专利名称：一种防爆电梯控制柜的制作方法
一种防爆电梯控制柜本发明涉及防爆控制柜结构设计技术领域、几何建模技术领域，具体是一种防爆电梯控制柜。防爆电梯系统在运行的过程中，在电气方面存在可能点燃爆炸气体混合物的点燃源主要有电气火花、静电火花、电弧火花、电晕放电等。如各种继电器、接触器、安全开关 (限位开关、极限开关、急停开关、工作状态转换开关等)、呼梯按钮、电气接线盒、分线盒、 接地、接零装置等电气线路可能引发这些火花，形成点燃源。控制柜是电梯的控制中枢，内有控制继电器、接触器、变压器、计数器、PLC、防爆安全栅、接线端子等多种电气线路。来自电梯井道、机房、轿厢的各种信号指令通过各电缆进入电梯的控制柜之中并在柜内汇集。控制柜规定了电梯的各种动作程序，确定了电梯的工作状态、运行方向、信号显示、电路保护等功能控制柜防爆性能须符合GB3836. 1、GB3836. 2 和GB3836. 4等标准，外壳防护应不低于IP44等级，绝缘电阻、绝缘介电强度应符合GB1497 《低压电器基本标准》的规定，密封圈引入装置应满足GB3836. 2标准中第21条密封性能及机械强度要求，密封圈及垫应采用邵氏硬度45 55度之间且经老化试验合格的橡胶制品， 接线盒(腔)内带电部件之间及其与金属外壳之间电气间隙应大于8mm，爬电距离不小于 10mm，接线盒(腔)内接线应安装牢固，端子能承受GB3836. 1中第23条的连接件扭转试验要求，接线盒(腔)内壁和主空腔内壁应涂耐弧漆，须有内外接地及接地标牌，内接地螺栓不小于M6，外接地螺栓不小于M8，接地螺栓应做防锈处理，壳体上明显部位应有Ex标牌、铭牌及“断电源后开盖”等警告牌。隔爆与本安是两类最通用的防爆控制柜形式。隔爆型产品是一种强度型的防爆产品，常适用于强电系统的防爆，其外壳能够承受通过外壳任何接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，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃。本质安全型产品是一种能量安全型的防爆产品，常适用于弱电系统的防爆，其电路在正常工作和规定的故障条件下产生的任何火花或热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境。隔爆技术和本安技术结合在同一产品上是两种防爆形式优势互补的共同体，采用隔爆与本安复合型的防爆电梯，在现场具有更强的可操作性，使用灵活，维护方便且成本低廉。隔爆型防爆控制柜壳体可采用铸造或用钢板焊接，一般分为主腔和接线盒(腔)。 有些防爆控制柜在设计时将主腔又分为上下(或左右)两主腔，每一主腔各有一接线盒，一个主腔可置本安电路的关联电路及PLC等弱电电器，另一个主腔可置变压器、继电器、接触器等强电电器。所以电梯电气线路的主要点燃源一般都在主腔里面。电缆在进防爆接线盒 (腔)时，应采用隔爆密封式，即电缆的截面为圆形，且防护套表面即阻燃橡胶密封圈不应有凸凹、老化等缺陷，确保防爆功能。隔爆壳体表面应不聚集静电，无裂纹，无机械变形，其隔爆接台面间隙应符合技术要求(一般为0. 1 0. 2mm)，隔爆接台面不能锈蚀，须有防锈措施，电镀、涂敷薄层防锈油保护(如置换型204-1型不干性防锈油)禁用油漆或黄油之类。 因为隔爆接台面的锈蚀或涂敷油漆均将隔爆接台面间隙变小或阻死，很难保证隔爆性能。本案防爆技术是近些年来出现的最安全最可靠的防爆技术，它的防爆原理是限制电路的能量，使电路电气产生的电压电流乘积不会点燃周围的可燃性混合气体并引爆。采取本安型防爆措施，可以使防爆控制回路安全、简洁、可靠。由于采取了本安型防爆措施的控制柜箱体(如放置了弱电控制电路的主腔箱体) 不需要特别的防爆防护结构，因此与普通控制器箱体没有结构上的本质区别。本报告的研究主要是针对隔爆型的控制柜箱体结构(比如没有采用本安型防爆措施的主腔，或放置了强电电器的控制柜主腔)，因为隔爆型控制柜的箱体结构一定要经过特殊的防爆设计才能起来良好的防爆效果。虽然防爆电梯的隔爆型控制柜的基本功能和结构型式比较简单，但由于各个厂商设计特点的不同，目前市场上存在隔爆型控制柜的具体结构存在很大的差别。本报告以某款典型的防爆电梯用隔爆型控制柜为研究对象，建立控制柜主腔箱体的有限元模型，研究隔爆箱体在最大爆炸压力之下的强度与刚度特点，探讨箱体的尺寸、结构和材料等对于箱体防爆性能的影响，以期找出其中具有规律性的东西，为隔爆型防爆控制箱的设计、选材， 以及相关技术规范的制定提供技术支持。本发明的目的是解决现有技术的不足，在选材，控制柜功能与结构上做具体的测试与限定，从而设计防爆控制柜结构与选材的最优技术方案，提供一种同时满足防爆、本质安全、结构合理的防爆电梯控制柜。经过试验可得以下结论(1)可以看出，三个方向的应力最大值都发生在箱盖与箱体法兰的螺纹连接处。(2)主腔宽度方向接合面的间隙出现在相邻的两个螺纹连接之间， 且最大值出现在接近宽度的中点的地方，最大值约0.014mm。( 主腔箱体在爆炸压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少，不同的材质所需要的箱体厚度是不同的，需要根据屈服极限和箱体应力曲线得到，具体数据见具体实施例。根据试验所得数据，并解决现有技术的不足设计一种用于防爆电梯的控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm 180mm之间。所述的主腔箱体钢板材料采用ZL104铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于 21mm。所述的主腔箱体钢板材料采用屈服极限高的ZL201铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于14mm。所述的主腔箱体采用普通碳素结构钢Q235制成，主腔箱体的壁厚大于16mm。所述的主腔箱体采用低淬透性渗碳钢20Cr制成，主腔箱体的壁厚大于10mm。所述的箱体在爆炸压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；箱体在爆炸压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加。
