隔爆型外殼靜壓試驗(yàn)的改進(jìn)

李　祥

(凱澄起重機(jī)械有限公司，江蘇江陰214429)

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隔爆型外殼靜壓試驗(yàn)的改進(jìn)

李祥

(凱澄起重機(jī)械有限公司，江蘇江陰214429)

摘要介紹了隔爆控制箱箱體鑄鐵件在靜壓試驗(yàn)中碰到的問(wèn)題。當(dāng)ⅡC類隔爆外殼，靜壓試驗(yàn)壓力由1.5MPa提高為2MPa，原有控制箱箱體無(wú)法滿足要求。采用相關(guān)軟件對(duì)控制箱箱體進(jìn)行有限元分析，找出應(yīng)力集中的危險(xiǎn)區(qū)域，對(duì)箱體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)；為了大幅提高其強(qiáng)度，對(duì)鑄件材質(zhì)進(jìn)行變更；并對(duì)靜壓試驗(yàn)工裝進(jìn)行了調(diào)整。改進(jìn)后的箱體滿足了靜壓試驗(yàn)的要求，并經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證了這些改進(jìn)的有效性。

關(guān)鍵詞隔爆控制箱；靜壓試驗(yàn)；應(yīng)力；安全系數(shù)

0引言

GB 3836.2—2000 《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第2部分：由隔爆外殼“d”》對(duì)靜壓試驗(yàn)的要求為：對(duì)于容積大于10cm3的隔爆型產(chǎn)品，壓力分別為1MPa(ⅡB類隔爆)、1.5MPa(ⅡC類隔爆)，加壓時(shí)間為10+2s[1]。而現(xiàn)行新標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.2—2010《爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備》提高了要求，壓力分別為1.5MPa(ⅡB類隔爆)、2.0MPa(ⅡC類隔爆)，加壓時(shí)間為10+2s[2]。

執(zhí)行老標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜壓試驗(yàn)時(shí)，隔爆控制箱箱體因容積大，特別是對(duì)于規(guī)格較大的箱體在ⅡC類隔爆要求下經(jīng)常有通不過(guò)試驗(yàn)的情況，往往在之前的加工工序都完成，進(jìn)入最后一道工序-靜壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)報(bào)廢，之前的所有加工全部報(bào)廢，必須重新投入鑄件毛坯另行加工。后來(lái)發(fā)現(xiàn)ⅡC類隔爆控制箱箱體合格率相當(dāng)?shù)停释ǔＰ枰獢?shù)量為幾倍的毛坯投入，不僅浪費(fèi)原材料還浪費(fèi)加工工時(shí)甚至影響生產(chǎn)進(jìn)度。當(dāng)新標(biāo)準(zhǔn)提高要求時(shí)，更無(wú)法通過(guò)靜壓試驗(yàn)。

1靜壓試驗(yàn)

隔爆電氣外殼的耐壓試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證外殼是否能承受內(nèi)部的爆炸壓力。試驗(yàn)時(shí)，若外殼未發(fā)生影響隔爆型式的永久變形或損壞，則認(rèn)為試驗(yàn)合格。外殼耐壓試驗(yàn)可以采用靜壓試驗(yàn)和動(dòng)壓試驗(yàn)。靜壓試驗(yàn)的壓力介質(zhì)一般選用含有防銹劑和清洗劑的水溶液，在生產(chǎn)中也稱為水壓試驗(yàn)。它具有成本低、安全可靠、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。靜壓試驗(yàn)是出廠試驗(yàn)項(xiàng)目之一，靜壓試驗(yàn)的目的是正確地評(píng)判外殼強(qiáng)度及鑄造等缺陷。靜壓試驗(yàn)須在零件精加工后進(jìn)行。

控制箱靜壓試驗(yàn)的相關(guān)要求為：清除控制箱內(nèi)腔的鐵屑及臟物、油污后，依照控制箱的裝配情況，將控制箱箱體和箱蓋裝配好，箱體和箱蓋之間采用密封墊密封。準(zhǔn)備好水壓試驗(yàn)設(shè)備后，將控制箱留有透氣孔，開機(jī)引水。當(dāng)水從透氣孔流出時(shí)，將透氣孔堵住，繼續(xù)注水，此時(shí)水壓不斷上升，觀察壓力表，指示達(dá)到規(guī)定值后保持一定時(shí)間、環(huán)顧一周，試驗(yàn)結(jié)果以結(jié)合面未發(fā)生永久性變形或外殼損壞且未通過(guò)外殼壁泄露為合格。如有鑄件線狀裂紋泄漏則報(bào)廢。

以公司20t防爆電動(dòng)葫蘆上的控制箱為例進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，該控制箱外形尺寸為580×580×170(單位：mm)。在使用新標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行靜壓試驗(yàn)時(shí)，原來(lái)1.5MPa壓力合格的箱體現(xiàn)在必須承受2MPa壓力才能合格。將箱體在1.5MPa壓力下合格的基礎(chǔ)上繼續(xù)增加壓力時(shí)，大約在超過(guò)1.6MPa時(shí)均出現(xiàn)裂紋，全部報(bào)廢，所以必須對(duì)箱體進(jìn)行改進(jìn)才能滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求。

