乳化液泵站多功能控制方式隔爆开关设计【说明书+CAD】
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湖 南 科 技 大 学开题报告学 生 姓 名: 郭文彬 学 院: 机电工程学院 专业及班级: 机械设计制造及其自动化五班 学 号: 1103010523 指导教师: 王起明 2015年 5月 29日湖南科技大学 2015 届毕业设计(论文)开题报告题 目乳化液泵站多功能控制方式隔爆开关作者姓名郭文彬学号1103010523所学专业机械设计制造及其自动化1、 研究的意义,同类研究工作国内外现状、存在问题(列出主要参考文献)由于煤矿环境恶劣,突发事情多,生产危险性大,其生产的特殊性使得对煤矿井下自动化控制设备提出了更多更高的要求。要求其能够实现多种方式控制、保护、监控。显示等功能。主要参考文献为煤矿机电设备。2、 研究目标、内容和拟解决的关键问题(根据任务要求进一步具体化)研究目标、内容:设计一个矿用的,安全性能高的,多种控制方式的,又可以实现其他功能的隔爆开关。关键问题:主回路设计和壳体及关键机构的设计。3、 特色与创新之处1.低成本 2.极高的空间利用率 3. 具有过载、短路、断相、漏电闭锁等保护功能 4. 可进行远方控制和就地控制低速起动、高速运行 5.可靠的闭锁装置 6.中文液晶显示4、 拟采取的研究方法、步骤、技术路线第一、确定隔爆开关需要完成的功能、总体方案论证;第二、主电路原理图绘制及修改;第三、内部电器与外部传感器整体布局结构设计;第四、整体结构以及快开门机构设计;第五、隔爆开关设计计算说明书。5、 拟使用的主要设计、分析软件及仪器设备proeWildfire 5.0、AutoCAD2007、Microsoft Office Word6、参考文献M:1 袁任光.电动机实用控制电路238例.机械工业出版社,2012.M: 2 张兰阁,孙国钦.煤矿机电设备.中国矿业学院出版社,1987.M: 3 芮延年,姚寿广.机电传动控制.机械工业出版社,2006.M: 4 郭雨.煤矿机电设备.中国矿业大学出版社,2005.M: 5 范国伟,桑建明.机电传动与运动控制M.机械工业出版社,2013.M: 6 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社,2011.M: 7 大连理工大学工程图学教研室.机械制图.高等教育出版社,2007.注:1、开题报告是本科生毕业设计(论文)的一个重要组成部分。学生应根据毕业设计(论文)任务书的要求和文献调研结果,在开始撰写论文之前写出开题报告。2、参考文献按下列格式(A为期刊,B为专著)A:序号、作者(外文姓前名后,名缩写,不加缩写点,3人以上作者只写前3人,后用“等”代替。)、题名、期刊名(外文可缩写,不加缩写点)年份、卷号(期号):起止页码。B:序号、作者、书名、版次、(初版不写)、出版地、出版单位、出版时间、页码。3、表中各项可加附页。- 2 -湖南科技大学湖 南 科 技 大 学英文文献翻译学 生 姓 名: 郭文彬 学 院: 机电工程学院 专业及班级: 机械设计制造及其自动化五班 学 号: 1103010523 指导教师: 王起明 2015年 5月 29日后桥壳疲劳失效的有限元分析预测M.M. Topac, H. Gunal, N.S. Kuralay. Fatigue failure prediction of a rear axle housing prototype by using finite element analysisJ. Engineering Failure Analysis,摘 要对与在试验中,当施加循环垂直应力在后桥壳上,产生了过早的疲劳变形的现象 进行了研究。发现在这些试验中,裂缝主要出现在样品的同一区域。为了确定破坏的原因,建立了完整的后桥壳CAD模型。同时,桥壳的机械性能取决于其材料的拉伸性能。利用这些数据,运用有限元原理进行了应力及疲劳分析。确定了疲劳应变的发生位置以及不发生疲劳应变的最小循环垂直应力。将有限元分析的结果与实验的结果进行对比。设计提出了增强桥壳疲劳寿命的解决方案。关键字:后桥壳;应力集中;失效;有限元分析1 概述由于具有较高的承载能力,固体车桥通常用于重型商用车辆上1。固体车桥的结构见图1。在车辆的使用中,车桥是主要承载部件,由路面不平产生的动态应力进而产生的动态压力导致了车桥产生疲劳破坏。因此,最重要的是进行桥壳抵抗疲劳破坏的寿命预测。在大规模生产前,有必要对桥壳模型在动态垂直应力作用下进行如图2所示的装载能力及疲劳寿命的有限元分析。在这些测试中,由液压机构提供的循环垂直载荷施加在样品上,直到样品出现疲劳破坏。根据承载标 准,桥壳必须能承载N=5X105循环应力而不出现疲劳破坏。在对如图3所示不对称的桥壳模型进行垂直疲劳测试时,在应力达到极限前就有疲劳破坏出现在模型上。因此发现,不出现疲劳破坏的最小循环应力大约为3.7X105。在这些测试中, 裂纹出现在班卓过渡区E1和E2。图4所示为一早期破坏的例子。为了找出早期失效的原因,运用CATIA V5R15商业软件建立了一个详细的桥壳三维模型。利用该模型,建立有限元模型。运用ANSYS V11.0商业有限元分析软件工作平台进行应力和疲劳分析。通过拉伸测试的有限元分析获得了桥壳的材料性能,运用RecurDyn商业CAE软件进行车辆动力学模拟,获得了桥壳最大载荷。通过这些分析,找到应力集中部位。为了实现疲劳分析,引入疲劳强度修正系数建立了桥壳材料的估计S-N曲线。将分析获得的结果与垂直疲劳测试实验的结果进行比较。为了阻止早期破坏并获得增大的疲劳寿命,提出了一些解决方案。 图1 商用车后桥壳总成 图2 桥壳模型乘直疲劳测试图3 桥壳几何形状图4 测试样品底部的疲劳开裂图5 桥壳的完整CAD模型2 有限元模型2.1 CAD和有限元模型分析用全尺寸车桥CAD模型如上图5所示。桥壳本质上由两个相同的薄壁壳组成,薄壁壳的厚度为9.5mm并沿着后桥壳的中性轴焊接。在前端面,一个用螺栓固定了差动齿轮装载器的曾环被焊接在桥壳上用来增强刚度。出于密封性的考虑,将一个圆盖焊接在后端面上。这里,元素A和B为下垂壁卡钳联接。支撑C和D代表轮与地面的接触。