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摘要：论文基于ADMS的原理和方法，根据断路器分断性能与结构参数、力学参数之间的关系和约束条件，利用逆向工程的方法，按照系统设定的优化目标，进行了基于ADMS的断路器分断机构优化设计与仿真平台的开发，该平台能够实现对分断机构的设计参数进行优化设计，最后输出优化设计后的结果。
关键词：ADMS 断路器 分断机构 参数化模型 优化仿真
0 引言
温州是中国“低压电器之都”，年产值300多亿元，占全国低压电器的70%。低压断路器（以下简称断路器）是最常用的工业电器之一。断路器触头分断机构（简称分断机构）由操作机构和触头机构组成，是断路器的核心部件，断路器的关键技术指标——分断能力与分断机构的固有动作特性密切相关。因此，分断机构的设计是断路器设计的关键。设计出满足性能要求的分断机构是提供高质量、高可靠性的断路器的基础。
在传统的产品设计中，首先是概念設计与方案论证，然后进行详细设计。在设计完成后，为了验证设计的结果，通常制造样机进行试验。若不满足要求，修改设计参数重新设计和试验，多次反复直到满足要求为止，传统的产品设计方法，主要的缺点是：设计周期长、设计成本高、试验费用大。
为了实现上述目的，本文提出利用逆向工程和虚拟样机技术进行断路器分断机构的参数设计和性能试验，解决设计成本高、设计周期长、试验费用大的问题，以满足快速变化的市场需求，从根本上消除我国电器行业长期依靠仿照国外产品、受知识产权问题困扰严重的现象。
1 平台开发原理
ADAMS即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），该软件是美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
在ADAMS中，虽然有建模功能，但只能实现简单的连杆和拉伸等，复杂的曲面很难实现且建模操作远不如UG中方便。论文首先在UG中按照原尺寸大小在UG中建立实体造型，再进行零部件之间的干涉检查后，转换成Parosolid格式，其优势是转换过去的曲面曲线精度高，数据不会丢失，最后将模型数据以Parosolid格式准确地传递到ADAMS软件中，包括零部件的结构、形状、曲线和曲面、质量和质心、惯性矩等信息。
在完成以上工作后，还需要特别注意的一点，在加约束之前，每个零部件的初始位置要求非常准确，否则会影响仿真结果的准确性。在ADAMS中调整零件的位置通过把构件添加到一个group中，然后选择参考点进行旋转移动。在此之后开始添加约束、力载荷及柔性连接。
2 优化设计与仿真平台的开发
以分段速度最大化为目标函数，以锁扣力、主弹簧拉力K、合闸力、开闸力和B点X、Y等为设计变量，以输入的性能指标分段速度、合闸力、终压力和开闸力大小满足要求为约束条件，通过操作机构动力学模型建立目标函数和设计变量、约束条件之间的内在关系，从而构建操作结构的优化设计模型，并利用ADAMS内嵌的计算分析功能，实现操作结构的优化设计。
本系统是在ADAMS/View基础上的二次开发，主要的功能包括：①模型导入。导入需要设计、优化、仿真或性能曲线分析的模型。②机构设计（正向）。输入机构主要的设计参数，通过系统的优化设计，获得满足设计要求的机构。③机构仿真。机构仿真是对模型不同动作过程的仿真，包括全过程、合闸分闸、自由脱扣、手柄固定自由脱扣、超行程、慢动作合闸以及优化设计等7个仿真脚本。④机构优化设计及验证（逆向）。根据设计要求（设定的目标函数和约束条件，选择设计变量），对机构进行优化设计，并获得优化结果。⑤曲线分析。曲线分析主要反映机构各种运动状态下的性能指标曲线，包括分断速度、动触头-基座角度、手柄弹簧力、弹簧角度、动静触头开距、终压力、动触头超行程、动触头-基座角速度、角度-分断速度、开距-分断速度等10种性能曲线。
系统是由数据层、模型层和设计层三个层组成的，系统框架结构图见图1。
ADAMS/View的二次开发的主体部分包含三种程序文件，分别是菜单文件、对话框文件和ADAMS命令文件，除了以上三类文件以外，还包括一个模块的启动文件和一个ADAMS环境的初始化文件。
通过上一节调用build.cmd文件对ADAMS环境进行了与二次开发相关的初始化工作，这其中包括通过读入main.mnu文件和ppt_main.mnu分别定制主界面用户菜单和分析曲线后处理界面用户菜单，以及调用set_menu.cmd文件对用户菜单进行初始化。
本次二次开发中，主界面用户菜单是在ADAMS/View主界面菜单条上插入的Breaker用户菜单项及其相应下拉菜单。
后期处理是指进行运动学仿真后，进入Adams/PostProcessor 界面完成的相应操作，包括曲线导入、分析和计算，以及动画载入与曲线结合分析等。
3 总结
论文基于ADMS的原理和方法，运用动力学原理和逆向工程的方法，通过计算机仿真和可视化技术对设计结果进行虚拟试验，开发基于ADMS的断路器分断机构优化设计与仿真平台，并根据给定目标对设计参数进行优化，从而实现断路器分断机构的快速和准确设计。
参考文献：
[1]刘伟忠，朱春明.烟草包装机计算机辅助规格设计系统的研究与开发[J].价值工程，2012（24）.
[2]孙雷，王智超.装设发电机出口断路器的研究[J].价值工程.2010（36）.
