接口装置（精选7篇）
接口装置 篇1
黄金单位通过认证�免费网络讲座日期排定�标准对公众开放
加州圣雷蒙2012年11月16日电/美通社/--为能源管理、商业和消费应用产品创建无线解决方案的全球性企业生态系统Zig Bee�联盟 (Zig Bee Alliance) 今日宣布, Zig Bee Input Device标准已对公众开放下载, 并已选择在消费电子产品和计算机附件人机接口装置中支持该全球标准的黄金单位。该联盟计划将于12月6日举行一场免费的公众网络研讨会, 展示Zig Bee输入装置的创新特点。
作为该联盟广泛测试和认证计划开发流程的一部分, Freescale、Green Peak Technologies和Texas Instruments的一些黄金单位开发套件已被批准为黄金单位。此举使将来使用此套标准的Zig Bee认证产品均须对照这些黄金单位进行测试。该测试程序确保产品符合标准要求, 使消费者大可放心。不论出自哪家制造厂商, 所有Zig Bee输入装置产品都将具备互操作性。测试服务则由TUV Rheinland提供。
Zig Bee输入装置为消费电子产品制造商提供标准化途径, 开发先进的设备, 使消费者能在更远距离甚至附近的房间内操作鼠标、触摸板、键盘、扫描笔或遥控棒。鉴于消费者寻求一种更高效地操作智能电视、流放设备和机顶盒的方式, 该功能变得尤为重要。Zig Bee输入装置在设备之间实现双向通讯, 使它们更加智能化并能够提供比已有30年历史的红外技术更多的功能。此外, 采用Zig Bee输入装置的设备能效高, 在其生命周期内使用的电池数量显著少于红外, 所以也就更加环保。
Zig Bee联盟主席鲍勃-海利 (Bob Heile) 表示:“Zig Bee输入装置对寻求改进其先进互动式产品操作方式的消费电子产品制造商有很大帮助。Zig Bee输入装置利用的是Zig Bee遥控已在数以百万计的电视、机顶盒和网关上取得的成功。传统的红外技术已不能满足消费者尝试快速、方便的流化电影、购物、搜索应用程序或定时录音的需求。带有键盘的Zig Bee输入装置将帮助消费者瞬间完成上述任何活动。”
Zig Bee输入装置-先进的人机输入装置标准
Zig Bee输入装置是一种更为环保、创新和便易的用于计算机和消费电子设备鼠标、键盘、扫描笔、触摸板和其它输入设备的全球性标准, 它给予这些设备无视距操作和双向通讯的能力、更大的使用范围、更长多电池寿命以及更广泛的性能和功能。Zig Bee输入装置是一项针对Zig Bee RF4CE规格专门设计的标准。
Zig Bee:世界尽在掌握中
Zig Bee提供“绿色”的全球无线标准, 无远弗届, 能够将各种设备连接起来, 实现智能化运作, 让世界尽在您的掌握之中。Zig Bee联盟是一个由约400家成员企业组成的非营利性开放式协会, 共同推动创新、可靠、易用的Zig Bee标准的开发。该联盟致力于在世界各地推广Zig Bee, 使其成为用于消费、商业和工业领域的领先无线网络连接、传感和控制标准。
光纤差动保护的导引线接口装置 篇2
导引线是较早应用的一种传输通道,这种通道需要铺设电缆,导引线越长,成本越高,安全性越低[1]。导引线中传输的是电信号,要防止雷击和产生的感应电压对保护装置和人身安全构成威胁,以及造成保护不正确动作,因此导引线电缆必须有足够的绝缘水平,从而使投资增大。早期导引线直接传输交流电量,故导引线保护广泛采用差动保护原理,但导引线的参数(电阻和分布电容)直接影响保护性能,从而在技术上也限制了导线保护用于较长的线路(一般不超过10 km)。
随着电力通信的发展和光纤的大量使用,绝大部分地区都已经组建了光纤通信网。继电保护设备首选光纤为其运行通道,电力载波为其辅助通道,导引线已经彻底被舍弃。但在部分地区(如香港、新加坡等地)由于城市建设早已完成,早期的导引线保护仍在运行,其城市特点不允许重新开挖铺设地埋光缆或架空光缆。同时由于导引线保护装置使用已久,技术上十分落后,装置运行也不稳定[2],备品备件不全或已不生产,这些都促使用户寻找新的保护装置来替代。
光纤电流差动保护具有灵敏度高,不受串补影响且本身有选相功能等优点,使得它的应用范围越来越广,在线路保护中占有很高的比率,是替代导引线保护的不二选择。尤其是最近几年,光纤电流差动保护的原理已十分完善,性能也优于其它保护。如果能将其应用在导引线通道上,不改变保护装置,不降低保护动作特性,不需要另外铺设光缆,那将能非常好地解决这一部分地区用户的难题。
用户向我们提出了这一应用要求后,我们根据电流差动保护的数据传输速率的不同,选择速率为64 kbit/s的保护装置,为其设计了导引线接口装置。在保护装置不做任何改动的情况下,两侧差动保护装置通过两台导引线接口装置在导引线上互相通信,传送保护数据,完成电流差动计算,通信结构参见图1。
光纤差动保护可以通过导引线接口装置运行在导引线传输通道上;光纤方向保护和光纤距离保护,光纤保护命令传输装置也都可以通过导引线接口装置在导引线上运行。
1 功能结构
图2为导引线接口装置的功能框图,主要由三个部分组成,光纤接口、码型变换和导引线收发和接口电路。
光纤接口负责和现有保护装置的光纤通信,基本功能就是光电转换[3],不再多述。
码型变换是对保护传送过来的码流进行解码,同时根据导引线特性,再次编码成适合在导引线上传输的码流;在另一个传输方向上做相反的转换。
导引线收发和接口电路,收发电路负责导引线的发送驱动和信号接收。要求发送驱动能力强,受分布参数影响小;接收要求灵敏度高,这样才能保证装置有足够远的传输距离。由于导引线是户外长距离传输线,易受到雷击并会感应多种干扰,必须对这些干扰进行处理,不能让其进入内部电路[4],同时要不影响正常的信号接收,这些工作是由接口电路来完成的。
2 编码方案
导引线是一种电缆传输线,为了实现在导引线上远距离传输,对传输信号有较强的选择性。导引线的最大可传输距离主要是由传输信号决定的,适合导引线传输的信号可分为模拟调制信号和数字差分信号两类。
2.1 模拟调制信号
由于光纤差动采用64 kbit/s的同向接口,光纤内实际传输的码流速率为256 kbaud/s。为了在导引线上传输,必须要对光纤传输码流进行压缩。目前常采用2B1Q和4B3T等方式,其中2B1Q方案尤其普遍,支持的芯片也多。2B1Q是指两个二进制数字可用一个四电平波特来表示,信号级别有4个可能的数值(振幅和极性),编码规则见表1。使用2B1Q编码后,可将信息速率降低一半,图3实例中的编码后速率由160 kbit/s降到80 kbuad/s。