车桥支撑联接点之间的距离与后轴轮轨之间的距离相等。运用 CATIA V5R15建立桥壳三维模型。将桥壳的完整CAD模型导入ANSYS V11.0工作平台前置处理界面,建立分析所需的有限元模型。有限元模型用于图6所示的压力及疲劳分析。为了建立有限元模型,桥壳按照SOLID187进行网格划分。S0LID187具有二次位移的三维实体单元并且适用于进行不规则网格划分。桥壳被定义为拥有10个节点,且每个节点拥有3个自由度。运用CONTA174和TARGE170元素建立桥壳各部件之间的联系。焊接表面的联接关系选择为完整的可靠联接。有限元模型由779,305个元素和1,287,354个节点组成。 图6桥壳有限元模型表1 S450N的化学特性(Wt%)表2 抗拉测试结果2. 2 桥壳材料车桥壳是由9.5mm厚的微金属合金管壁经冲压焊接制成的,该管壁的材料为热成型标准钢铁S460N (材料编号1.8901,等同于ISO标准3中E460)。该材料的化学成分是从供应商获得的,具体见表1 4。未加工的S460N的机械性能见参考文献5。然而,桥壳材料在制造过程中需经过若干道工序,包括退火至800C和750C热冲压。为了将工序对机械性能的影响引入有限元分析并确定加工后材料的精确机械性能,从后桥壳模型中抽取5个样本并进行拉伸试验。所有的试验均在室温下进行。从后桥壳模型中抽取的5个样本均在热影响区之外。表2给出的结果均为5个样本的最低值,并将这些结果引入有限元模型。将材料定义为显性各向同向性材料。2. 3 负荷条件有限元分析中的负荷条件是根据垂直疲劳测试中出现早期失效处的支撑区域确定的。测试是在如图7所示的可提供80吨载荷的装置上进行的。该装置是由两个具有承载单元的电动液压执行机构和伺服阀组成的,伺服阀安装在连接A,B的卡钳处。TS表示两个卡钳间的距离,T因表示支撑C,D间的距离即真实后桥壳的轮距。车桥的模型是根据如图8所示的由两个空气弹簧支撑的真实桥壳设计的。因 为载荷施加在牵引臂的偏心轮上,所以弹簧的弹力也产生了弯曲应力,该应力在桥壳上产生了一个额外的弯曲AM。测试样品中的额外弯曲影响由图7所示的液压驱动装置的偏距c提供。每个弹簧的最大设计载荷为F = 2850kg。应力垂直的施加在弹簧底座的点。这导致了在卡钳A, B处产生了静态反应力P=4550kg。因为路面不平使车身的集中质量产生的垂直加速度导致在每个卡钳处的最大动态载荷大约为P的两倍。由ReoirDyn商业CAE软件进行的计算机路面模拟所得的载 荷变化范围为182-9I00kg。垂直疲劳测试所得的载荷特性曲线如图9所示。有限元分析也考虑到了最大动载荷9100kg沿额外弯曲变形M所产生的影响。如图10所示的车桥垂直应力模型是根据参考文献6设计的。图7垂直疲劳测试原理图图8 纵臂的偏心载荷 3 有限元分析及结果有限元分析用于预测应力集中及疲劳寿命较低区域的准确位置。P和M施加在图10所示的卡钳连接处。运用装配1.86GHz因特尔至强四核处理器的HPx因8400工作站借助ANSYS V11.0工作平台进行压力分析。图11所示为有限元分析所得的等应力分布图。分析结果显示应力集中区域F1、F2分布在桥壳承载区域底部的过渡区。从图12中可以看出疲劳失效区域与临界区域在同一位置。计算得出的最大分布应力为 max=388.7Mpa;是材料屈服应力点的78. 1%。这说明桥壳在承受最大静载荷时符合安全条件。图9疲劳测试中的执行机构负荷特性曲线图10桥壳的外加负荷及弯矩图图11 下壳体上的工作应力分布图12测试与分析结果比较4.疲劳寿命预测由于在使用中后桥壳承受动应力,也需要进行疲劳分析。压力寿命的疲劳极限估计值为 (1)钢材的强度极限小于1400MPa7,8。这意味着疲劳强度的周期为106或更多。为了预测在105 - 106周期范围内的疲劳寿命,使用参考文献9中使用简单抗拉测试获得所需数据的方法作出桥壳材料的S-N曲线。代表理想实验样品的压力疲劳寿命。为了预测机械零件的真实疲劳强度, 需要乘上代表各种设计,制造和环境对疲劳强度影响的修正因子10。Se为 Se=kakbkckdke (2)式中ka为根据下式得出的表面抛亮度得到的表面因数ka=a (3)由于桥壳表面的粗糙度与经过热冲压工艺的热轧钢板相似,所以推荐的标准为 a=57.7和b=-0.7187.经计算得出ka=0. 564, Sut=629.9MPa。另外,喷丸工艺作为一种常见的爪于减少零件材料表面残留应力的方法,也用于增加热冲压后的桥壳表面的疲劳寿命。文献9中给出这种方法可增加70%的疲劳寿命。因此,在有限元分析中ka的取值为0.959。因为桥壳为非圆形截面,根据横截面深度h远大于50mm假定尺寸因数kb为0.75。由于环境温度T=0-250C,所以弯曲和环境因数 kd=1,进而确定负荷系数kc=1。通过静态有限元分析,可得出应力集中区分布在班卓及横臂过渡区域。所以,除了上述修正因数外,疲劳强度修正因数ke必须引入分析,ke可通过与应力集中系数kf有关的应力集中系数kt得到。因此ke的计算式为ke=1/kf (4)出于安全考虑,kf假设与kt相等7。由于桥壳的大小及形状的复杂性,kt无法从标准文献中查出。另一方面,kt被定义为Kt=peak/nominal ( 5 )式中peak为凹口处得峰值应力,nominal不出现应力集中时的常应力p9, 12,peak的使用数值可从max=388. 7MPa时的静有限元分析中得出。为了计算nominal将后桥壳简化为一简支梁,其沿纵轴Y的危险横截面X1X1都为矩形并适用于纯弯曲理论6。 nominal按图10所给出的模型的计算公式为nominal=M/Z (6)式中M为弯曲力矩,Z为危险横截面的断面系数。M的取值为41.9xl06Nmm。断面系数Z取值为127507mm3。因此计算得出nominal为329MPa。发现ktkf=1.181,ke=0.846。运用ANSYS V11.0工作平台定义S-N曲线中标绘的修正因数。通过压力寿命决定桥壳材料的疲劳寿命。全部的疲劳分析都是以无限寿命进行的(N=106)。用有限元分析得到的压力分布图进行疲劳寿命计算。由于载荷具有正弦波动特性(平均应力m0),修正方法如下9 (7)式中,n表示安全系数。