李　祥

(凱澄起重機械有限公司，江蘇江陰214429)

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隔爆型外殼靜壓試驗的改進

李祥

(凱澄起重機械有限公司，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中碰到的問題。當ⅡC類隔爆外殼，靜壓試驗壓力由1.5MPa提高為2MPa，原有控制箱箱體無法滿足要求。采用相關軟件對控制箱箱體進行有限元分析，找出應力集中的危險區(qū)域，對箱體進行了結構上的改進；為了大幅提高其強度，對鑄件材質進行變更；并對靜壓試驗工裝進行了調整。改進后的箱體滿足了靜壓試驗的要求，并經過多次試驗驗證了這些改進的有效性。

關鍵詞隔爆控制箱；靜壓試驗；應力；安全系數(shù)

0引言

GB 3836.2—2000 《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分：由隔爆外殼“d”》對靜壓試驗的要求為：對于容積大于10cm3的隔爆型產品，壓力分別為1MPa(ⅡB類隔爆)、1.5MPa(ⅡC類隔爆)，加壓時間為10+2s[1]。而現(xiàn)行新標準GB 3836.2—2010《爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備》提高了要求，壓力分別為1.5MPa(ⅡB類隔爆)、2.0MPa(ⅡC類隔爆)，加壓時間為10+2s[2]。

執(zhí)行老標準進行靜壓試驗時，隔爆控制箱箱體因容積大，特別是對于規(guī)格較大的箱體在ⅡC類隔爆要求下經常有通不過試驗的情況，往往在之前的加工工序都完成，進入最后一道工序-靜壓試驗時出現(xiàn)報廢，之前的所有加工全部報廢，必須重新投入鑄件毛坯另行加工。后來發(fā)現(xiàn)ⅡC類隔爆控制箱箱體合格率相當?shù)?，故通常需要?shù)量為幾倍的毛坯投入，不僅浪費原材料還浪費加工工時甚至影響生產進度。當新標準提高要求時，更無法通過靜壓試驗。

1靜壓試驗

隔爆電氣外殼的耐壓試驗的目的是驗證外殼是否能承受內部的爆炸壓力。試驗時，若外殼未發(fā)生影響隔爆型式的永久變形或損壞，則認為試驗合格。外殼耐壓試驗可以采用靜壓試驗和動壓試驗。靜壓試驗的壓力介質一般選用含有防銹劑和清洗劑的水溶液，在生產中也稱為水壓試驗。它具有成本低、安全可靠、無污染等優(yōu)點。靜壓試驗是出廠試驗項目之一，靜壓試驗的目的是正確地評判外殼強度及鑄造等缺陷。靜壓試驗須在零件精加工后進行。

控制箱靜壓試驗的相關要求為：清除控制箱內腔的鐵屑及臟物、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。準備好水壓試驗設備后，將控制箱留有透氣孔，開機引水。當水從透氣孔流出時，將透氣孔堵住，繼續(xù)注水，此時水壓不斷上升，觀察壓力表，指示達到規(guī)定值后保持一定時間、環(huán)顧一周，試驗結果以結合面未發(fā)生永久性變形或外殼損壞且未通過外殼壁泄露為合格。如有鑄件線狀裂紋泄漏則報廢。

以公司20t防爆電動葫蘆上的控制箱為例進行靜壓試驗，該控制箱外形尺寸為580×580×170(單位：mm)。在使用新標準要求進行靜壓試驗時，原來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壓力下合格的基礎上繼續(xù)增加壓力時，大約在超過1.6MPa時均出現(xiàn)裂紋，全部報廢，所以必須對箱體進行改進才能滿足新標準要求。

2應力分析

在原箱體不作任何改動的情況下，利用SolidWorks軟件對箱體建模，用CosmosWorks對其進行有限元分析。在施加相應的制約和應力后，運行靜態(tài)模型分析，當對箱體施加1.5MPa壓力時，得到各個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)應力最危險區(qū)在箱體側面與底面的連接圓角處，該區(qū)域與實際試驗報廢時箱體的裂紋區(qū)域是相符的。針對該危險區(qū)域將側面與底面的圓角加大，并對局部壁厚相差較多的地方進行調整，避免局部應力集中，提高強度，增加其安全系數(shù)。在對箱體結構進行調整后，再進行同樣條件下的靜態(tài)模型分析后，發(fā)現(xiàn)原來局部應力大的地方有明顯改善，如果標準要求不提高的話，在1.5MPa壓力下，箱體的合格率會大大提高。但新標準要求壓力須改為2MPa，并且考慮到鑄件毛坯生產過程中質量控制的不穩(wěn)定性，還是不能解決根本問題。這就需要大幅度提高其強度才可行。

圖1　改進前1.5MPa壓力控制箱箱體安全系數(shù)圖解

3材質變更

如果要大幅度提高箱體的強度，僅調整其局部的結構還不能解決問題，要考慮更改材質。在綜合考慮材料性能、價格、采購便利等方面因素后，決定將材質由原來的灰鑄鐵HT200改為球墨鑄鐵QT450-10。

將側面與底面的圓角改大，并將材質進行更改后再次進行有限元分析，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　改進后2MPa壓力控制箱箱體安全系數(shù)圖解

4改進后的靜壓試驗

對箱體模具和材質調整后，制作出樣品進行靜壓試驗。當壓力增加到1.6~1.8MPa時，壓力泄露，經檢查箱體并無開裂現(xiàn)象，壓力是從試驗工裝的密封處泄露的，之前密封材料主要是密封墊，靠平面壓緊來密封，當壓力增大到一定值時，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，經保持時間后，鑄件無異常，控制箱箱體成功通過了2MPa靜壓試驗，具體見圖3。后將此改進過程應用于其它多個規(guī)格，經多次試驗，證明此次改進是有效的。

圖3　控制箱靜壓試驗

5結語

綜上所述，對于容積大的鑄件，采用灰鑄鐵HT200的鑄件在不能滿足靜壓試驗的要求時，可以通過有限元分析，找出最大應力處，進行相應的結構調整，有效地增加其安全系數(shù)。在結構進行優(yōu)化以后還是不能很好地滿足要求的話，進行材質的變更可以大幅度地提高其安全系數(shù)。通過軟件的分析，可以快速有效地解決問題。

參考文獻

[1]GB 3836.2—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分：由隔爆外殼“d”.繞線轉子三相異步電動機技術條件.

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

[3]聞邦椿.機械設計手冊.北京：機械工業(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

作者簡介：李祥男1973年生；畢業(yè)于湘潭機電高等專科學校電機專業(yè)，現(xiàn)從事電動葫蘆的生產技術工作.

中圖分類號：TM357

文獻標識碼：B

文章編號：1008-7281(2015)06-0018-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.06