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主断路器结构分析与优化研究

摘要：中国经济快速发展，各大城市之间的人流物流交往日益密切，随着高铁技术的发展，时空已经不再成为人们交流的主要障碍。中国目前是世界上高铁运营时速最高的国家，高铁已经成为我国一到亮丽的风景线。主断路器作为高铁动车组的总开关，其工作性能至关重要。本文利用SolidWorks建立主断路器模型，采用ADAMS软件对主断路器进行仿真分析，探究主断路器弹簧的参数的最优组合。

关键词：动车组主断路器仿真

中国地大物博，陆地面积约960万平方千米，陆地面积是仅次于俄罗斯、加拿大的第三大国家。我国南北跨越约5500公里，东西跨越约5200公里。我国人口主要分布于中东部，大部分大城市位于沿海地带，大城市与大城市直接的距离相对较远。我国是世界上第二大经济体，城市间的人流物流非常大，铁路作为中国国民经济的大动脉，我国经济发展中发挥着不可代替的作用。交通强国，铁路先行。我国铁路客运朝着快速化发展、铁路货运重载化发展。目前，我国铁路最高运营时速最高达350km/h，是世界上高铁运营时速最高的国家。动车组受电弓升弓后，电流经受电弓流入动车组主断路器。主断路器作为动车组的电源的总开关，是动车组高压电气设备最重要的部分的之一，其性能影响着动车组的安全运行。因此，动车主断路器性能优化研究成为各个国家研究热点。

2主断路器的组成及工作原理

2.1主断路器的组成

主断路器作为动车组电源的总开关，承担着动车组保护动车组高压电路和低压电路保护的作用，主要由分流电流部分和机械动作部分两大部分组成；分流电流部分主要有灭弧室、静触头和动触头三大部分组成。分流电流的主要作用是控制正常电流的闭合和断开。由于动车组采用工频单相25kv的高压电，在主断路闭合和断开是会产生电弧，分流电流部分的另一功能是消除电弧。机械动作部分主要功能是通过机械操动部分控制主电路器触头合闸和分闸，控制正常电流的的开断和发生电路故障短路时保护电路。操动部分主要有弹簧、液压、气动、电磁操动机构。其中弹簧操动机构具有稳定性高、成本低和使用寿命长等优点，因此应用得最广泛。

2.2主断路器的工作原理

动车组主断路器的动作是靠空气来进行控制的，主断路器动作时所需要的空气是由动车组压缩机组提供的，压缩机组与主断路器气缸通过管路连接，压缩机组产生的压缩空气通过连接管路到调压阀，经过调压阀后进入气缸，给转换阀提供空气，同时压力开关检测气缸内的气压，控制着气缸的进出气。压缩空气到达调压阀后，调压阀将压力调在483kPa～497kPa之间。调压阀控制着主断路器的电磁连接压力开关，当调压阀空气压力低于358kPa时，主断路器开关会自动断开。当压力大于390Kpa时，主断路器才能自动闭合。为了确保压缩空气经转换阀进入气缸，保证主断路器主触头保持闭合状态，电磁阀要确保始终保持通电状态。辅助触头组装的凸轮板会随着主断路器气缸活塞移动也相应移动，辅助触点有3个常闭触头和3个常开触头。

2.3主断路器合闸过程

当动车组受电弓升起后，司机室乘务员闭合主断路器开关，合闸指令传递到主断路器，调压阀气压满足主断路器闭合要求，转换阀阀芯会由于压缩空气的推动而打开，压缩空气经转换阀进入气缸内，推动活塞动作，活塞驱动传动盘，压缩复位弹簧使静触头和动触头接触，动车组上的电路连通，复位弹簧和超程弹簧由于活塞的运动压缩，当压紧块与传动盘相接触时，活塞就会停止运动。

2.4主断路器分闸过程

当需要断开主断路器时，乘务员在司机按下主断分按钮，分闸指令经列车总线传递到主断路器，主断路器收到分闸指令后电磁阀阀芯开始动作回到原位，截断气缸的供气管路由于转换阀芯回到原位被截断，截断气缸中的空气排出，活塞因复位弹簧恢复形变产生的推力推到底部位置，使动触头和静触头分离，此时复位弹簧和超程弹簧也回到初始安装位置，动车组主电路被断开。

3主断路器计算理论基础

3.1气压传动技术

气动控制型弹簧操动式真空断路器因其成本低，工作性能稳定，使用寿命长等优点，因而使用得最广泛。动控制型弹簧操动式真空断路器是利用压缩机提供的压缩空气推动主断路器的操动机构实现主断路器合闸，利用弹簧机构的复位实现主断路器的分闸。气动传动主要用于搬运、输送和加工等机械设备。气动控制技术可以实现自动化和降低成本，因其还具有安全、可靠、防火、高效等优点，近年来发展越来越迅速，应用得越来越广泛。

气动系统主要有气源装置、执行元件、控制元件、气动辅件和工作介质五部分组成。气源装置是指产生压缩空气的设备（动车组空气压缩机），承担着压缩空气的产生、输送和储存的功能，为气动系统管路提供合格的压缩空气；执行元件是将一般指气缸和气马达等设备，他们的功能是将气源系统提供的压缩空气产生的空气能转换为机械能；控制元件是参与控制管路气体的元件，如单相阀和节流阀等，控制气体的流向、流量