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  • 气体绝缘金属封闭开关设备拆装系统的夹具设计及其应力分析

    来源:www.nwovbc.com 发布时间:2019-09-07

    14: 56: 24数字小王

    王少安,徐华,邹红亮,肖世伟,罗晓东,国网浙江省电力科学研究院,国网浙江省电力公司,国网浙江省电力公司,台州电力公司和湖南长高电力公司研究员现在,在气体绝缘金属封闭开关设备的安装和大修过程中,存在劳动强度高,安装难度大,安全隐患大等问题。

    在对我国几种气体绝缘金属封闭式变电站进行现场调查的基础上,设计了一种可应用于气体绝缘金属封闭式开关设备智能拆装机器人的夹具机构。针对气体绝缘金属封闭开关设备的拆卸和装配情况,提出了夹具机构的设计指标。根据该指数,夹具在Ansys软件下进行设计和建模。实践证明,本文设计的夹具能够满足气体绝缘金属封闭开关设备的拆卸和装配指标,可以得到广泛的应用和推广。

    随着电力工业的发展,电压等级的提高和大规模跨区域互联的形成,对电力系统输变电设备的可靠性提出了很高的要求。自20世纪60年代问世以来,气体绝缘开关设备(GIS)发展迅速,其安装和消耗不断增加,在电力系统中占有重要地位。

    然而,GIS设备的安装和维护过程中仍存在许多问题和隐患。

    1难以安装在空间受限的环境中,如室内或附近的带电物体; 2非标准化操作会导致安全隐患。在GIS设备对接过程中,GIS气室容易晃动,操作人员也存在跌落高处的安全隐患; 3由于GIS设备的安装和对接过程,设备会自然摇晃,校准的可靠性和准确性不足,存在质量危险的风险; 4,操作劳动强度高,不符合生产力提高的方向。

    虽然GIS设备智能拆装系统的研究和应用仍处于国内空白阶段,但自动拆装机器人系统对装配环境要求高,装配效率低,缺乏传感和自适应控制能力,精度要求高。然而,由于其在GIS设备的拆卸和组装中的重要作用,应用于GIS设备拆卸机器人的研究是非常有价值的。

    在对平高,大开,西开等几个变电站进行现场调查的基础上,设计了一种可广泛应用于各变电站的智能拆装机器人系统。它由三部分组成:履带式,机器人和夹具,如图1所示。其中,夹具直接接触工件,对夹紧工件和精确定位起着重要作用,并直接影响工作质量。本文的重点是设计满足GIS智能拆卸系统要求的夹具。

    图1 GIS设备智能拆装机器人系统模型

    1夹具指数分析与设计

    件提出以下设计指标:

    件,可以夹紧外径为420mm的GIS工件。

    2)它应该能够拾取不同长度的分支母线。考虑220kV电压等级的分支母线,长度一般为2~5m,因此,考虑到最短的分支母线,钳口之间的水平间距不超过2m。对于长度为5m的分支母线,重量约为300kg,主要考虑夹具是否能承受其重量,因此夹具的负载应不小于300kg。

    3)不应损坏分支母线外壳。一方面,必须确保每个颌的平均力,并且没有局部应力集中;另一方面,在颚板平衡的情况下,GIS工件壳体的压力不应超过壳体材料的屈服强度,GIS支路母线外壳一般由6005-H112的铝合金制成,5052 -H112或5A05-H112。壁厚大多为6mm,使用8mm。 5052铝合金的屈服强度至少为70MPa,这需要夹具表面的最大应力。不超过70兆帕。

    件下,夹具各部分的最大应力不超过材料的屈服强度。

    5)具有自动保持功率损耗功能。为了防止由夹具夹紧的GIS工件由于功率损耗而突然下降,导致人员或财产的安全隐患,需要具有自保持功率损耗功能。

    6)安装稳定可靠。确保夹具和机器人安装界面稳定可靠,不易松动和滑落。

    结合以上几点来获得夹具设计指标,见表1.