2應(yīng)力分析

在原箱體不作任何改動(dòng)的情況下，利用SolidWorks軟件對(duì)箱體建模，用CosmosWorks對(duì)其進(jìn)行有限元分析。在施加相應(yīng)的制約和應(yīng)力后，運(yùn)行靜態(tài)模型分析，當(dāng)對(duì)箱體施加1.5MPa壓力時(shí)，得到各個(gè)不同部位的受力情況，發(fā)現(xiàn)其最小安全系數(shù)[3]處僅0.86，如圖1所示。并發(fā)現(xiàn)應(yīng)力最危險(xiǎn)區(qū)在箱體側(cè)面與底面的連接圓角處，該區(qū)域與實(shí)際試驗(yàn)報(bào)廢時(shí)箱體的裂紋區(qū)域是相符的。針對(duì)該危險(xiǎn)區(qū)域?qū)?cè)面與底面的圓角加大，并對(duì)局部壁厚相差較多的地方進(jìn)行調(diào)整，避免局部應(yīng)力集中，提高強(qiáng)度，增加其安全系數(shù)。在對(duì)箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后，再進(jìn)行同樣條件下的靜態(tài)模型分析后，發(fā)現(xiàn)原來(lái)局部應(yīng)力大的地方有明顯改善，如果標(biāo)準(zhǔn)要求不提高的話，在1.5MPa壓力下，箱體的合格率會(huì)大大提高。但新標(biāo)準(zhǔn)要求壓力須改為2MPa，并且考慮到鑄件毛坯生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制的不穩(wěn)定性，還是不能解決根本問(wèn)題。這就需要大幅度提高其強(qiáng)度才可行。

圖1　改進(jìn)前1.5MPa壓力控制箱箱體安全系數(shù)圖解

3材質(zhì)變更

如果要大幅度提高箱體的強(qiáng)度，僅調(diào)整其局部的結(jié)構(gòu)還不能解決問(wèn)題，要考慮更改材質(zhì)。在綜合考慮材料性能、價(jià)格、采購(gòu)便利等方面因素后，決定將材質(zhì)由原來(lái)的灰鑄鐵HT200改為球墨鑄鐵QT450-10。

將側(cè)面與底面的圓角改大，并將材質(zhì)進(jìn)行更改后再次進(jìn)行有限元分析，最小安全系數(shù)顯著增加，將壓力增加至2MPa，靜態(tài)模型分析后得到其最小安全系數(shù)為2.51倍，如圖2。

圖2　改進(jìn)后2MPa壓力控制箱箱體安全系數(shù)圖解

4改進(jìn)后的靜壓試驗(yàn)

對(duì)箱體模具和材質(zhì)調(diào)整后，制作出樣品進(jìn)行靜壓試驗(yàn)。當(dāng)壓力增加到1.6~1.8MPa時(shí)，壓力泄露，經(jīng)檢查箱體并無(wú)開裂現(xiàn)象，壓力是從試驗(yàn)工裝的密封處泄露的，之前密封材料主要是密封墊，靠平面壓緊來(lái)密封，當(dāng)壓力增大到一定值時(shí)，密封墊壓緊力不夠，壓力泄露。后將密封墊改為O型密封圈，采用止口安裝方式，最終使壓力成功加至2MPa，經(jīng)保持時(shí)間后，鑄件無(wú)異常，控制箱箱體成功通過(guò)了2MPa靜壓試驗(yàn)，具體見圖3。后將此改進(jìn)過(guò)程應(yīng)用于其它多個(gè)規(guī)格，經(jīng)多次試驗(yàn)，證明此次改進(jìn)是有效的。

圖3　控制箱靜壓試驗(yàn)

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于容積大的鑄件，采用灰鑄鐵HT200的鑄件在不能滿足靜壓試驗(yàn)的要求時(shí)，可以通過(guò)有限元分析，找出最大應(yīng)力處，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，有效地增加其安全系數(shù)。在結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以后還是不能很好地滿足要求的話，進(jìn)行材質(zhì)的變更可以大幅度地提高其安全系數(shù)。通過(guò)軟件的分析，可以快速有效地解決問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 3836.2—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第2部分：由隔爆外殼“d”.繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件.

[2]GB 3836.2—2010 爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Improvement of Static Pressure Test for Flameproof Enclosure

LiXiang

(Kaicheng Crane Co.,Ltd.,Jiangyin 214429, China)

AbstractThis paper introduces the problem encountered in static pressure test for enclosure castings of flameproof control box. For flameproof enclosure of IIC grade, the control box can′t meet demands when the pressure of static pressure test is heightened from 1.5MPa to 2.0MPa. The related software is applied in enclosure of control box to carry out finite-element analysis, the danger area of stress focus is found out and structure of enclosure is improved. In order to greatly increase its intensity, material of casting is replaced. The clamps of static pressure test is adjusted. The improved enclosure meets the requirements of static pressure test and has verified availability of these improvements after many experiments.

Key wordsFlameproof control box；static pressure test；stress；safety factor

收稿日期：2015-07-08

作者簡(jiǎn)介：李祥男1973年生；畢業(yè)于湘潭機(jī)電高等?？茖W(xué)校電機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事電動(dòng)葫蘆的生產(chǎn)技術(shù)工作.

中圖分類號(hào)：TM357

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-7281(2015)06-0018-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.06