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软起动隔爆箱体结构设计与计算

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编号：毕业设计(论文)说明书题目：软起动隔爆箱体结构设计与计算学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导老师职称题目类型：☐理论研究☐实验研究☑工程设计☐工程技术研究☐软件开发2014年05月26日摘要本论文对某公司的产品QJR-400/1140（660）矿用隔爆兼本质安全交流软起动器的外壳进行结构优化。

矿用防爆起动器外壳可以有效地接受内部爆炸压力，还能避免内部爆炸时产生的高温而引起外部爆炸性环境的爆炸。

矿用隔爆起动器外壳是由两个不同的矩形组成的箱体，首先对它进行结构简化，把非关键部位去除简化，留下各外形面板及关键承力部件。

将弹塑性力学引入设计过程中，根据实物的外形尺寸，将壳体的板简化为力学模型，结合小扰度理论，推算出各个面板的理论尺寸；采用比较法，根据理论和实物拟出不同板厚的方案，采用加强筋对其加固；利用隔爆箱和接线腔上的两对法兰满足刚度要求，对法兰的尺寸计算公式进行推导，得出了结果；对其他关键承力部件，如螺钉，进行理论受力分析。

分析了起动器的实际试验和受力状况，确定了强度分析时的试验载荷，参考有关标准和资料，提出了起动器外壳变形的允许值。

使用UG三维模型软件进行起动器的三维建模，分别作出了关键承力部件的实体模型及简化整体模型。

利用Workbench软件，对起动器外壳进行了有限元分析，检验外壳及零部件在1MPa压力测试下产生的应力和位移，获得隔爆箱体、法兰和门等关键部位的位移和应力云图。

结合理论数值，来对起动器外壳和关键受力部件进行改进分析，从而达到提高材料的利用率、减轻设备重量和降低成本的目标。

关键词：矿用隔爆起动器；弹塑性力学；有限元分析；三维建模；轻量化。

AbstractIn this paper, the product QJR-400/1140 of a company's (660) mine flameproof and intrinsically safe AC soft starter shell design and research.Flameproof starter shell can effectively under internal explosion pressure, can avoid high temperature internal explosion caused by the explosion of exterior explosive environment. Flameproof starter shell body is composed of two different rectangular, it first makes structure is simplified, the removal of non key parts of simplified, leaving the outer panel and the key force bearing component. The elastic and plastic mechanics is introduced into the design process, according to the shape size, the shell plate is simplified as a mechanical model, combined with the small disturbance theory, calculate the theoretical size of each panel; by comparison, according to the theory and the real draw up plans of different plate thickness, using reinforced reinforcement on the panel;Two pairs of flanges on flameproof boxes and wiring chamber to meet stiffness requirements, the formula for calculating the size of the flange derivation,And obtained the results; Theoretical stress analysis the bearing on other key components, such as bolts. Analysis of the actual situation of the test and force the starter to determine the test load strength analysis, refer to the relevant standards and information presented launcher shell deformation allowable value.Three dimensional modeling of starter using UG 3D modeling software, the solid model of the key force bearing components were made and simplified e Workbench software startup shell finite element analysis. Efficacy of displacement and stress in the housing and parts produced under the test pressure 1MPa. Get key parts of the flameproof enclosure, doors and flange stress,According to the theory of value, to improves components of stress analysis on the starter casing and key, so as to improve the material utilization rate, reduce the weight of equipment and cost reductions.Key words:flameproof starter; The elastoplastic mechanics; Finite Element Analysis; dimensional modeling; lightweight目录1 绪论 (1)1.1 课题的提出 (1)1.2 本课题研究的主要内容及意义 (2)2 矿用隔爆电器设备壳体隔爆要求 (3)2.1 爆炸性电气设备的分类 (3)2.2 隔爆型电气设备的主要功能 (3)2.3隔爆箱的隔爆原理 (4)2.4 外壳的变形允许值 (4)2.5 本章小结 (5)3 壳体强度刚度的理论计算 (6)3.1 隔爆外壳设计概述 (6)3.2 箱体结构的设计计算 (7)3.2.1 弹塑性力学的理论公式 (7)3.2.2 壳体壁厚的设计 (8)3.2.3 各面板的最大扰度和应力结果 (10)3.2.4 门法兰和盖板法兰变形设计 (11)3.2.5 计算结果讨论 (12)3.3 连接螺钉的强度及数量 (12)3.4 优化方案设计 (15)3.5 本章小结 (15)4 基于UG的隔爆箱体外壳的三维建模 (16)4.1 UG软件 (16)4.2 隔爆软起动器各箱体及组件 (17)4.3 三维建模 (18)4.4 本章小结 (19)5 隔爆软起动器的有限元分析 (20)5.1 有限元简介 (20)5.2 ANSYS简介 (20)5.2.1 技术特点 (21)5.2.2 ANSYS Workbench平台 (21)5.3 隔爆软起动器的有限元建模 (22)5.3.1 几何建模 (22)5.3.2 材料的设置 (22)5.3.3 网格划分 (23)5.3.4 静力分析 (24)5.4 分析结果 (24)5.4.1 隔爆箱体的静力分析 (24)5.4.2 门扣的静力分析 (28)5.4.3 门面板的静力分析 (29)5.4.4 法兰的静力分析 (30)5.5 结果分析与优化 (31)5.6 本章小结 (33)6 结论 (34)谢辞 (35)参考文献 (36)1 绪论目前，用于煤矿井下爆炸性气体环境中的控制箱类型主要有本安型“i”、隔爆型“d”和增安型“e”等，隔爆型控制箱在应用中使用较为广泛。