采用2B1Q方法传输时,在线路接口端还需要加混合线圈电阻网络、自适应线路均衡、自适应回波抵消等功能单元,实现起来较复杂,属于模拟传输方式。传输数字码流时有较大的误码率,优点是可以使用两根导引线芯进行双向传输。比较适合于传输速率低、对传输误码要求不高的光纤电流差动保护装置,如传输速率为9 600 bit/s的光纤差动保护装置。
从使用这类方案的导引线电流差动装置运行效果来看,用户也是不满意的。主要是通道误码太多,差动保护的性能受影响大。
其它类型的模拟传输方式虽然也能实现在一对传输线上双向双工通信,但由于要采用不对称传输方式,如频率不对称方式。导致了传输线路的双向传输时延不相等,并且传输时延相差较大。不满足差动保护对传输通道时延的基本要求[5],使得差动保护无法应用在这类传输通道上。
2.2 数字差分信号
实现导引线信号传输的另一种方法就是数字差分信号传输,同样需要对光纤信号码流进行压缩,使其速率降低,并编码成适合导引线传输的码流。该方法在导引线上只传输两种码元,比特0和比特1,分别为其选择合适的样本波形,保证码间干扰最小。压缩编码时应使得新编码流中的连0连1数目尽可能小,以减少接收端时钟提取和数据恢复的难度[6]。
该方法的缺点是必须使用4芯导引线才能实现双向数据通信,优点是数据传输的误码率是比较小的,且不需要均衡、回波抵消等电路,较易实现。从试验的结果来看,保护装置运行也很稳定,没有出现误码、告警等现象。
由于采用双向四线传输方式,收、发通道完全独立。双向传输速率、时延完全一致,满足差动保护对通道时延的基本要求。
3 导引线接口装置
装置在设计时,必须使导引线在进入接口装置前,屏蔽层就已可靠接地。进入装置后,用瞬态抑制器、共模抑制器、隔离变压器等进行保护、滤除各种杂波,确保接收信号的正常通过。对于导引线这类长距离电传输线,单一的抑制、滤波往往效果不大,必须使用多种组合电路。同时使用这类滤波电路时,要选择分布参数小的元器件,确保接收信号能正常通过,不能对接收信号有衰减作用。
导引线发送、接收电路的选择对其最大可传输距离、误码率也有一定的影响。选择高输出驱动电流、差分输出的发送芯片和高速、低失真、可控增益的差分接收芯片。可根据导引线的长度,控制接收电路的增益。
采用大规模可编程逻辑芯片,灵活的编解码方案,针对现场导引线型号、配置有多种优化的编解码方案可供选择。
4 运行试验
导引线的最大可传输距离除了和导引线本身的线径参数有关外,导引线上传输的码型(波型)选择对传输距离也有很大的影响,导引线收发和接口电路对传输距离也有一定的影响。而导引线的线径、分布电容等直接影响到传输距离。对于给定的导引线,码速越低,传输距离也越远;但若码速过低,在接收方向恢复成光纤信号时,由于码速跳变大,提取编码时钟难度也加大。更易受到衰耗、抖动的影响,反而使传输误码增多。
该导引线接口装置和RCS-931A光纤电流差动保护装置,在5.5 km长的导引线上(AWG24,0.20mm2),做过运行试验,分别进行了区内、区外、转换性故障,保护装置均能正确动作,保护动作特性和光纤通道时一样,通道单向传输时延为37μs。在整个试验过程中,通道监视计数器维持不变。长时间运行时,通道不告警,通道误码率小于1.0×10-10(实测误码数为0)。
该接口装置在其它型号导引线上的最大可传输距离,还有待于进一步的试验来测定。
摘要：随着光纤电流差动保护的广泛应用,其保护原理、功能也更加完善。作为第一代电流差动保护的传输通道——导引线也彻底被光纤所替代。但在少数地区,由于铺设光缆难度太大,仍在继续使用导引线。如何能使光纤差动保护装置运行在导引线传输通道上,既不改变保护装置的功能,也不需重新铺设光缆,便因此提了出来。针对这一特殊要求,开发了光纤差动保护的导引线接口装置。使用该接口装置后,光纤差动保护不需作任何改动,就可以在导引线通道上运行,且保护的动作特性不受影响,该接口装置同样适用于光纤纵联保护装置、光纤命令传输装置在导引线上的运行。
关键词：电流差动,导引线,误码率
参考文献
[1]邬竟.纵联保护方式比较分析[J].湖南电力,2003,23(1):58-61.WU Jing.Analysis and Comparison of Tele-protection[J].Hunan Electric Power,2003,23(1):58-61.
[2]毛庆汉.一起导引线纵差保护拒动事故的分析和处理[J].电工技术杂志,2002,4:49-51.MAO Qing-han.Analysis One Fail Trip of Pilot Wire Current Differential Protection[J].Electric Engineering,2002,4:49-51.
[3]RCS-931A(B、D)型超高压线路成套保护装置技术说明书[Z].Instruction Guide of RCS-931A(B、D)Protection System For UHV Power Transmission Line[Z].
[4]陈晓东.电磁场感应和地电位升高对导引线保护的影响[J].太原理工大学学报,2000,31(1):56-59.CHEN Xiao-dong.Effects of Electromagnetic Field Induction and Ground Potential Rise on Pilot Wire Protecion System[J].Journal Taiyuan University of Technology,2000,31(1):56-59.
[5]金华锋,叶红兵,等.复用通道误码和延时对线路纵差保护的影响[J].电力系统自动化,2005,29(21):63-66.JIN Hua-feng,YE Hong-bing,et al.Effect of Bit Error and Transmission Delay of Multiplex Channel on Line Current Differential Relay[J].Automation of Electric Power Systems,2005,29(21):63-66.
