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互感器现场试验智能辅助装置机构设计.rar

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    编号:20181030004740254    类型:共享资源    大小:24.29MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    互感器 现场 试验 智能 辅助 装置 机构 设计
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    毕业设计(论文)题目 互感器现场试验智能辅助装置机构设计学生姓名 张永健 学号 2011105518 专业 机械设计制造及其自动化 班级 20111055指导教师 张屹 评阅教师 完成日期 年 月 日第 0 页 共 51 页学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。(宋体小 4 号)作者签名: 张永健 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 □,在_________年解密后适用本授权书。2、不保密 □。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名: 张永健 年 月 日 导师签名: 年 月 日 目 录摘要 ............................................................1前言 ............................................................31 绪论 ..........................................................41.1 课题来源 ...................................................41.1.1 项目背景 ...............................................41.1.2 国内外的研究进展和水平 .....................................41.1.3 研究意义和应用前景 ........................................51.2 研究、推广应用内容和预期成果 .................................61.2.1 研究内容 ...............................................61.2.2 关键技术 ...............................................71.2.3 预期技术成果指标 .........................................71.3 拟采用的研究方法和技术路线 ...................................71.3.1 研究方法 ...............................................71.3.2 技术路线 ...............................................82 智能辅助装置的机构设计 ........................................92.1 设计概述 ...................................................92.1.1 设计思路: ..............................................92.2.2 设计路线 ..............................................102.2.3 最优机构设计方案选择 .....................................102.2.4 设计预期技术要求 ........................................102.2 特殊夹具的设计 .............................................102.2.1 设计要求: .............................................102.2.2 最优设计方案选择 ........................................122.2.3 最优方案的设计与计算 .....................................142.3 电动夹持手臂的机构设计 ......................................152.3.1 设计要求 ..............................................152.3.2 电动夹持手臂各机构的选型和计算 ..............................152.3.3 电动夹持手臂的各类设计图样 .................................172.4 定位平台的最优方案选装和定制参数设计 ..........................192.4.1 技术要求 ..............................................192.4.2 最优设计方案的选装 .......................................202.4.3 三轴悬臂式直线滑台的选装和定制参数设计 ........................222.5 升降平台的选型和改装 .......................................242.5.1 技术要求 ..............................................242.5.2 升降平台方案的最优选型 ....................................252.5.3 自行是剪叉式升降机产品特性及型号参数 .........................272.5.4 升降机的改装及稳定性实验方案 ...............................292.6 智能辅助装置的机构设计小结 ..................................313 基于 SolidWorks 对智能辅助装置的三维建模及仿真 ................323.1 Solidworks 的相关简介和设计优势 ..............................323.1.1 Solidworks 的相关简介 .....................................323.1.2Solidworks 的设计优势和设计过程 ..............................323.2 智能辅助装置的结构与工作原理 .................................323.2.1 互感器现场试验智能辅助装置的结构 ............................323.2.2 互感器现场试验智能辅助装置的工作原理: ........................323.3 基于 Solidworks 对各关键零部件和整套装置建模 ....................333.3.1 特殊夹子的三维模型图 .....................................333.3.2 电动夹持手臂的三维模型图 ..................................353.3.3 三轴悬臂式直线滑台的三维模型示意图 ...........................363.3.4 含伸缩平台的剪叉式升降机的三维模型示意图 ......................363.3.5 互感器现场试验辅助装置的三维模型示意图 ........................393.4 基于 Solidworks 对智能辅助装置关键动作仿真 .....................403.4.1 电动夹持手臂夹取和安装特殊夹具的动作仿真 ......................403.4.2 剪叉式升降机的升降和延伸平台动作仿真 ..........................413.5 智能辅助装置的三维建模和仿真小结 .............................424 总结及展望 ...................................................43致谢 ...........................................................44参考文献 .......................................................45第 0 页 共 46 页互感器现场试验智能辅助装置机构设计学 生:张永健指导老师:张 屹三峡大学机械与材料学院摘 要:互感器现场试验作为电能计量装置的重要组成部分,在电网与供电公司、发电厂与电网、大用户与供电公司之间的结算中具有非常重要的意义和作用。一直以来,互感器现场试验需要的人力和财力巨大,需要在试验前中后大面积长时间断电,先搭建好手架平台,再由专业人员高空作业试验。由于试验的现场属于高电压危险区域、现场环境分布复杂,给现场试验的安全性和试验设备装置运输工作提出了严峻的难度和考验。因此,研制出一种集成式的现场试验智能辅助一体化装置是非常有必要。本文综合比较了现有互感器现场试验的多种方法,并针对互感器现场试验中繁重工作量和诸多危险因素的现状,提出了互感器现场试验智能辅助一体化装置的设计思路。它是一种以高空作业车为载体,以中央处理器为中央控制管理单元,通过安卓设备实现远程遥控控制,由高空作业车、滑动云台、机械手臂等改装和设计,以及先进的测量设备组成可移动的高安全性的和经济性的互感器现场试验智能辅助一体化装置。本文将根据整个试验的工作步骤对升降机、三轴悬臂式直线滑台、电动夹持手臂和夹线夹子等多机构尺寸参数进行总体设计,使互感器现场试验智能辅助装置能达到项目各项技术要求。关键字:互感器现场试验 智能辅助装置 机构设计 SolidWorks 建模 动画仿真第 1 页 共 46 页Absttract: Transformer field test is an important part of electric energy metering device,which is widely used by the power plant and power grid, power and power supply company, power supply companies and users of the settlement. All along transformer field test needs huge manpower and financial resources. before the test ,the large area power cut will last for a long time.Then the workers set up high altitude platform, and working aloft professionally.As a result of the test site belongs to the high voltage danger zone and the distribution of complex environment, which puts forward difficulty work and severe test for the security of the site test and the transport of test equipment.Therefore, developed a field test of integrated intelligent auxiliary integration