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湖 南 科 技 大 學(xué) 開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 郭文彬 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化五班 學(xué) 號(hào)： 1103010523 指導(dǎo)教師： 王起明 2015年 5月 29日 湖南科技大學(xué) 2015 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題 目 乳化液泵站多功能控制方式隔爆開(kāi)關(guān) 作者姓名 郭文彬 學(xué)號(hào) 1103010523 所學(xué)專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 1、 研究的意義，同類研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問(wèn)題（列出主要參考文獻(xiàn)） 由于煤礦環(huán)境惡劣，突發(fā)事情多，生產(chǎn)危險(xiǎn)性大，其生產(chǎn)的特殊性使得對(duì)煤礦井下自動(dòng)化控制設(shè)備提出了更多更高的要求。要求其能夠?qū)崿F(xiàn)多種方式控制、保護(hù)、監(jiān)控。顯示等功能。主要參考文獻(xiàn)為《煤礦機(jī)電設(shè)備》。 2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化） 研究目標(biāo)、內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)礦用的，安全性能高的，多種控制方式的，又可以實(shí)現(xiàn)其他功能的隔爆開(kāi)關(guān)。 關(guān)鍵問(wèn)題：主回路設(shè)計(jì)和殼體及關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 3、 特色與創(chuàng)新之處 1.低成本 2.極高的空間利用率 3. 具有過(guò)載、短路、斷相、漏電閉鎖等保護(hù)功能 4. 可進(jìn)行遠(yuǎn)方控制和就地控制低速起動(dòng)、高速運(yùn)行 5.可靠的閉鎖裝置 6.中文液晶顯示 4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線 第一、確定隔爆開(kāi)關(guān)需要完成的功能、總體方案論證； 第二、主電路原理圖繪制及修改； 第三、內(nèi)部電器與外部傳感器整體布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第四、整體結(jié)構(gòu)以及快開(kāi)門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第五、隔爆開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 5、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備 proeWildfire 5.0、AutoCAD2007、Microsoft Office Word 6、參考文獻(xiàn) M:[1] 袁任光.電動(dòng)機(jī)實(shí)用控制電路238例.機(jī)械工業(yè)出版社,2012. M: [2] 張?zhí)m閣,孫國(guó)欽.煤礦機(jī)電設(shè)備.中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社,1987. M: [3] 芮延年,姚壽廣.機(jī)電傳動(dòng)控制.機(jī)械工業(yè)出版社,2006. M: [4] 郭雨.煤礦機(jī)電設(shè)備.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005. M: [5] 范國(guó)偉,桑建明.機(jī)電傳動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2013. M: [6] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社,2011. M: [7] 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機(jī)械制圖.高等教育出版社,2007. 注： 1、開(kāi)題報(bào)告是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，在開(kāi)始撰寫論文之前寫出開(kāi)題報(bào)告。 2、參考文獻(xiàn)按下列格式（A為期刊，B為專著） A：[序號(hào)]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點(diǎn)，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點(diǎn)）年份、卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼。 B：[序號(hào)]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時(shí)間、頁(yè)碼。 3、表中各項(xiàng)可加附頁(yè)。 - 2 - 湖南科技大學(xué) 湖 南 科 技 大 學(xué) 英文文獻(xiàn)翻譯 學(xué) 生 姓 名： 郭文彬 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化五班 學(xué) 號(hào)： 1103010523 指導(dǎo)教師： 王起明 2015年 5月 29日  后橋殼疲勞失效的有限元分析預(yù)測(cè) M.M. Topac, H. Gunal, N.S. Kuralay. Fatigue failure prediction of a rear axle housing prototype by using finite element analysis[J]. Engineering Failure Analysis， 摘 要 對(duì)與在試驗(yàn)中，當(dāng)施加循環(huán)垂直應(yīng)力在后橋殼上，產(chǎn)生了過(guò)早的疲勞變形的現(xiàn)象 進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在這些試驗(yàn)中，裂縫主要出現(xiàn)在樣品的同一區(qū)域。為了確定破壞的原因，建立了完整的后橋殼CAD模型。同時(shí)，橋殼的機(jī)械性能取決于其材料的拉伸性能。利用這些數(shù)據(jù)，運(yùn)用有限元原理進(jìn)行了應(yīng)力及疲勞分析。確定了疲勞應(yīng)變的發(fā)生位置以及不發(fā)生疲勞應(yīng)變的最小循環(huán)垂直應(yīng)力。將有限元分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。設(shè)計(jì)提出了增強(qiáng)橋殼疲勞壽命的解決方案。 關(guān)鍵字：后橋殼；應(yīng)力集中；失效；有限元分析 1 概述 由于具有較高的承載能力，固體車橋通常用于重型商用車輛上[1]。固體車橋的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。在車輛的使用中，車橋是主要承載部件，由路面不平產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力進(jìn)而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力導(dǎo)致了車橋產(chǎn)生疲勞破壞。因此，最重要的是進(jìn)行橋殼抵抗疲勞破壞的壽命預(yù)測(cè)。在大規(guī)模生產(chǎn)前，有必要對(duì)橋殼模型在動(dòng)態(tài)垂直應(yīng)力作用下進(jìn)行如圖2所示的裝載能力及疲勞壽命的有限元分析。在這些測(cè)試中，由液壓機(jī)構(gòu)提供的循環(huán)垂直載荷施加在樣品上，直到樣品出現(xiàn)疲勞破壞。根據(jù)承載標(biāo) 準(zhǔn)，橋殼必須能承載N=5X105循環(huán)應(yīng)力而不出現(xiàn)疲勞破壞。在對(duì)如圖3所示不對(duì)稱的橋殼模型進(jìn)行垂直疲勞測(cè)試時(shí)，在應(yīng)力達(dá)到極限前就有疲勞破壞出現(xiàn)在模型上。因此發(fā)現(xiàn)，不出現(xiàn)疲勞破壞的最小循環(huán)應(yīng)力大約為3.7X105。在這些測(cè)試中， 裂紋出現(xiàn)在班卓過(guò)渡區(qū)E1和E2。圖4所示為一早期破壞的例子。 為了找出早期失效的原因，運(yùn)用CATIA V5R15商業(yè)軟件建立了一個(gè)詳細(xì)的橋殼三維模型。利用該模型，建立有限元模型。運(yùn)用ANSYS V11.0商業(yè)有限元分析軟件工作平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)力和疲勞分析。通過(guò)拉伸測(cè)試的有限元分析獲得了橋殼的材料性能，運(yùn)用RecurDyn商業(yè)CAE軟件進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)模擬，獲得了橋殼最大載荷。通過(guò)這些分析，找到應(yīng)力集中部位。為了實(shí)現(xiàn)疲勞分析，引入疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)建立了橋殼材料的估計(jì)S-N曲線。將分析獲得的結(jié)果與垂直疲勞測(cè)試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較。為了阻止早期破壞并獲得增大的疲勞壽命，提出了一些解決方案。 圖1 商用車后橋殼總成 圖2 橋殼模型乘直疲勞測(cè)試 圖3 橋殼幾何形狀 圖4 測(cè)試樣品底部的疲勞開(kāi)裂 圖5 橋殼的完整CAD模型 2 有限元模型 2.1 CAD和有限元模型 分析用全尺寸車橋CAD模型如上圖5所示。橋殼本質(zhì)上由兩個(gè)相同的薄壁殼組成，薄壁殼的厚度為9.5mm并沿著后橋殼的中性軸焊接。在前端面，一個(gè)用螺栓固定了差動(dòng)齒輪裝載器的曾環(huán)被焊接在橋殼上用來(lái)增強(qiáng)剛度。出于密封性的考慮，將一個(gè)圓蓋焊接在后端面上。這里，元素A和B為下垂壁卡鉗聯(lián)接。支撐C和D代表輪與地面的接觸。車橋支撐聯(lián)接點(diǎn)之間的距離與后軸輪軌之間的距離相等。運(yùn)用 CATIA V5R15建立橋殼三維模型。將橋殼的完整CAD模型導(dǎo)入ANSYS V11.0工作平臺(tái)前置處理界面，建立分析所需的有限元模型。有限元模型用于圖6所示的壓力及疲勞分析。為了建立有限元模型，橋殼按照SOLID187進(jìn)行網(wǎng)格劃分。S0LID187具有二次位移的三維實(shí)體單元并且適用于進(jìn)行不規(guī)則網(wǎng)格劃分。橋殼被定義為擁有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有3個(gè)自由度。運(yùn)用CONTA174和TARGE170元素建立橋殼各部件之間的聯(lián)系。焊接表面的聯(lián)接關(guān)系選擇為完整的可靠聯(lián)接。有限元模型由779,305個(gè)元素和1,287,354個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。 