接口装置 篇3
监控程序存储于电路板上EEPROM中, 上电复位后, 监控程序自动地引导到片内存储器中, 完成实验系统的下位机的准备工作。由于实验装置上的主处理芯片为8088CPU, 所以监控程序采用8088汇编语言编写而成, 其各项功能的实现采用功能模块搭建而成, 而各功能模块是依据做实验的需要设计的, 使用8088的汇编环境来完成各监控程序模块的开发。
1 监控程序的主要功能
1) 管理存储器:检查、修改、移动、显示存储器的内容, 也可对存储器的内容进行填充、从文件导入、保存等功能。2) 管理寄存器:查看、修改、保存、显示实验装置电路板上8088CPU通用寄存器和标志寄存器的内容。3) 单步运行:在某些情况下, 要求逐条指令地检查运行结果, 这就需要利用单步运行操作, 利用设定的快捷键即可开始单步运行。每运行一条指令, 就返回监控程序, 显示下一条指令地址、下一条指令及各个寄存器的值。4) 跟踪运行:单步运行不进入用户子程序, 而跟踪运行进入用户子程序, 跟踪运行的其他工作处理过程与单步运行的工作处理过程类似。5) 设置断点:为了调试的方便, 常希望程序运行到指定断点处停下来, 以便检查内存和各个寄存器的内容, 这可用设置断点的方法来实现。具体操作方法是, 先从PC机调试界面软件的菜单中选择设置断点的命令, 然后在调试界面软件的程序调试窗口指定所要设置断点的地址, 就设置了一个断点, 当运行到断点处时, 保存现场, 然后返回监控程序, 就可对断点处的各项内容进行检查。6) 确定和调试界面软件之间的调试规约:监控程序完成的还有一个主要任务就是确定和调试界面软件之间的调试规约, 只有双方共同遵守此约定, 再通过串行接口才能完成整个实验过程的数据通信。7) 通信模式的设定:串行接口通信设计部分还设定了数据传输的格式、数据传输的波特率和串口通信协议。
另外, 监控程序还包括和上位机通信、理解上位机传送的命令及与上位机的数据传输等功能。通过和上位机的通信, 可以有效地把实验系统的上位机和下位机联系起来。通过监控程序, 能够方便地把用户所要执行的功能通过相应的操作变成下位机所能够理解的命令, 同样也可以实现上位机与下位机的数据传输, 把实验装置和PC机连接成微机原理与接口实验系统这样一个整体。
2 主监控程序的设计结构
复位后先进行初始化, 然后进入循环显示程序, 并不断查询是否有有效用户控制指令或硬中断键输入。若无有效用户控制指令或硬中断键输入则仍返回显示程序;否则, 则进入监控分支程序, 监控分支程序有一个入口多个出口。下面将主要讨论主监控程序设计中的几个要点。
1) 复位:8088 CPU要求复位信号至少维持4个时钟周期的高电平才有效。复位信号到来后, CPU便结束当前操作, 并对处理器标志寄存器、IP, DS, SS, ES及指令队列清零, 而将CS设置成FFFFH。当复位信号变为低电平时, CPU从FFFFOH开始执行程序, 所以监控程序实际上从FFFFOH开始执行, 设计时可以在FFFFOH处设置一条跳转指令, 使得8088CPU上电复位后便执行该跳转指令, 使程序跳转到主监控程序执行起始地址处。复位时, 调试界面软件的输出窗口将显示复位信息, 复位信息是一串字符, 出现复位信息表示系统己经复位。2) 初始化:实验装置复位以后首先要进行初始化工作, 其内容包括自检、对计数器、串行通信接口 (初始化时, 串行通信接口传输的参数被设定为:串行传输的波特率为19200bps, 起始位为lbit, 数据位为8bit, 停止位为lbit。) 初始化、屏蔽某些中断请求信号线及对外部可编程接口芯片送控制字, 对专用寄存器赋初值, 对某些参数赋值等。初始化后, 通过串口向上位机发送信息建立实验装置与PC机的通信, 这样就建立了实验系统的实验平台。然后主监控程序进入空循环等待状态, 等待有效用户命令, 当接收到有效用户命令则执行相应的操作, 否则回到空闲等待状态。这部分程序为顺序结构, 容易设计。3) 显示程序:显示程序是人机对话的一部分, 状态提示符、检测结果和待输入参数等都通过显示程序显示出来, 显示程序是一种循环结构程序, 在循环过程中查询用户控制指令, 如果接收到有效用户控制指令则转去执行相应的功能程序, 执行后返回。显示程序是各功能程序的出发点和返回点。对于显示程序设计的显示方式, 我们采用正常参数显示用无闪动显示方式, 但在输入无效用户指令时将以闪动方式提示用户重新输入或取消操作。4) 获得用户控制指令的方法:监控程序获得用户控制指令的方法有两种:查询方法和中断方法。查询方法是当执行程序到某一处时, 计算机查询串口看是否有用户有效控制指令输入, 若有用户有效控制指令输入则转去执行监控分支程序, 否则继续运行。当接收到有效用户指令时, 通过可屏蔽中断请求信号线告知CPU。在开中断的情况下CPU响应中断, 进入中断服务程序, 这种方法称为中断法。不同的中断方法在于中断服务程序的内容和中断返回的方法。中断服务程序可长可短, 短可以仅将有用信息送到指定的内存单元供监控程序使用, 长可以将监控分支程序和功能程序都包括在内。中断返回时可以简单地返回, 也可以用POP语句丢掉原断点, 用PUSH语句将中断后的目标地址压入, 这样再执行中断返回指令时, 实际上是执行了一次转移。5) 监控分支程序的结构:监控分支程序的任务是根据用户控制指令信息和状态编码 (状态信息) 找到其对应的功能程序的入口地址。6) 进入功能程序及返回:可以使用跳转指令进入功能程序, 使用跳转指令比较灵活, 可以根据监控程序所确定的相应的功能程序的入口地址, 跳到功能程序的入口处。从模块化的角度来考虑, 管理程序与功能程序分开, 管理程序使用调用指令来管理功能程待功能程序返回后, 由管理程序根据运行结果决定下一步如何跳转。这样, 管序就可以从宏观上控制整个程序的运行, 提高软件工作的可靠性。7) 提示程序:一个友好的人机对话程序应对操作者的每一次控制指令操作都做出积极的响应。本监控程序设计的提示方法如下:对每一次控制指令操作都伴有一声短鸣, 使操作者确信该操作已经生效:当操作者在某一状态输入无效操作指令时, 使用一声长鸣使操作者知道此操作是无效的。
3 小结
监控程序是实验系统的重要组成部分, 上位机 (PC机) 调试界面软件和下位机 (实验装置) 监控程序的结合共同完成学生实验所应具备的功能。
参考文献
[1]冯博琴等.微型计算机原理与接口技术[M].清华大学出版社, 2002.