device is necessary. In this paper, comprehensive comparison of the current transformer is a variety of methods of field experiment.And we take transformer field test of heavy workload and the present situation of the many risk factors into account, and put forward the design idea of integration of intelligent auxiliary transformer field test device.high security and economy of integration of intelligent auxiliary transformer field test device is composed of overhead working truck as the carrier, in central processing unit (CPU) for the central control unit, through the android devices to realize remote control, by overhead working truck, sliding yuntai,advanced measuring equipment and mechanical arm by modification and design. According to steps of the test ,this article will work from the elevator, triaxial cantilever type linear sliding table, to electric clamping arm and clamp wire clip one by one. And realize the overall design on the basis of institutions’ size parameters.Finally make intelligent auxiliary transformer field test device can meet technical requirements of the project.Key words: Transformer field test;Intelligence assist device;Mechanism design;SolidWorks;Modeling animation simulation第 2 页 共 46 页前 言本课题为互感器现场试验智能辅助装置机构设计,课题源于福建省互感器现场试验智能辅助装置的实体项目。随着电力行业体制改革和技术改革的不断深入,各个电能大用户和各级供电公司之间、各级供电公司和电网之间、电网和发电厂之间的结算都要求通过电能计量装置进行。同时,随着电网建设的快速发展,现场计量互感器数量随之快速增加,计量互感器的检定任务也随之快速增长。同时,供电用电双方企业对“挖潜增效”工作的进一步推进,计量关口也将进一步成为双方的关注焦点,因而对包括计量互感器在内的计量装置的检定将更加严格。现场试验装置属于安装式设备,必须在现场完成试验,以防止重大事故的发生。由于现场的高电压和分布环境,给现场试验的安全性和试验设备搬运工作量提出了严峻的考验,以试验一次电流 1000A 为例,质量为 50~100kg,升流器容量约 10kVA,再加上标准电流互感器(CT)、调压器、导线等,总质量约 200kg。特别是安装在变电站现场的电流互感器,由于安装位置高,现场检定时需要登高作业。按照安全规程,工作人员需要事先搭好脚手架,把仪器设备搬运到脚手架上,然后将一次电流线与被检电流互感器连接妥当后,进行测试。从准备工作、测试到恢复现场,检定工作周期长,强度大,安全隐患多,作业效率很低。以 220kV 变电站为例,完成脚手架的搭建就需要一天时间。这个过程需要停电作业,停电时间过程,对供电系统影响很大,不利于设备的快速检修和恢复,同时也增加了安全生产的隐患。互感器现场校验受现场条件的限制,长期以来开展该校验项目难度较大、劳动强度高、工作效率低、质量不高,现场校验没有固定的试验平台,也没有设备固定的合适地方,每次现场校验都要装卸试验设备,给人力资源带来极大的浪费,也很不方便。这个问题在国内外至今都没有得到很好地解决。因此,非常有必要研制一种集成式的互感器现场试验智能辅助一体化装置来解决成本、安全性等问题。本文针对互感器现场校验检定的诸多不安全因素和繁重工作量的现状,并综合比较了互感器现场校验的几种方法,提出了互感器现场试验智能辅助一体化装置的研制思路。本文详细说明了这种新型的互感器现场试验智能辅助一体化装置的机构设计内容。该文内容将依次从项目、设计要求、设计概述、各部件设计、关键零部件的设计分析、SolidWorks 三维建模及仿真、基于 MATLAB 对整体设备稳定性及动力学分析阐述。本文主要使用计算机软件 SolidWorks 和 MATLAB 分别作为建模和分析工具。该课题有多种整体设计方案,该文只阐述最优方案之一。为了完成装置工程样机,部分零部件已加工成实物。本文根据课题要求仅对装置机构设计进行详细阐述。第 3 页 共 46 页1 绪论1.1 课题来源1.1.1 项目背景互感器是电能结算的必要计量装置。国家技术监督部门及电力部门的规定都要求对互感器执行强制检定,以保障供电用电双方的利益。但是,长期以来人们不够重视计量互感器的现场检定,甚至因测试仪器笨重而难以普及现场首次检定及周期检定工作,不能保证计量的完全正确和覆盖。以测试一次电流 1000A 为例,升流器容量约 10kVA,质量为 50~100kg,再加上标准电流互感器(CT)、调压器、导线等,总质量约 300kg。特别是安装在变电站现场的电流互感器,由于安装位置高,现场检定时需要登高作业。按照安全规程,工作人员需要事先搭好脚手架,把仪器设备搬运到脚手架上,然后将一次电流线与被检电流互感器连接妥当后,进行测试。