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触指零件是高压隔离开关最核心的部件,高压隔离开关的接通和断开要依靠触指/触头配合结构来实现,触指零件的服役寿命决定了高压隔离开关的寿命,进而决定着高压输变电网的安全运行。传统触指一般采用紫铜制作,为保证触指具有一定的强度和刚度,通常制作触指的紫铜板厚度较大,浪费铜材;传统触指一般采用弹簧提供触指和触头之间的接触压力,弹簧的存在使触指/触头的配合结构较为复杂,触指自洁能力差,同时长期使用后弹簧失去弹性,致使接触压力不足,接触电阻增大,造成导电回路过热等故障。自力型触指依靠自身刚性提供接触压力,该类型触指不但使零件厚度减薄,节省铜材,而且简化了触指/触头配合结构,自洁能力强,接触压力稳定,且避免了因弹簧存在引起的导电回路过热等故障。本文基于新型Cu-Cr合金材料在自力型触指上的应用及高压隔离开关服役工况的要求,对自力型触指和自力型触指/触头配合结构进行了研究。采用优化设计方法设计了一种高压隔离开关用新型自力型触指,同时对新型自力型触指/触头配合结构参数进行了优化分析,并通过数值分析研究了新型自力型触指的成形工艺。1.借助ANSYS Workbench软件,根据自力型触指强度和刚度理论分析,对自力型触指受力情况进行了数值分析,同时对自力型触指截面形状进行了优化设计。得到如下结论:(1)在触指材料一定的情况下,自力型触指截面形状是影响其自身强度和刚度的主要因素。为提高自力型触指的强度和刚度,本文提出了“W”形截面自力型触指结构。(2)经优化后,“W”形截面自力型触指的截面参数为厚度h = 3.18mm,圆角半径r = 2.32mm,中间槽宽w = 2.73mm;矩形截面自力型触指截面厚度为h = 3.33mm。(3)优化后的“W”形截面自力型触指与矩形截面自力型触指相比,最大变形减小了1.43mm,触指零件刚度显著提高;在触指材料相同的条件下,质量减小了4.22g。(4)与传统紫铜触指相比,“W”形截面自力型触指厚度由5mm减小到3.18mm,质量减轻47g,节材38.7%。2.利用SolidWorks软件建立了“W”形截面自力型触指/触头配合结构有限元分析模型。按照ANSYS Workbench软件参数化语言要求设置了优化参数,并通过无缝数据接口成功将模型及优化参数导入ANSYS Workbench软件。研究了触头直径D和触头位移S对自力型触指等效应力和变形的影响,采用目标驱动优化技术对触头直径D和触头位移S进行了优化。优化结果表明,“W”形自力型触指/触头配合结构最佳结构参数为:D = 63.39mm,S = 15.42mm。3.分析了自力型触指成形特点,制定了弯曲、压筋复合+压弯、冲孔复合成形“W”形截面自力型触指新工艺。采用Deform-3D软件研究了“W”形截面自力型触指弯曲、压筋复合成形性能。主要研究结果如下:(1)触指成形过程中,“W”形截面区域发生剧烈变形,过渡圆角处应力、应变最大,且破坏系数最高。(2)基于对自力型触指的优化设计和成形数值模拟的研究,提出将“W”形截面自力型触指圆角半径修正为2.7mm。(3)根据新型自力型触指成形工艺,设计了“W”形截面自力型触指弯曲、压筋复合和压弯、冲孔复合成形模具。