； 充壓裝置模塊：考慮到系統(tǒng)工作時(shí)蓄能器所提供的壓力必定會(huì)有一定程度的降低，需 要設(shè)置充壓裝置，以保證蓄能器的壓力保持在一定范圍內(nèi)；所述控制閥子系統(tǒng)包括： 電磁先導(dǎo)閥模塊：一個(gè)分閘電磁先導(dǎo)閥和一個(gè)合閘電磁先導(dǎo)閥，先導(dǎo)閥又由電磁鐵和 錐閥組成，采用電磁場(chǎng)仿真模塊，根據(jù)電磁鐵的特征參數(shù)計(jì)算其動(dòng)態(tài)出力特性，將特征數(shù)據(jù) 導(dǎo)入到液壓系統(tǒng)仿真模塊中共同搭建電磁先導(dǎo)閥的模型； 放大閥模塊：一個(gè)分閘放大閥和一個(gè)合閘放大閥，放大閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)置直徑為 0. 8_的節(jié)流短管，用以組建壓力保持回路； 主閥模塊：一個(gè)分合閘共用的大流量滑閥，考慮滑閥閥口的非標(biāo)準(zhǔn)特性，建立閥口過(guò)流 隨閥芯行程的參數(shù)化模型，并根據(jù)實(shí)際參數(shù)計(jì)算過(guò)流面積和水力直徑隨行程的變化數(shù)據(jù)， 嵌入到主閥的仿真模型中； 所述液壓缸及其內(nèi)緩沖子系統(tǒng)包括： 差動(dòng)式液壓缸t吳塊：由活塞、活塞桿和活塞兩柱塞與液壓缸缸壁組合彳合建液壓缸的 精確仿真模型，通過(guò)讀取擬合的分合閘負(fù)載曲線(xiàn)在液壓缸端部設(shè)置負(fù)載子模型； 缸內(nèi)緩沖參數(shù)化模型模塊：同一型式柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和不同型式柱塞的方案參 數(shù)化建模，緩沖柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括柱塞長(zhǎng)度、直徑、柱塞與緩沖孔配合的初始間隙、臺(tái)階 數(shù)量、各臺(tái)階長(zhǎng)度和配合間隙，緩沖柱塞的方案參數(shù)化模型包括臺(tái)階形柱塞、圓柱形柱塞、 圓錐形柱塞、拋物線(xiàn)形柱塞和短笛形柱塞； 所述管道子系統(tǒng)包括： 沿程壓力損失模型模塊：根據(jù)每一條管道的長(zhǎng)度、直徑計(jì)算管道的容性、阻性和慣性效 應(yīng)，然后選擇滿(mǎn)足要求的最簡(jiǎn)單的管道模型，以避免模型過(guò)于復(fù)雜對(duì)系統(tǒng)造成不良影響； 局部壓力損失模型模塊：在管道發(fā)生流道突變的位置，選用合適的局部損失模型來(lái)連 接整個(gè)管道系統(tǒng)。
2. -種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，基于流體力學(xué)相關(guān)的 基本理論建模和機(jī)械動(dòng)力學(xué)相關(guān)的基本理論建模，其中流體力學(xué)理論以實(shí)際不可壓縮流體 總流的伯努利方程為基礎(chǔ)，
其中p為液體密度，g為重力加速度，Pi、P2為沿程兩點(diǎn)的壓力，21、22為沿程兩點(diǎn)的絕 對(duì)高度，Vl、V2為沿程兩點(diǎn)液體的斷面平均流速，hf為單位重量流體沿總流機(jī)械能損失的平 均值，α ρ α 2為相應(yīng)的動(dòng)能修正系數(shù)，其表達(dá)式為：
Δ u為實(shí)際流速和斷面平均流速的差值，Α為過(guò)流斷面的面積； 上述實(shí)際不可壓縮流體總流的伯努利方程表示系統(tǒng)中壓力能、動(dòng)能、勢(shì)能和損失能之 間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，在實(shí)際系統(tǒng)建模中只需根據(jù)具體要求選用合適的數(shù)學(xué)模型和元件模擬對(duì)應(yīng) 的能量項(xiàng)即可，具體來(lái)說(shuō)，壓力能對(duì)應(yīng)蓄能器內(nèi)和管道內(nèi)的液體壓力能，動(dòng)能對(duì)應(yīng)管道內(nèi) 液體流動(dòng)以及液體所驅(qū)動(dòng)的活塞運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，勢(shì)能對(duì)應(yīng)不同布置高度處元件內(nèi)的液體重力勢(shì) 能，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作壓力高的情況下可忽略重力勢(shì)能，損失能對(duì)應(yīng)液體在管道內(nèi)流動(dòng) 的沿程壓力損失和液體流經(jīng)彎管、閥門(mén)的局部壓力損失； 系統(tǒng)中能量集中和能量轉(zhuǎn)換劇烈的元件是液壓缸，活塞在缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一維有阻尼受 迫運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)微分方程為：