本论文涉及的隔爆起动器箱体主要由隔爆壳体、接线腔、内部连接件、引入装置、箱门、腔盖和螺钉等组成，还要有专门的箱门和透明件给有观察器件或者频繁开箱检测的箱体做准备。

矿用隔爆型控制箱主要根据国家标准GB3836. 2-2010《爆炸性环境用电气设备第2部分，隔爆型d》和GB3836.1-2010《爆炸性环境用电气设备第1部分，通用要求》设计与制造的。

本论文对隔爆原理、防爆起动器的壳体进行设计和优化作了介绍。

1.1 课题的提出石化工业及煤炭工业的迅速发展，提高了人类的工业水平及生活水平的，不过也会带来悲惨的爆炸灾害，在这些工业发展的初期，超过一半的爆炸事故是由电气设备的电火花，电弧产生的高温引起的。

矿用隔爆型起动器设备主要用于有煤尘和甲烷混合气体等有爆炸可能的矿井下。

箱体要求可以承受住通过结构间隙或外壳任何接合面渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部发生的爆炸，而不会点燃外部的爆炸性气体。

在有瓦斯环境中的煤矿井下的动力设备，如电动机、开关和控制设备等，因为火花或其他事故会引起瓦斯爆炸，为了避免这种危险，需要把设备设计成有防爆结构的特殊外壳，使其具有耐爆性和不传爆性。

隔爆型设备需要进行防爆试验（主要有隔爆性能试验和动态强度试验），设计要满足产品外壳一定的强度和刚度。

以前国内设计隔爆电箱体时，大多采用类比法或经验设计、计算，在试制样机时如果隔爆外壳通过水压试验则合格，否则需增加外壳上强度或刚度薄弱的部分，然后再通过样机试验来验证设计是否达到要求。

随着工业科技的迅速发展，矿用电器设备技术也不断获得进展，在煤矿得到广泛应用的壳类电器开关出现了从低压（660V）向高压大容量（1140V，6KV）升级的发展趋势。

根据这种需要，在设计生产过程中虽有一些理论分析，但并未对其进行理论研究，诸如根据隔爆电气设备箱体壁厚的理论计算，有限元分析验算等。

并且在设计中，随着壳体的大小不同，多次重复的进行相同或相似的绘图，增加了设计时间、影响了出图效率。

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机械工艺夹具毕业设计59软起动隔爆箱体关键零件的铣削夹具设计

机械工艺夹具毕业设计59软起动隔爆箱体关键零件的铣削夹具设计


ABSTRACT
Fixture is a kind of process equipment. It can make the product to be accurate positioning and tight clamping according to certain technical requirements. Its main function is to ensure the product processing quality, reduce labor intensity, auxiliary products detection, display, transportation etc.. The sheet metal workpiece is a common project structure,it has special significance for real engineering to improve the sheet metal workpiece of milling fixture design efficiency. The actual production, it is found that use only universal fixture can not meet the requirement of production. When Universal fixture clamps the workpiece,it has defects for low production efficiency, low processing quality and increasing the marking process. Thus, a milling fixture is specially designed.The analysis of the fixture positioning scheme,clamping scheme,tool setting scheme, fixture body and the positioning element and machining accuracy etc.. That could meet the requirements of process and production. In this design, according to the two workpiece to a milling fixture design,corresponding to improve the processing technology and production efficiency of the workpiece, so as to break through the limitation of traditional fixture, it has some innovative and practical convenience. In the design process, it determines the degrees of freedom of workpiece, using six point location principle to limit sufficient freedom.And we observe the shape features and machining requirements, determining a reasonable positioning and clamping surface.Eventually,we use the UG 3D modeling software to the workpiece and the fixture for 3D modeling.By modify, it finally established the three-dimensional assembly entity graph. Keywords: The milling fixture; The Special fixture; 3D modeling; Six point location principle
矿用隔爆型软启动器使用说明书