振幅为 (8)(8)平均应力am可表示为 (9)式中,通过有限元分析得到max为最大值9100kg,min匹配的最小值为182kg。壳体底部的分配系数n如图13所示。根据疲劳分析结果,估计在周期为ca3.6X105时,桥壳表面F1区域会发生裂纹开裂,该数值低于预测值为5x105周期的最小疲劳寿命。此处n的最小值为0. 93。在桥壳的内表面,最大应力集中发生处F2区域的n值最小,计算结果为0.767。这意味着,在垂直应力测试中区域F1和F2会在载荷周期5X105 前发生疲劳幵裂。5.结构及讨论有限元分析显示在垂直疲劳测试中出现疲劳破坏的区域存在应力集中,该应力集中会导致在最小预测周期5X105前出现过早破坏。此结果与垂直疲劳试验中的结构相同。增大桥壳的疲劳寿命需减小应力集中。减小应力集中,增大疲劳寿命的最简单的方法是金属壁的厚度。然而,在F1F2区域外桥壳符合无限寿命周期条件。增加金属笔厚度导致了不必要的重量增加。例如,增加厚度0.5mm,使得桥壳材料在临界区域的疲劳极限提高到了超过5. 85X105周期,此极限超过了设计的疲劳极限。另一方面,这也意味着提高了汽车非簧载质量5%的重量。所以这并不是实用的解决方法。作为另一种解决方法,可从新设计过渡区域的几何形状。平整的过渡区几何形状可提高疲劳痔命而不增加重量。此外,加固环的形状也对应力集中产生影响。在所研究的该桥壳设计中,加固环的厚度为20mm。为了预测加固环的影响,在没有加固环的情况下又进行了一次有限元分析。在临界区域F2处的最大分布应力为428MPa。这意味着,实用加固环大约减少了10%的应力集中。通过增加此部分的厚度,可能会增加硬度。在此设计中,由于动力系统外形的限制,增加的厚度为5mm。根据此加固环的外形变化 进行静态疲劳分析。然而,分析显示疲劳强度的增加均为其自身的,因此桥壳的疲劳寿命不会增加到超过设计最小载荷周期5X105倍的程度。因此,増加加固环的厚度可与从新设计过渡区几何形状同时使用。 图13下壳体安全系数分布6.总结运用有限元分析方法对卡车后桥壳模型的早期疲劳失效进行分析。在分析中,通过模拟垂直疲劳试验过程,预测应力集中区在班卓过渡区域。发生疲劳开裂的区域与分析所得结果相吻合。通过有限元分析可预测破坏发生的位置。通过稳态和循环张应力确定临界区域。裂缝导致破坏发生在桥壳的应力集中区域。尽管桥壳模型负荷最大垂直载荷静态忍耐条件,分析显示,如果为循环载荷,疲劳破坏可能在预测的最小周期5X105前发生。有限元分析同样可用于估计疲劳失效开始前的周期数。为了解决该问题,増加金属管壁的厚度因为会增加桥壳的重量,所以并不是实用的方法。重新设计班卓过渡区和增加加固环的厚度,这种符合最小设计准则的途径,也许是增强疲劳寿命的好方法。 感谢这篇论文在土耳其伊兹密尔市的Ege Endustri ve Ticaret A.S.的帮助下完成。作者同时也对来自Dokuz Eylul大学的E. Cmar Yeni博士和Pamukkale大学的Cemal Meran博士的批评与建议表示感谢。- 11 -湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计( 论 文 )题目乳化液泵站多功能控制方式隔爆开关作者郭文彬学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号1103010523指导教师王起明二 年 月 日湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)任务书机 电 学 院 院 测 控 系(教研室)系(教研室)主任: (签名) 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 机械设计及自动化 1 设计(论文)题目及专题:乳化液泵站多功能控制方式隔爆开关设计2 学生设计(论文)时间:自2015年 月日开始至 年 月日止3 设计(论文)所用资源和参考资料:3.1 根据毕业设计题目的技术要求查阅相关论文等技术资料;3.2 了解传统乳化液泵站控制与已有的自动控制技术成果;3.3、熟悉煤矿隔爆电器设计规范要求;3.4 熟悉设计所用的专业应用软件。4 设计(论文)应完成的主要内容:4.1、隔爆开关内部电器与外部传感器整体布局结构设计;4.2 隔爆开关整体结构以及快开门机构设计;4.3 整体结构三维图设计;4.4 装配及零件图绘制。5.4、隔爆开关电主回路控制系统设计5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求:5.1 隔爆开关设计计算说明书;5.2 隔爆开关电主回路控制系统电路图;5.3 各零件及装配图。5.4 提交相关英语翻译不少于2000字。 发题时间: 2015 年 03 月 09 日指导教师: (签名)学 生: (签名)湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)指导人评语主要对学生毕业设计(论文)的工作态度,研究内容与方法,工作量,文献应用,创新性,实用性,科学性,文本(图纸)规范程度,存在的不足等进行综合评价指导人: (签名)年 月 日 指导人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)评阅人评语主要对学生毕业设计(论文)的文本格式、图纸规范程度,工作量,研究内容与方法,实用性与科学性,结论和存在的不足等进行综合评价评阅人: (签名)年 月 日 评阅人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)答辩记录日期: 学生: 学号: 班级: 题目: 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)说明书共页2 设计(论文)图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:主要对学生毕业设计(论文)的研究思路,设计(论文)质量,文本图纸规范程度和对设计(论文)的介绍,回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任: (签名)委员: (签名)(签名)(签名)(签名) 答辩成绩: 总评成绩: 摘 要在爆炸危险区域的自控系统设计中,人们在实践中积累了各种防爆方法,如本质安全型、正压通风型、隔爆型、增安型、充沙型、充油型、浇封型等各种防爆方法。