其中m為活塞質(zhì)量，Cl和c2為粘性阻尼系數(shù)，&為庫(kù)倫摩擦力，F(xiàn)(t)為閥芯兩端液體 壓力形成的驅(qū)動(dòng)力； 包括以下步驟： 步驟1，進(jìn)行參數(shù)確立：包括需要用戶(hù)輸入的系統(tǒng)工況參數(shù)和仿真計(jì)算所需的模型特 征參數(shù)，其中，需要用戶(hù)輸入的系統(tǒng)工況參數(shù)屬于計(jì)算所需的基本工況參數(shù)，決定著系統(tǒng)的 工作環(huán)境、系統(tǒng)響應(yīng)速度和結(jié)果響應(yīng)趨勢(shì)；仿真計(jì)算所需的模型特征參數(shù)為具體位置處的 計(jì)算設(shè)置，包括蓄能器的精確結(jié)構(gòu)參數(shù)、控制閥的阻尼和開(kāi)口度參數(shù)、液壓缸和緩沖柱塞的 具體結(jié)構(gòu)參數(shù)、管道的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 所述需要用戶(hù)輸入的系統(tǒng)工況參數(shù)具體包括，系統(tǒng)工作壓力P〇,液壓缸行程U和直徑 %，緩沖孔直徑d和緩沖長(zhǎng)度L，蓄能器的容積 '、直徑Di和預(yù)沖壓Pi，這些參數(shù)決定系統(tǒng)工 作的基本形式以及重要特性數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 仿真計(jì)算所需的模型特征參數(shù)是根據(jù)第一類(lèi)基本參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出的，具體包括： 參數(shù)組一：蓄能器活塞初始位置計(jì)算模塊根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的系統(tǒng)工作壓力h、預(yù)充壓力 Pi、蓄能器容積％進(jìn)行蓄能器活塞初始位置參數(shù)計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程如下 η為指數(shù)，在蓄能器大量供油時(shí)為絕熱狀態(tài)，η取值為1.4
參數(shù)組二：控制閥的相關(guān)參數(shù)模塊根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的閥芯行程、和閥芯質(zhì)量單元的初始 參考坐標(biāo)Χ〇進(jìn)行閥芯運(yùn)動(dòng)的極限位置Xi和x2的設(shè)定，根據(jù)閥芯質(zhì)量單元的初始參考坐標(biāo) Χ(ι進(jìn)行閥芯在初始狀態(tài)時(shí)的開(kāi)口度％的設(shè)定，根據(jù)閥體直徑D和閥芯質(zhì)量單元的初始參考 坐標(biāo)進(jìn)行閥芯在初始狀態(tài)時(shí)各級(jí)閥的控制腔長(zhǎng)度1的設(shè)定，根據(jù)主閥閥芯的通徑屯、閥 芯行程U以及閥套的錐形沉割槽和閥芯的倒角的特征參數(shù)a、a、b、β進(jìn)行主閥非標(biāo)準(zhǔn)閥 口參數(shù)化模型的計(jì)算； 各級(jí)閥閥口過(guò)流的流量方程如下，
其中i取值為[1，2, 3……]代表不同的控制閥，Qi為閥口流量，Ai為閥口過(guò)流面積，Cdi 為閥口流量系數(shù)，APi = (P^Pi+l)為閥口過(guò)流前后壓差，p為油液密度； 參數(shù)組三：液壓缸的相關(guān)參數(shù)模塊根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的負(fù)載機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行歸結(jié)到 活塞上的當(dāng)量質(zhì)量m的計(jì)算,計(jì)算公式如下