本发明同现有技术相比，根据严格的计算机几何建模，并通过模拟爆炸情况，最后设计出一套完整的技术方案和结构，使控制柜能够有优秀的防爆功能，对于不同材料进行测试，以达到最优的厚度使其的性价比能够大大的提升。可以说，这些数据需要复杂的计算和模拟，模型的建立与简化需要排除许多因素，付出创造性的劳动，为防爆控制柜的设计提供了一种崭新的思路。
图1是一般防爆电梯用控制柜箱体结构；图2是图1的A-A剖面图；图3是防爆电梯用控制柜主腔箱体模型的关键点和面；图4是防爆电梯用控制柜主腔箱体的几何模型；图5是防爆电梯用控制柜的有限元模型；图6是控制柜主腔螺纹连接在ANSYS软件中的实现；图7是主腔爆炸压力波形图；图8是X向位移变形云图(单位m)；图9是X向旋转变形云图(单位rad)；图10是Y向位移变形云图(单位m)；图11是Y向旋转变形云图(单位rad)；图12是Z向位移变形云图(单位m)；图13是Z向旋转变形云图(单位rad)；图14是各节点的合成位移变形云图(单位m)；图15是各节点的合成旋转变形云图(单位rad)；图16控制柜主腔箱体的变形图；图17是X向单元应力云图；(单位Pa)；图18是Y向单元应力云图(单位Pa)；图19是Z向单元应力云图(单位Pa)；图20是单元合成应力云图(单位Pa)；图21是又一单元合成应力云图(单位Pa)；图22是沿控制柜宽度方向接合面的间隙；图23沿控制柜高度方向接合面的间隙；
图M主腔箱体厚度与最大应力的关系；图25箱盖厚度对于接合面间隙的影响；图沈主腔箱体材料(钢材)对于控制柜防爆性能的影响；图27主腔箱体材料(铸铝)对于控制柜防爆性能的影响；图观连接螺栓间距与接合面间隙的关系；结合附图对本发明做进一步说明防爆电梯用控制柜箱体的示意图与外形参数如图1所示。其中，整个箱体分为主腔和接线腔两大部分。由于主腔和接线盒(腔)之间由封闭的隔板分隔开，这两部分空间在平时的使用中也是相对独立的，取绝对容积较大、存在潜在的点燃源的主腔作为研究对象， 建立主腔部分箱体的有限元模型，研究主腔部分相关链接和结构强度的防爆性能。控制柜主腔部分的具体参数如下主腔内腔尺寸(mm) :365X600X822 ；箱体钢板厚度(mm) 16 ；箱体法兰厚度(mm) :20 ；箱体法兰宽度(mm) :50 ；箱盖钢板厚度(mm) :20 ； 箱体、箱盖和法兰材料Q235 ；箱体、箱盖和法兰的屈服极限(MPa) :235 ；联接螺栓规格 M12X40 ；联接螺栓中心距(mm) :60。建立几何模型防爆电梯用控制柜箱体主腔总体上来说，是由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与缸盖的连接，最终形成一个闭合的立方体空间。将主腔箱体的各角点作为几何建模时的关键点，并根据图1所示的控制柜主腔的具体尺寸确定这些关键点的坐标如表1所示。本文采用如下定义的笛卡尔坐标系x向为屏幕所在平面的水平方向，Y向为屏幕所在平面的竖直方向，Z向为垂直于屏幕所在平面的方向。用一下坐标点作为建模的关键点
KeyPointXYZ10. 0000. 0000. 00020. 0000. 0000. 36130. 0000. 8380. 00040. 0000. 8380. 36150. 6160. 8380. 00060. 6160. 8380. 361KeyPointXYZ70. 6160. 0000. 00080. 6160. 0000. 3619-0. 0420. 0000. 56110-0. 0420. 8800. 561110. 6580. 8800. 561120. 6580. 0000. 56113-0. 0420. 0000. 36权利要求
1.一种防爆电梯控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm 180mm之间。
2.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体钢板材料采用ZL104铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于21mm。
3.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体钢板材料采用屈服极限高的ZL201铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于14mm。
4.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体采用普通碳素结构钢Q235制成，主腔箱体的壁厚大于16mm。
5.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体采用低淬透性渗碳钢20Cr制成，主腔箱体的壁厚大于10mm。
6.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的箱体在爆炸压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；箱体在爆炸压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加。
全文摘要
本发明涉及防爆控制柜结构设计技术领域、几何建模技术领域，具体是一种防爆电梯控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm～180mm之间，本发明有优秀的防爆功能，性价比比起现有技术有显著的提升，为防爆控制柜的设计提供了一种崭新的思路。
文档编号B66B1/34GK102367123SQ20111034859
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者丁惠嘉, 姚俊, 徐国强, 江浩, 沈国平, 薛季爱, 袁永弟, 金志祥 申请人:上海市特种设备监督检验技术研究院, 上海德圣米高电梯有限公司