    表1夹具设计指标

    根据表1所示的指标要求,设计GIS拆卸机器人的专用夹具如图2所示。为了避免分支母线壳体的塑性变形,在设计夹具时,分支母线主要由V支撑。形状的表面。有4个活动钳口,以确保夹具可以可靠地夹紧分支母线,每个活动钳口上都有传感器,以确保力的平均分布。

    动颚由气缸驱动,气缸直径为80mm。当气源压力为0.5MPa时,气缸输出力为2510N。精密减压阀安装在空气管路上,实现气缸输出力的无级调节,保证承载能力(同时300kg),最大限度地减小了GIS工件壳体上的受力。

    两个夹爪之间的径向距离为450mm,满足外径为420mm的GIS工件。两个夹爪之间的距离为868mm,符合GIS分支母线,夹紧长度为2m。

    由于钳口由气缸驱动,由于杠杆的原理,钳口的力可以在动力损失的情况下自我维持。

    2 GIS自动夹具机构的应力计算

    夹具机构的应力主要集中在夹具本身的应力和夹具法兰上的应力分布,需要通过有限元分析。与其他有限元分析软件相比,Ansys具有友好的程序 - 用户界面和强大的图形交互功能,可以有效地解决各种复杂结构的振动,静态,动态,线性和非线性问题。

    件是作用在夹具上的气缸输出。爪子表面有2510N的压力。

    图2 GIS拆卸机器人夹具设计图

    图3 GIS自动夹具机构应力计算模型

    在Ansys中设置材料属性并对其进行网格化,添加约束并求解,得到GIS自动夹具机构的应力分析结果,如图4所示。

    从图4(a)可以看出,夹具框架的最大变形量为0.mm,图4(b)是GIS自动夹具机构主框架等效应力的计算结果。从图4(b)可以看出,可以看到夹具框架。最大应力为50.3MPa,夹具框架材料为Q235,屈服强度为235MPa,满足要求。

    图4 GIS自动夹具机构主框架应力分析结果

    同样,得到了GIS夹具底座法兰的应力分析结果,如图5所示。从图5(a)可以看出,夹具底座法兰的最大变形量为0.393 mm,图5(b)是夹具座法兰的等效应力分析结果。从图5(b)可以看出,夹具底座法兰的最大应力约为107MPa,底座法兰的材料为Q235,屈服强度为235MPa,符合要求。

    图5 GIS夹具底座法兰应力分析结果

    总结

    目前,我国还没有适用于GIS设备的智能拆装机器人系统。在充分考察了多个变电站GIS设备的工作环境后,提出了夹具要求指标,并根据指标设计了GIS设备拆装的机器人系统夹具。最后,通过对Ansys进行建模并进行应力计算,计算结果表明,本文设计的GIS分支母线夹具机构完全可以满足工作要求。

    件。

    图6正在使用的灯具

    国网浙江电力有限公司电力科学研究院,国网浙江电力有限公司,国网浙江电力有限公司,台州供电公司,湖南长高电气有限公司研究员王少安,徐华,邹红亮,肖世伟,罗晓东,在2019年第7期《电气技术》中指出,目前在气体绝缘金属封闭开关设备的安装和维护中,存在诸如高的问题。劳动强度大,安装难度大,安全隐患大。

    件,提出了夹具机构的设计要求。根据该指标设计夹具,并在Ansys软件下模拟仿真。实践证明,本文设计的夹具可以满足气体绝缘金属封闭开关设备的拆卸和组装。指标可以广泛应用和推广。

    随着电力工业的发展,电压等级的提高和大规模跨区域组网的形成,对电力系统中输变电设备的可靠性提出了很高的要求。自20世纪60年代问世以来,气体绝缘开关设备(GIS)发展迅速,其装机容量不断增加,在电力系统中占有重要地位。

    然而,GIS设备的安装和维护过程中仍存在许多问题和隐患:

    1难以安装在空间受限的环境中,如室内或附近的带电物体; 2非标准化操作会导致安全隐患。在GIS设备对接过程中,GIS气室容易晃动,操作人员也存在跌落高处的安全隐患; 3由于GIS设备的安装和对接过程,设备会自然摇晃,校准的可靠性和准确性不足,存在质量危险的风险; 4,操作劳动强度高,不符合生产力提高的方向。

    虽然GIS设备智能拆装系统的研究和应用仍处于国内空白阶段,但自动拆装机器人系统对装配环境要求高,装配效率低,缺乏传感和自适应控制能力,精度要求高。然而,由于其在GIS设备的拆卸和组装中的重要作用,应用于GIS设备拆卸机器人的研究是非常有价值的。

    在对平高,大开,西开等几个变电站进行现场调查的基础上,设计了一种可广泛应用于各变电站的智能拆装机器人系统。它由三部分组成:履带式,机器人和夹具,如图1所示。其中,夹具直接接触工件,对夹紧工件和精确定位起着重要作用,并直接影响工作质量。本文的重点是设计满足GIS智能拆卸系统要求的夹具。

