采煤機電控箱機械設計分析

摘 要：為了使采煤工作更加自動化，降低維修工人的工作壓力，提高采煤工作效率，本文主要對采煤機電控箱機械設計進行分析。希望通過文章的分析，能夠對相關工作提供參考。

關鍵詞：采煤機電控箱；機械設計；分析

1 采煤機電控箱的冷卻原理及冷卻方法

1.1 采煤機電控箱的冷卻原理

（1）電控箱殼體的導熱理論。導熱其實就是熱量由一個物體向另一個物體的轉移過程。其實采煤機正常工作的情況下，箱體內的的溫差變化不大，只是箱體內外溫差大。采煤機箱體的內外溫差可利用其穩定工作時產生的熱量而導出。在電控箱穩定工作的情況下，其導熱量可由Q=（t1-t2）/Rr來表示。其中t1和t2分別代表箱體兩側的表面溫度。在選擇溫度時，注意使t1>t2。Rr代表箱體材料的導熱電阻，Rr=δ/λf=δ/λlb。在此公式中δ代表單層箱體的厚度；b代表單層箱體的寬度；l代表單層箱體的長度；λ代表適宜的導熱系數。因為大部分采煤機電控箱的材料都是普通鐵板，通過查閱資料可得其λ=3.13。由于采煤機電控箱的工作需要，在其穩定工作中，溫度通常控制在60℃左右。由上面的兩個公式就能得出在采煤機電控箱穩定工作的狀況下產生的熱量。表1為常見金屬的物理性質常數，可供大家參考查閱。

（2）電控箱冷卻水的散熱原理。由于冷卻水的傳熱效果極佳，因此利用冷卻水散熱也是比較常見的一種散熱方式。冷卻水的傳熱量可由傳熱基本方程式表示。Q=KFΔtm，其中F表示冷卻水的換熱面積；Δtm表示冷卻水的平均溫差；K表示冷卻水的傳熱系數。從表2中可以查出電控箱體幾種常見換熱器的傳熱系數。例如，若其傳熱系數為2500，其換熱面積為：0.2m×1.5m=0.3m2，平均溫差為60℃，則可通過公式計算出冷卻傳遞出來的熱量為4.5×104kcal/h。

1.2 空氣冷卻系統

空氣冷卻系統分為采控箱的室內機和室外機，它可顯著降低電控箱的溫度。由于它分為室內機和室外機兩個位置，因此其作用效果也不相同。顧名思義，室內機是安裝在內部的。在工作時，因電控箱體積較小，因此室內機的主要作用就是使室內和室外溫度相平衡。那么它究竟是怎么使室內溫度和室外溫度達到平衡的呢？其實，當開啟空氣冷卻系統后，制冷劑的蒸氣在低壓、低溫的作用下可被壓縮機吸入。當壓縮機將其壓縮后，制冷劑的蒸氣就從低壓變成了高溫的過熱蒸汽。這種過熱蒸汽到達冷凝器后，在冷凝器的作用下就變成了高壓液體。高壓液體進入電控箱內首先通過節流元件而流入散熱片中，并在此處與外界空氣進行交換。

1.3 散熱片式冷卻方式

利用散熱片式進行冷卻也是傳統冷卻方式的一種。在散熱片的幫助下，風機可對電控箱箱體進行吹風，這樣就使箱體內的空氣流通加快，這樣箱體內的熱空氣就可以被冷空氣所替換。在冷熱空氣的交換過程中，箱體溫度就降低了。下面來舉例說明。例如，在某些采煤機的電器附件附近安裝同步風機，當采煤機進行工作時，同步風機就不斷吹風。這樣不僅使其工作產生的熱量與外界進行了交換，也加快了箱體內的空氣流動。但這種設計思路當前還存在一個設計上的難點，即為了使散熱能力提高，必須要一個散熱功能強的散熱片，此外還需要一個工作能力強的風扇。

2 采煤機電控箱的冷卻技術要求及其設計舉例

2.1 采煤機電控箱的冷卻技術

采煤機電控箱所采用的冷卻方法主要是為了確保電控箱內的環境溫度保持在一個相對平衡的狀態，從而確保電器元件的正常工作，提高電器元件的工作壽命。借助空氣冷卻系統能夠對電控箱的溫度進行有效控制，該冷卻系統根據結構的不同可以劃分為采煤機電控箱的室外機和室內機，即將冷卻機掛在電控箱的內外側。研究還發現，冷卻機的位置不同，其所能起到的效果和作用也存在較大的差異，室內機一般是安裝在電控箱內部，由于電控箱體小，因此在工作的過程中，會因為風機的作用可以保證箱體內空氣與外界溫度保持平衡狀態。

2.2 采煤機電控箱的設計舉例

當設計采煤機的電動機時要遵循以下要求。其電動機的高度和采煤機的機身高度相等，電動機的機身寬度與電控箱機身寬度的總和等于采煤機身的寬度。這是由于電動機與電控箱是連在一起的，電控箱在電動機的側面。從冷卻效果來看，為了達到理想的冷卻效果，需要對水道布置的范圍進行全面的考慮，水道排布的方向，水道的布局方式以及進水口與出水口壓力差等都需要根據實際情況確定，如圖1所示。水道兩端分別設計出與螺紋孔的安全距離L1、L2、L3在30-40mm，以降低焊接后箱體變形誘發的加工誤差，從而確保水道避開加工螺紋孔區域。

3 結束語

隨著科技的發展以及新材料的不斷涌現，采煤機電控箱的機械設計也必然不斷更新。文章主要對采煤機電控箱的冷卻原理、冷卻方式、冷卻技術要求進行了闡述。為了更形象生動的說明問題，作者列舉了采煤機電控箱機械設計的例子，希望本篇文章能夠給采煤機機械設計者帶來有價值的啟發與幫助。

參考文獻

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[3]王健.采煤機電控箱內積水問題研究[J].煤礦機械，2013，34（7）：213-214.

作者簡介：樊帥（1986，11-），男，山西太原人，2011年7月畢業于西京學院機械設計制造及其自動化專業，本科學歷，工學學士學位，助理工程師，從事采煤機電控箱設計制造工作。