本文以济源市科灵电器有限责任公司的产品为背景,针对目前国内隔爆开关在特殊工作场所中的防爆要求,在公司原有产品技术和设备的基础上,提出了一种较为理想的隔爆兼本质安全型双速真空电磁起动器的设计方案,将隔爆兼本质安全防爆技术与交流双速电机启动技术有机结合开发完成了本次设计产品。本文第一章首先介绍了煤矿井下防爆技术的发展概况以及电动机防爆起动技术的现状与发展趋势。进一步提出矿用隔爆装置的防爆技术要求,点明本课题主要解决的问题。 本文第二章针对本质安全电路的原理、特点及国家标准的要求,阐述了本质安全电路设计的基本原则及方法。分析了目前矿井电动机控制系统先导电路的工作原理,按照本安电路设计规范要求对煤矿井下防爆隔爆开关的本安电路结构及元件的选型进行了设计计算。对矿用隔爆开关整体设计进行了概述,说明了矿用隔爆开关的工作原理、主电路设计,根据元件的额定值选型从而对隔爆开关设备中所使用的电气元件(真空接触器)进行选型,以及隔爆开关内部电器与整体布局结构设计。本文第三章重点分析了矿用防爆隔爆开关的防爆壳体的设计思路,以标准化隔爆级别和安装维护的方便为前提,从防爆外壳的选材,到结构型号,再到接线方式,结合面的配合程度,甚至外壳上配用的螺栓螺母,均按相应的国家技术标准要求设计完成了一套完整的产品装配图与零件图。本文第四章分析了何种快开门机构适合本次设计的矿用防爆隔爆开关,并对快开门机构进行设计。 本文第五段进行了总结。关键词:防爆技术,双速交流电动机,隔爆结构,本安电路ABSTRACTIn 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湖南科技大学本科生毕业设计目 录-ii-第一章 绪论 11.1 乳化液泵站的描述 11.2 工业防爆技术概况 11.3 矿用防爆电器产品的技术创新和发展趋势31.3.1 矿用防爆电器产品的技术创新 31.3.2 矿用防爆电器产品的发展趋势 51.4 起动装置的防爆技术要求 6第二章 隔爆开关电路设计 92.1 隔爆开关的特点及主要性能 92.2 隔爆开关部分元件选型和主电路原理图 112.2.1 隔爆开关接触器选型 112.2.2 隔爆开关主电路原理图 122.3 隔爆开关起动原理和保护 122.3.1 隔爆开关的起动原理 122.3.2 隔爆开关的保护 142.4 隔爆开关的使用和维护 142.5 隔爆开关内部电器与整体布局结构设计 152.5.1 外形结构 152.5.2 主腔结构 152.5.3 门上装置 152.5.4 外壳接线腔 16第三章 隔爆开关隔爆结构设计 173.1 隔爆壳体的设计研究 173.2 隔爆开关的隔爆壳体设计 213.2.1 长方体隔爆壳体的设计方法 213.2.2 隔爆壳体加强筋的设计结果 263.2.3 隔爆壳体壁板的设计方法 283.2.4 隔爆壳体壁板的设计结果 283.2.5 隔爆壳体法兰的刚度设计方法 293.2.6 隔爆壳体法兰的设计结果 313.3 连接螺钉的强度及数量 33第四章 快开门机构设计 364.1 快开门机构概述 364.2 快开门机构的设计 36第五章 结论 40参考文献 41致谢 42第一章 绪 论1.1 乳化液泵站的描述乳化液泵站是用来向综采工作面液压支架或高档普采工作面单体液压支柱等输送高压乳化液的设备,是机械化采媒工作面的主要装备之一,它是一种把机械能转变为液压能的能量转换装置。综采工作面的液压支架之所以能够支撑顶板,并能实现推移刮板输送机、移架、调架、护壁、侧护、防倒、防滑等动作,都是乳化液泵站供给的压力液使各种千斤顶动作的结果。所以说,乳化液泵站是液压支架的动力源,它的好坏直接影响着液压支架的工作性能和使用效果。除液压支架、单体液压支柱是靠乳化液泵站供给的压力液工作外,在某些综采工作面,可弯曲刮板输送机的紧链液压马达、采煤机牵引链的张紧千斤顶、桥式转载机的固定与推移千斤顶,以及工作面上下出口处超前支护用的单体液压支柱等,都是靠乳化液泵站供给的高压液工作的。目前我国矿用乳化液泵站,都是面向综采工作面的大型泵站,超高压、大流量是其发展的主要方向,而且绝大多数的乳化液泵站都不带配液装置。在一些临时作业场所需要动力时,这种大型乳化液泵站使用起来极不方便,急需多种多样的轻型动力源装置。乳化液泵站是由乳化液浓度自动配比装置、乳化液泵组、乳化液箱及附属装置组成。乳化液泵站在实际使用时,往往是同时安装两台乳化液泵和一个乳化液箱,所以通常称“两泵一箱”。同时安装两台乳化液泵的好处是,在正常情况下,一台泵运转,另一台泵作为备用或进行轮换检修,当工作面液压支架等液压设备需要增加供液量时,也可让两台乳化液泵并联工作,从而满足生产的需要。1.2 工业防爆技术概况工业用电气设备的选择主要瞄准在恶劣工业环境中的长期可靠运行和良好的工作性能。当电气设备用于爆炸性气体环境中时,要特别注意防止电气设备因火花或热表面而引起的爆炸。因此,选择的目的在于把电气设备可能引起爆炸的概率减小到容许的最低限度。引起爆炸的条件是,必须同时存在爆炸性气体和引燃两个条件。在某一场所,爆炸性气体存在的可能性很高,电气设备的结构应使产生点燃源的可能性尽可能小,相反,对于那些爆炸性气体存在的可能性很小的场所,则可允许点燃源存在的概率稍高些。因此,电气设备与实际危险条件必须谨慎匹配,以便一方面保证满足电气设备的安全等级要求,另一方面避免电气设备不必要的造价和系统设计等方面的复杂化。如果工业上不可能使用无火花电器,一些专用方法可保证电气设备不发生爆炸,这些特殊方法称为“防爆型式”。防爆型式是为防止电气设备引起周围爆炸性气体环境引燃而采取的特定措施。各种防爆型式通常用字符表示,这些符号的介绍及特殊防爆形式意义简要解释如下。 d:隔爆外壳一种防爆型式。在这种防爆型式中,能够引起爆炸的电气设备元件均封闭在一个外壳内,该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力而不受损坏,或阻止内部火焰通过壳内任何接合面及各结构开口向外部爆炸性环境传播。