接口装置 篇4
利用电力系统动态仿真程序模拟和分析电力系统的全过程稳定特性, 对避免发生大面积停电事故及研究防止事故扩大的有效措施具有重要意义。
稳控装置是电力系统的重要组成部分, 它对保证系统发生较严重的故障时仍维持安全稳定运行有着很重要的作用。但是, 目前电网稳定分析软件中安全稳定控制的功能仿真与国内电网中实际广泛应用的稳控装置有着较大区别, 缺少区域型稳控装置的模型, 无法真实、完全地反映稳控装置在电网故障期间对电网稳定性的影响。因此, 研究稳控装置模型及其建模方法, 在稳定分析工具中引入稳控装置接口仿真平台, 真实模拟电网全过程动态特性, 对提高电网动态仿真的精确性、验证稳控装置工作准确性十分重要[1,2,3]。
本文围绕电网动态仿真中的稳控装置接口仿真平台进行研究, 介绍了实际稳控装置的动作特性, 提出了用于电网动态仿真的稳控装置模型, 建立了相应的接口仿真平台 (ISP) ;在此基础上, 结合电力系统仿真计算软件 (PSASP) 的用户程序接口 (UPI) 功能, 进行了仿真算例验证。
1 电网动态仿真中的稳控装置模型现状
稳控装置是指当电网出现紧急状态后, 通过执行各种紧急控制措施, 使电网恢复到正常运行状态的控制系统。稳控装置分为区域型和就地型2种。就地型稳控装置通常只应用于可等值为单机无穷大的电网中。现代电网中已难以找到单机无穷大的典型模式, 在一个厂站用就地稳定控制系统就能解决电网稳定性的情况已经很少。通常提到的稳控装置指的是区域型稳控装置, 目前国内广泛应用的稳控装置主要有国电自动化研究院和南京南瑞集团公司联合开发的FWK-300分布式稳定控制装置、南京南瑞继保公司开发的RCS-992A系列分布式区域安全稳定控制装置、RCS-9012稳控集中管理系统和北京四方公司开发的CSS-100BE数字式安全稳定控制装置、CSSM-2000电网稳定控制集中管理系统等[4,5,6,7]。另外, 国电自动化研究院研制的大电网广域监测分析保护控制系统 (WARMAP) [8,9]也可进行在线安全稳定及经济运行分析, 实现控制策略的离线校核、在线计算和整定, 但该系统的稳控装置模型与电网中实际应用的安全稳定系统的工作过程并不完全一致, 并且未提供与常用电网动态仿真程序的接口。
而目前国内外常用的电网动态仿真程序中几乎没有提供稳控装置模型, 提供的安全稳定控制措施仅有自动切负荷和解列两大功能。表1为目前国内外一些有代表性的电网动态仿真程序中稳控装置模型的研究现状[10,11,12,13,14]。
表1所述控制措施大多基于就地控制, 缺少区域型稳控装置的模型;另外, 仿真程序仅能通过时间延时预设某些安全稳定控制措施, 这与实际稳控装置的工作过程有较大区别, 无法真实模拟实际稳控装置的动作情况。因此, 必须在电网动态仿真程序中引入与实际应用的稳控装置动作特性相一致的稳控装置模型。
2 稳控装置建模
实际稳控装置包括主站、子站和执行站。工作时先离线生成控制决策表, 存储于主站或子站中;在线运行时由主站/子站检测故障信息、查找匹配决策表、转发控制信息等, 由执行站执行控制策略。
2.1 稳控装置模型总体结构和功能概述
在稳控装置建模时, 可忽略实际系统的通信要求, 将主站、子站、执行站的相似功能整理合并, 采取2层结构:主站为第1层, 子站和执行站合并为第2层。
主站独立设置, 主要功能为运行方式预设识别、存储决策表、故障判断、故障匹配、查找决策表、转发控制策略等。
子站设置于需要执行控制策略的网络节点处, 具体位置由电网结构及运行方式决定, 主要功能为执行控制策略。
2.2 稳控装置模型的工作过程
稳控装置模型先通过离线仿真计算生成预想故障集、控制决策表, 存储于主站中。在线运行时, 首先对系统的运行方式进行在线识别, 当检测到故障发生时, 进行故障匹配计算, 看该故障是否在预想故障集中, 进而查找决策表, 执行相应的稳控策略。模型的工作流程如图1所示。
2.2.1 运行方式预设与识别
稳控装置模型工作时需要对电网运行方式进行离线预设和在线识别。
离线预设时, 利用发电机开机方式、线路运行情况和负荷水平描述电网所有主要的运行方式, 并生成运行方式列表。
在线运行时, 通过发电机出力、线路断路器位置等信息确定发电机开机方式、线路运行情况和负荷水平, 从运行方式列表中识别出电网当前的运行方式。
2.2.2 预想故障集形成逻辑
预想故障集是决策表的一部分, 如图1中间部分所示。首先在每种运行方式下, 对电网进行N-K (K一般取1和2) 扫描, 将引起电网失稳的故障定为预想故障。每一个预想故障由故障位置和故障类型描述。故障位置为故障元件编号;故障类型为各元件所对应的故障逻辑语句, 如三相永久性接地短路语句等。故障逻辑语句由判断故障的电气量信息组合表示, 如三相永久性接地短路语句由三相电流升高、三相电压降低等组成。
所有运行方式及对应方式下的预想故障共同构成预想故障集, 并生成预想故障集列表。
2.2.3 离线生成决策表工作逻辑
预想故障集和与各个故障相对应的控制策略构成决策表, 决策表采用树形结构。对于同一故障可能存在多个控制策略, 此时需要进行控制策略的优先级排序, 排序原则根据系统实际情况确定。
控制策略包括控制对象和控制量。控制对象一般不超过3个, 主要为发电机、负荷或线路。控制量对发电机、负荷而言指的是切机、切负荷的量或百分比, 对线路而言指的是切或不切。
2.2.4 离线预设值说明
稳控装置模型中, 需要预设的定值为预想故障集定值和控制策略定值。预想故障集定值在主站中设定;控制策略定值在子站中设定, 主站仅存储相应标识信息并在需要时转发控制信号。离线设定采用对话框形式, 运行方式、预想故障、判断条件及各条控制策略均在独立的选项卡设定, 设定结束后可在主站决策表窗口中查看或输出决策表。
预想故障定值由运行人员选定故障判断语句完成设定。在判断故障时, 可能同时需要几个元件进行故障定位, 因此, 故障定值为突变量启动语句、元件编号和判断语句的组合。每个故障判断条件默认提供5组元件编号及识别语句, 数量可添加。
控制策略定值由运行人员直接填写。对于每个故障, 默认提供2条控制策略:1条主策略和1条备用策略。每条控制策略一般提供3个控制对象。控制对象及控制策略的数量可添加。
2.2.5 在线运行逻辑
稳控装置模型在线仿真时, 首先通过发电机出力、线路断路器位置等信息确定发电机开机方式、线路运行情况和负荷水平, 在运行方式列表中识别出电网当前的运行方式。