    图1 GIS设备智能拆装机器人系统模型

    1夹具指数分析与设计

    件提出以下设计指标:

    件,可以夹紧外径为420mm的GIS工件。

    2)它应该能够拾取不同长度的分支母线。考虑220kV电压等级的分支母线,长度一般为2~5m,因此,考虑到最短的分支母线,钳口之间的水平间距不超过2m。对于长度为5m的分支母线,重量约为300kg,主要考虑夹具是否能承受其重量,因此夹具的负载应不小于300kg。

    3)不应损坏分支母线外壳。一方面,必须确保每个颌的平均力,并且没有局部应力集中;另一方面,在颚板平衡的情况下,GIS工件壳体的压力不应超过壳体材料的屈服强度,GIS支路母线外壳一般由6005-H112的铝合金制成,5052 -H112或5A05-H112。壁厚大多为6mm,使用8mm。 5052铝合金的屈服强度至少为70MPa,这需要夹具表面的最大应力。不超过70兆帕。

    件下,夹具各部分的最大应力不超过材料的屈服强度。

    5)具有自动保持功率损耗功能。为了防止由夹具夹紧的GIS工件由于功率损耗而突然下降,导致人员或财产的安全隐患,需要具有自保持功率损耗功能。

    6)安装稳定可靠。确保夹具和机器人安装界面稳定可靠,不易松动和滑落。

    结合以上几点来获得夹具设计指标,见表1.

    表1夹具设计指标

    根据表1所示的指标要求,设计GIS拆卸机器人的专用夹具如图2所示。为了避免分支母线壳体的塑性变形,在设计夹具时,分支母线主要由V支撑。形状的表面。有4个活动钳口,以确保夹具可以可靠地夹紧分支母线,每个活动钳口上都有传感器,以确保力的平均分布。

    动颚由气缸驱动,气缸直径为80mm。当气源压力为0.5MPa时,气缸输出力为2510N。精密减压阀安装在空气管路上,实现气缸输出力的无级调节,保证承载能力(同时300kg),最大限度地减小了GIS工件壳体上的受力。

    两个夹爪之间的径向距离为450mm,满足外径为420mm的GIS工件。两个夹爪之间的距离为868mm,符合GIS分支母线,夹紧长度为2m。

    由于钳口由气缸驱动,由于杠杆的原理,钳口的力可以在动力损失的情况下自我维持。

    2 GIS自动夹具机构的应力计算

    夹具机构的应力主要集中在夹具本身的应力和夹具法兰上的应力分布,需要通过有限元分析。与其他有限元分析软件相比,Ansys具有友好的程序 - 用户界面和强大的图形交互功能,可以有效地解决各种复杂结构的振动,静态,动态,线性和非线性问题。

    件是作用在夹具上的气缸输出。爪子表面有2510N的压力。

    图2 GIS拆卸机器人夹具设计图

    图3 GIS自动夹具机构应力计算模型

    在Ansys中设置材料属性并对其进行网格化,添加约束并求解,得到GIS自动夹具机构的应力分析结果,如图4所示。

    从图4(a)可以看出,夹具框架的最大变形量为0.mm,图4(b)是GIS自动夹具机构主框架等效应力的计算结果。从图4(b)可以看出,可以看到夹具框架。最大应力为50.3MPa,夹具框架材料为Q235,屈服强度为235MPa,满足要求。

    图4 GIS自动夹具机构主框架应力分析结果

    同样,得到了GIS夹具底座法兰的应力分析结果,如图5所示。从图5(a)可以看出,夹具底座法兰的最大变形量为0.393 mm,图5(b)是夹具座法兰的等效应力分析结果。从图5(b)可以看出,夹具底座法兰的最大应力约为107MPa,底座法兰的材料为Q235,屈服强度为235MPa,符合要求。

    图5 GIS夹具底座法兰应力分析结果

    总结

    目前,我国还没有适用于GIS设备的智能拆装机器人系统。在充分考察了多个变电站GIS设备的工作环境后,提出了夹具要求指标,并根据指标设计了GIS设备拆装的机器人系统夹具。最后,通过对Ansys进行建模并进行应力计算,计算结果表明,本文设计的GIS分支母线夹具机构完全可以满足工作要求。

    件。

    图6正在使用的灯具

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