高壓隔離開關底板組裝慣性質量問題分析與改進設計

摘 要 文章針對BT25.07高壓隔離開關底板組裝存在的慣性質量問題，分析原因，并對底板組裝的結構進行了改進設計；利用有限元分析方法對改進后的結構進行仿真計算及淋雨試驗；驗證了改進方案的可行性。

關鍵詞 高壓隔離開關 底板組裝 有限元分析 淋雨試驗

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A

1 概述

BT25.07高壓隔離開關屬于電力機車車頂保護電器，是電力機車重要高的壓電器部件之一。它的作用是優化配置25KV電路內高壓設備的運行工況。并當車頂設備發生故障時司機可以通過遠程控制電路來控制隔離開關的氣動控制機構，通過氣路系統將氣能轉換為機械動能推動閘刀轉動60€埃傭迪址趾險⒉僮鰨韉轎緩螅ü蛋踩⒌棟踩潭ㄔ詼魑恢謾M鋇縉哐垢衾肟氐謀蘸獻刺偷剿凈搖Mü愿哐垢衾肟亟蟹趾險⒉僮鰨芙收喜糠指衾耄只翟誦小R虼耍拇嬖誑紗蟠蠹跎僖虺刀ド璞腹收隙斐傻幕剖鹿剩Vせ檔陌踩誦小？

南車株洲電力機車有限公司生產的BT25.07高壓隔離開關主要運用于國內的HX_D1B和神華十二軸電力機車。

2 問題的提出

從結構上，高壓隔離開關被中間的底板組裝分割成車頂的高壓部分與車內的低壓部分。其中高壓部分的絕緣子、閘刀，低壓部分的壓力氣缸、外支撐板、操縱桿組裝、轉軸、拉桿等通過直接或間接的通過螺栓與底板組裝進行連接。因此，底板組裝的制造精度會直接產品的組裝精度及產品性能。

在BT25.07高壓隔離開關底板組裝生產過程中，發生拉桿卡滯、操縱桿組裝高出拉桿槽面使得操縱桿無法安裝等情況。不僅影響了產品的組裝進度，而且存在一定的質量隱患。為合理解決此問題，對現有結構進行了分析，以找出更合理的解決方法。

3 原因分析

根據上述問題，可從底板組裝的結構進行分析。BT25.07高壓隔離開關底板組裝的結構如圖1，底板組裝為焊接件，各零配件的材料均為鋁合金，其中板料的厚度在10 mm -30 mm 之間。由于鋁合金的熱膨脹系數大，焊接時大量的熱能被迅速傳導到金屬內部，隨著迅速加熱和快速冷卻而帶來的膨脹和收縮，必然會使焊接結構出現不同形式的變形。此外，底板組裝為非對稱結構的焊接件，且底板外形尺寸大，也是造成其焊接變形的原因之一。因此，由于焊接變形的存在，使得底板組裝焊后無法滿足0.2的垂直度及0.05平行度的要求。

4 結構改進設計

針對BT25.07高壓隔離開關底板組裝焊接變形較大的問題，提出了將底板組裝由焊接結構改為螺栓連接結構，如圖2所示。改變了氣缸支架與軸套的結構，使其便于螺栓連接，其余配件除接地螺柱為焊接外，均通過螺栓與底板進行連接，在各螺紋連接處涂有螺紋防水膠。改進后的結構，大大減少了底板組裝的變形。但由于高壓隔離開關屬于機車車頂電器，對于各部件間連接的可靠性及防水性具有很高的要求。因此，在對底板組裝進行改進設計后進行了以下有限元仿真分析及淋雨試驗。

4.1 氣缸支架仿真分析

氣缸支架為L形焊接結構，通過4個M10€？5的螺栓與底板進行連接，并受到氣缸的往復作用力，因此，在機車運行時，相對于高壓隔離開關其他部位而言，氣缸支架與氣缸連接處所受的振動和沖擊較大。為檢驗氣缸支架與底板的連接具有耐受振動和沖擊的能力，對氣缸支架進行了結構仿真分析。

對改進結構進行建模，材料為鋁合金，彈性模量為71000MPa，泊松比為0.33。如圖3，四個連接孔為固定約束處，圖4所示為網格劃分示意圖，根據機車運行時氣缸對支架連接面的最大作用力為6400N進行加載。通過仿真分析， 支架與氣缸連接面最大應力值為71.8MPa，鋁合金材料的焊接極限應力為115MPa。氣缸支架連接面的受力在極限應力范圍內，連接結構是可靠的。圖5所示為仿真分析的應力云圖。

4.2 淋雨試驗

改進后的結構，在各螺紋連接處均涂有螺紋防水膠，理論上是能夠達到防水要求的，但是為驗證這一結果，對組裝完成的高壓隔離開關進行了淋雨試驗。將高壓隔離開關安裝在試驗架上，并在試驗架內注滿水，水位浸過絕緣子下法蘭，如圖6所示。

淋雨試驗過程進行48小時，且每四小時對低壓部分進行一次觀察。結果證明，低壓部分未產生進水現象，說明該方案密封性良好，無漏水隱患，安全可行。

5 總結

通過對BT25.07高壓隔離開關底板組裝結構改進的試制情況，得出以下結論：在產品組裝過程中未出現拉桿卡滯、操縱桿組裝高出拉桿槽面使得操縱桿無法安裝等慣性質量情況，證明結構改進后能有效減少底板組裝的變形。利用有限元進行結構分析，驗證了采用螺栓連接的底板組裝的結構是安全可靠的。根據淋雨試驗結果，驗證了組裝完成后的BT25.07高壓隔離開關具有良好的防水性能。因此，此項改進設計是能夠解決高壓隔離開關底板組裝慣性質量問題的。

參考文獻

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