圖6橋殼有限元模型 表1 S450N的化學(xué)特性（Wt%） 表2 抗拉測(cè)試結(jié)果 2. 2 橋殼材料 車橋殼是由9.5mm厚的微金屬合金管壁經(jīng)沖壓焊接制成的，該管壁的材料為熱成型標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵S460N （材料編號(hào)1.8901，等同于ISO標(biāo)準(zhǔn)[3]中E460）。該材料的化學(xué)成分是從供應(yīng)商獲得的，具體見(jiàn)表1 [4]。未加工的S460N的機(jī)械性能見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5]。然而，橋殼材料在制造過(guò)程中需經(jīng)過(guò)若干道工序，包括退火至800°C和750°C熱沖壓。為了將工序?qū)C(jī)械性能的影響引入有限元分析并確定加工后材料的精確機(jī)械性能，從后橋殼模型中抽取5個(gè)樣本并進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。所有的試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。從后橋殼模型中抽取的5個(gè)樣本均在熱影響區(qū)之外。表2給出的結(jié)果均為5個(gè)樣本的最低值，并將這些結(jié)果引入有限元模型。將材料定義為顯性各向同向性材料。 2. 3 負(fù)荷條件 有限元分析中的負(fù)荷條件是根據(jù)垂直疲勞測(cè)試中出現(xiàn)早期失效處的支撐區(qū)域確定的。測(cè)試是在如圖7所示的可提供80噸載荷的裝置上進(jìn)行的。該裝置是由兩個(gè)具有承載單元的電動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服閥組成的，伺服閥安裝在連接A，B的卡鉗處。TS表示兩個(gè)卡鉗間的距離，T因表示支撐C，D間的距離即真實(shí)后橋殼的輪距。車橋的模型是根據(jù)如圖8所示的由兩個(gè)空氣彈簧支撐的真實(shí)橋殼設(shè)計(jì)的。因 為載荷施加在牽引臂的偏心輪上，所以彈簧的彈力也產(chǎn)生了彎曲應(yīng)力，該應(yīng)力在橋殼上產(chǎn)生了一個(gè)額外的彎曲AM。測(cè)試樣品中的額外彎曲影響由圖7所示的液壓驅(qū)動(dòng)裝置的偏距c提供。每個(gè)彈簧的最大設(shè)計(jì)載荷為F = 2850kg。應(yīng)力垂直的施加在彈簧底座的點(diǎn)。這導(dǎo)致了在卡鉗A, B處產(chǎn)生了靜態(tài)反應(yīng)力P=4550kg。因?yàn)槁访娌黄绞管嚿淼募匈|(zhì)量產(chǎn)生的垂直加速度導(dǎo)致在每個(gè)卡鉗處的最大動(dòng)態(tài)載荷大約為P的兩倍。由ReoirDyn商業(yè)CAE軟件進(jìn)行的計(jì)算機(jī)路面模擬所得的載 荷變化范圍為182-9I00kg。垂直疲勞測(cè)試所得的載荷特性曲線如圖9所示。有限元分析也考慮到了最大動(dòng)載荷9100kg沿額外彎曲變形△M所產(chǎn)生的影響。如圖10所示的車橋垂直應(yīng)力模型是根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)的。 圖7垂直疲勞測(cè)試原理圖 圖8 縱臂的偏心載荷 3 有限元分析及結(jié)果 有限元分析用于預(yù)測(cè)應(yīng)力集中及疲勞壽命較低區(qū)域的準(zhǔn)確位置。P和△M施加在圖10所示的卡鉗連接處。運(yùn)用裝配1.86GHz因特爾至強(qiáng)四核處理器的HPx因8400工作站借助ANSYS V11.0工作平臺(tái)進(jìn)行壓力分析。圖11所示為有限元分析所得的等應(yīng)力分布圖。分析結(jié)果顯示應(yīng)力集中區(qū)域F1、F2分布在橋殼承載區(qū)域底部的過(guò)渡區(qū)。從圖12中可以看出疲勞失效區(qū)域與臨界區(qū)域在同一位置。計(jì)算得出的最大分布應(yīng)力為 σmax=388.7Mpa；是材料屈服應(yīng)力點(diǎn)的78. 1%。這說(shuō)明橋殼在承受最大靜載荷時(shí)符合安全條件。 圖9疲勞測(cè)試中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷特性曲線 圖10橋殼的外加負(fù)荷及彎矩圖 圖11 下殼體上的工作應(yīng)力分布 圖12測(cè)試與分析結(jié)果比較 4.疲勞壽命預(yù)測(cè) 由于在使用中后橋殼承受動(dòng)應(yīng)力，也需要進(jìn)行疲勞分析。壓力壽命的疲勞極限估計(jì)值為 （1） 鋼材的強(qiáng)度極限小于1400MPa[7，8]。這意味著疲勞強(qiáng)度的周期為106或更多。為了預(yù)測(cè)在105 - 106周期范圍內(nèi)的疲勞壽命，使用參考文獻(xiàn)[9]中使用簡(jiǎn)單抗拉測(cè)試獲得所需數(shù)據(jù)的方法作出橋殼材料的S-N曲線。 代表理想實(shí)驗(yàn)樣品的壓力疲勞壽命。為了預(yù)測(cè)機(jī)械零件的真實(shí)疲勞強(qiáng)度， 需要乘上代表各種設(shè)計(jì)，制造和環(huán)境對(duì)疲勞強(qiáng)度影響的修正因子[10]。Se為 Se=kakbkckdke （2） 式中ka為根據(jù)下式得出的表面拋亮度得到的表面因數(shù) ka=a （3） 由于橋殼表面的粗糙度與經(jīng)過(guò)熱沖壓工藝的熱軋鋼板相似，所以推薦的標(biāo)準(zhǔn)為 a=57.7和b=-0.718[7].經(jīng)計(jì)算得出ka=0. 564, Sut=629.9MPa。另外，噴丸工藝作為一種常見(jiàn)的爪于減少零件材料表面殘留應(yīng)力的方法，也用于增加熱沖壓后的橋殼表面的疲勞壽命。文獻(xiàn)[9]中給出這種方法可增加70%的疲勞壽命。因此，在有限元分析中ka的取值為0.959。因?yàn)闃驓榉菆A形截面，根據(jù)橫截面深度h遠(yuǎn)大于50mm假定尺寸因數(shù)kb為0.75。由于環(huán)境溫度T=0-250°C，所以彎曲和環(huán)境因數(shù) kd=1，進(jìn)而確定負(fù)荷系數(shù)kc=1。 通過(guò)靜態(tài)有限元分析，可得出應(yīng)力集中區(qū)分布在班卓及橫臂過(guò)渡區(qū)域。所以，除了上述修正因數(shù)外，疲勞強(qiáng)度修正因數(shù)ke必須引入分析，ke可通過(guò)與應(yīng)力集中系數(shù)kf有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)kt得到。因此ke的計(jì)算式為 ke=1/kf （4） 出于安全考慮，kf假設(shè)與kt相等[7]。由于橋殼的大小及形狀的復(fù)雜性，kt無(wú)法從標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中查出。另一方面，kt被定義為 Kt=σpeak/σnominal （ 5 ） 式中σpeak為凹口處得峰值應(yīng)力，σnominal不出現(xiàn)應(yīng)力集中時(shí)的常應(yīng)力p[9, 12]，σpeak的使用數(shù)值可從σmax=388. 7MPa時(shí)的靜有限元分析中得出。為了計(jì)算σnominal將后橋殼簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，其沿縱軸Y的危險(xiǎn)橫截面X1X1都為矩形并適用于純彎曲理論[6]。 σnominal按圖10所給出的模型的計(jì)算公式為 σnominal=M/Z （6） 式中M為彎曲力矩，Z為危險(xiǎn)橫截面的斷面系數(shù)。M的取值為41.9xl06Nmm。斷面系數(shù)Z取值為127507mm3。因此計(jì)算得出σnominal為329MPa。發(fā)現(xiàn)ktkf=1.181，ke=0.846。運(yùn)用ANSYS V11.0工作平臺(tái)定義S-N曲線中標(biāo)繪的修正因數(shù)。通過(guò)壓力壽命決定橋殼材料的疲勞壽命。全部的疲勞分析都是以無(wú)限壽命進(jìn)行的（N=106）。 用有限元分析得到的壓力分布圖進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。由于載荷具有正弦波動(dòng)特性 （平均應(yīng)力σm>0），修正方法如下[9] （7） 式中，n表示安全系數(shù)。振幅為 （8） （8）平均應(yīng)力am可表示為 （9） 式中，通過(guò)有限元分析得到σmax為最大值9100kg，σmin匹配的最小值為182kg。殼體底部的分配系數(shù)n如圖13所示。根據(jù)疲勞分析結(jié)果，估計(jì)在周期為ca3.6X105時(shí)，橋殼表面F1區(qū)域會(huì)發(fā)生裂紋開(kāi)裂，該數(shù)值低于預(yù)測(cè)值為5x105周期的最小疲勞壽命。此處n的最小值為0. 93。在橋殼的內(nèi)表面，最大應(yīng)力集中發(fā)生處F2區(qū)域的n值最小，計(jì)算結(jié)果為0.767。這意味著，在垂直應(yīng)力測(cè)試中區(qū)域F1和F2會(huì)在載荷周期5X105 前發(fā)生疲勞幵裂。 5.結(jié)構(gòu)及討論 有限元分析顯示在垂直疲勞測(cè)試中出現(xiàn)疲勞破壞的區(qū)域存在應(yīng)力集中，該應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致在最小預(yù)測(cè)周期5X105前出現(xiàn)過(guò)早破壞。此結(jié)果與垂直疲勞試驗(yàn)中的結(jié)構(gòu)相同。增大橋殼的疲勞壽命需減小應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中，增大疲勞壽命的最簡(jiǎn)單的方法是金屬壁的厚度。然而，在F1F2區(qū)域外橋殼符合無(wú)限壽命周期條件。增加金屬筆厚度導(dǎo)致了不必要的重量增加。例如，增加厚度0.5mm，使得橋殼材料在臨界區(qū)域的疲勞極限提高到了超過(guò)5. 85X105周期，此極限超過(guò)了設(shè)計(jì)的疲勞極限。另一方面，這也意味著提高了汽車非簧載質(zhì)量5%的重量。所以這并不是實(shí)用的解決方法。作為另一種解決方法，可從新設(shè)計(jì)過(guò)渡區(qū)域的幾何形狀。平整的過(guò)渡區(qū)幾何形狀可提高疲勞痔命而不增加重量。 此外，加固環(huán)的形狀也對(duì)應(yīng)力集中產(chǎn)生影響。在所研究的該橋殼設(shè)計(jì)中，加固環(huán)的厚度為20mm。為了預(yù)測(cè)加固環(huán)的影響，在沒(méi)有加固環(huán)的情況下又進(jìn)行了一次有限元分析。在臨界區(qū)域F2處的最大分布應(yīng)力為428MPa。這意味著，實(shí)用加固環(huán)大約減少了10%的應(yīng)力集中。通過(guò)增加此部分的厚度，可能會(huì)增加硬度。在此設(shè)計(jì)中，由于動(dòng)力系統(tǒng)外形的限制，增加的厚度為5mm。根據(jù)此加固環(huán)的外形變化 進(jìn)行靜態(tài)疲勞分析。然而，分析顯示疲勞強(qiáng)度的增加均為其自身的，因此橋殼的疲勞壽命不會(huì)增加到超過(guò)設(shè)計(jì)最小載荷周期5X105倍的程度。因此，増加加固環(huán)的厚度可與從新設(shè)計(jì)過(guò)渡區(qū)幾何形狀同時(shí)使用。 圖13下殼體安全系數(shù)分布 6.總結(jié) 運(yùn)用有限元分析方法對(duì)卡車后橋殼模型的早期疲勞失效進(jìn)行分析。