e:增安型防止产生过高温度和产生电弧和火花的可能性,从而达到增加安全所提供的一种防爆形式。h:气密型气密壳体中含有防止机械损坏的潜在点燃措施用装置。i:本质安全型在这种防护形式中,所有电路的设计均作到:符合设计规范而电气地和机械地、或在规定的故障条件下所产生的任何火花或热效应均不能引起规定的爆炸混合物引燃。本质安全防护分两类:ia类具有规定电流和/或电压安全系数的电气设备不会在正常运行中,或由所施加的单个故障,或两个故障并合产生引燃。ib类具有规定电流和/或电压安全系数的电气设备不会在正常运行中,或由所施加的单个故障产生引燃。m:浇封型在这种防爆形式中,潜在的点燃源被灌封在阻燃的固体绝缘材料中。这种材料应能在内部故障条件下防止断裂。n:无火花电器正常运行中既不能产生以引燃的电弧或火花,也不能产生能引燃热表面的电气设备认为是无火花电器。o:充油型电气设备或电气设备部件浸入油中的一种防爆形式,这种浸渍方法使油上面或壳外的爆炸性气体均不会引燃。p:正压型这种防爆形式分三类。如果通过保持外壳内的空气压力大于外部环境压力来防止爆炸性气体进入电气设备中,则应用空气正压。如果通过保持外壳内惰性气体的压力大于外部环境压力来防止外部气体进入电气设备中,则应用惰性气体正压。连续稀释(人工通风)是用足量的保护气体(通常为空气)通入外壳,以驱散和稀释因易燃物质从内部释放而可能产生的可燃性气体或蒸汽,从而防止爆炸。在爆炸危险场所,为了防止外部环境气体进入外壳内,应在外壳内保持适量的过压力。如果不能保持外壳内保护气体的供给,为了防止危险情况的发生,应设置视觉装置或音响装置报警。一经发生警报,应立即采取正确的措施恢复保护气体的供给,必要时,手动切断电气设备的电源。如果不能手动切断电源,必须能够自动切断电源。q:充沙型一种用细粒状材料充填外壳的防爆形式,使预期使用状态下电气设备外壳内产生的电弧不能引燃外部环境气体,典型的充填材料是石英砂。r:限制呼吸型一种防爆形式。引燃源封闭在密封的外壳内,在有限时间内足以防止外部环境气体大量渗入而在内部产生爆炸性混合物,且外部元件不能产生爆炸。s:特殊防爆形式这种防爆形式不能整个地归入到上述防爆形式中任何一种形式中,一个电气设备内可综合有几种防爆形式。对于具有这种防爆形式的电气设备,相关文件应指出该专用的防爆形式对哪一种危险能适用。表1.1指出了特殊危险条件下提供合适安全级别的防爆形式。在这些合适的防爆形式中,大部分实际上没有必要,或对某特殊危险过于良好,因此,对所有使用细节需要作进一步分析,以便对特殊危险场所所要求的防爆形式达到最佳选择。表1.1 现在的防爆形式危险种类防爆形式符号(注1)内部释放正常 非正常无 无无 是是 注2场所分类2区1区0区2区1区0区2,1或0区dAA-22-eAA-AA-hAA-AA-iaAAAAAAAibAA-AA-mA-AA-mAA-A-oAA-p-qAA-rA-sAAAAAAA根据危险条件中的通用考虑和上述防爆形式,有关选择步骤总结如下:第一步:研究场所分类图,并尽可能地将电气设备安装在非爆炸危险场所,如开关间或控制室。第二步:大多数剩余电气设备应尽可能安装在2区危险场所。在这种情况下,只要正常工作条件下不能引燃,应首先考虑使用一般工业电气设备。第三步:在第二步不适用的地方,应从表1.1选择适当的防爆形式。表1.1给出的各种可能性中,对特定危险的情况应优先选择,但不能满足危险场所。第四步:当已选择“隔爆外壳”和“本安型”时,要确定电气设备的适当温度等级和适合的气体组别。第五步:由所选择的防爆型式、适当的温度等级和(必要时)适当的气体组别,确定电气设备的工业有效性。如果失败的话,选择适宜于更危险的电气设备。第六步:存在几种可能性时,应比较设备成本和运行成本,作出最后选择。本课题研究开发的隔爆兼本质安全型双速真空电磁起动器采用的防爆型式为:隔爆兼本质安全型。1.3 矿用防爆电器产品的技术创新和发展趋势1.3.1 矿用防爆电器产品的技术创新矿用防爆电气产品经过这几年的发展已经取得了许多的进步,煤矿电气自动化技术,煤矿安全生产监控系统等自动化产品达到了一定的水平,机电一体化技术、电力电子调速技术在煤矿井下运输机械、提升机械和采煤机械中开始得到广泛应用。应该说经过多年发展,目前已形成较完整的防爆电工产品的制造体系,基本上满足了煤矿井下当前供配电、井下机械化,及控制、保护的发展需要。近几年来,矿用防爆电器产品在样式、规格上得到许多扩充,如矿用防爆高低压软起动器、矿用防爆变频调速装置、矿用防爆高低压组合开关等一批新技术产品,也开始在煤矿井下得到了广泛的应用。由于有持续、稳定的需求,我国的矿用电器产品生产已形成了一个较大制造产业,同行竞争也日趋激烈。如何避开价格竞争、避开低水平重复生产,通过技术创新来发展企业,成为我们每个矿用电器产品生产经营者思考的问题。企业成功发展的路线在哪里,唯独只有技术的创新,通过开发高技术、高附加值的矿用电器产品来赢得市场。同时从社会效益来讲,也只有通过技术创新发展采煤机械化、电气化和自动化,才能促进建立真正意义上的本质安全的现代化矿井。技术创新,是衡量一个企业是否具有先进性,是否具备市场竞争力,是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国矿用电器市场的迅猛发展,与之相关的核心生产技术应用与研发,必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外矿用电器生产核心技术的研发动向、工艺装备、技术应用及趋势等对于企业提升产品技术规格,提高市场竞争力十分关键。虽然高低压软起动器、高低压组合开关、变频调速装置等新产品的不断开发,但这些产品在发展上还是受到许多的制约,许多防爆电器产品核心的组件依然依赖国外技术。这些核心组件的生产水平与国外同类产品还是有很大的差距。技术创新由初始研发到走向成熟一般要经历三个阶段:引入期、成长期和成熟期。在引入期时,技术发展很慢,往往要经过相当长的时间才能突破;例如,我们现阶段的变频调速装置,约有50%的矿用防爆企业采用直接购买国外机芯组装生产;40%的企业采用国内技术加以吸收利用,只有约10%的企业能做到自主开发生产。