从准备工作、测试到恢复现场,检定工作周期长,强度大,安全隐患多,作业效率很低。以 220kV 变电站为例,完成脚手架的搭建就需要一天时间。这个过程需要停电作业,停电时间过程,对供电系统影响很大,不利于设备的快速检修和恢复,同时也增加了安全生产的隐患。同时,随着电网建设的快速发展,现场计量互感器数量随之快速增加,计量互感器的检定任务也随之快速增长。同时,供电用电双方企业对“挖潜增效”工作的进一步推进,计量关口也将进一步成为双方的关注焦点,因而对包括计量互感器在内的计量装置的检定将更加严格。因此,如何为计量互感器检定工作提供便捷的仪器和工具设备等成为进一步提升计量互感器的检定质量,确保电能量计量准确的关键;也是减少安全生产隐患和降低劳动强度的关键。1.1.2 国内外的研究进展和水平针对这些问题,国内外的技术人员也进行了各种尝试。(1)改进检定设备,使设备朝着轻量化发展。20 世纪 80 年代,国内的研究学者就提出了“二次电流下测误差的测量用大电流互感器”,但但是由于原理不够完善,使用对象受到限制,也不在检定规程的范围,因而没有计量的合法地位,不能正式使用。目前,互感器现场试验方法主要有两种,包括直接断电搭建工作平台和通过升降装备工作人员在高空进行试验。两种方法皆需要工作人员高空作业,且两种方法都不具备普遍适用性,工作过程存在一定的危险性,测量过程中高电流产生的电磁辐射会对工作人员健康造成伤害,且需要长时间断电,给变电站的安全可靠运行带来众多安全隐患等。(2)通过辅助装置方便试验过程。 第 4 页 共 46 页在现有实际试验中,试验的工作人员必须通过吊车或者托架将标准电流互感器和升流器提升至电流互感器一次接线端子排附近以减小试验回路阻抗来确保试验顺利进行。而目前已有的升降作业台在最大行程为 10m 左右的,自重均在 1000kg 以上,结构笨重,不方便移动。但是,已有的研究都没有从根本上改变登高作业所带来的安全隐患和高强度作业的问题。1.1.3 研究意义和应用前景(1)现有现场试验面临的问题:1.互感器现场试验的工作量非常繁重,现场大电流和高电压互感器的试验,配套有相应的大电流和高电压测量设备,这些设备不仅价格昂贵,而且难以移动;2.因为受到试验现场环境的限制,现场试验仍不能完全满足相关规程规定的要求,并且试验完成质量比较低;3.互感器现场试验成本高昂,试验所需工作人员多。此外,还需租用运输工具进行运输、租用吊车等进行高空升降作业;4.互感器现场试验仪器的体积大,重量重。在每次试验过程中需经常搬运移动,非常容易对仪器造成一定的损坏,增加了发生严重的安全隐患的几率;5.目前在实施大电流、高电压互感器现场试验时现场环境存在诸多危险因素,比如临时租用吊车或起重机,由于租用设备使用人员都是随机借用的,不具有电力系统相应常识,且不熟悉现场复杂环境及待吊装置的特性,在吊装过程中,一个小失误变有可能导致重大安全隐患发生;6.因为每次试验环境的不同,进行互感器现场试验的设备和仪器数量多,装搭接线复杂,极易造成人为差错发生,对仪器和人身安全造成威胁。同时每次试验校验仪器、设备搭接都需要耗费时间和精力,并且容易发生错误。这些都会直接影响现场试验数据,很难充分保证计量校准数据的公正性和准确性;7.互感器现场试验属于高电流、高电压检定。试验项目新、难度大、多变,同时对安全有着很高的要求。因此,目前试验工作人员试验操作难以规范,不利于实现工作人员规范化操作;因此,研究一种能够替代人工去完成登高作业,降低安全隐患,辅助工作人员完成互感器检测的设备显得尤为重要。本课题目的在于研究出一种能够将互感器检定的仪器设备自动运载到工作高度,并自动完成接线的智能辅助装置。智能辅助装置的应用将能够避免工作人员的登高作业,降低了安全隐患;能够减少工作人员提升仪器设备和导线的工作,降低了劳动强度;能够快速完成仪器设备的定位和接线,缩短了工作时间,避免电力设备长时间停电的影响。该课题主要立足研究试验辅助装置的机构设计,通过查第 5 页 共 46 页阅与此相关的各类资料及文献,并根据自己所学的专业知识以及与导师进行讨论确定论文题目。(2)本课题研究的智能辅助装置在以下方面有广泛的应用前景:1.计量互感器的现场检定:全国各地电能计量中心平均负责百十座变电站近千个关口计量点的互感器新装、更换、设备改造的首次检定和周期检定工作,工作量很大。智能辅助装置在互感器现场检定中减小安全隐患、降低劳动强度和提高工作效率将起到重要的作用,具有广泛的应用前景。2.高空试验接线:电力系统中需要利用大电流电缆的进行临时试验连线时,用智能辅助装置可以将很重的电线送上空中,并自动接好连线。3.有效降低互感器现场试验时长、成本:现有试验成本居高不下,试验人数需求较多,同时,还需租用大型货车进行运输、租起重机械进行高空升降作业。新型互感器现场试验智能辅助一体化装置能适应各种现场条件,无需额外设备,现场试验时长大大缩短,减少断电时间和人力资源。4.提高互感器现场试验的安全性,避免人员高空作业:互感器现场试验需要试验人员较多,需要高空搭建工作平台(此过程需全程断电),工作人员存在高空作业的危险。新型互感器现场试验智能辅助一体化装置能通过专门定制升降机遥控升降。工作人员只需通过监控摄像头在地面实现从升降到接线再到收线的远程遥控即可。这样大大提高了互感器现场试验的安全性,避免工作人员高空作业。5.全新的试验方式和手段,具有高经济和社会效益:通过整合专业升降机、三轴悬臂式直线滑台、电动夹持手臂、装夹装置、平板遥控装置以及各类传感器等等组成的新型互感器现场试验智能辅助一体化装置具有高性能高效益的工作能力,能实现全遥控便捷安全的全新试验方式。减少人为接线错误的几率,减少设备停电时间,节约大量人力、物力、财力,提高工作效率和工作效果,经济效益和社会效应十分显著。1.2 研究、推广应用内容和预期成果1.2.1 研究内容(1)针对不同的现场环境进行归纳、总结,建立互感器现场试验智能辅助装置的设计需求模型;(2)根据智能辅助装置的设计需求模型,进行系统分析与设计;(3)根据需求模型对智能辅助装置的结构设计;(4)智能辅助装置的传感器系统设计;(5)智能辅助装置的控制系统设计;
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