【正文】 設(shè)計(jì)工具 , 以適應(yīng)新的設(shè)計(jì)要求。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。 Stress。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)。增加了制造成本，延長了制造周期。通過有限元分析計(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。有限元技術(shù)具有計(jì)算速度快，精度高的特點(diǎn)。箱體在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多采用類比法或憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品，其受力情況設(shè)計(jì)者 心中無數(shù)，往往造成產(chǎn)品不合格或材料浪費(fèi)現(xiàn)象。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。 the Finite Element Method。 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。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)隔爆類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無法進(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。例如：北京鼎盛恒巨自動(dòng)化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的變頻柜就不錯(cuò)，上海凱威電氣設(shè)備有限公司，北京宇恒恒業(yè)電氣自動(dòng)控制有限公司。有限元法是受內(nèi)外動(dòng)力的綜合作用而產(chǎn)生的。 有限元法完善階段 (1961一二十世紀(jì)九十年代 )的發(fā)展有國外和國內(nèi)兩條線索。第四，發(fā)展起了相應(yīng)的商業(yè)軟件包。他得出了有限元法在特定條件下的表達(dá)式，獨(dú)創(chuàng)了“馮氏大定理”并且初步證明了有限元法解的收斂性。采用不同的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)形式 ,便構(gòu)成不同的有限元方法。 例如 圖 ： 圖 力學(xué)模型 圖 1/4 模型 由于是對(duì)稱模型，所以只需要選取其 1/4 模型進(jìn)行分析（圖 ）。 例如 圖 ： 圖 劃分單元 （ 3）選擇單元的位移模式 結(jié)構(gòu)離散化后，要用單元內(nèi)結(jié)點(diǎn)的位移通過插值來獲得單元內(nèi)各點(diǎn)的位移。 （ 4）單元的力學(xué)特性分析 把（ 11）式代入幾何方程可推導(dǎo)出用單元結(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)變表達(dá)式： 式中： ? ? ? ?? ?eNf ????e? —— 單元的結(jié)點(diǎn)位移列陣； ??f —— 單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移列陣； ? ? ? ?? ?eB ?? ???? —— 單元內(nèi)任一點(diǎn)應(yīng)變列陣； ? ?N —— 單元的形函數(shù)矩陣 ,(它的元素是任一點(diǎn)位置坐標(biāo)的函數(shù)） 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 再把（ 1－２）式代入物 理方程，可導(dǎo)出用單元結(jié)點(diǎn)位移列陣表示的單元應(yīng)力表達(dá)式： 式中： 最后利用彈性體的虛功方程建立單元結(jié)點(diǎn)力陣與結(jié)點(diǎn)位移列陣之間的關(guān)系，即形成單元的剛度方程式： 式中： （ 5）建立整體結(jié)構(gòu)的剛度方程 用直接剛度法將單剛 [K]e組集成總綱 [K]e，并將 {R}e組集成總載荷列陣 {R}，形成總體結(jié)構(gòu)的剛度方程： （ 6）求解修改后的整體結(jié)構(gòu)剛度方程 考慮整體結(jié)構(gòu)的約束情況，修改整體剛度方程之后，（ 16）式就變成以結(jié)點(diǎn)位移為未知數(shù)的代數(shù)方程組。 有限元的解題步驟： 有限元分析包括三個(gè)步驟：前處理，求解，后處理。至于其它類型的分析，有限元模型信息 對(duì)于一個(gè)外部有限元求解問題可寫成所要求的格式。 在你的模型中，可能有許多錯(cuò)誤的根源，例如，有限元網(wǎng)格的粗糙，所用單元的類型，或材料性質(zhì)的不準(zhǔn)確性。隨著有限元技術(shù)的深層次應(yīng)用 ,需要解決的工程問題也越來越復(fù)雜 ,耦合場(chǎng)的計(jì)算求解必定成為 有限元軟件開發(fā)的發(fā)展方向。它們的共同特點(diǎn)是具有高效的非線性求解器、豐富而實(shí)用的非線性材料庫， ADINA 還同時(shí)具有隱式和顯式兩種時(shí)間積分方法。要想擺脫裝備產(chǎn)品分析中繁重的網(wǎng)格處理任務(wù) ,就必須突破自動(dòng)六面體網(wǎng)格功能的技術(shù)瓶頸 ,實(shí)現(xiàn)可循環(huán)的網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化功能。對(duì)隔爆型電柜的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的要求越來越高。