随着真空断路器在电气领域的快速发展,真空断路器弹簧操动机构作为一种开关设备在中压领域中得到广泛应用,真空断路器中弹簧操动机构性能的优劣对电力系统可靠性有重要影响。对弹簧操动机构进行理论研究、优化设计、样机试验对提升整机运行参数具有重要意义。本文以断路器弹簧操动机构为研究对象,采用理论分析、动力学仿真、算法优化以及样机试验相结合的方法,对操动机构中的四连杆机构进行优化与设计,改善断路器在合闸过程剩余能量过大的问题。本文从弹簧操动机构的工作原理出发,采用Solidworks搭建机构三维模型,并对其工作要求进行详细阐述。分析弹簧操动机构的组成,弹簧操动机构在储能、合闸、分闸过程中的动作原理。完成工作主要有:首先,对弹簧操动机构的模型进行简化,在机构的平面简图中采用几何分析的方法对弹簧操动机构的四连杆传动机构进行详细分析,计算动触头行程,利用等效法的思路求解出断路器合闸过程中的传动比与等效质量,得到断路器的平均合闸速度。通过机构的平面简图进行力矩传动分析,并对断路器合闸过程中所产生的合闸能量进行计算。采用三种算法对弹簧操动机构的四连杆机构连杆长度进行优化,将三种算法得到的优化结果进行对比,由优化结果得出遗传蚁群算法收敛速度快、收敛精度高,与其他两种算法相比,对断路器合闸过程中剩余能量改善的效果最好。其次,将简化后的弹簧操动机构导入到仿真软件中进行动力学仿真分析,在真空断路器合闸过程中分别改变分闸弹簧、储能弹簧的参数得到动触头的运动特性曲线,根据仿真曲线计算断路器平均合闸速度。将遗传蚁群算法优化后得到的四连杆杆长参数对模型进行重新建模,对优化后操动机构的合闸过程进行动力学仿真,对优化结果与理论计算结果进行对比分析。最后,对样机进行组装,对优化前的样机以及优化后的样机分别进行现场试验,采集合闸过程中的平均合闸速度、合闸弹跳时间以及合闸时间等数据,计算优化前后断路器合闸过程中剩余能量,验证理论计算与算法优化的准确性。本文从理论分析、动力学仿真、现场试验三个角度对断路器弹簧操动机构的优化方案进行验证。对合闸过程中动触头的运动特性以及剩余能量进行分析,采用优化算法对四连杆机构杆长进行优化,明显减少了合闸剩余能量。对理论计算结果、动力学仿真结果和现场试验结果三者进行对比研究,证明优化方案的可行性,为后续断路器的优化设计提供理论参考。