[3]周焱强，杨洁明，田英.基于ADAMS的齿轮动力学特性分析[J].机械工程师，2008（06）.
关键词：ADMS 断路器 分断机构 参数化模型 优化仿真
0 引言
温州是中国“低压电器之都”，年产值300多亿元，占全国低压电器的70%。低压断路器（以下简称断路器）是最常用的工业电器之一。断路器触头分断机构（简称分断机构）由操作机构和触头机构组成，是断路器的核心部件，断路器的关键技术指标——分断能力与分断机构的固有动作特性密切相关。因此，分断机构的设计是断路器设计的关键。设计出满足性能要求的分断机构是提供高质量、高可靠性的断路器的基础。
在传统的产品设计中，首先是概念設计与方案论证，然后进行详细设计。在设计完成后，为了验证设计的结果，通常制造样机进行试验。若不满足要求，修改设计参数重新设计和试验，多次反复直到满足要求为止，传统的产品设计方法，主要的缺点是：设计周期长、设计成本高、试验费用大。
为了实现上述目的，本文提出利用逆向工程和虚拟样机技术进行断路器分断机构的参数设计和性能试验，解决设计成本高、设计周期长、试验费用大的问题，以满足快速变化的市场需求，从根本上消除我国电器行业长期依靠仿照国外产品、受知识产权问题困扰严重的现象。
1 平台开发原理
ADAMS即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），该软件是美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
在ADAMS中，虽然有建模功能，但只能实现简单的连杆和拉伸等，复杂的曲面很难实现且建模操作远不如UG中方便。论文首先在UG中按照原尺寸大小在UG中建立实体造型，再进行零部件之间的干涉检查后，转换成Parosolid格式，其优势是转换过去的曲面曲线精度高，数据不会丢失，最后将模型数据以Parosolid格式准确地传递到ADAMS软件中，包括零部件的结构、形状、曲线和曲面、质量和质心、惯性矩等信息。
在完成以上工作后，还需要特别注意的一点，在加约束之前，每个零部件的初始位置要求非常准确，否则会影响仿真结果的准确性。在ADAMS中调整零件的位置通过把构件添加到一个group中，然后选择参考点进行旋转移动。在此之后开始添加约束、力载荷及柔性连接。
2 优化设计与仿真平台的开发
以分段速度最大化为目标函数，以锁扣力、主弹簧拉力K、合闸力、开闸力和B点X、Y等为设计变量，以输入的性能指标分段速度、合闸力、终压力和开闸力大小满足要求为约束条件，通过操作机构动力学模型建立目标函数和设计变量、约束条件之间的内在关系，从而构建操作结构的优化设计模型，并利用ADAMS内嵌的计算分析功能，实现操作结构的优化设计。
本系统是在ADAMS/View基础上的二次开发，主要的功能包括：①模型导入。导入需要设计、优化、仿真或性能曲线分析的模型。②机构设计（正向）。输入机构主要的设计参数，通过系统的优化设计，获得满足设计要求的机构。③机构仿真。机构仿真是对模型不同动作过程的仿真，包括全过程、合闸分闸、自由脱扣、手柄固定自由脱扣、超行程、慢动作合闸以及优化设计等7个仿真脚本。④机构优化设计及验证（逆向）。根据设计要求（设定的目标函数和约束条件，选择设计变量），对机构进行优化设计，并获得优化结果。⑤曲线分析。曲线分析主要反映机构各种运动状态下的性能指标曲线，包括分断速度、动触头-基座角度、手柄弹簧力、弹簧角度、动静触头开距、终压力、动触头超行程、动触头-基座角速度、角度-分断速度、开距-分断速度等10种性能曲线。
系统是由数据层、模型层和设计层三个层组成的，系统框架结构图见图1。
ADAMS/View的二次开发的主体部分包含三种程序文件，分别是菜单文件、对话框文件和ADAMS命令文件，除了以上三类文件以外，还包括一个模块的启动文件和一个ADAMS环境的初始化文件。
通过上一节调用build.cmd文件对ADAMS环境进行了与二次开发相关的初始化工作，这其中包括通过读入main.mnu文件和ppt_main.mnu分别定制主界面用户菜单和分析曲线后处理界面用户菜单，以及调用set_menu.cmd文件对用户菜单进行初始化。
本次二次开发中，主界面用户菜单是在ADAMS/View主界面菜单条上插入的Breaker用户菜单项及其相应下拉菜单。
后期处理是指进行运动学仿真后，进入Adams/PostProcessor 界面完成的相应操作，包括曲线导入、分析和计算，以及动画载入与曲线结合分析等。
3 总结
论文基于ADMS的原理和方法，运用动力学原理和逆向工程的方法，通过计算机仿真和可视化技术对设计结果进行虚拟试验，开发基于ADMS的断路器分断机构优化设计与仿真平台，并根据给定目标对设计参数进行优化，从而实现断路器分断机构的快速和准确设计。
参考文献：
[1]刘伟忠，朱春明.烟草包装机计算机辅助规格设计系统的研究与开发[J].价值工程，2012（24）.
[2]孙雷，王智超.装设发电机出口断路器的研究[J].价值工程.2010（36）.
[3]周焱强，杨洁明，田英.基于ADAMS的齿轮动力学特性分析[J].机械工程师，2008（06）.