隔爆外殼既要承受爆炸性氣體混合物所產(chǎn)生的壓力不被損壞，還要防止火焰沿隔爆外殼結(jié)合面?zhèn)鞑ブ林車ㄐ詺怏w環(huán)境。外邊應(yīng)涂有能耐受煤礦井下溫度與濕度的 CO442 醇酸磁漆。透明件應(yīng)有抗沖壓性能，能承受 GB — 2021[4]規(guī)定的沖擊能量的沖擊，觀察窗透明件應(yīng)具有抗溫度急劇變化的能力，應(yīng)符 GB — 2021 的熱巨變規(guī)定。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元等組成的。 圖 交 — 直 — 交變頻器主回 路圖 諧波對(duì)供電線路的影響 變頻器屬于非線性負(fù)荷，它從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，它既是一個(gè)諧波源，又是一個(gè)諧波接收者。 (2) 增加附加損耗，輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備 利用率。 (6) 某些情況下，它不僅產(chǎn)生諧波，而且還引起供電電壓波動(dòng)和閃變，甚至引起三相電壓不平衡，會(huì)危及電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并影響電氣設(shè)備的正常用電和周邊用戶。因此，盡管選擇性能優(yōu)良的變頻器，但組建的系統(tǒng)中變頻器運(yùn)行效果不是令人滿意的。一般，多大功率變頻器配多大電抗器，變頻器廠商提供參數(shù)。 1．恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 （ 2） 根據(jù)環(huán)境需要，選電機(jī)防護(hù)等級(jí)和方式。 公式： P=T*N/975=CONT。對(duì)于變頻控制柜，電氣設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在如下設(shè)計(jì)方面入手。 6. 變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。 8. 電路主路設(shè)計(jì)。注意熔斷絲選速熔類。 e. 接地配線。 柜體鈑金工藝設(shè)計(jì) 應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1． 變頻器的環(huán)境 溫度：變頻器環(huán)境溫度為 10 度 50度，一定要考慮通風(fēng)散熱。 4． 搬運(yùn)安全。 第 5 章 防爆柜設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 1. 投標(biāo)產(chǎn)品（包括所選用的器件）必須符合中國電工產(chǎn)品認(rèn)證委員會(huì)的安全認(rèn)證要求，其電氣設(shè)備上應(yīng)帶有安全認(rèn)證保證；必須符 合國家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[12]，并應(yīng)提供合格證書等。 4. 箱體（柜體）的鋼板厚度不應(yīng)小于 的冷軋板；箱體的尺寸要求 180（高） *75（寬） *65（厚），盡可能要求規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)，若該尺寸不滿足設(shè)計(jì)要求，柜體的尺寸可以相應(yīng)的改動(dòng)，并報(bào)出箱體的實(shí)際尺寸，但安裝的固定支架必須嚴(yán)格安裝提供的尺寸設(shè)計(jì)，并提供安裝示意 圖。所選用的導(dǎo)線、尼龍?jiān)鷰芰暇€槽等都為阻燃性。傳統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)很大程度上是憑借設(shè)計(jì)人員的直接的或間接的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)擬訂幾種布局設(shè)計(jì)方案 。 (l) 明確設(shè)計(jì)要求。 電磁干擾主要有電源產(chǎn)生的干擾，如開關(guān)動(dòng)作時(shí)的沖擊電流、電路邏輯狀態(tài)變換時(shí)的電流變化和電壓變化、溫度變化時(shí)的雷電浪涌、直流脈動(dòng)、接通或斷開較大負(fù)載時(shí)線路中產(chǎn)生的沖擊浪涌等 。電纜導(dǎo)線較長距離的平行配線產(chǎn)生的串聯(lián)干擾等等。此外，還應(yīng)該考慮采用某些軟件抗干擾手段，如輸入數(shù)據(jù)濾波處理軟件和防止失控等。盡量避免交叉走線，在不能避免交叉時(shí)，可以交叉但絕對(duì)不要相互并行走線。在對(duì)控制電路進(jìn)行布線時(shí)應(yīng)采用屏蔽線或雙絞線以避免因干擾信號(hào)造成的誤動(dòng)作，影響變頻器正常工作。要使用較粗的短線一端接到接地極，另一端與接地端子 PE端相連，接地線長度不超過 20 米，接地電阻要在 100 歐姆以下，接地極的位置要合理。必須要了解變頻控制柜的配置、工作環(huán)境、控制方式、工作方式、防護(hù)等級(jí)等。因此，變頻器的散熱問題是非常重要地。在這種情況變頻器本身功率器件 所產(chǎn)生的熱量是得不到及時(shí)散發(fā)的。但是由于礦用隔爆變頻器是置于封閉的隔爆殼體內(nèi)部，所以不能使用風(fēng)冷散熱，另外熱管散熱的成本非常高。 SolidWorks 提供了強(qiáng)大的基于特征的實(shí)體建模功能，用戶可以通過拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、薄壁特征、抽殼、特征陣列以及打孔等操作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，方便地添加特征、更改特征以及將特征重新排列，對(duì)特征和草圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改，并通過拖拽等方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)修改。 Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 SolidWorks 是一款三維機(jī)械 CAD 軟件，具有強(qiáng)大的功能、易用性和創(chuàng)新性。通過拉伸命令就可以完成，比較簡(jiǎn)單。 圖 防爆柜三維模型 第 8 章 焊接技術(shù) 焊接是被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。 焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對(duì)新工藝手段的需要。金屬焊接方法有 40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。 釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕 工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。SolidWorks Simulation 提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析，優(yōu)化分析，非線性分析，線性動(dòng)態(tài)分析，掉落測(cè)試分析，疲勞分析，壓力容器分析。 Simulation 對(duì)防爆柜的結(jié)構(gòu)分析步驟 柜體是電器，電子設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在建立有限元模型前，先要定義工作文件名，指出分析類型，然后進(jìn)行定義材料屬性、設(shè)定網(wǎng)格類型、施加約束和載荷、劃分網(wǎng)格等前處理，再進(jìn)行求解。箱體前門的厚度要比四周鋼板厚許多，因此分析時(shí)可以不考慮前門。由于施加的水壓比較大，同時(shí)結(jié)合以前水壓試驗(yàn)情況，箱體局部零件由可能超過材料的屈服極限，出現(xiàn)塑性變形。為了保證箱體在外力作用下保持平衡，必須進(jìn)行約束處理，引入邊界條件。因此只對(duì)防爆柜的內(nèi)部五個(gè)表面施加 1Mpa 的面壓力。在網(wǎng)格參數(shù)里選擇網(wǎng)格大小為 50mm，公差為 。一般來講，網(wǎng)格劃分的越細(xì)，計(jì)算精度會(huì)有所提高，同時(shí)，網(wǎng)格劃的越細(xì)，產(chǎn)生的單元數(shù)，結(jié)點(diǎn)數(shù)及自由度數(shù)越多，計(jì)算變得就越復(fù)雜，所需的計(jì)算機(jī)資源， CPU 運(yùn)行時(shí)間也越多。當(dāng)然，單元類型的選舉取決于分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)類型和幾何形狀，還受到載荷類型和作用方向、變形的假設(shè)、應(yīng)變分布及分析所要的精度等諸多因素的影響。在選取單元時(shí)，要特別注意不同類型的單元連接處的處理問題。 圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 位移圖 圖 應(yīng)變圖 從應(yīng)力圖中可以明顯看出防爆柜整體的普遍應(yīng)力都大于普通碳鋼的屈服強(qiáng)度，所以判定為不合格。所以選擇加方鋼的防爆柜這個(gè)方案。 本文采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，以山西普松自動(dòng)化電氣分公司設(shè)計(jì)的防爆柜為研究對(duì)象，對(duì)該防爆柜的箱體進(jìn)行有限元分析，找出了箱體受力薄弱環(huán)節(jié)，并采取了有效的改進(jìn)措施，取得了顯著的成效。 (2) 有限 元可以計(jì)算出箱體三維實(shí)體上任意節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值，也可以查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)任意方向的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值。以前用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研制開發(fā)一臺(tái)新 型變頻器防爆柜需要的周期一般為 2年，需要制造 4臺(tái)樣機(jī)，才能完成水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和防爆試驗(yàn)，這次采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)、樣機(jī)的試制，到水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和防爆試驗(yàn)的順利通過，只用了 4 個(gè)月的時(shí)間，而且一次試制成功，節(jié)省了大量的時(shí)間和費(fèi)用，表明這種方法對(duì)新產(chǎn)品的開發(fā)是特別有效的?？梢哉f沒有張老師的耐心指導(dǎo)，我不可能準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的過程是相當(dāng)復(fù)雜繁瑣的，需要研究討論很多問題，不是一個(gè)人可以完全做出來的，這要感謝給我?guī)椭母魑煌瑢W(xué)，他們給了我很多寶貴的意見和參考，才使我不致陷入錯(cuò)誤和困境