在分析中，通過(guò)模擬垂直疲勞試驗(yàn)過(guò)程，預(yù)測(cè)應(yīng)力集中區(qū)在班卓過(guò)渡區(qū)域。發(fā)生疲勞開(kāi)裂的區(qū)域與分析所得結(jié)果相吻合。通過(guò)有限元分析可預(yù)測(cè)破壞發(fā)生的位置。 通過(guò)穩(wěn)態(tài)和循環(huán)張應(yīng)力確定臨界區(qū)域。裂縫導(dǎo)致破壞發(fā)生在橋殼的應(yīng)力集中區(qū)域。盡管橋殼模型負(fù)荷最大垂直載荷靜態(tài)忍耐條件，分析顯示，如果為循環(huán)載荷，疲勞破壞可能在預(yù)測(cè)的最小周期5X105前發(fā)生。有限元分析同樣可用于估計(jì)疲勞失效開(kāi)始前的周期數(shù)。 為了解決該問(wèn)題，増加金屬管壁的厚度因?yàn)闀?huì)增加橋殼的重量，所以并不是實(shí)用的方法。重新設(shè)計(jì)班卓過(guò)渡區(qū)和增加加固環(huán)的厚度，這種符合最小設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的途徑，也許是增強(qiáng)疲勞壽命的好方法。 感謝 這篇論文在土耳其伊茲密爾市的Ege Endustri ve Ticaret A.S.的幫助下完成。作者同時(shí)也對(duì)來(lái)自Dokuz Eylul大學(xué)的E. Cmar Yeni博士和Pamukkale大學(xué)的Cemal Meran博士的批評(píng)與建議表示感謝。 - 11 - 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 乳化液泵站多功能控制方式隔爆開(kāi)關(guān) 作者 郭文彬 學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 1103010523 指導(dǎo)教師 王起明 二〇〇 年 月 日 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 機(jī) 電 學(xué) 院 院 測(cè) 控 系（教研室） 系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日 學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題：乳化液泵站多功能控制方式隔爆開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì) 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自2015年 月日開(kāi)始至 年 月日止 3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： 3.1 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的技術(shù)要求查閱相關(guān)論文等技術(shù)資料； 3.2 了解傳統(tǒng)乳化液泵站控制與已有的自動(dòng)控制技術(shù)成果； 3.3、熟悉煤礦隔爆電器設(shè)計(jì)規(guī)范要求； 3.4 熟悉設(shè)計(jì)所用的專業(yè)應(yīng)用軟件。 4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容： 4.1、隔爆開(kāi)關(guān)內(nèi)部電器與外部傳感器整體布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4.2 隔爆開(kāi)關(guān)整體結(jié)構(gòu)以及快開(kāi)門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4.3 整體結(jié)構(gòu)三維圖設(shè)計(jì)； 4.4 裝配及零件圖繪制。 5.4、隔爆開(kāi)關(guān)電主回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙或論文等）及要求： 5.1 隔爆開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書； 5.2 隔爆開(kāi)關(guān)電主回路控制系統(tǒng)電路圖； 5.3 各零件及裝配圖。 5.4 提交相關(guān)英語(yǔ)翻譯不少于2000字。 發(fā)題時(shí)間： 2015 年 03 月 09 日 指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生： （簽名） 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語(yǔ) [主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作態(tài)度，研究?jī)?nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實(shí)用性，科學(xué)性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)] 指導(dǎo)人： （簽名） 年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) [主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究?jī)?nèi)容與方法，實(shí)用性與科學(xué)性，結(jié)論和存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)] 評(píng)閱人： （簽名） 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料： 1 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁(yè) 3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 共 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)： [主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的研究思路，設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）的介紹，回答問(wèn)題情況等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)] 答辯委員會(huì)主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)： 摘 要 在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,人們?cè)趯?shí)踐中積累了各種防爆方法，如本質(zhì)安全型、正壓通風(fēng)型、隔爆型、增安型、充沙型、充油型、澆封型等各種防爆方法。本文以濟(jì)源市科靈電器有限責(zé)任公司的產(chǎn)品為背景，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)隔爆開(kāi)關(guān)在特殊工作場(chǎng)所中的防爆要求，在公司原有產(chǎn)品技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了一種較為理想的隔爆兼本質(zhì)安全型雙速真空電磁起動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案，將隔爆兼本質(zhì)安全防爆技術(shù)與交流雙速電機(jī)啟動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合開(kāi)發(fā)完成了本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 本文第一章首先介紹了煤礦井下防爆技術(shù)的發(fā)展概況以及電動(dòng)機(jī)防爆起動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。進(jìn)一步提出礦用隔爆裝置的防爆技術(shù)要求，點(diǎn)明本課題主要解決的問(wèn)題。 本文第二章針對(duì)本質(zhì)安全電路的原理、特點(diǎn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，闡述了本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)的基本原則及方法。分析了目前礦井電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)先導(dǎo)電路的工作原理,按照本安電路設(shè)計(jì)規(guī)范要求對(duì)煤礦井下防爆隔爆開(kāi)關(guān)的本安電路結(jié)構(gòu)及元件的選型進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)礦用隔爆開(kāi)關(guān)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述，說(shuō)明了礦用隔爆開(kāi)關(guān)的工作原理、主電路設(shè)計(jì)，根據(jù)元件的額定值選型從而對(duì)隔爆開(kāi)關(guān)設(shè)備中所使用的電氣元件（真空接觸器）進(jìn)行選型，以及隔爆開(kāi)關(guān)內(nèi)部電器與整體布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 本文第三章重點(diǎn)分析了礦用防爆隔爆開(kāi)關(guān)的防爆殼體的設(shè)計(jì)思路，以標(biāo)準(zhǔn)化隔爆級(jí)別和安裝維護(hù)的方便為前提，從防爆外殼的選材，到結(jié)構(gòu)型號(hào)，再到接線方式，結(jié)合面的配合程度，甚至外殼上配用的螺栓螺母，均按相應(yīng)的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)完成了一套完整的產(chǎn)品裝配圖與零件圖。 本文第四章分析了何種快開(kāi)門機(jī)構(gòu)適合本次設(shè)計(jì)的礦用防爆隔爆開(kāi)關(guān)，并對(duì)快開(kāi)門機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本文第五段進(jìn)行了總結(jié)。 