矿用隔爆型快开门电控箱设计

矿用隔爆快开门电控箱设计
摘要：本文简要地介绍一种矿用隔爆型快开门电控箱的设计，主要从电控箱箱体的设计以及快开门结构的设计两方面进行介绍。

关键词：隔爆箱体快开门
电控箱箱体设计是电控箱设计的基础，只有电控箱箱体的安全可靠才能保证电控箱安全可靠的使用。

目前，电控箱箱体基本都是采用长方形，因为能充分利用其内部空间，便于安装且造型也比较美观。

传统的电控箱箱体与门板都是采用螺栓连接的方式，虽然这种连接方式是比较可靠的防爆形式，但是在安装、维修和检测时电控箱开关门操作比较费时费力，而且电控箱的门板比较重，所以都希望电控箱开关门具有更方便、快捷的特点，所以目前很多长方形的电控箱多采用快开门结构。

一、电控箱箱体设计
本电控箱箱体设计是用CREO三维软件建立的实体模型，根据内部电气元件的位置布置、相关标准以及整个电控箱的安装尺寸位置的要求，经过数次优化改进，最终确定了电控箱箱体的结构，如图1，其中箱体分为上下两个腔，上腔为接线腔，下腔为电气元件布置腔，上面接线腔有三个盖板，因为接线腔开盖的机会很少，所以未采用快开的形式，而是用螺钉紧固，下面的电气元件布置腔有三个快开门。

整个箱体用ansys workbench软件进行强度分析计算，计算的最大变形和最大应变都满足材料的使用要求。

图1
电控箱箱体设计首先要熟悉理解隔爆原理，通过合理的隔爆面参数设计和箱体结构设计，使设计的电控箱箱体满足隔爆要求，在实际使用过程中达到设计效果，起到隔爆的作用。

具体隔爆型电控箱箱体设计主要包括箱体结构设计、箱体强度校核、盖板或快开门设计、隔爆结构要求等方面。

在电控箱箱体设计中，关键是箱体的强度设计以及隔爆面的结构设计。

1、隔爆原理：电控箱工作在煤矿井下，其环境中存在大量的可燃介质（如甲烷、煤尘等）。

而引起爆炸的主要原因就是电气设备在运行过程中产生的火花和温度。

电控箱内部发生爆炸时，当爆炸的混合气体的火焰经过隔爆接合面时，火焰在隔爆接合面间隙传播中散失了部分热量，火焰经过隔爆接合面间隙传播之后大大地变小变弱，温度降低，不能形成连续燃烧通路，火焰会熄灭，故当电控箱内部电气元件即使发生故障，如起火、短路、爆炸等，也能将爆炸危险隔绝在电控箱内部。

2、电控箱箱体材料的选择：电控箱主要在煤矿井下爆炸危险工作场所使用，其使用环境场地狭窄，并有岩石、煤块冒落、撞击的危险，其箱体外壳不仅要具有耐爆性，还应具有
足够的机械强度，才能保证电控箱箱体在发生内部爆炸或受到外物撞击时，箱体不发生严重变形或损坏。

为此，箱体外壳必须采用钢板或者铸钢制成。

非采掘工作面的电气设备的电控箱箱体外壳可用牌号不低于HT250的灰铸铁制成。

考虑到箱体的安全性能，本电控箱箱体材料采用了Q345钢板，既保证了良好的强度又具有较好的焊接性能。

3、隔爆结构要求：应用于煤矿井下的电控箱属于I类设备，其隔爆结构设计要严格遵守国家关于I类电气的设计标准和要求。

隔爆结构设计中的关键是隔爆接合面的设计。

隔爆接合面的表面粗糙度Ra不得超过6.3μm。

隔爆接合面的最小宽度不能低于表1的规定值，最大间隙不能超过表1的规定值。

表1 隔爆接合面最小宽度和最大间隙
接合面宽度L/mm
与外壳容积V/cm3对应的最大间隙V≤100 V＞100
平面接合面和止口接合面
6≤L＜12.5 0.3 -
12.5≤L＜25 0.4 0.4
25≤L 0.5 0.5
二、快开门结构设计
因为箱体结构尺寸比较大，设备上安装电控箱的空间有限，导致电控箱快开门的尺寸受到限制，因为门板过大则无法转动开启，而且从门板强度考虑，尺寸也不宜太大，但是还要考虑腔体里面电气元件的安装空间问题，所以快开门尺寸也不能太小，最终确定快开门数量为三个，既保证了尺寸要求、强度要求也方便了箱体内电气元件的安装。

快开门结构形式如图2。

图2 图3
常用的快开门结构有内锁紧四连杆式快开门、内卡钩提升式快开门、外卡钩提升式快开门和外卡爪平移式快开门。

图2中所示的快开门结构为外卡钩提升式快开门，但是此快开门结构不是完全快开，在门板的上下两边有两个长条形卡板，门板的左右两边有短的卡板，这些卡板都是与箱体前法兰用螺钉连接，与门板的卡齿啮合。

在开门的时候，只需要将上面的卡板卸下，然后通过提升机构使门板向上运动，卡板与卡齿分离，转动门板实现开门，关门的时候，首先把快开门转动到门板与法兰板贴合，提升机构放下门板，门板卡齿与卡板啮合，最后安装上面的卡板，实现关门锁紧。

提升机构的原理如图3，在开门的时候，转动快开门的机构手柄，同时偏心转轴转动，将门板上的转轴顶起从而整个门被抬起，向上移动，使固
定在箱体法兰的卡板与门板上的卡齿相分离，进而将门打开。

反之，要将门关闭，由于重力的作用，反向缓慢的转动快开门的机构手柄，最终通过箱体上的卡板和门板上的卡齿啮合。

之所以选择这种不完全快开的结构形式主要是因为，卡板都设计安装在箱体前法兰外面上，这种结构使得卡板和门板的结构都非常简单，所以卡板和门板加工制造难度低，制造成本不高，而且精度容易保证，这样只需要拆卸一个卡板后就可以实现快开，避免了误操作提升机构打开快开门发生危险事故，保证了电控箱的使用安全，而且使整个电控箱的经济成本降低。

快开门结构设计首先要保证它的强度，在箱体内部发生爆炸的时候，门板和箱体法兰贴合的隔爆面之间的空隙要满足隔爆间隙要求，变形不能过大；还要保证加工精度，对门板隔爆面、箱体法兰隔爆面以及门板卡齿和卡板的啮合面的精度都提出了更严格的要求；另外，对焊接、隔爆面的表面处理、喷漆工艺以及光洁度、平面度的掌控等也需要格外注意。

快开门的提升操作机构，在日常维护使用时需加润滑油，以防止长时间不运动发生锈蚀。

结束语：
电控箱设计包括很多方面，首先是保证电控箱具有足够的强度，其中包括箱体、盖板和快开门的强度。

还要保证电控箱具有很高的可靠性，其中包括隔爆面的加工精度和快开门结构设计的合理性。

此外，还要考虑制造成本是否经济、造型是否美观、使用是否便捷。

在设计电控箱的时候，作为设计师要综合各方面因素进行优化设计。

参考文献：
[1]于明灿，徐桂云，芮鹏，李新玉．采常见隔爆开关的快开门操作机构．煤矿机械，2011.
[2]张瑞珍，李景林.常见隔爆开关的快开门[J].煤炭技术，1998（1）13-17.
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