防爆電機機座強度試驗保壓系統設計

張佳興 董宏程 孫彬

摘? 要：根據GB“爆炸性氣體環境用電氣設備檢查和試驗”規定，防爆型電氣設備外殼需進行強度試驗，由制造廠逐件進行。強度試驗有兩種方法：動態強度試驗和靜態強度試驗。動態強度試驗用于檢驗單位，也可以作為制造廠逐件試驗用;靜態強度試驗只適用于制造廠，可以用水或其他適用的介質進行。該文通過對防爆電機機座水壓試驗所涉及的試驗設備——水壓機，在設計過程中注意事項予以闡述，并得到實踐中驗證。

關鍵詞：水壓試驗? 防爆電機? 水壓機

防爆電機機座的強度試驗須在精加工后進行，同時要盡可能保證其模擬實際裝配狀態固定，試驗壓力須不小于：（1）當防爆等級別為Ⅰ、ⅡA、ⅡB時為1.0MPa;（2）當防爆等級別為ⅡC時1.5MPa，并保持1min以上，試驗結果在10s以內不允許有滴水現象為合格[3]。試驗中如發現有GB 1336-77《防爆電氣設備制造檢驗規程》的附錄四《防爆電氣設備隔爆面缺陷處理的規定》中所允許的缺陷，可補焊。補焊后要求按上述規定進行水壓試驗，并保持4min。

根據工藝提出技術要求，需對防爆等級別為ⅡC隔爆型電機機座進行強度實驗，強度實驗機座號為180～355區間。依據國家標準“爆炸性氣體環境用電氣設備檢查和試驗”的相關規定[3]，我們采用加有防銹劑和清洗劑的水溶液作為試驗介質，利用水壓機和水壓工裝模擬零部件實際裝配狀態進行強度試驗。

YB2-355L型隔爆電機機座最大外觀尺寸為外徑φ716mm、內徑φ590mm、高度H795mm、機座總長L1220m、內部空腔體積為0.334m3，重量780kg;YB2-180L型隔爆電機機座最大外觀尺寸為外徑φ355mm、內徑φ290mm、高度H415mm、機座總長L400mm、內部空腔體積為0.026m3，重量52.5kg。參照以上技術尺寸及標準要求，確定試驗壓力保證方式、裝夾形式、密封腔內密封性和設備相觀尺寸。

1? 試驗壓力的保證

液壓系統和水壓系統是保證試驗壓力的兩大重要組成部分，兩部分完善協調配合，是水壓試驗系統完成保持壓力和時間持續4min關鍵[1]。

主機采用上、下液壓缸立式結構，將工件立置安放于上、下液壓缸中間，依靠上、下液壓缸運動將工件夾緊，兩液壓缸夾緊力不允許將工件造成永久變形或破裂，然后向工件腔體內充入一定壓力的水。需要密封之處，工件兩端口及出線盒，不允許有壓力水泄漏。為保證工件裝卸操作方便及生產效率，采用自動上下料機構。因此，液壓系統密封性能，夾緊力大小，上、下液壓缸運動速度，將直接影響整個系統的保壓效果。

選取機座號YB2-355L隔爆電機機座為例，向機座密封腔體內注入1.5MPa壓力水，保壓時間5min。根據F=P×A粗略計算，液壓缸受力F≈65000kg，若保證腔體內壓力達到1.5MPa，而且液壓缸不產生回彈，這就需要液壓缸對試件的夾緊力F≥65000kg。若F≤65000kg，會產生液壓缸回彈現象，造成密封膠圈壓縮量不足，至使電機機座腔體內密封失敗，達不到試驗要求。這就要求在設計水壓試驗設備中，要考慮工件的裝夾形式、壓力大小調節的精準性、密封腔體內的密封性等因素。

（1）液壓系統設計。

為避免速度過快，產生較大沖擊力，利用兩位三通電磁實現快進，利用調速閥控制油缸夾緊過程中的慢進速度。為了降低高壓回油產生油溫，利用兩位兩通電磁閥與溢流閥卸荷高壓油。完成整個系統工況由快速下行至慢下，在進行壓緊維持保壓時間，然后快速返回過程的需求，保證水壓試驗要求。若把原來的普通調速閥和溢流閥更換為電液比例閥，通過系統電流大小控制系統流量和壓力，這樣不但避免操作人員操作不便和調整精度[2]。

（2）液壓缸設計。

根據下式可確定液壓缸活塞直徑D和活塞桿直徑d大小：

為降低系統壓力，避免或減少各液壓控制閥體及液壓缸體內泄，若其結構允許的情況下，設計液壓缸直徑時，盡量選取略大一點的數值。

（3）水壓系統設計。

水壓系統的作用是為機座腔體內注入一定壓力的水，并在一定時間內保持壓力不變。用時間繼電器和電接點壓力表結合，控制水泵電機與電動球閥開啟與閉合，同時也保證了機座腔體內的壓力及維持時間。

2? 試驗過程試件夾緊方式與密封的保證

（1）機座上、下端口密封與裝夾。

試件依靠上、下液壓缸托盤將工件夾緊，上、下托盤接觸面內裝有密封膠圈，用來密封機座內腔體空腔。托盤與油缸活塞桿連接要采用球面連接形式，這樣可保證托盤接觸面始終處于自由調整狀態。

（2）出線口端面的密封。

以YB2-180L隔爆等級別為IIC系列隔爆電機機座為例，可利用快速裝卸機構，如拉爪形式，掛在機座出線口凸臺上，通過轉動螺桿，摘下或壓緊密封堵板。堵板與出線口端面之間墊有密封橡膠板，達到出線口的密封作用。這樣操作簡便，裝拆效率高。

（3）工件在工作機臺裝卸形式。

機座重量在52.5～780kg范圍內，重量體積都較大，水壓機主機結構采用龍門框架式結構，人工直接搬卸或吊車直接吊卸工件都存在勞動強度大、不易操作、裝卸效率低等缺點。考慮試驗時工件裝卸方便，采用電動臺車運裝工件形式，這樣裝卸工件時，可以躲開主機龍門框架空間的限制[3]。

3? 其他注意事項

（1）密封圈及密封溝槽選擇。

機座端口密封的方式，是保持腔體內壓力恒定的重要保障之一。密封膠圈的性能和結構要有通用性，以適應不同機座號的口徑需求，同時也要考慮其壓縮性能。密封膠圈壓縮量過大或過小對其密封效果和使用壽命不利。根據經驗值，橡膠密封圈單位面積壓力下壓縮量ε值的選取，可參見表1選擇。

設計密封溝槽的深度h和寬度b時，要考慮密封膠圈的壓縮率。壓縮率×100%，其中，δ為密封膠圈厚度。溝槽深度h越小，壓縮率ε相對可壓縮量越大;溝槽深度h越大，壓縮率ε相對可壓縮量越小。

電機機座端口密封，屬于平面擠壓密封。它是依靠預壓縮后產生的回彈力，給密封接觸面以一定的壓力，達到密封效果。

（2）油管道敷設。

油缸至液壓站管路要采用無縫鋼管連接，避免因管路因受壓微量膨脹變化致使系統保壓功能喪失。管路敷設盡量減少彎頭使用，彎頭處不要用直角彎，避免管路壓力損失和油溫升高。

參考文獻

[1] 尤大先.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2] 章宏甲，黃誼.液壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] GB/T 3836.1-2000，爆炸性氣體環境用電氣設備[S].北京：國家質量技術監督局，2000.