關(guān)鍵詞：防爆技術(shù)，雙速交流電動(dòng)機(jī)，隔爆結(jié)構(gòu)，本安電路 ABSTRACT In the explosion danger area in the design of automatic control system, people accumulated explosion protection methods in practice, such as intrinsically safe, positive pressure ventilation type, flameproof, increased safety, filling sand, oil filled type, such as encapsulation type explosion-proof methods. Electric appliance co., LTD in jiyuan city branch spirit products as the background, in view of the present domestic flame-proof switch in special explosion-proof requirements in the workplace, in the original products of the company, on the basis of technology and equipment, this paper proposes a ideal explosion-proof and intrinsically safe design of double speed vacuum electromagnetic starter, explosion-proof and intrinsically safe explosion-proof technology combine with ac double-speed motor start technology development has completed the design of products. In this paper, the first chapter firstly introduces the general situation of the coal mine explosion-proof technology, and the current situation and trend of development of explosion-proof motor starting technology. Further put forward the explosion-proof technology requirements of mining flame-proof device, this topic mainly solve the problem. In this paper, the second chapter in the light of the principle, characteristics of intrinsically safe circuit and the requirements of national standard, this paper expounds the basic principles and methods of intrinsically safe circuit design. Analysis of the current mine motor control system pilot circuit principle of work, according to the requirements of the Ann circuit design specifications of the coal mine explosion-proof explosion-proof switch in the circuit structure and the selection of components for the design and calculation. Of mining flame-proof switch overall design were summarized, and illustrates the working principle of mining flame-proof switch, the main circuit design, according to the rating of components selection and flame-proof switch equipment used in the selection of electrical components (vacuum contactor), and flame-proof switch internal electrical structure design and the overall layout. In this paper, the third chapter analyses the mine explosion-proof explosion-proof switch of flameproof shell design train of thought, in a standardized and isolation level and easy installation and maintenance of the premise, from material selection, explosion-proof enclosure to the structure model, and then to the connection mode, combined with the matching degree, even on the shell with bolt and nut, are designed according to the requirements of relevant national technical standards for a complete set of product assembly drawing and part drawing. In this paper, the fourth chapter analyzes what is open mechanism suitable for the design of mine explosion-proof explosion-proof switch, and open the door for fast mechanism to carry on the design. In this paper, the fifth section are summarized. Keywords: explosion-proof technology, double speed ac motor, explosion-proof structure, the circuit 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 -ii- 第一章 緒論………………………………………………………………………… 1 1.1 乳化液泵站的描述……………………………………………………………… 1 1.2 工業(yè)防爆技術(shù)概況……………………………………………………………… 1 1.3 礦用防爆電器產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展趨勢(shì)……………………………………3 1.3.1 礦用防爆電器產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新………………………………………… 3 1.3.2 礦用防爆電器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………… 5 1.4 起動(dòng)裝置的防爆技術(shù)要求……………………………………………………… 6 第二章 隔爆開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)………………………………………………………… 9 2.1 隔爆開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)及主要性能…………………………………………………… 9 2.2 隔爆開(kāi)關(guān)部分元件選型和主電路原理圖……………………………………… 11 2.2.1 隔爆開(kāi)關(guān)接觸器選型…………………………………………………… 11 2.2.2 隔爆開(kāi)關(guān)主電路原理圖………………………………………………… 12 2.3 隔爆開(kāi)關(guān)起動(dòng)原理和保護(hù)……………………………………………………… 12 2.3.1 隔爆開(kāi)關(guān)的起動(dòng)原理…………………………………………………… 12 2.3.2 隔爆開(kāi)關(guān)的保護(hù)………………………………………………………… 14 2.4 隔爆開(kāi)關(guān)的使用和維護(hù)………………………………………………………… 14 2.5 隔爆開(kāi)關(guān)內(nèi)部電器與整體布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………… 15 2.5.1 外形結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 15 2.5.2 主腔結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 15 2.5.3 門上裝置………………………………………………………………… 15 2.5.4 外殼接線腔……………………………………………………………… 16 第三章 隔爆開(kāi)關(guān)隔爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………… 17 3.1 隔爆殼體的設(shè)計(jì)研究…………………………………………………………… 17 3.2 隔爆開(kāi)關(guān)的隔爆殼體設(shè)計(jì)……………………………………………………… 21 3.2.1 長(zhǎng)方體隔爆殼體的設(shè)計(jì)方法…………………………………………… 21 3.2.2 隔爆殼體加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)結(jié)果…………………………………………… 26 3.2.3 隔爆殼體壁板的設(shè)計(jì)方法……………………………………………… 28 3.2.4 隔爆殼體壁板的設(shè)計(jì)結(jié)果……………………………………………… 28 3.2.5 隔爆殼體法蘭的剛度設(shè)計(jì)方法………………………………………… 29 3.2.6 隔爆殼體法蘭的設(shè)計(jì)結(jié)果……………………………………………… 31 3.3 連接螺釘?shù)膹?qiáng)度及數(shù)量………………………………………………………… 33 第四章 快開(kāi)門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 36 4.1 快開(kāi)門機(jī)構(gòu)概述………………………………………………………………… 36 4.2 快開(kāi)門機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 36 第五章 結(jié)論…………………………………………………………………………… 40 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 41 致謝……………………………………………………………………………………… 42 第一章 緒 論 1.1 乳化液泵站的描述 乳化液泵站是用來(lái)向綜采工作面液壓支架或高檔普采工作面單體液壓支柱等輸送高壓乳化液的設(shè)備，是機(jī)械化采媒工作面的主要裝備之一，它是一種把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。綜采工作面的液壓支架之所以能夠支撐頂板，并能實(shí)現(xiàn)推移刮板輸送機(jī)、移架、調(diào)架、護(hù)壁、側(cè)護(hù)、防倒、防滑等動(dòng)作，都是乳化液泵站供給的壓力液使各種千斤頂動(dòng)作的結(jié)果。所以說(shuō)，乳化液泵站是液壓支架的動(dòng)力源，它的好壞直接影響著液壓支架的工作性能和使用效果。 除液壓支架、單體液壓支柱是靠乳化液泵站供給的壓力液工作外，在某些綜采工作面，可彎曲刮板輸送機(jī)的緊鏈液壓馬達(dá)、采煤機(jī)牽引鏈的張緊千斤頂、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的固定與推移千斤頂，以及工作面上下出口處超前支護(hù)用的單體液壓支柱等，都是靠乳化液泵站供給的高壓液工作的。