系统发生某一事故时, 首先判断模型是否需要启动。模型启动后利用故障判断条件, 通过电网发生预想故障时的电气量变化, 如电流、电压、功率、断路器位置等, 对故障进行判断, 得到故障位置和故障类型, 进而在故障集列表中识别出当前运行方式下系统发生的故障。最后, 遍历搜索决策表, 查找到对应该预想故障的控制策略, 并由主站将控制信号转发给相应子站, 由子站执行控制策略。
3 用于电网动态仿真的稳控装置接口仿真平台
针对当前仿真软件的不足, 结合一体化仿真计算的需要, 依据稳控装置模型, 构建了一个用于电网长过程动态特性分析的稳控装置接口仿真平台软件。该软件由图形化操作平台、SQL Server数据库、外部接口程序和稳控装置模块组成, 能够与任一电网稳定计算软件接口, 导入在稳定计算软件中定义的仿真电网的拓扑结构及其参数, 基于离线仿真确定的控制决策表在图形化操作平台上对电网进行子站的配置和决策表整定, 进而在每一个仿真步长中通过外部接口程序在线访问稳定计算软件, 将稳定计算软件产生的电网各节点电压、电流等数据实时送入到接口仿真平台软件的稳控装置模块中, 按照预先配置好的预想故障判断条件进行在线故障判断, 查找转发控制策略, 然后由子站将动作情况回送到稳定计算软件中去控制相应电气元件的状态和电网模型的拓扑结构, 从而实现了闭环、交互式的实时仿真, 克服了以往稳定计算软件不能真实反映稳控装置动态行为的缺点, 能够对电网全动态过程进行有效仿真。该仿真平台的总体结构如图2所示。
程序每个部分的功能和作用如下。
a.图形化平台。图形化平台是整个软件的支撑和人机接口, 界面与PSASP类似。用户可以将电网拓扑结构、电网参数等相关信息从电力系统稳定计算软件的数据库中通过专门的数据接口读出, 并将读出的电网信息 (包括网络拓扑结构、电网参数等) 显示在图形化平台中。同时, 用户可以通过图形化平台对稳控装置配置, 包括决策表整定和子站配置。得到的电网拓扑结构、电气元件参数、子站布点以及决策表全部存入SQL Server数据库。
b.SQL Server数据库。SQL Server数据库作为整个程序的后台数据支撑, 保存电网结构、元件参数、子站布点、决策表以及相应整定值。
c.外部接口程序。外部接口程序与稳定计算软件进行接口, 执行具体的故障判断和控制策略, 并将动作结果返送到稳定计算软件。
d.稳控装置模块。稳控装置模块主要由主站和子站构成;初始化时从SQL Server数据库中获取电网拓扑结构、电气元件参数、子站布点、决策表以及相应整定值;开始计算时, 在稳定计算软件的每一次计算步长后, 从稳定计算软件获取该时刻所有节点的电压、电流等信息 (保存一定时段数据到缓冲区) , 按照既定的故障判断条件进行计算、判断, 如果满足某一预想故障的判断条件, 则转发相应控制策略, 并把动作信息返回给稳定计算软件和图形化平台, 然后此次计算结束, 等待下一步稳定计算软件计算步长;如果所有的电气量信息都不满足判断条件, 则稳控装置不动作, 不作任何处理, 此次计算结束, 等待下一步稳定计算软件计算步长。
4 含稳控装置模型的稳定计算仿真
将稳控装置接口仿真平台与PSASP通过UPI联接, 结合Visual C++程序编程, 进行含稳控装置模型的暂态稳定计算[15,16]。事实上, 无论何种电力系统动态仿真程序, 只要得到其计算接口, 都可以利用上述稳控装置模型接口仿真平台, 实现含稳控装置的稳定计算仿真。
以EPRI-36系统作为算例系统, 其网络结构如图3所示, 元件参数采用基础数据库参数。设定0.2 s时, 线路24 (BUS19-BUS16) 上距离BUS19侧20%处发生三相永久性接地短路故障, 0.3 s该线路主保护动作切除线路24。仿真计算的积分步长为0.01 s, 计算总时间20 s。此时假设系统中没有稳控装置模型。
4.1 故障线路断开后对其他线路潮流的影响
当线路24上发生故障并被主保护切除后, 该线路上的潮流将转移, 使得其他线路上的潮流发生变化, 可能导致其他线路过载。如图4所示, 线路28 (BUS19-BUS21) 的电流增加较大, 其电流峰值出现在0.46 s, 大小为1.91 p.u.。此时, 线路28在BUS19侧的视在阻抗为0.164 p.u., 已进入距离Ⅲ段保护动作范围。
4.2 离线仿真确定控制策略
显然, 因短路而切除故障线路引起的其他线路过载可能引起保护误动作, 易造成故障范围扩大即故障连锁跳闸, 从而引起更严重的系统失稳。在实际电网中可通过稳控装置来采取一定的控制策略保持系统安全稳定运行。
运用UPI和VC, 在该电网中加入稳控装置接口仿真平台, 其运行方式如图5所示。其中X为输入的电压、电流等数据, Y为输出的电网控制数据。
按照前文描述的稳控装置工作过程, 上述故障是预想故障集中的一个典型故障。针对此预想故障, 离线仿真确定控制策略为发电机4切机50%, 延时0.12 s。在发电机4处设置子站用以执行控制策略。生成的控制决策表如表2所示。
4.3 考虑稳控装置模型的仿真分析
加入稳控装置接口仿真平台后, 系统检测到线路24发生三相永久性接地短路的预想故障, 主站查找决策表、匹配故障后将相应控制策略转发给发电机4处的子站, 从而执行预设的控制策略。仿真结果如图6所示。
采取该控制策略之后, 线路28的最大电流出现在切机时刻0.32 s, 大小为1.72 p.u., 此时线路28在BUS19侧的视在阻抗为最小值, 大小为0.207 p.u., 不会造成距离Ⅲ段保护误动。
仿真结果表明, 通过稳控装置接口仿真平台与PSASP联合仿真, 能够准确模拟实际稳控装置的动作特性, 真实反映实际电力系统发生故障时的动态过程。
5 结语
本文分析了稳控装置接口仿真平台对电网动态仿真的重要意义, 介绍了实际稳控装置的动作过程, 提出了用于电网动态仿真的稳控装置模型及其建模方法, 进而建立了相应的接口仿真平台;利用PSASP自带的UPI功能, 在PSASP中引入该接口仿真平台, 实现了含稳控装置接口仿真平台的暂态稳定计算仿真。仿真结果表明, 含稳控装置接口仿真平台的电网暂态稳定仿真能够更加真实地反映实际电力系统发生故障时的动态过程, 有助于运行人员分析和理解实际电力系统受扰动后的动态行为。
摘要：针对常用仿真程序中稳控装置模型的不足, 提出了用于电网动态仿真的稳控装置模型及其建模方法, 进而建立了用于电网动态仿真计算的稳控装置接口仿真平台;在PSASP中通过UPI实现了该仿真平台与PSASP的联合运算功能, 并进行了暂态稳定仿真计算。仿真结果表明, 稳控装置接口仿真平台与PSASP联合仿真能够更加准确地模拟实际装置的工作过程, 真实反映实际电网发生故障时的动态特性。