同时针对变频器的EMC性能的研究还是处于初级阶段,但是这种阶段给予我们挑战,如何克服变频器输出谐波对电网供电、监控设备的影响,成为许多企业攻克的目标,井下电网谐波治理也将成为下阶段发展目标。当技术创新在成长期时,技术发展很快,技术性能迅速改进;例如,现阶段的变频牵引采煤机,利用变频恒功率调速和PLC集中控制的特性,在采煤机的应用上日趋成熟,提高了采煤机的工作效率和可靠性,基本上取代了液压牵引技术;又如液压绞车集电、油、气三能源为一体,操作繁杂、落后、噪音大、维护工作量也大,采用防爆变频器技术后完全改变了生产工艺,得到煤炭企业用户的认可。当技术创新进入成熟期时,技术相对稳定,不再有大的变化,技术进步体现为局部改进。例如,现阶段的高低压组合开关已接近现有国外水平,PLC、DSP、现场总线等电子技术的应用,对组合开关的 稳定运行提供了技术支持,相关电缆引入装置也基本达到了国产化,组合开关的单元式结构 也取得了长足的进步。认识到技术创新的三个发展过程,才能准确定位我们产品的发展思路。 许多企业也认识到技术创新的必要性,但又苦于找不到突破口,针对目前产品的状况,企业的技术创新目标在哪里呢?其实,以往的起动器、馈电开关、电控箱主要以分立元件电路进行保护,存在元件不稳定、漂移较大的缺点,单片技术在保护器上的应用,带来了操作方便,性能稳定的优点;人机界面的配合应用使操作更加清晰,故障记忆功能,为煤矿企业分析问题提供了依据。技术的创新也是专注于自身产品性能的不断提高。如某企业生产的GM系列采煤机用隔离开关在市场占有率已达90%以上,性能的稳定得到同行业的认可;某企业的小型化隔爆兼本安型水位控制起动器也得到行业和煤炭企业用户的认可。许多企业的成功案例都值得学习和借鉴,我们应该改变盲目跟风的思想,在产品上一概求全,只考虑面的覆盖,而忽视了对自身专长产品性能的提高。技术创新,拥有自主的知识产权,同样也是矿用防爆企业发展的保障。1.3.2 矿用防爆电器产品的发展趋势把握产品的发展趋势,同样就把握了市场,针对矿用产品的发展趋势,提出矿用防爆电器方面以下三点:第一、电器的基础性能研究我国80年代初开始应用真空管,目前矿用防爆型真空开关在井下已普及使用。真空管的运用为煤矿井下安全供电起了很大的作用,如矿用隔爆型真空电磁起动器产品,具有较强极限分断能力,适合于矿井下电机频繁起动,维护量少;矿用隔爆型真空馈电开关的全分断时间小,与快速漏电保护配合,提高了防触电和防瓦斯爆炸的安全性。真空接触器、真空断路器的需求量非常的大,但目前市场上,真空管的质量却参差不齐,许多生产工艺还是停留在80年代初的基础上,与国外的工艺比较起来还是有较大差距。在真空管的应用上也是存在操作过电压的影响,以及真空度的保证问题,真空度的下降,容易在井下产生漏电事故,影响生产,出现事故,一些企业也开始致力于真空管电器的研究,以及漏气保护的研究,在漏气保护、真空管粘连保护方式上已取得进展,这为今后的井下电器安全运行提供保证。随着电子技术的不断发展,利用功率电子器件取代真空管实现对电机的启停控制,将是发展方向,在煤电钻综保的控制中已被使用,如可控硅的无触点关断控制,增加了使用寿命,安全可靠。大功率可控硅在起动器上的应用也改变了传统起动器的性能。功率电子器件运用给防爆电气产品的性能和可靠性能赋予新的生命力的同时也给产品的防爆和安全技术要求带来新的课题。第二、低压馈电开关的选择性漏电研究漏电保护是煤矿井下电器三大保护之一,其保护的可靠性影响到煤矿安全生产。目前的低压馈电开关的选择性漏电保护原理仍基于零序电压、零序电流的保护方式;另外采用外加直流对供电网络的绝缘情况进行连续监视方式。由于供电网络的加长及屏蔽电缆的应用,以及变频器等功率电子器件应用等原因,使井下供电网路复杂,在选择性漏电保护上存在许多杂散性,分布电容的不确定性,这些都对漏电保护提出了要求。利用先进的数字化采集技术,如何分析井下分布电容状况,实现精准的选择性跳闸切断故障支路而不影响其他工作支路,保证井下可靠安全供电也是急需研究的新课题。第三、矿用交流变频器产品的发展由于科学技术的不断进步和发展,大功率电子电器在井下应用发展速度很快,其中交流变频调速装置具有效率高、故障率低、控制性能好等优点,能明显改善生产工艺,越来越受煤矿生产行业的重视,矿用变频调速装置过去主要用于采煤机电牵引部件等100kW左右的调速,一般前级有专用变压器来供电,对电网影响小。但随着变频器技术不断成熟,从上世纪80年代电牵引采煤机成功运用开始,煤矿生产设备如通风机、绞车、提升机、空压机等机械设备上都开始采用变频调速技术,不但改变传统的生产工艺,主要还体现在高效节能上。如矿井主扇。1.4 起动装置的防爆技术要求隔爆开关按防爆型式分为矿用隔爆型“ExdI”和矿用隔爆兼本质安全型“ExdibI”。本文研究的隔爆开关为隔爆兼本质安全型。型号按MT/T154.2-1996的规定,基本参数:额定电压:660V、1140V;额定电流:符合GB/T762-2002的规定(除非产品标准另有规定);额定频率:50HZ;电流过载倍数:4。QJ起动器外壳应具备耐爆性和隔爆型结构隔爆外壳属电气设备的一种防爆型式,其外壳能够承受通过外壳任何结合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏,而且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。隔爆外壳的防爆型式通常称为隔爆型,用字母“d”表示。隔爆型电气设备的要求之一是设备外壳必须具有耐爆性,实际就是外壳的强度问题。当隔爆外壳内部发生爆炸时,应使其不发生变形和损坏,不致使爆炸火焰直接点燃矿井中的瓦斯混合物,从而达到耐爆要求,它是由外壳的材质和机械结构强度来保证。因此,外壳应有足够的坚固性,以及外壳在热源的作用下,经烧灼及过热不会受到损伤。外壳的隔爆性,又称不传爆性,它是隔爆型电气设备的一个重要因素。所谓隔爆性就是要求外壳各个部件的连接要符合一定的隔爆构造参数,而使其在下列情况下不能点燃周围爆炸性介质:当电气过载或短路,引起壳内的油或有机绝缘物分解生成的可燃性气体爆炸,其火焰传出外壳时,由于隔爆构造参数对弧光短路目前还无法达到隔爆要求,因此只能在电气方面加强绝缘,保证质量,或采用迷宫式结构。