目前我國(guó)礦用乳化液泵站，都是面向綜采工作面的大型泵站，超高壓、大流量是其發(fā)展的主要方向，而且絕大多數(shù)的乳化液泵站都不帶配液裝置。在一些臨時(shí)作業(yè)場(chǎng)所需要?jiǎng)恿r(shí)，這種大型乳化液泵站使用起來(lái)極不方便，急需多種多樣的輕型動(dòng)力源裝置。 乳化液泵站是由乳化液濃度自動(dòng)配比裝置、乳化液泵組、乳化液箱及附屬裝置組成。乳化液泵站在實(shí)際使用時(shí)，往往是同時(shí)安裝兩臺(tái)乳化液泵和一個(gè)乳化液箱，所以通常稱“兩泵一箱”。同時(shí)安裝兩臺(tái)乳化液泵的好處是，在正常情況下，一臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，另一臺(tái)泵作為備用或進(jìn)行輪換檢修，當(dāng)工作面液壓支架等液壓設(shè)備需要增加供液量時(shí)，也可讓兩臺(tái)乳化液泵并聯(lián)工作，從而滿足生產(chǎn)的需要。 1.2 工業(yè)防爆技術(shù)概況 工業(yè)用電氣設(shè)備的選擇主要瞄準(zhǔn)在惡劣工業(yè)環(huán)境中的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行和良好的工作性能。當(dāng)電氣設(shè)備用于爆炸性氣體環(huán)境中時(shí),要特別注意防止電氣設(shè)備因火花或熱表面而引起的爆炸。因此,選擇的目的在于把電氣設(shè)備可能引起爆炸的概率減小到容許的最低限度。引起爆炸的條件是,必須同時(shí)存在爆炸性氣體和引燃兩個(gè)條件。在某一場(chǎng)所,爆炸性氣體存在的可能性很高,電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)使產(chǎn)生點(diǎn)燃源的可能性盡可能小,相反,對(duì)于那些爆炸性氣體存在的可能性很小的場(chǎng)所,則可允許點(diǎn)燃源存在的概率稍高些。因此,電氣設(shè)備與實(shí)際危險(xiǎn)條件必須謹(jǐn)慎匹配,以便一方面保證滿足電氣設(shè)備的安全等級(jí)要求,另一方面避免電氣設(shè)備不必要的造價(jià)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的復(fù)雜化。 如果工業(yè)上不可能使用無(wú)火花電器,一些專用方法可保證電氣設(shè)備不發(fā)生爆炸，這些特殊方法稱為“防爆型式”。防爆型式是為防止電氣設(shè)備引起周圍爆炸性氣體環(huán)境引燃而采取的特定措施。各種防爆型式通常用字符表示,這些符號(hào)的介紹及特殊防爆形式意義簡(jiǎn)要解釋如下。 d:隔爆外殼一種防爆型式。在這種防爆型式中,能夠引起爆炸的電氣設(shè)備元件均封閉在一個(gè)外殼內(nèi),該外殼能承受內(nèi)部爆炸性混合物的爆炸壓力而不受損壞,或阻止內(nèi)部火焰通過(guò)殼內(nèi)任何接合面及各結(jié)構(gòu)開(kāi)口向外部爆炸性環(huán)境傳播。 e:增安型防止產(chǎn)生過(guò)高溫度和產(chǎn)生電弧和火花的可能性,從而達(dá)到增加安全所提供的一種防爆形式。 h:氣密型氣密殼體中含有防止機(jī)械損壞的潛在點(diǎn)燃措施用裝置。 i:本質(zhì)安全型在這種防護(hù)形式中,所有電路的設(shè)計(jì)均作到:符合設(shè)計(jì)規(guī)范而電氣地和機(jī)械地、或在規(guī)定的故障條件下所產(chǎn)生的任何火花或熱效應(yīng)均不能引起規(guī)定的爆炸混合物引燃。本質(zhì)安全防護(hù)分兩類:ia類具有規(guī)定電流和/或電壓安全系數(shù)的電氣設(shè)備不會(huì)在正常運(yùn)行中,或由所施加的單個(gè)故障,或兩個(gè)故障并合產(chǎn)生引燃。ib類具有規(guī)定電流和/或電壓安全系數(shù)的電氣設(shè)備不會(huì)在正常運(yùn)行中,或由所施加的單個(gè)故障產(chǎn)生引燃。 m:澆封型在這種防爆形式中,潛在的點(diǎn)燃源被灌封在阻燃的固體絕緣材料中。這種材料應(yīng)能在內(nèi)部故障條件下防止斷裂。 n:無(wú)火花電器正常運(yùn)行中既不能產(chǎn)生以引燃的電弧或火花,也不能產(chǎn)生能引燃熱表面的電氣設(shè)備認(rèn)為是無(wú)火花電器。 o:充油型電氣設(shè)備或電氣設(shè)備部件浸入油中的一種防爆形式,這種浸漬方法使油上面或殼外的爆炸性氣體均不會(huì)引燃。 p:正壓型這種防爆形式分三類。如果通過(guò)保持外殼內(nèi)的空氣壓力大于外部環(huán)境壓力來(lái)防止爆炸性氣體進(jìn)入電氣設(shè)備中,則應(yīng)用空氣正壓。如果通過(guò)保持外殼內(nèi)惰性氣體的壓力大于外部環(huán)境壓力來(lái)防止外部氣體進(jìn)入電氣設(shè)備中,則應(yīng)用惰性氣體正壓。連續(xù)稀釋(人工通風(fēng))是用足量的保護(hù)氣體(通常為空氣)通入外殼,以驅(qū)散和稀釋因易燃物質(zhì)從內(nèi)部釋放而可能產(chǎn)生的可燃性氣體或蒸汽,從而防止爆炸。在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所,為了防止外部環(huán)境氣體進(jìn)入外殼內(nèi),應(yīng)在外殼內(nèi)保持適量的過(guò)壓力。如果不能保持外殼內(nèi)保護(hù)氣體的供給,為了防止危險(xiǎn)情況的發(fā)生,應(yīng)設(shè)置視覺(jué)裝置或音響裝置報(bào)警。一經(jīng)發(fā)生警報(bào),應(yīng)立即采取正確的措施恢復(fù)保護(hù)氣體的供給,必要時(shí),手動(dòng)切斷電氣設(shè)備的電源。如果不能手動(dòng)切斷電源,必須能夠自動(dòng)切斷電源。 q:充沙型一種用細(xì)粒狀材料充填外殼的防爆形式,使預(yù)期使用狀態(tài)下電氣設(shè)備外殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧不能引燃外部環(huán)境氣體,典型的充填材料是石英砂。 r:限制呼吸型一種防爆形式。引燃源封閉在密封的外殼內(nèi),在有限時(shí)間內(nèi)足以防止外部環(huán)境氣體大量滲入而在內(nèi)部產(chǎn)生爆炸性混合物,且外部元件不能產(chǎn)生爆炸。 s:特殊防爆形式這種防爆形式不能整個(gè)地歸入到上述防爆形式中任何一種形式中,一個(gè)電氣設(shè)備內(nèi)可綜合有幾種防爆形式。對(duì)于具有這種防爆形式的電氣設(shè)備,相關(guān)文件應(yīng)指出該專用的防爆形式對(duì)哪一種危險(xiǎn)能適用。表1.1指出了特殊危險(xiǎn)條件下提供合適安全級(jí)別的防爆形式。在這些合適的防爆形式中,大部分實(shí)際上沒(méi)有必要,或?qū)δ程厥馕ｋU(xiǎn)過(guò)于良好,因此,對(duì)所有使用細(xì)節(jié)需要作進(jìn)一步分析,以便對(duì)特殊危險(xiǎn)場(chǎng)所所要求的防爆形式達(dá)到最佳選擇。 表1.1 現(xiàn)在的防爆形式 危險(xiǎn)種類 防爆形式符號(hào)（注1） 內(nèi)部釋放 正常 非正常 無(wú) 無(wú) 無(wú) 是 是 注2 場(chǎng)所分類 2區(qū) 1區(qū) 0區(qū) 2區(qū) 1區(qū) 0區(qū) 2,1或0區(qū) d A A - 2 2 - - e A A - A A - - h A A - A A - - ia A A A A A A A ib A A - A A - - m A - - A A - - m A A - A - - - o A A - - - - - p - - - - - - - q A A - - - - - r A - - - - - - s A A A A A A A 根據(jù)危險(xiǎn)條件中的通用考慮和上述防爆形式,有關(guān)選擇步驟總結(jié)如下: 第一步:研究場(chǎng)所分類圖,并盡可能地將電氣設(shè)備安裝在非爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所,如開(kāi)關(guān)間或控制室。 第二步:大多數(shù)剩余電氣設(shè)備應(yīng)盡可能安裝在2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。在這種情況下, 只要正常工作條件下不能引燃,應(yīng)首先考慮使用一般工業(yè)電氣設(shè)備。 第三步:在第二步不適用的地方,應(yīng)從表1.1選擇適當(dāng)?shù)姆辣问?。?.1給出的各種可能性中,對(duì)特定危險(xiǎn)的情況應(yīng)優(yōu)先選擇,但不能滿足危險(xiǎn)場(chǎng)所。 第四步:當(dāng)已選擇“隔爆外殼”和“本安型”時(shí),要確定電氣設(shè)備的適當(dāng)溫度等級(jí)和適合的氣體組別。 第五步:由所選擇的防爆型式、適當(dāng)?shù)臏囟鹊燃?jí)和(必要時(shí))適當(dāng)?shù)臍怏w組別,確定電氣設(shè)備的工業(yè)有效性。如果失敗的話,選擇適宜于更危險(xiǎn)的電氣設(shè)備。 第六步:存在幾種可能性時(shí),應(yīng)比較設(shè)備成本和運(yùn)行成本,作出最后選擇。 本課題研究開(kāi)發(fā)的隔爆兼本質(zhì)安全型雙速真空電磁起動(dòng)器采用的防爆型式為:隔爆兼本質(zhì)安全型。 1.3 礦用防爆電器產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 礦用防爆電器產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新 礦用防爆電氣產(chǎn)品經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展已經(jīng)取得了許多的進(jìn)步，煤礦電氣自動(dòng)化技術(shù)，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等自動(dòng)化產(chǎn)品達(dá)到了一定的水平，機(jī)電一體化技術(shù)、電力電子調(diào)速技術(shù)在煤礦井下運(yùn)輸機(jī)械、提升機(jī)械和采煤機(jī)械中開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)該說(shuō)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前已形成較完整的防爆電工產(chǎn)品的制造體系，基本上滿足了煤礦井下當(dāng)前供配電、井下機(jī)械化，及控制、保護(hù)的發(fā)展需要。 近幾年來(lái)，礦用防爆電器產(chǎn)品在樣式、規(guī)格上得到許多擴(kuò)充，如礦用防爆高低壓軟起動(dòng)器、礦用防爆變頻調(diào)速裝置、礦用防爆高低壓組合開(kāi)關(guān)等一批新技術(shù)產(chǎn)品，也開(kāi)始在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用。由于有持續(xù)、穩(wěn)定的需求，我國(guó)的礦用電器產(chǎn)品生產(chǎn)已形成了一個(gè)較大制造產(chǎn)業(yè)，同行競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。