欠压脱扣器操动装置用复位弹簧的应力松弛分析

欠压脱扣器在高压断路器起着重要的保护作用。当断路器电压下降到额定工作电压35%时，欠压脱扣器闭合使断路器停止工作。欠压脱扣器的关键部件之一是安装于其外部的采用复位弹簧实现储能的操动装置，为评估长期服役下复位弹簧的储能性能，对复位弹簧在同一应力水平不同温度下的应力松弛进行有限元分析，建立复位弹簧的应力松弛模型；使用SCDM右旋方式建立不同结构参数复位弹簧的有限元模型，完成应力松弛仿真分析，得到200℃下复位弹簧的应力与时间的变化规律，拟合出负荷损失率与时间对数lnt关系图，确定复位弹簧的应力松弛率；基于不同的线径d，外径D，节距t等结构参数的复位弹簧模型，得到复位弹簧结构参数与应力松弛率间的对应关系，为提高复位弹簧使用寿命提供依据。

在高压断路器设备中，欠压脱扣器起着重要的保护作用。当高压断路器电压下降到额定工作电压的35%时，欠压脱扣器闭合使断路器停止工作。欠压脱扣器的关键部位是安装于外部的操动装置，该装置采用复位弹簧来实现储能。高压断路器一般使用寿命为20 年， 为评估满足服役要求下复位弹簧的储能性能，对其主要失效形式应力松弛进行仿真分析研究。

弹簧失效的模式并非单一，应力松弛是其最主要的失效模式[1] [2]。长期工作的弹簧元件，必须考虑应力松弛对其工作性能的影响[3] [4]，避免因弹簧元件性能衰退造成机构或系统无法实现预定功能。

国内外研究者，如：Goyal S [5]等针对2.25Cr-1Mo 铁素体铁焊接件进行了823 K 温度下应力范围为100~240 MPa 的蠕变试验，采用有限元方法针对IV 型裂纹行为进行了预测；Grachev.SV [6]考虑钢制弹簧条的碳含量在0.1%~1.0%之间对其机械性能的影响，研究表明硬化弹簧条的抗松弛性是回火温度和碳含量的函数；Seshadri 等[7]采用广义局部应力应变法(GLOSS)以单轴应力松弛为基础建立了多轴应力松弛方程；李腾[8]对不同温度和不同载荷下弹簧试样的蠕变和应力松弛进行了研究，通过退化函数和Arrhenius 模型对弹簧温室下蠕变和应力松弛服役寿命进行了预测；农鑫和高金忠[9]对100℃、140℃、180℃和220℃下的1Cr18Ni9 弹簧进行了应力松弛试验， 发现了100℃松弛过程一阶段和二阶段时间拐点较其它温度不明显，并通过从微观的松弛机理分析了100℃松弛曲线呈现的不同趋势；王柯和师俊平[10]设计搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置，基于蠕变理论及弹簧受力特点得到了蠕变本构方程，测得了仿真结果和实验误差相差不大于4%；金丹和刘兵[11]采用Abaqus 对60Si2Mn 钢制弹簧在同一应力水