【正文】 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 一種礦用隔爆濾波型變頻器隔爆柜子的結(jié)構(gòu)分析 摘要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，有限元技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。有限元技術(shù)具有計(jì)算速度快，精度高的特點(diǎn)。通過(guò)有限元分析計(jì)算，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段就能了解到構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變及位移，同時(shí)可以方便的對(duì)構(gòu)件反復(fù)修改，達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)的目的。 礦用隔爆濾波型變頻器隔爆柜子是放在煤礦井下的電機(jī)控制柜。箱體必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以防止變頻器發(fā)生爆炸時(shí)，能承受其瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大爆炸力。箱體在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多采用類(lèi)比法或憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品，其受力情況設(shè)計(jì)者 心中無(wú)數(shù)，往往造成產(chǎn)品不合格或材料浪費(fèi)現(xiàn)象。增加了制造成本，延長(zhǎng)了制造周期。因此，在某種有限元的支持下，對(duì)變頻器箱體進(jìn)行受力分析，檢驗(yàn)其強(qiáng)度和剛度是否滿(mǎn)足要求，對(duì)提高變頻器箱體的技術(shù)水平，快速響應(yīng)市場(chǎng)，降低成本具有十分重要的意義。 在此背景下，本文以山西 防爆電機(jī) 有限公司電設(shè)計(jì)的礦用隔爆濾波型變頻器防爆柜作為研究對(duì)象，對(duì)其柜體進(jìn)行有限元分析。完成的主要工作包括：（ 1）認(rèn)真學(xué)習(xí)研究煤炭安全標(biāo)準(zhǔn)；（ 2）利用三維建模軟件 Solidworks 對(duì)箱體進(jìn)行實(shí)體建模；（ 3）利用有限元分析軟件 Simulation 對(duì)箱體進(jìn)行靜 態(tài)分析，通過(guò)分析計(jì)算，顯示出箱體的變形情況，同時(shí)可以得出箱體任意位置的應(yīng)力值和位移值。并針對(duì)每次計(jì)算結(jié)果，對(duì)箱體進(jìn)行適時(shí)改進(jìn)。 關(guān)鍵詞 ：防爆柜；有限元；應(yīng)力；應(yīng)變；優(yōu)化； 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) Abstract With the rapid development of puter technology, the Finite Element Method(FEM) is widely used in modern design. FEM is a method of high speed and high precision. The stress, strain and displacement can be obtained with the Finite Element Analysis (FEA) in the design stage. And it is convenient to modify and optimize the structure. Mining flameproof filtering type transducer explosionproof cabi is used in coal mine. The explosionproof cabi should have enough strength and stiffness, and should be able to endure the tremendous blastforce during the moment gas blasts. Traditionally, the explosionproof cabi design always relies on analogy and experience. The designer can’t know the deformation of the the explosionproof cabi, and which may make the product disqualification, or wasting material or high developing cost, and longer designing and manufacturing cycle. Therefore, it has great significance to find a new approach to analyze and calculate the mechanical model of cabi, check its strength and stiffness based on a certain FEM software. Thus it can improve the technique of cabi design, speed up the response to the market requirement and reduce the cost. This paper investigated the explosionproof cabi designed by Shan Xi Explosion proof motor pany . The cabi was analyzed by FEM. The major works pleted mainly included: (1) The fundamentals on FEM were discussed。 (2) The solid model of the cabi was created by 3D design software SolidWorks. (3) The Nonlinear Finite Element model was built and calculated by FEM software Simulation. Through calculation and analysis, the deformation of the transformer cabi was obtained. Meanwhile, the stress and displacement of every element were also obtained. Based on the results of each analysis the realtime modification of the cabi structure was achieved. Key Words: Explosionproof cabi 。 the Finite Element Method。 Stress。 Strain ；Optimization ；中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄 引言 ................................................................. 1 第 1 章 有限元簡(jiǎn)介 ................................................... 2 有限元的發(fā)展歷程 ............................................. 2 有限元法的基本思路 ........................................... 2 有限元法的理論基礎(chǔ) ........................................... 3 有限元的解題步驟： ........................................... 5 有限元的發(fā)展趨勢(shì) ............................................. 7 第 2 章 防爆技術(shù)的應(yīng)用與意義 ......................................... 9 第 3 章 變頻器的工作原理 ............................................. 9 變頻器簡(jiǎn)介 ................................................... 9 諧波對(duì)供電線(xiàn)路的影響 ........................................ 10 第 4 章 變頻柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 .................................... 11 機(jī)械負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性種類(lèi) .................................. 11 電氣設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì) ........................................ 12 電氣工藝設(shè)計(jì) ................................................ 13 柜體鈑金工藝設(shè)計(jì) ............................................ 13 第 5 章 防爆柜設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 ........................................ 14 第 6 章 變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................ 15 柜體的布局和器件配置 ........................................ 15 變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻柜設(shè)計(jì) ...................................... 15 變頻控制柜內(nèi)部基本布局 ...................................... 16 變頻器散熱及制作 ............................................ 17 第 7 章 防爆柜 的三維實(shí)體模型 ........................................ 18 Solidworks 軟件介紹 ......................................... 18 三維建模步驟 ................................................ 19 第 8 章 焊接技術(shù) .................................................... 19 第 9 章 有限元分析與 Simulation 在隔爆柜結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 ............. 21 Simulation 簡(jiǎn)介 ............................................. 21 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) Simulation 對(duì)防爆柜的結(jié)構(gòu)分析步驟 ........................... 21 總結(jié) ................................................................ 31 參考文獻(xiàn) ............................................................ 32 附錄 A 山西防爆電機(jī)公司防爆柜參考圖 .................................. 34 致謝 ................................................................ 35 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 引言 隨著煤礦供電系統(tǒng)不斷完善升級(jí) , 隔爆型干式變壓器作為井下的重要供電設(shè)備已得到廣泛應(yīng)用。隔爆殼體是礦用隔爆型干式變壓器的主要防 爆型式 , 不僅要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度 , 又要有良好的冷卻效果 , 隔爆殼體的設(shè)計(jì)、制造水平直接影響到隔爆變壓器的技術(shù)性能和使用壽命。 礦用隔爆型外殼是電氣設(shè)備的一種防爆型式 ,能夠承受通過(guò)外殼任何接合面或結(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 , 并且不會(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。根據(jù) GB 3836. 2 2021《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 2部分 :隔爆型“ D”》 [3]第 條規(guī)定 , 箱殼設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)壓力為 1 MPa, 加壓時(shí)間為 10+ 20s 的靜壓試驗(yàn) , 試 驗(yàn)時(shí)若外殼既未發(fā)生損壞 ,也未發(fā)生永久變形 , 則認(rèn)為試驗(yàn)合格 , 此外 , 在接合面的任何部位都不應(yīng)有永久性的增大。因此外殼必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)箱體法蘭形狀來(lái)看 ,箱體大多為矩形和圓形 , 而以矩形類(lèi)設(shè)計(jì)對(duì)殼體強(qiáng)度校核計(jì)算較為復(fù)雜。很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師多采用結(jié)構(gòu)比較法或憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊設(shè)計(jì) , 但是這種粗放型設(shè)計(jì)對(duì)隔爆類(lèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行優(yōu)化 , 不可避免地造成材料浪費(fèi)或強(qiáng)度不夠造成產(chǎn)品失爆。隨著生