如何避開(kāi)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)、避開(kāi)低水平重復(fù)生產(chǎn)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)發(fā)展企業(yè)，成為我們每個(gè)礦用電器產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者思考的問(wèn)題。企業(yè)成功發(fā)展的路線在哪里，唯獨(dú)只有技術(shù)的創(chuàng)新，通過(guò)開(kāi)發(fā)高技術(shù)、高附加值的礦用電器產(chǎn)品來(lái)贏得市場(chǎng)。同時(shí)從社會(huì)效益來(lái)講，也只有通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展采煤機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化，才能促進(jìn)建立真正意義上的本質(zhì)安全的現(xiàn)代化礦井。 技術(shù)創(chuàng)新，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著我國(guó)礦用電器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)，必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外礦用電器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝裝備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)等對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。雖然高低壓軟起動(dòng)器、高低壓組合開(kāi)關(guān)、變頻調(diào)速裝置等新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，但這些產(chǎn)品在發(fā)展上還是受到許多的制約，許多防爆電器產(chǎn)品核心的組件依然依賴國(guó)外技術(shù)。這些核心組件的生產(chǎn)水平與國(guó)外同類產(chǎn)品還是有很大的差距。技術(shù)創(chuàng)新由初始研發(fā)到走向成熟一般要經(jīng)歷三個(gè)階段：引入期、成長(zhǎng)期和成熟期。在引入期時(shí)，技術(shù)發(fā)展很慢，往往要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能突破；例如，我們現(xiàn)階段的變頻調(diào)速裝置，約有50%的礦用防爆企業(yè)采用直接購(gòu)買國(guó)外機(jī)芯組裝生產(chǎn)；40%的企業(yè)采用國(guó)內(nèi)技術(shù)加以吸收利用，只有約10%的企業(yè)能做到自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。同時(shí)針對(duì)變頻器的EMC性能的研究還是處于初級(jí)階段，但是這種階段給予我們挑戰(zhàn)，如何克服變頻器輸出諧波對(duì)電網(wǎng)供電、監(jiān)控設(shè)備的影響，成為許多企業(yè)攻克的目標(biāo)，井下電網(wǎng)諧波治理也將成為下階段發(fā)展目標(biāo)。當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新在成長(zhǎng)期時(shí)，技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)性能迅速改進(jìn)；例如，現(xiàn)階段的變頻牽引采煤機(jī)，利用變頻恒功率調(diào)速和PLC集中控制的特性，在采煤機(jī)的應(yīng)用上日趨成熟，提高了采煤機(jī)的工作效率和可靠性，基本上取代了液壓牽引技術(shù)；又如液壓絞車集電、油、氣三能源為一體，操作繁雜、落后、噪音大、維護(hù)工作量也大，采用防爆變頻器技術(shù)后完全改變了生產(chǎn)工藝，得到煤炭企業(yè)用戶的認(rèn)可。當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入成熟期時(shí)，技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定，不再有大的變化，技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)為局部改進(jìn)。例如，現(xiàn)階段的高低壓組合開(kāi)關(guān)已接近現(xiàn)有國(guó)外水平，PLC、DSP、現(xiàn)場(chǎng)總線等電子技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)組合開(kāi)關(guān)的 穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支持，相關(guān)電纜引入裝置也基本達(dá)到了國(guó)產(chǎn)化，組合開(kāi)關(guān)的單元式結(jié)構(gòu) 也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。認(rèn)識(shí)到技術(shù)創(chuàng)新的三個(gè)發(fā)展過(guò)程，才能準(zhǔn)確定位我們產(chǎn)品的發(fā)展思路。 許多企業(yè)也認(rèn)識(shí)到技術(shù)創(chuàng)新的必要性，但又苦于找不到突破口，針對(duì)目前產(chǎn)品的狀況，企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)在哪里呢？其實(shí)，以往的起動(dòng)器、饋電開(kāi)關(guān)、電控箱主要以分立元件電路進(jìn)行保護(hù)，存在元件不穩(wěn)定、漂移較大的缺點(diǎn)，單片技術(shù)在保護(hù)器上的應(yīng)用，帶來(lái)了操作方便，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)；人機(jī)界面的配合應(yīng)用使操作更加清晰，故障記憶功能，為煤礦企業(yè)分析問(wèn)題提供了依據(jù)。技術(shù)的創(chuàng)新也是專注于自身產(chǎn)品性能的不斷提高。如某企業(yè)生產(chǎn)的GM系列采煤機(jī)用隔離開(kāi)關(guān)在市場(chǎng)占有率已達(dá)90%以上，性能的穩(wěn)定得到同行業(yè)的認(rèn)可；某企業(yè)的小型化隔爆兼本安型水位控制起動(dòng)器也得到行業(yè)和煤炭企業(yè)用戶的認(rèn)可。許多企業(yè)的成功案例都值得學(xué)習(xí)和借鑒，我們應(yīng)該改變盲目跟風(fēng)的思想，在產(chǎn)品上一概求全，只考慮面的覆蓋，而忽視了對(duì)自身專長(zhǎng)產(chǎn)品性能的提高。技術(shù)創(chuàng)新，擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同樣也是礦用防爆企業(yè)發(fā)展的保障。 1.3.2 礦用防爆電器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì) 把握產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，同樣就把握了市場(chǎng)，針對(duì)礦用產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，提出礦用防爆電器方面以下三點(diǎn)： 第一、電器的基礎(chǔ)性能研究 我國(guó)80年代初開(kāi)始應(yīng)用真空管，目前礦用防爆型真空開(kāi)關(guān)在井下已普及使用。真空管的運(yùn)用為煤礦井下安全供電起了很大的作用，如礦用隔爆型真空電磁起動(dòng)器產(chǎn)品，具有較強(qiáng)極限分?jǐn)嗄芰?，適合于礦井下電機(jī)頻繁起動(dòng)，維護(hù)量少；礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的全分?jǐn)鄷r(shí)間小，與快速漏電保護(hù)配合，提高了防觸電和防瓦斯爆炸的安全性。真空接觸器、真空斷路器的需求量非常的大，但目前市場(chǎng)上，真空管的質(zhì)量卻參差不齊，許多生產(chǎn)工藝還是停留在80年代初的基礎(chǔ)上，與國(guó)外的工藝比較起來(lái)還是有較大差距。在真空管的應(yīng)用上也是存在操作過(guò)電壓的影響，以及真空度的保證問(wèn)題，真空度的下降，容易在井下產(chǎn)生漏電事故，影響生產(chǎn)，出現(xiàn)事故，一些企業(yè)也開(kāi)始致力于真空管電器的研究，以及漏氣保護(hù)的研究，在漏氣保護(hù)、真空管粘連保護(hù)方式上已取得進(jìn)展，這為今后的井下電器安全運(yùn)行提供保證。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，利用功率電子器件取代真空管實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟?？刂?，將是發(fā)展方向，在煤電鉆綜保的控制中已被使用，如可控硅的無(wú)觸點(diǎn)關(guān)斷控制，增加了使用壽命，安全可靠。大功率可控硅在起動(dòng)器上的應(yīng)用也改變了傳統(tǒng)起動(dòng)器的性能。功率電子器件運(yùn)用給防爆電氣產(chǎn)品的性能和可靠性能賦予新的生命力的同時(shí)也給產(chǎn)品的防爆和安全技術(shù)要求帶來(lái)新的課題。 第二、低壓饋電開(kāi)關(guān)的選擇性漏電研究 漏電保護(hù)是煤礦井下電器三大保護(hù)之一，其保護(hù)的可靠性影響到煤礦安全生產(chǎn)。目前的低壓饋電開(kāi)關(guān)的選擇性漏電保護(hù)原理仍基于零序電壓、零序電流的保護(hù)方式；另外采用外加直流對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的絕緣情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視方式。由于供電網(wǎng)絡(luò)的加長(zhǎng)及屏蔽電纜的應(yīng)用，以及變頻器等功率電子器件應(yīng)用等原因，使井下供電網(wǎng)路復(fù)雜，在選擇性漏電保護(hù)上存在許多雜散性，分布電容的不確定性，這些都對(duì)漏電保護(hù)提出了要求。利用先進(jìn)的數(shù)字化采集技術(shù)，如何分析井下分布電容狀況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的選擇性跳閘切斷故障支路而不影響其他工作支路，保證井下可靠安全供電也是急需研究的新課題。 第三、礦用交流變頻器產(chǎn)品的發(fā)展 由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，大功率電子電器在井下應(yīng)用發(fā)展速度很快，其中交流變頻調(diào)速裝置具有效率高、故障率低、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，能明顯改善生產(chǎn)工藝，越來(lái)越受煤礦生產(chǎn)行業(yè)的重視，礦用變頻調(diào)速裝置過(guò)去主要用于采煤機(jī)電牽引部件等100kW左右的調(diào)速，一般前級(jí)有專用變壓器來(lái)供電，對(duì)電網(wǎng)影響小。