如电缆用电子管式的保护方法来达到防爆目的或者严格控制瓦斯的浓度。这些都是外壳内可能出现的最危险情况,如果把它限制在外壳内部,不让它波及到壳外,或者虽然冲出了火焰和灼热的金属颗粒,但已被冷却,就能有效地防止周围可燃性瓦斯的爆炸。所谓不传爆性,就是甲烷空气混合物在外壳内部爆炸时,向外喷出的火焰,不会引起壳外可燃性气体的爆炸。它是由外壳的结构,即通过外壳装配接合面的宽度、间隙和表面加工光洁度来实现的。这种接合面可以是法兰盘对口式,也可以是圆筒或活动式的装配。起动器防爆外壳采用快开门结构,其隔离开关与隔爆外壳之间装设可靠的机械连锁,保证只有当隔离开关处于断开位置时,主腔才能打开;当主腔打开后,以正常的操作方法不能使隔离开关闭和。隔爆接合面指隔爆外壳不同部位相对应的表面配合在一起(或外壳连接处)且火焰或燃烧生成物可能会由此从外壳内部传到外壳外部的部位。外壳接合面宽度又称火焰通路长度指从隔爆外壳内部通过接合面到隔爆外壳外部的最短通路长度。隔爆间隙指隔爆接合面相对应表面之间的距离。隔爆开关隔爆接合面间隙,接合面宽度和表面粗糙度应符合GB3836.2-2000第五章的要求,接合面表面平均粗糙度Ra不超过6.3um,无论是长期关闭或是经常打开的外壳其所有接合面均应符合标准中规定要求,接合面表面应进行防腐处理,但通常不允许使用漆或类似材料涂覆,除非已证明该材料和涂覆工艺不会影响隔爆性能。对于I类电气设备,应能直接或间接检查经常打开的门隔爆外壳应能承受标准中规定的内部试验压力而不发生损坏或引起外壳结构强度降低或接合面处间隙产生永久性增大使其超过表中规定间隙值的变形。根据规定,I类设备的外壳材质应符合附录C中的补充规定,即采掘工作面用电气设备的外壳须采用钢板或铸钢制成。要求隔爆开关外壳能承受外壳耐压试验和内部点燃的不传爆试验。外壳耐压试验的目的是证明外壳能否有效的承受内部爆炸,外壳应在带有全套内部装置或在该位置上装有等效作用的物体状态下进行试验,但是外壳若设计成在拆去内部部分装置后仍能使用时,则应在检验单位认为最严酷的条件下进行试验,试验时,若外壳未发生损坏,也未发生永久变形,则认为试验合格,在接合面的任何部位都不应有永久性的增大。此外,隔爆外壳应经得起过压试验,包括静压和动压试验。静压试验试验压力应为参考压力的1.5倍,但至少为0.35MPa。加压时间应为10s。对于容积大于10cm3而不经受出厂试验的外壳,试验压力应为参考压力的4倍。如果已知参考压力,则进行动压试验时可使外壳承受的最大压力为参考压力的1.5倍。压力上升速度不应与测定参考压力时的上升速度差别太大。特殊情况下可以通过预压用于测定参考压力的爆炸性混合物进行试验。内部点燃的不传爆试验是将外壳放置在一个试验罐内,外壳内和试验罐内应充以相同的爆炸性混合物进行试验。外壳内的混合物应采用一个高压火花塞或其他低能点燃源来点燃。另外,若外壳内装有能点燃爆炸混合物的开关装置时,可用该装置来点燃。如果点燃没有传到试验罐内,则认为试验结果是合格的。I类使用的爆炸性混合物及其与空气的体积比应符合表中规定即甲烷58%氢24%。试验次数至少5次。本装置防爆性能试验属型式试验项目,外壳静压试验属出厂检验项目。起动器外壳在精加工后应进行压力为1MPa的静压试验,历时10+20s,试验以无结构损坏或可能影响隔爆性能的永久变形为合格。本质安全电路指规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。隔爆开关的本质安全电路设计与制造应符合GB3836.4-2010规定,并通过GB3836.4-2010中10.4规定的火花点燃试验。该装置中本质安全电路导线用兰色绝缘导线或加兰色导管,接线腔内本安电路端子应在附近加本质安全标志“i”;接线腔内本安电路与非本安电路电气间隙应大于50mm。本质安全电路是防爆电气设备中最安全的,因为即使在故障状态下,它也不会引起爆炸,也就是从“本质”上是安全的,故称为本质安全型(简称本安型)。全部电路均为本质安全电路的电气设备称为本质安全型电气设备,标志符号为“i”。本质安全型电气设备按型式可分为单一式和复合式。单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的,复合式本质安全电气设备是指电气设备的部分电路是本质安全电路,另一部分为非本质安全电路,矿用隔爆兼本质安全型软启动器输入电路与动力电网关联,不能设计成单一式本质安全电路,只能是复合式本质安全型,对非本质安全部分须采用隔爆外壳、浇封等防爆措施。隔爆开关先导电路必须按照设计本安电路的基本原则与方法,更大范围地把防爆电气产品设计成本安型防爆电气产品。第二章 隔爆开关电路设计2.1 隔爆开关的特点及主要性能矿用隔爆兼本质安全型双速真空电磁起动器适用于含有爆炸性危险的气体和煤尘的矿井中,用于交流50HZ,电压1140V,长期工作制、间断工作制的三相交流双速电机的起动、停止和在停止时进行换相之用,也可作远距离的起动和远距离的停止,具有过载、短路、断相、漏电闭锁等保护功能及故障显示功能,能防止控制先导回路发生短路时的自动起动保护。双速起动器适用于下列工作条件 海拔高度不超过2000米 周围介质温度不高于+40不低于-5 周围空气相对湿度不大于95%(+25); 安装位置与垂直面倾斜不大于15; 无强烈颠簸振动的场合无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体和蒸汽的场所 有防雨设备和防液体浸入的地方双速起动器型号表示方法如下: Q J Z 3 / S 双速 额定电压 额定电流 设计序号 真空 隔爆兼本安型 起动器控制方式:双速起动器可进行远方控制和就地控制低速起动、高速运行控制先导回路为本质安全型,其额定电压为10V正常工作电流6毫安保护功能过载反时限短路瞬动断相延时10秒动作欠压保护延时10秒动作过压保护瞬时过压:阻容吸收显示方式:中文液晶显示引入电缆装置进线口、出线口各2个,引入电缆外径32-66mm,控制线进出口四个,引入电缆外径14.521mm。本质安全电路参数:本安变压器输入电压:AC36V;熔断器0.1A;本安电路输出端最大开路电压Uo:AC21V/DC11V;Io:AC68mA/DC21 mA。