接口装置 篇5
要减少发射装置品种, 一是进一步推进机架接口的标准化, 把机架接口各要素进行更详细的限制, 并进一步减少国军标中机械接口的组合数量;二是飞机挂架或发射装置进行通用化机械接口设计, 以实现一架多机。本文就发射装置与飞机的机械接口进行了通用化设计, 并成功应用于某型发射装置产品中, 从而实现了一架多机, 减少了发射装置品种, 对其他发射装置与飞机机械接口的通用化设计具有一定的借鉴意义。
1 目前国军标规定的机架接口
国军标规定的机载悬挂物和悬挂装置的机械接口包括投放式接口和非投放式接口, 见表1。
2 机架接口通用化设计
2.1 机架接口通用化方案及布局
GJB1C及GJB3570中规定的机架接口有螺栓、叉耳、吊耳三种形式, 三种连接形式所占长度和空间均有限;接口间距有355.6mm、762mm、1150mm三种, 接口间距相差较大, 且电连接器位置基本一致。因此, 通过对接口间距和电连接器位置的合理布局, 使一种发射装置具备多种机械接口, 见图1所示。
从图1可以看出, 通过合理布局, 可以使一种发射装置具有表1所示的六种机械接口。这里有三个技术难点:一是螺栓、叉耳、吊耳布置在壳体同一位置时如何实现与壳体的连接。可以通过设计螺栓座、叉耳座和吊耳座与同一发射架壳体相匹配来实现;二是不同的机械接口在外场如何实现快速转换。目前常用的整体式连接螺栓在外场接口转换时需要拆除内部组件, 使用比较麻烦, 解决该问题的方法是设计一种分体式螺栓 (见2.2分体式螺栓设计) ;三是如何实现两种电连接器位置的转换。解决方法是按后面的电连接器位置设计电缆长度, 当用前面的电连接器位置时, 电缆长出的部分在发射架壳体内部用电缆卡子固定。
2.2 分体式螺栓设计
目前的螺栓式机架接口均采用整体式螺栓, 在外场接口转换时需要拆除内部组件, 使用比较麻烦, 为此设计了一种分体式螺栓。分体式螺栓由螺柱和螺套组成, 分体式螺栓作为一个整体与整体式螺栓用相同的方法安装于发射装置壳体上, 用定力扳手将该分体螺栓上的螺柱拆下装到所需位置处的螺套上, 形成一个新的分体螺栓, 从而实现发射装置螺栓接口的快速转换。
3 机架接口通用化设计在某型发射装置中的应用
3.1 某型发射装置与飞机机械接口要求
某型发射装置挂装于在研的两种新型飞机, 已明确的机械接口有三组:762mm间距螺栓、355.6mm间距螺栓、1150mm间距叉耳, 具体接口见表2。
注:接口1与GJB3570稍有差别, 电连接器位置差5mm, 但在飞机电缆浮动范围内 (飞机电缆浮动范围为±6mm) 。
3.2 某型发射装置机架接口通用化设计
3.2.1 机械接口通用化布局。
为了满足表2所示的机械接口要求, 某型发射装置设计有两组螺栓接口和一组叉耳接口。如图2所示, 两组螺栓接口共用序号4中螺栓和序号5电连接器, 序号1前螺栓及序号6后螺栓采用分体式螺栓, 可以根据需要快速转换, 实现762mm螺栓接口或355.6mm螺栓接口。如图3所示, 为保证两型飞机的颤振性能, 序号1前叉耳布置在前螺栓后40mm处, 按GJB1C布置序号3电连接器和序号4后叉耳, 实现1150叉耳接口。螺栓接口状态时, 电前接器在前位, 此时后面电连接器的位置用口盖封住;叉耳状态时, 电连接器在后位, 此时前面电连接器的位置用口盖封住。主电缆长度按叉耳状态时的长度设计, 对于螺栓接口状态, 多余的电缆部分用卡子固定在发射架壳体内部。
3.2.2 螺栓接口和叉耳接口通用化设计
为适应螺栓和叉耳的安装, 发射架壳体螺栓处位置设计成如图4所示的结构形式。螺栓接口状态时, 在螺栓位置配套安装前螺栓盖板、前螺栓或后螺栓盖板、后螺栓, 此时螺栓在发射架壳体上的安装形式如图5a所示;叉耳接口状态时, 在该位置配套安装前叉耳和后叉耳, 此时叉耳在发射架壳体上的安装形式如图5b所示。螺栓盖板与发射架壳体通过上表面和侧面的螺钉进行连接;叉耳和壳体同样通过上表面和侧面的螺钉进行连接, 此时去掉分体螺栓的螺柱, 留下螺套, 通过带内四方槽的另一种螺柱装入螺套, 能够大大加强叉耳与壳体的连接强度。
1-前螺栓;2-前螺栓盖板;3-发射架壳体;4-中螺栓;5-电连接器;6-后螺栓;7-后螺栓盖板
1-前叉耳;2-发射架壳体;3-电连接器;4-后叉耳
3.2.3 机架接口强度分析
根据GJB1C, 发射装置的设计安全系数要求大于1.5, 屈服安全系数要求大于1.15。使用Patran软件[3]对现有的某型发射装置壳体、各接头及连接螺钉进行了强度计算分析, 计算结果表明:在挂飞综合载荷作用下发射架壳体应力普遍在100MPa左右, 局部应力最大处不超过310MPa (见图6) 。该发射架壳体的极限强度为540MPa, 屈服强度为460MPa, 所以壳体结构是安全的。螺栓的螺柱部分螺纹最大计算应力为710MPa, 侧面螺钉的最大应力约700MPa, 两者的极限强度均为1080MPa, 屈服强度为835MPa, 所以各连接结构是安全的。
3.3 实验验证
该型发射装置所设计的机架接口形式已经进行了实验室整体静力强度试验及外场几十架次的挂飞、数次发射等试验, 各项试验结果证明这种机架接口通用化设计满足实际使用要求。
4 结论
本文提出的机架接口通用化设计, 方案可行。在某型发射装置中进行了两组螺栓接口和一组叉耳接口的通用化设计, 并通过试验证明了该设计可以满足两型飞机三组机械接口的要求, 减少了发射装置品种, 可以为其它发射装置与飞机的机械接口通用化设计提供参考。
摘要：介绍了目前国家军用标准中规定的飞机机载悬挂物和悬挂装置的机械接口;提出了解决机架接口通用化设计的方案、布局及重要技术-分体式螺栓;将机架接口通用化设计成功应用于某型发射装置中, 实现了762mm、355.6mm两组螺栓接口和一组1150mm叉耳接口, 满足了两型飞机三组机械接口的要求, 减少了发射装置品种, 方便了部队外场使用和维护, 为其他发射装置与飞机的机械接口通用化设计提供了参考。
关键词：发射装置,机械接口,通用化
参考文献
[1]程国栋, 贾安年, 闫书嵩, 等.GJB1C-2006机载悬挂物和悬挂装置接合部位的通用设计准则[S].总装备部军标发行出版部, 2006.
[2]辜席传, 浦增卓, 陈升, 等.GJB3570-99空空导弹武器系统接口通用要求[S].总装备部军标发行出版部, 1999.