但隨著變頻器技術(shù)不斷成熟，從上世紀(jì)80年代電牽引采煤機(jī)成功運(yùn)用開(kāi)始，煤礦生產(chǎn)設(shè)備如通風(fēng)機(jī)、絞車、提升機(jī)、空壓機(jī)等機(jī)械設(shè)備上都開(kāi)始采用變頻調(diào)速技術(shù)，不但改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，主要還體現(xiàn)在高效節(jié)能上。如礦井主扇。 1.4 起動(dòng)裝置的防爆技術(shù)要求 隔爆開(kāi)關(guān)按防爆型式分為礦用隔爆型“ExdI”和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型“Exd［ib］I”。本文研究的隔爆開(kāi)關(guān)為隔爆兼本質(zhì)安全型。型號(hào)按MT/T154.2-1996的規(guī)定，基本參數(shù)：額定電壓：660V、1140V；額定電流：符合GB/T762-2002的規(guī)定（除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定)；額定頻率：50HZ；電流過(guò)載倍數(shù)：≥4。 QJ起動(dòng)器外殼應(yīng)具備耐爆性和隔爆型結(jié)構(gòu)隔爆外殼屬電氣設(shè)備的一種防爆型式，其外殼能夠承受通過(guò)外殼任何結(jié)合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，而且不會(huì)引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性環(huán)境的點(diǎn)燃。隔爆外殼的防爆型式通常稱為隔爆型，用字母“d”表示。隔爆型電氣設(shè)備的要求之一是設(shè)備外殼必須具有耐爆性,實(shí)際就是外殼的強(qiáng)度問(wèn)題。當(dāng)隔爆外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí),應(yīng)使其不發(fā)生變形和損壞,不致使爆炸火焰直接點(diǎn)燃礦井中的瓦斯混合物,從而達(dá)到耐爆要求,它是由外殼的材質(zhì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)保證。因此,外殼應(yīng)有足夠的堅(jiān)固性,以及外殼在熱源的作用下,經(jīng)燒灼及過(guò)熱不會(huì)受到損傷。外殼的隔爆性,又稱不傳爆性,它是隔爆型電氣設(shè)備的一個(gè)重要因素。所謂隔爆性就是要求外殼各個(gè)部件的連接要符合一定的隔爆構(gòu)造參數(shù),而使其在下列情況下不能點(diǎn)燃周圍爆炸性介質(zhì):當(dāng)電氣過(guò)載或短路,引起殼內(nèi)的油或有機(jī)絕緣物分解生成的可燃性氣體爆炸,其火焰?zhèn)鞒鐾鈿r(shí),由于隔爆構(gòu)造參數(shù)對(duì)弧光短路目前還無(wú)法達(dá)到隔爆要求,因此只能在電氣方面加強(qiáng)絕緣,保證質(zhì)量,或采用迷宮式結(jié)構(gòu)。如電纜用電子管式的保護(hù)方法來(lái)達(dá)到防爆目的或者嚴(yán)格控制瓦斯的濃度。這些都是外殼內(nèi)可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)情況,如果把它限制在外殼內(nèi)部,不讓它波及到殼外,或者雖然沖出了火焰和灼熱的金屬顆粒,但已被冷卻,就能有效地防止周圍可燃性瓦斯的爆炸。所謂不傳爆性,就是甲烷空氣混合物在外殼內(nèi)部爆炸時(shí),向外噴出的火焰,不會(huì)引起殼外可燃性氣體的爆炸。它是由外殼的結(jié)構(gòu),即通過(guò)外殼裝配接合面的寬度、間隙和表面加工光潔度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種接合面可以是法蘭盤對(duì)口式,也可以是圓筒或活動(dòng)式的裝配。起動(dòng)器防爆外殼采用快開(kāi)門結(jié)構(gòu)，其隔離開(kāi)關(guān)與隔爆外殼之間裝設(shè)可靠的機(jī)械連鎖，保證只有當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置時(shí)，主腔才能打開(kāi)；當(dāng)主腔打開(kāi)后，以正常的操作方法不能使隔離開(kāi)關(guān)閉和。隔爆接合面指隔爆外殼不同部位相對(duì)應(yīng)的表面配合在一起（或外殼連接處)且火焰或燃燒生成物可能會(huì)由此從外殼內(nèi)部傳到外殼外部的部位。外殼接合面寬度又稱火焰通路長(zhǎng)度指從隔爆外殼內(nèi)部通過(guò)接合面到隔爆外殼外部的最短通路長(zhǎng)度。隔爆間隙指隔爆接合面相對(duì)應(yīng)表面之間的距離。隔爆開(kāi)關(guān)隔爆接合面間隙，接合面寬度和表面粗糙度應(yīng)符合GB3836.2-2000第五章的要求,接合面表面平均粗糙度Ra不超過(guò)6.3um,無(wú)論是長(zhǎng)期關(guān)閉或是經(jīng)常打開(kāi)的外殼其所有接合面均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要求,接合面表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理,但通常不允許使用漆或類似材料涂覆,除非已證明該材料和涂覆工藝不會(huì)影響隔爆性能。對(duì)于I類電氣設(shè)備，應(yīng)能直接或間接檢查經(jīng)常打開(kāi)的門隔爆外殼應(yīng)能承受標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)部試驗(yàn)壓力而不發(fā)生損壞或引起外殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低或接合面處間隙產(chǎn)生永久性增大使其超過(guò)表中規(guī)定間隙值的變形。根據(jù)規(guī)定，I類設(shè)備的外殼材質(zhì)應(yīng)符合附錄C中的補(bǔ)充規(guī)定，即采掘工作面用電氣設(shè)備的外殼須采用鋼板或鑄鋼制成。要求隔爆開(kāi)關(guān)外殼能承受外殼耐壓試驗(yàn)和內(nèi)部點(diǎn)燃的不傳爆試驗(yàn)。外殼耐壓試驗(yàn)的目的是證明外殼能否有效的承受內(nèi)部爆炸，外殼應(yīng)在帶有全套內(nèi)部裝置或在該位置上裝有等效作用的物體狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，但是外殼若設(shè)計(jì)成在拆去內(nèi)部部分裝置后仍能使用時(shí)，則應(yīng)在檢驗(yàn)單位認(rèn)為最嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)，若外殼未發(fā)生損壞，也未發(fā)生永久變形，則認(rèn)為試驗(yàn)合格，在接合面的任何部位都不應(yīng)有永久性的增大。此外，隔爆外殼應(yīng)經(jīng)得起過(guò)壓試驗(yàn)，包括靜壓和動(dòng)壓試驗(yàn)。靜壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力應(yīng)為參考?jí)毫Φ?.5倍，但至少為0.35MPa。加壓時(shí)間應(yīng)為10s。對(duì)于容積大于10cm3而不經(jīng)受出廠試驗(yàn)的外殼，試驗(yàn)壓力應(yīng)為參考?jí)毫Φ?倍。如果已知參考?jí)毫?，則進(jìn)行動(dòng)壓試驗(yàn)時(shí)可使外殼承受的最大壓力為參考?jí)毫Φ?.5倍。壓力上升速度不應(yīng)與測(cè)定參考?jí)毫r(shí)的上升速度差別太大。特殊情況下可以通過(guò)預(yù)壓用于測(cè)定參考?jí)毫Φ谋ㄐ曰旌衔镞M(jìn)行試驗(yàn)。 內(nèi)部點(diǎn)燃的不傳爆試驗(yàn)是將外殼放置在一個(gè)試驗(yàn)罐內(nèi)，外殼內(nèi)和試驗(yàn)罐內(nèi)應(yīng)充以相同的爆炸性混合物進(jìn)行試驗(yàn)。外殼內(nèi)的混合物應(yīng)采用一個(gè)高壓火花塞或其他低能點(diǎn)燃源來(lái)點(diǎn)燃。另外，若外殼內(nèi)裝有能點(diǎn)燃爆炸混合物的開(kāi)關(guān)裝置時(shí)，可用該裝置來(lái)點(diǎn)燃。如果點(diǎn)燃沒(méi)有傳到試驗(yàn)罐內(nèi)，則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果是合格的。I類使用的爆炸性混合物及其與空氣的體積比應(yīng)符合表中規(guī)定即甲烷58%氫24%。試驗(yàn)次數(shù)至少5次。本裝置防爆性能試驗(yàn)屬型式試驗(yàn)項(xiàng)目，外殼靜壓試驗(yàn)屬出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目。起動(dòng)器外殼在精加工后應(yīng)進(jìn)行壓力為1MPa的靜壓試驗(yàn)，歷時(shí)10+20s，試驗(yàn)以無(wú)結(jié)構(gòu)損壞或可能影響隔爆性能的永久變形為合格。 本質(zhì)安全電路指規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。隔爆開(kāi)關(guān)的本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)與制造應(yīng)符合GB3836.4-2010規(guī)定,并通過(guò)GB3836.4-2010中10.4規(guī)定的火花點(diǎn)燃試驗(yàn)。該裝置中本質(zhì)安全電路導(dǎo)線用蘭色絕緣導(dǎo)線或加蘭色導(dǎo)管，接線腔內(nèi)本安電路端子應(yīng)在附近加本質(zhì)安全標(biāo)志“i”；接線腔內(nèi)本安電路與非本安電路電氣間隙應(yīng)大于50mm。 本質(zhì)安全電路是防爆電氣設(shè)備中最安全的，因?yàn)榧词乖诠收蠣顟B(tài)下，它也不會(huì)引起爆炸，也就是從“本質(zhì)”上是安全的，故稱為本質(zhì)安全型(簡(jiǎn)稱本安型)。全部電路均為本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備稱為本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，標(biāo)志符號(hào)為“i”。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備按型式可分為單一式和復(fù)合式。單一式本安型電氣設(shè)備是指電氣設(shè)備的全部電路都是由本質(zhì)安全電路組成的，復(fù)合式本質(zhì)安全電氣設(shè)備是指電氣設(shè)備的部分電路是本質(zhì)安全電路，另一部分為非本質(zhì)安全電路，礦用隔爆兼本質(zhì)安全型軟啟動(dòng)器輸入電路與動(dòng)力電網(wǎng)關(guān)聯(lián)，不能設(shè)計(jì)成單一式本質(zhì)安全電路，只能是復(fù)合式本質(zhì)安全型，對(duì)非本質(zhì)安全部分須采用隔爆外殼、澆封等防爆措施。隔爆開(kāi)關(guān)先導(dǎo)電路必須按照設(shè)計(jì)本安電路的基本原則與方法，更大范圍地把防爆電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本安型防爆電氣產(chǎn)品。 