塑壳断路器作为低压电器产品中的核心元件之一,近年来呈现小型化、智能化、高性能、模块化的发展趋势。塑壳断路器要求操作机构满足开距、超程、终压力等多项性能指标,而其各性能、指标参数、操作机构结构参数之间相互关联耦合,导致塑壳断路器操作机构设计及优化难度极大,而操作机构作为具有弹簧的刚柔耦合机构,其运动情况分析、运动学及动力学求解仿真具有一定理论意义。本文基于机构综合方法,设计研制了一种高性能的静触头上置的新型塑壳断路器操作机构,并对该新型操作机构进行了运动情况、运动学及动力学特性、性能仿真、测试实验平台搭建等方面的分析研究,对于新型塑壳断路器操作机构的设计工作具有重要应用价值。本文的研究工作主要包括以下几点:(1)提出一种静触头上置的新型塑壳断路器操作机构在分析现有塑壳断路器工作原理及操作机构基本结构的基础上,运用机构综合方法,根据操作机构设计约束条件,构造一种静触头上置的新型塑壳断路器操作机构,打破常规断路器操作机构中动触头导杆重力减缓分断动作的弊端,提高断路器分断特性。(2)提出静触头上置的新型操作机构运动阶段划分准则依据机构奇异位形、限位块与构件接触状态、构件与构件接触状态,提出机构运动阶段划分准则,对静触头上置的新型操作机构的手动分合闸运动、自由脱扣分断运动进行阶段划分,分析各运动阶段构件的运动情况,对新型操作机构运动状态进行描述。(3)揭示静触头上置的新型操作机构第二奇异位形偏移特性建立新型操作机构第一奇异位形瞬态动力学模型,得到新型操作机构完成手动合闸动作的必要条件;基于矢量回路方程与拉格朗日方程,建立新型操作机构分断过程的运动学、动力学模型,结合机构运动情况,构造一种触头分断速度的求解模型;建立手动合闸过程中的运动学、动力学模型,揭示新型操作机构第二奇异位形的偏移特性,以Adams仿真验证其偏移特性,得到其偏移规律,并确定了弹簧参数的合理取值范围,保证了新型塑壳断路器合闸位置一致性。(4)静触头上置的新型操作机构结构设计、性能仿真及测试实验装置方案根据新型塑壳断路器操作机构的主要设计参数,结合新型操作机构的实际运动规律以及机构的运动学、动力学模型,对其关键零部件进行了结构设计,建立了新型操作机构的三维模型;以Adams仿真得到新型塑壳断路器操作机构的主要性能结果曲线,并设计一种对断路器分断时间进行测试的实验装置,为后期新型塑壳断路器的分断时间测试提供技术支持。