远控电缆长度300m,分布电感:1mH/km;分布电容:0.1F/km。 本安与非本安端子间距离应大于50mm,本安端子旁设“ib”标志,本安电路用导线应使用兰色, 并单独布置。 保护应双重化,保护性元件应经老化筛选且在正常工作及故障状态下的电压、电流或功率不得超 过其额定值的2/3。出厂检验时应进行本安参数测量和工频耐压试验,变压器入厂时须进行例行试验。印制电路板厚度1.6mm,铜箔厚度不小于0.35mm,宽度不小于1mm,元件安装调试完毕后,喷 涂两遍三防漆。本安变压器例行试验要求:(试验期间漏泄电流5mA) 输入有熔断器保护,熔断器额定电流为0.1A,变压器采用0.075mm厚的铜箔作为屏蔽,并设置两 根结构上分开的接地导线,且每根均应能承受1.7Ie流过,Ie为熔断器额定电流,变压器铁芯应接地。两个绕组并列在铁芯的一个柱上,绕组之间加0.8mm的固体绝缘。变压器绕组应用浸渍加以固定。端子分开布置。本安电路电气间隙3mm,爬电距离3mm,涂层下爬电距离1mm。 漏电闭锁检测回路电压DC18V,检验电流0.4mA。3.7 继电器要求:继电器的线圈连接到本质安全电路时,正常工作时的触头应不超过它的制造厂规定值,并且开闭不超过5A有效值或250V有效值或100VA,其本安线圈对非本安接点间应小于1500V耐压,历时1min应无击穿与闪络现象。 本安端子与接地间距离3mm,本安与非本安裸体间的电气间隙,爬电距离3mm。 本标准通常选用的使用类别及代号按照下列要求:电流使用类别典型用途举例 AC AC-3 笼型异步电动机的起动、运转中分段 AC AC-4 笼型感应电动机的起动、反向转动、点动产品严格按照 MT111-1998矿用防爆型低压交流真空电磁起动器、GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分:设备通用要求、GB3836.2-2010爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备、GB3836.3-2010爆炸性环境第3部分:由增安型“e”保护的设备;GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由安全型“i”保护的设备生产。补充试验方法:本安参数测量,用计量合格的仪表进行本安参数测量,其测量值不应超过标准中规定的Uo,Io值。本次电路部分的设计主要参考了GB3836.3-2010爆炸性环境第3部分:由增安型“e”保护的设备;GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由安全型“i”保护的设备。 表2.1 电气元件明细表代号名称(文字符号)RDCKJKBCJPLCQYBANBSBCHZRGHKGFGF1XSDYRJDQ熔断器(FU)真空接触器(KM)控制变压器(T)空气式接触器(KM)可编程控制器(PLC)取样板(-)按钮(SB)闭锁板(-)电流互感器(TA)阻容吸收(ZR)隔离换相开关(QC)接线柱(-)接线柱(-)中文显示器(-)开关电源(-)热继电器(FR)2.2 隔爆开关部分元件选型和主回路控制系统电路图2.2.1 隔爆开关主回路控制系统电路图图2.1 隔爆开关主回路控制系统电路图2.2.2 隔爆开关接触器选型(1)接触器的类型选择: 根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型,来选择交流接触器或直流接触器。本文设定双速电机的额定功率为80kw,主要运行于包括百分之九十AC-3和百分之十以上的AC-4的混合使用类别,负载电流为交流电,共三个接触器,其中两个为真空交流接触器,一个为空气式交流接触器。(2)额定电压的选择: 接触器的额定电压应大于或等于负载电路的电压。(3)额定电流的选择: 接触器的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载可按下式计算: (2.1)式中-流过接触器主触点的电流()-电动机的额定功率()-电动机的额定电压()-经验系数,一般取1-1.4。选择接触器的额定电流应大于等于。接触器如果用在电动机频繁起动、制动或正反转的场合,一般将接触器的额定电流降一个等级来使用。由公式(2.1)得,(4)吸引线圈的额定电压选择: 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压相一致。对简单控制电路可直接选用交流电压380V、220V,对复杂、使用电器较多者,应选用更低的控制电压110V。综上,两个真空交流接触器选择CKJ5-125/1140,一个空气式交流接触器选CJ20-160/11。尺寸分别为,,单位:mm2.3 隔爆开关起动原理和保护2.3.1 隔爆开关的起动原理(1)供电:将隔离换相开关GHK置于正向或反向位置,控制变压器KB供电,分别输出220V、36V、24V、18V、12V、14V、9V供取样板及PLC控制器电源电压,为双速起动器的起动做好准备。(2)参数整定 门盖上的过流、漏电、复位按钮同时也是参数整定按钮,上电后由专业电工按所控电机的额定电流(或按实际工作电流)调整电流整定值,整定值应稍大于工作电流值。参数整定操作方法如下:在分闸状态下,同时按下过流、漏电按钮进入参数整定界面。按漏电按钮,选择需要整定的参数。按复位按钮,进入参数整定。按漏电按钮增加,按复位按钮减少。参数整定完成后,按过流按钮确认,界面自动返回。(3)漏电闭锁保护:双速起动器起动前,保护器对网络绝缘电阻进行检测,若绝缘电阻小于规定值(1140V、40K;660V、22K)双速起动器实施漏电闭锁保护,不能起动,直到绝缘电阻恢复正常后,双速起动器方可起动。(4)起动过程,远控:将取样板上拨动开关置于“远控”位置,按下远控低速控制按钮,KM1线圈得电,同时PLC给出合闸信号,切断闭锁检测回路,KM1F辅助常开触点闭合(自锁),KM1主触点闭合,电动机低速运转。按下远程高速控制按钮,KM1线圈断电;KM2线圈得电,KM2主触点闭合;KM3线圈得电,KM3主触点
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