其中％為活塞本身的質(zhì)量，mB、m。為運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中各節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量； 液壓缸緩沖柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)，具體可分為圓柱型、圓錐型、階梯型和拋物線(xiàn)型四種結(jié) 構(gòu)，在柱塞進(jìn)入緩沖孔后的縫隙節(jié)流階段，四種結(jié)構(gòu)柱塞的節(jié)流方程分別為
其中Qfl、Qf2、Qf3、Qf4分別為四種型式緩沖的流量，d為緩沖孔直徑，p為過(guò)流口前后壓 差，S為柱塞與緩沖孔之間的間隙（對(duì)于圓柱型柱塞δ為均勻間隙，對(duì)于圓錐型柱塞為δ i 最小間隙、S為最大間隙，對(duì)于階梯型柱塞δ i為各級(jí)階梯與緩沖孔之間的間隙，對(duì)于拋物 線(xiàn)型柱塞S為柱塞與緩沖孔的最小間隙），μ為液體的動(dòng)力粘度，v為柱塞的運(yùn)動(dòng)速度，X 為柱塞的位移，L為計(jì)算開(kāi)始時(shí)柱塞距離緩沖孔的距離，1為緩沖柱塞的總長(zhǎng)度，li為各級(jí) 階梯的長(zhǎng)度； 參數(shù)組四：管道的參數(shù)模塊根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的實(shí)際結(jié)構(gòu)的管道內(nèi)徑D和長(zhǎng)度L，進(jìn)行長(zhǎng)細(xì) 比AMti。和粘性影響Ndiss度這兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算公式如下
其中μ為液體的動(dòng)力粘度，a為音速，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行管道模型的詳 細(xì)選擇和搭建； 步驟2,參數(shù)確定后，進(jìn)行仿真模型搭建和計(jì)算，根據(jù)理論建模和參數(shù)確立的結(jié)果，在仿 真平臺(tái)中進(jìn)行系統(tǒng)綜合計(jì)算模型的搭建，采用最基本的單元（如AMESim中的piston單元） 進(jìn)行復(fù)雜模型的組裝，然后運(yùn)用合適的管道模型（如AMESim中的HL01單元）將各元件連 接在一起，再進(jìn)行具體參數(shù)的精確設(shè)置，然后進(jìn)行特定工況下系統(tǒng)綜合特性的仿真計(jì)算； 步驟3,結(jié)果輸出，計(jì)算完畢后，可根據(jù)需要輸出系統(tǒng)的重要特性數(shù)據(jù)，包括控制閥閥 芯的位移、速度，電磁鐵的電流和鐵芯位移，典型管道中的脈動(dòng)壓力，液壓缸活塞的位移、速 度、加速度，液壓缸緩沖腔內(nèi)的沖擊壓力、控制閥閥芯上的沖擊壓力，通過(guò)這些特征數(shù)據(jù)可 預(yù)測(cè)系統(tǒng)的工作特性并能夠發(fā)現(xiàn)可能存在的運(yùn)行問(wèn)題和故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特高壓斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)，其特征 在于，所述參數(shù)組二的設(shè)定中：主閥非標(biāo)準(zhǔn)閥口參數(shù)化模型的計(jì)算基于經(jīng)過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)的 主閥閥口過(guò)流面積和水力直徑隨閥口開(kāi)度的計(jì)算模型，公式如下： 閥口開(kāi)度X的分段模型為：
最終計(jì)算得到的閥口過(guò)流面積S隨閥口開(kāi)度的變化為：
閥口過(guò)流水力直徑隨Dh隨閥口開(kāi)度的變化為：
上述參數(shù)化模型中：a，a，b，β分別為閥套的錐形沉割槽和閥芯的倒角的特征參數(shù)；X 為用于數(shù)據(jù)交互的閥口開(kāi)度狀態(tài)變量；屯為主閥閥芯的通徑，U為閥芯行程。
【文檔編號(hào)】H01H3/24GK104156541SQ201410424611
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】巫世晶, 張?jiān)隼? 趙文強(qiáng), 胡基才, 賴(lài)奇暐, 孟凡剛 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)