接口装置 篇6
数字可寻址照明接口(DALI)是一个专门为照明控制和通讯设计的数据技术协议,它最大的特点是为系统内的每个灯具分配独立地址,能够根据照明的需求单独控制或任意分组。由于其控制灵活、结构简单、布线容易,在发展之初就得到了国际主要芯片、灯具、镇流器制造商OSRAM、PHILIPS、TRIDONIC等的大力支持。
随着人民生活水平的提高和节能减排意识的增强,对照明的需求趋向个性化、舒适化和节能化,DALI技术的出现很好地满足了这些需求,能够根据实际的照明需求灵活地控制开关、亮度和颜色,实现满足功能前提下的真实节能,受到了用户单位和消费者的广泛欢迎。
随着众多基于DALI技术照明产品的涌现,市场上对这类产品产生了新的要求,即照明产品应具有一些统一的、基本的控制功能,相互之间可以兼容和替换。
1 标准要求
1.1 标准的发展概况
为了满足其功能适用性和兼容性的要求,国际电工委员会(IEC)对DALI协议做了规定,首先以附录的形式存在于IEC 60929标准中,随着技术的发展和用户需求的提升,IEC对DALI协议的规定也在不断地改进,在2009年出版了数字可寻址照明接口系列标准IEC 62386。我国的国家标准GB/T 30104系列标准等同采用IEC 62386,已于2013年发布,并已在2014年11月1日实施。
控制装置作为DALI指令的接收者、执行者和反馈者,在整个控制环节中扮演着极其重要的角色,且数量众多,对其功能适用性和兼容性的需求也特别强烈。本文将根据标准的要求对控制装置DALI功能的检测方法进行分析。
1.2 标准简介
目前,IEC62386数字可寻址照明接口系列标准已发布了12个标准,分别为:
IEC 62386-101《数字可寻址照明接口第101部分:一般要求系统》;
IEC 62386-102《数字可寻址照明接口第102部分:一般要求控制装置》;
IEC 62386-103《数字可寻址照明接口第103部分:一般要求控制设备》;
IEC 62386-201《数字可寻址照明接口第201部分:控制装置的特殊要求荧光灯(设备类型0)》;
IEC 62386-202《数字可寻址照明接口第202部分:控制装置的特殊要求自容式应急照明(设备类型1)》;
IEC 62386-203《数字可寻址照明接口第203部分:控制装置的特殊要求放电灯(荧光灯除外)(设备类型2)》;
IEC 62386-204《数字可寻址照明接口第204部分:控制装置的特殊要求低压卤钨灯(设备类型3)》;
IEC 62386-205《数字可寻址照明接口第205部分:控制装置的特殊要求白炽灯电源电压控制器(设备类型4)》;
IEC 62386-206《数字可寻址照明接口第206部分:控制装置的特殊要求数字信号转变成直流电压(设备类型5)》;
IEC 62386-207《数字可寻址照明接口第207部分:控制装置的特殊要求LED模块(设备类型6)》;
IEC 62386-208《数字可寻址照明接口第208部分:控制装置的特殊要求开关功能(设备类型7)》;
IEC 62386-209《数字可寻址照明接口第209部分:控制装置的特殊要求颜色控制(设备类型8)》
对于不同设备类型的控制装置,可以参照不同的标准,不过对控制装置来说,最主要的内容已包含在第101部分和第102部分中,主要情况简介如下:
第101部分规定的电气要求,如:控制输出端标记、控制接口特性、控制输入端的绝缘系统、额定电压信号限值及逻辑关系、额定电流信号限值、信号上升和下降时间限值等,保证了电气信号的识别,在硬件方面打下了兼容性的基础。
第102部分规定的传输协议结构、变量和指令等,在软件层面统一了基本功能,保证了兼容性。标准中还详细描述了各个指令的测试程序,为DALI控制装置的检测奠定了基础。
其余的20X部分根据设备类型的特殊性能和使用要求,补充了一些指令及其测试程序。
1.3 检测内容
DALI控制装置的检测内容为标准规定的一系列指令,包括来自第102部分的70余项通用指令(见表1)和第20X部分的特殊指令。以LED模块用控制装置为例,其特殊指令见表2。
2 检测过程
2.1检测系统
下面以LED模块用控制装置为例,说明检测系统的结构和连接情况。
图 1 LED 用 DALI 控制装置检测系统结构和线路连接示意图
——LED模块用DALI控制装置测试软件包含了表1和表2所列的全部103个测试流程,满足标准对LED模块用DALI控制装置的要求。
——控制设备为DALI信号发生器,通过USB线与电脑进行通讯,能够响应软件下发的指令,形成对应的符合标准要求的电平信号,通过其“DA+”和“DA-”接口发给LED模块用DALI控制装置,还能接收和识别LED模块用DALI控制装置反馈的信息,传送给电脑,用于判定。
——示波器用于测量标准要求测量的电流、电压和时间值,需要在测试软件中填入相应的测量结果,用于判定。
——光度计用于测量标准要求测量的相对光输出值,光度计和示波器相连,光输出值将以电流的形式显示在示波器上,将测量结果输入到测试软件,用于判定。
——被测装置由带有DALI功能的LED模块用控制装置及其配套光源组成。
2.2 检测过程
DALI控制装置的检测可以简单地理解为主控设备与控制装置之间的交流过程,即主控设备发出指令,控制装置能够接收到指令,并且能够正确理解指令所包含的信息,然后作出相应的动作响应,将相关信息反馈给主控设备,主控设备通过比较预期的反馈与实际的反馈来判定该指令是否通过了验证。
检测流程如图2所示。
检测过程如下:
——测试人员先按要求连接相关线路,确认线路连接正确无误后,上电,系统将自检,自检完成后指示灯转为绿色;
——打开测试软件,进入测试界面。测试界面上将显示标准规定的所有LED模块用DALI控制装置应进行的103个测试程序,选定后点击开始,测试系统将自动开始测试。图3为设备连接后开始测试的实物图。
图 3 DALI 控制装置检测系统和测试软件界面
——有些测试程序需要读取示波器上的测量值(见表1的备注),测试人员需要将测得的值填入测试软件中,测试软件会比较填入的测量值和预期值来判定是否合格。
——测试完成之后,软件将提示测试完成,并告知测试结果为“合格”或“不合格”,最后将测试结果保存到指定的文件夹,如图4所示。
3 结语
经过测试的产品能在功能适用性和兼容性上具有良好的应用,产品制造商应提高对标准的重视,在设计研发阶段多考虑标准的要求,在定型阶段按照标准进行测试,使其符合标准要求。通过整个行业内制造商的自觉性来提高该类产品的整体竞争力,从而帮助消费者消除维护和使用上的顾虑,促进市场的良性扩展。