第二章 隔爆開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì) 2.1 隔爆開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)及主要性能 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型雙速真空電磁起動(dòng)器適用于含有爆炸性危險(xiǎn)的氣體和煤塵的礦井中，用于交流50HZ，電壓1140V，長(zhǎng)期工作制、間斷工作制的三相交流雙速電機(jī)的起動(dòng)、停止和在停止時(shí)進(jìn)行換相之用，也可作遠(yuǎn)距離的起動(dòng)和遠(yuǎn)距離的停止，具有過(guò)載、短路、斷相、漏電閉鎖等保護(hù)功能及故障顯示功能，能防止控制先導(dǎo)回路發(fā)生短路時(shí)的自動(dòng)起動(dòng)保護(hù)。 雙速起動(dòng)器適用于下列工作條件 海拔高度不超過(guò)2000米 周圍介質(zhì)溫度不高于+40℃不低于-5 ℃ 周圍空氣相對(duì)濕度不大于95%（+25℃）； 安裝位置與垂直面傾斜不大于15°； 無(wú)強(qiáng)烈顛簸振動(dòng)的場(chǎng)合 無(wú)足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和蒸汽的場(chǎng)所 有防雨設(shè)備和防液體浸入的地方 雙速起動(dòng)器型號(hào)表示方法如下： Q J Z 3 —— □ / □ S — 雙速 額定電壓 額定電流 設(shè)計(jì)序號(hào) 真空 隔爆兼本安型 起動(dòng)器 控制方式：雙速起動(dòng)器可進(jìn)行遠(yuǎn)方控制和就地控制低速起動(dòng)、高速運(yùn)行 控制先導(dǎo)回路為本質(zhì)安全型，其額定電壓為10V正常工作電流6毫安 保護(hù)功能 過(guò)載—反時(shí)限 短路—瞬動(dòng) 斷相—延時(shí)10秒動(dòng)作 欠壓保護(hù)—延時(shí)10秒動(dòng)作 過(guò)壓保護(hù)—瞬時(shí)過(guò)壓：阻容吸收 顯示方式：中文液晶顯示 引入電纜裝置進(jìn)線口、出線口各2個(gè)，引入電纜外徑φ32-φ66mm，控制線進(jìn)出口四個(gè)，引入電纜外徑φ14.5—φ21mm。 本質(zhì)安全電路參數(shù)：本安變壓器輸入電壓：AC36V；熔斷器0.1A；本安電路輸出端最大開(kāi)路電壓Uo：AC21V/DC11V；Io：AC68mA/DC21 mA。遠(yuǎn)控電纜長(zhǎng)度300m，分布電感：≤1mH/km；分布電容：≤0.1μF/km。 本安與非本安端子間距離應(yīng)大于50mm，本安端子旁設(shè)“ib”標(biāo)志，本安電路用導(dǎo)線應(yīng)使用蘭色， 并單獨(dú)布置。 保護(hù)應(yīng)雙重化，保護(hù)性元件應(yīng)經(jīng)老化篩選且在正常工作及故障狀態(tài)下的電壓、電流或功率不得超 過(guò)其額定值的2/3。 出廠檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行本安參數(shù)測(cè)量和工頻耐壓試驗(yàn),變壓器入廠時(shí)須進(jìn)行例行試驗(yàn)。 印制電路板厚度1.6mm，銅箔厚度不小于0.35mm，寬度不小于1mm，元件安裝調(diào)試完畢后，噴 涂?jī)杀槿榔帷? 本安變壓器例行試驗(yàn)要求：(試驗(yàn)期間漏泄電流≤5mA) 輸入有熔斷器保護(hù)，熔斷器額定電流為0.1A，變壓器采用0.075mm厚的銅箔作為屏蔽，并設(shè)置兩 根結(jié)構(gòu)上分開(kāi)的接地導(dǎo)線,且每根均應(yīng)能承受1.7Ie流過(guò),Ie為熔斷器額定電流，變壓器鐵芯應(yīng)接地。 兩個(gè)繞組并列在鐵芯的一個(gè)柱上，繞組之間加0.8mm的固體絕緣。 變壓器繞組應(yīng)用浸漬加以固定。 端子分開(kāi)布置。 本安電路電氣間隙≥3mm，爬電距離≥3mm，涂層下爬電距離≥1mm。 漏電閉鎖檢測(cè)回路電壓≤DC18V,檢驗(yàn)電流≤0.4mA。3.7 繼電器要求:繼電器的線圈連接到本質(zhì)安全電路時(shí),正常工作時(shí)的觸頭應(yīng)不超過(guò)它的制造廠規(guī)定值,并且開(kāi)閉不超過(guò)5A有效值或250V有效值或100VA，其本安線圈對(duì)非本安接點(diǎn)間應(yīng)小于1500V耐壓，歷時(shí)1min應(yīng)無(wú)擊穿與閃絡(luò)現(xiàn)象。 本安端子與接地間距離≥3mm,本安與非本安裸體間的電氣間隙，爬電距離≥3mm。 本標(biāo)準(zhǔn)通常選用的使用類別及代號(hào)按照下列要求： 電流使用類別典型用途舉例 AC AC-3 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分段 AC AC-4 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反向轉(zhuǎn)動(dòng)、點(diǎn)動(dòng) 產(chǎn)品嚴(yán)格按照 MT111-1998《礦用防爆型低壓交流真空電磁起動(dòng)器》、GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求》、GB3836.2-2010《爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備》、GB3836.3-2010《爆炸性環(huán)境第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》；GB3836.4-2010《爆炸性環(huán)境第4部分：由安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》生產(chǎn)。補(bǔ)充試驗(yàn)方法:本安參數(shù)測(cè)量,用計(jì)量合格的儀表進(jìn)行本安參數(shù)測(cè)量,其測(cè)量值不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Uo,Io值。本次電路部分的設(shè)計(jì)主要參考了GB3836.3-2010《爆炸性環(huán)境第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》；GB3836.4-2010《爆炸性環(huán)境第4部分：由安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》。 表2.1 電氣元件明細(xì)表 代號(hào) 名稱（文字符號(hào)） RD CKJ KB CJ PLC QYB AN BSB CH ZR GHK GF GF1 XS DY RJDQ 熔斷器（FU） 真空接觸器(KM) 控制變壓器(T) 空氣式接觸器(KM) 可編程控制器(PLC) 取樣板(-) 按鈕(SB) 閉鎖板(-) 電流互感器(TA) 阻容吸收(ZR) 隔離換相開(kāi)關(guān)(QC) 接線柱(-) 接線柱(-) 中文顯示器(-) 開(kāi)關(guān)電源(-) 熱繼電器(FR) 2.2 隔爆開(kāi)關(guān)部分元件選型和主回路控制系統(tǒng)電路圖 2.2.1 隔爆開(kāi)關(guān)主回路控制系統(tǒng)電路圖 圖2.1 隔爆開(kāi)關(guān)主回路控制系統(tǒng)電路圖 2.2.2 隔爆開(kāi)關(guān)接觸器選型 (1)接觸器的類型選擇： 根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的輕重和負(fù)載電流的類型，來(lái)選擇交流接觸器或直流接觸器。 本文設(shè)定雙速電機(jī)的額定功率為80kw，主要運(yùn)行于包括百分之九十AC-3和百分之十以上的AC-4的混合使用類別，負(fù)載電流為交流電，共三個(gè)接觸器，其中兩個(gè)為真空交流接觸器，一個(gè)為空氣式交流接觸器。 (2)額定電壓的選擇： 接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。 (3)額定電流的選擇： 接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可按下式計(jì)算： ………………………………（2.1） 式中------流過(guò)接觸器主觸點(diǎn)的電流（） ------電動(dòng)機(jī)的額定功率（） ------電動(dòng)機(jī)的額定電壓（） ------經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1-1.4。 選擇接觸器的額定電流應(yīng)大于等于。接觸器如果用在電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)、制動(dòng)或正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，一般將接觸器的額定電流降一個(gè)等級(jí)來(lái)使用。 由公式（2.1）得， (4)吸引線圈的額定電壓選擇: 吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓相一致。對(duì)簡(jiǎn)單控制電路可直接選用交流電壓380V、220V，對(duì)復(fù)雜、使用電器較多者，應(yīng)選用更低的控制電壓110V。 綜上，兩個(gè)真空交流接觸器選擇CKJ5-125/1140,一個(gè)空氣式交流接觸器選CJ20-160/11。 尺寸分別為,，單位：mm 2.3 隔爆開(kāi)關(guān)起動(dòng)原理和保護(hù) 2.3.1 隔爆開(kāi)關(guān)的起動(dòng)原理 (1)供電：將隔離換相開(kāi)關(guān)GHK置于正向或反向位置，控制變壓器KB供電，分別輸出220V、36V、24V、18V、12V、14V、9V供取樣板及PLC控制器電源電壓，為雙速起動(dòng)器的起動(dòng)做好準(zhǔn)備。 (2)參數(shù)整定 門蓋上的過(guò)流、漏電、復(fù)位按鈕同時(shí)也是參數(shù)整定按鈕，上電后由專業(yè)電工按所控電機(jī)的額定電流（或按實(shí)際工作電流）調(diào)整電流整定值，整定值應(yīng)稍大于工作電流值。 參數(shù)整定操作方法如下： 在分閘狀態(tài)下，同時(shí)按下過(guò)流、漏電按鈕進(jìn)入?yún)?shù)整定界面。 按漏電按鈕，選擇需要整定的參數(shù)。 按復(fù)位按鈕，進(jìn)入?yún)?shù)整定。 按漏電按鈕增加，按復(fù)位按鈕減少。 參數(shù)整定完成后，按過(guò)流按鈕確認(rèn)，界面自動(dòng)返回。 (3)漏電閉鎖保護(hù)：雙速起動(dòng)器起動(dòng)前，保護(hù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)，若絕緣電阻小于規(guī)定值（1140V、40KΩ；660V、22KΩ）雙速起動(dòng)器實(shí)施漏電閉鎖保護(hù)，不能起動(dòng)，直到絕緣電阻恢復(fù)正常后，雙速起動(dòng)器方可起動(dòng)。 (4)起動(dòng)過(guò)程，遠(yuǎn)控：將取樣板上撥動(dòng)開(kāi)關(guān)置于“遠(yuǎn)控”位置，按下遠(yuǎn)控低速控制按鈕，KM1線圈得電，同時(shí)PLC給出合閘信號(hào)，切斷閉鎖檢測(cè)回路，KM1F輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（自鎖），KM1主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。按下遠(yuǎn)程高速控制按鈕，KM1線圈斷電；KM2線圈得電，KM2主觸點(diǎn)閉合；KM3線圈得電，KM3主觸點(diǎn)