接口装置 篇7
关键词：螺纹,自动步枪,膛口装置,强度分析,设计
0 引言
自动步枪膛口装置广义上是指安装在枪口的消音器、消焰器、空包弹助退器等机械装置的总称,此类装置能大大拓展自动步枪枪口功能,具有对枪弹射出膛口后的一系列负面效应进行抑制的功能。本文为简化研究,此膛口装置狭义上是指步枪消焰器。
外国步枪膛口装置与枪管多采用螺纹连接,如美国M16/M4系列步枪、德国G3步枪、FN公司的SCAR系列等,其接口尺寸较为规范,膛口装置可以拆卸并可根据需要选装不同的类型,大大提高了自动步枪的拓展性和使用灵活性。相对国外枪械,国内自动步枪膛口装置加装方式、安装位置、结构型式和装配尺寸不统一,导致膛口装置不通用、继承性差、不便于快速更换,迫切需要提出螺纹连接型式的接口,并对其尺寸进行规范,以解决消焰器、消音器、空包弹助退器、枪榴弹等装配和继承发展问题,规范新型自动步枪枪口尺寸和结构型式设计,以提高部队执行多样化作战任务的能力。
1 传统销接型式的强度分析[1]
国内自动步枪除了膛口装置结构型式混杂,尺寸不统一问题外,其多采用的销接型式还存在着强度不足的问题。如95式和95-1式枪族膛口装置与枪管连接采用销连接结构(见图1),这种销连接结构在部队训练时,加装空包弹助推器发射空包弹时会出现膛口装置连同助推器一起脱落的问题。由于在枪管上固定销和固定销槽的设计只有固定膛口装置的功能,并未考虑安装固定空包弹助推器等装置的功能,因此固定销较细,固定销槽较浅,无法承受膛口装置向前的较大冲击力,容易产生塑性变形,出现膛口装置脱落的问题。虽然有些膛口装置在加装空包弹助推器后射击时未出现脱落故障,但其固定销与固定销槽已发生塑性变形,存在着安全隐患。
2 螺纹接口型式及优选尺寸[2]
为保证膛口装置与枪管的连接强度,将销连接改为螺纹连接结构。由于枪械不同口径、不同枪管尺寸,为达到螺纹接口型式在不同口径步枪上灵活使用的目的,需对螺纹接口型式和配合尺寸进行规范。规范后的膛口装置与枪管螺纹连接结构型式如图2所示,根据设计需要提出的螺纹接口优选尺寸见表1。设计时可根据具体情况设计螺纹防松结构(如弹簧垫圈);配合尺寸L1/L2和螺纹M根据实际需要从表1中优选;由于枪管膛线为右旋,为达到放松效果,螺纹设计为左旋。膛口装置与枪管螺纹连接配合尺寸优选表1系列尺寸。
mm
3 螺纹接口型式强度分析
为了对采用螺纹连接的结构进行强度校核,本论文分别采用理论计算和ABAQUS有限元的方法对螺纹连接强度进行了分析计算。为考核极限条件下的连接强度,分析时选用配合长度最短、螺纹尺寸最小的M12×1螺纹来进行分析计算。
3.1自动步枪枪管与膛口装置螺纹连接强度理论计算[3]
步枪口径选择口径较大的潜在自动步枪口径Φ8.6mm,根据线膛横断面积公式S=ηsd2(其中,d为枪管口径,ηs为系数,ηs取0.82)计算得S=60.65mm2。
假设枪管内最大膛压为300 MPa,空包弹助退器锥塞封闭枪口,造成枪管密闭(这种极端情况实际不会出现),则作用于膛口装置的最大膛口压力P=300 MPa。膛口密闭状态下作用在连接螺纹上的力F=PS=18 195N。
3.1.1螺纹估算
螺纹选用M12×1,螺纹小径d1=10.917mm,中径d2=11.35mm。消焰器材料选用50钢,屈服极限σs=375MPa,强度极限σb=630 MPa;枪管材料选用30SiMn2MoVA,屈服极限σs=785MPa。由于枪管材料性能大幅高于消焰器材料,在此选消焰器材料进行计算,并取安全系数为3。
(1)螺纹副抗挤压计算:
抗挤压许用应力。螺纹副挤压应力σp=F/A(其中,A=πd2hz,h为螺纹工作高度,z为结合圈数),螺纹副挤压应力σp应小于抗挤压许用应力[σp],即:
计算求得z≥7.54圈,即螺纹副结合圈数大于等于7.54圈时抗挤压强度满足要求。
(2)抗剪切强度计算:
膛口装置螺纹剪切强度应满足:
其中:D为螺纹大径;b为螺纹牙底宽度,普通螺纹b为0.75倍螺距;[τ]为许用剪切应力,且[τ]=0.6[σ]=75 MPa。计算结果为z≥8.58圈,即螺纹副结合圈数大于等于8.58圈时抗剪切强度满足要求。
(3)抗弯曲强度计算:
膛口装置螺纹抗弯曲强度应满足:
其中:;[σb]为许用强度,且[σb]=1.2[σ]=150MPa。计算结果为z≥11.15圈,即当旋合的圈数大于等于11.15圈时,螺纹接口的抗弯曲强度满足要求。
3.1.2螺纹强度分析
参照螺纹接口型式及优选尺寸中的要求,螺纹配合长度最低要求为14mm,采用节距为1mm的细牙螺纹时,螺纹配合圈数为14圈。根据上面的计算结果,在极端状态下(实际使用过程中不会达到的情况)螺纹圈数大于11.15圈便可满足强度要求,故本论文设计提出的螺纹接口型式连接强度完全满足强度要求。[4]
3.2自动步枪枪管与消焰器螺纹连接强度有限元计算[4]
3.2.1计算假设
与理论计算假设相同,有限元计算模型选用M12×1螺纹(设计提出的最小螺纹尺寸),配合长度选用14mm(设计提出的最短配合长度)。为在极限状态下校核螺纹强度,并考虑到自动步枪有可能采用Φ8.6mm口径,做出如下假设:①计算膛压为300 MPa,枪口完全密闭(实际在加装空包弹助退器并未密闭);②自动步枪口径选为Φ8.6mm。
3.2.2有限元模型建立
为提高计算效率,重点分析螺纹连接强度,对枪管与膛口装置连接螺纹副进行详细建模,并对枪管与膛口装置结构进行了结构简化。由于螺纹接触的高度复杂性和非线性,计算选用ABAQUS/Explicit模块进行显式动力学分析。枪管材料选用30SiMn2MoVA,膛口装置材料选用50钢,在ABAQUS中建立的有限元模型如图3和图4所示。
3.2.3有限元计算结果
在ABAQUS中计算得到的枪管与膛口装置螺纹连接强度见图5和图6。根据仿真结果可知,螺纹连接强度的最大应力为83.15MPa,远小于50钢的屈服极限375 MPa,强度完全满足设计要求。
4 结论
对现有膛口装置与枪管的接口型式存在的问题进行了分析,提出了膛口装置与枪管采用螺纹连接,并采用理论计算和有限元仿真分析两种方法对螺纹连接强度进行了分析计算,理论计算和仿真分析结果均表明采用螺纹接口型式强度满足设计要求,而且采用螺纹接口型式能规范膛口装置的接口型式,大大提高了膛口装置的拓展性。
参考文献
[1]胡德利,张克勇,胡伟宸.95式步枪常见故障攻略[J].轻兵器,2013(4):15-17.
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