矿用隔爆型软启动器使用说明书

QJR10-400(315、200、120)/1140(660)Z 矿用隔爆兼本质安全型交流真空软起动器使用说明书使用前请仔细阅读说明书本说明书根据GB9969.1《工业产品使用说明书总则》；GB9969.2《机电产品使用说明书编写规定》的有关规定要求进行编写。

一、概述1、产品特点矿用隔爆型兼本质安全型交流真空软起动器（以下简称软起动器）是机电一体化新技术产品，是一种具有软起动功能的真空电磁起动器。

该产品适用于交流660V、1140V 的电压异步电动机重负荷软起动，在正常运转状态下对电机进行各种保护。

它具有起动电流小，起动速度平稳可靠，保护功能齐全，起动过程胶带无振动，对电网冲击小等优点。

还可以根据现场的实际工况调整，从而减小起动时皮带的张力，降低对皮带带强的要求，进而可以降低皮带机的投资，延长皮带的使用寿命。

该软起动器采用全中文显示、并具有漏电闭锁、断相、过压、欠压、过流、过载、三相不平衡、短路等多种保护功能，并能实时显示输入电压、电流、故障类型等信息。

2、用途及适用范围本软起动器主要用于有甲烷和煤尘爆炸环境的煤矿井下、露天煤矿、冶金矿山、港口码头、选煤厂、发电厂等对重负荷的运输设备软起动。

软起动器可以就地、远距离和联机起停控制，额定电压为1140或660伏，频率是50赫兹，额定电流在50～400A范围内的三相异步电机，起动方式可以是软起动，也可以像普通的磁力起动器一样直接带负荷起动。

机壳外有隔离换向开关手柄，可以在电机停车时对电机的转向进行选择，必要时也允许分断电动机。

3、规格额定电压：660V 1140V；额定电流：400A以下。

4、型号的组成及含意Q J R 10- □ / □ Z直起额定电压V额定电流A设计代号软起动隔爆兼本质安全起动器5、执行标准GB3836-2000；《爆炸性气体环境用电气设备》MT/943-2005《矿用低压交流软起动器》Q/RXB 10-2009《QJR10-400(315、200、120)/1140（660）Z矿用隔爆型兼本质安全型交流真空软起动器》6、软起动器的防爆型式矿用隔爆兼本质安全型；防爆标志为：Exd［ib］I。

QJR3-315-1140矿用隔爆兼本质安全型交流软起动器说明书

QJR3-315-1140矿用隔爆兼本质安全型交流软起动器说明书

1、概述a）产品特点：-315/1140矿用隔爆兼本质安全型交流软起动器(简称起动器)是集光、机、电一体化的QJR3新技术产品，是一种具有软启动功能的磁力起动器。

该产品适用于交流660V、1140V电压的异步电动机重负荷软启动，在正常运转状态下对电动机进行各种保护。

它具有起动电流小，起动速度平稳可靠，保护功能齐全，启动过程胶带无振动，对电网的冲击小等优点。

起动曲线为“S”型曲线，该曲线可根据现场实际工况调整，从而减少起动时的皮带张力，降低对皮带带强的要求，进而可以降低皮带机的初投资，延长皮带使用寿命。

b)主要用途及适用范围：随着我国煤炭生产机械化、自动化程度的不断提高，长距离、大运量、高速度的皮带运输机日益增多，解决皮带的软启动成为矿井运输、安全生产、延长皮带寿命的关键问题。

本起动器主要用于煤矿井下、露天煤矿、冶金矿山、港口码头、选煤厂、发电厂等大负荷恶劣环境中运输设备软启动，广泛用于老产品的软启动改造和新产品的软启动设计。

本起动器可以就地或远距离起停额定电压1140或660伏，频率50赫兹，额定电流在10-315安培范围内的三相异步电机，起动方式可以是软起动，也可以象普通的磁力起动器那样直接起动。

机壳外有隔离换相开关手柄，可以对电机转向进行选择，必要时也允许分断电动机。

c)品种、规格：电压等级：1140V、660V电流等级：315A及以下d)型号的组成及其代表意义：- 315 / 1140Q J R3主参数电流/电压软启动隔爆兼本质安全起动器e)使用环境条件：①海拔高度不超过2000m；②周围环境温度不超过-50C—＋400C；③相对湿度不大于95%（＋200C）；④有甲烷或煤尘爆炸的场所；⑤无破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体场所；f)工作条件：①安装地基处的振动频率范围为10-150Hz时，其最大振动加速度不超过0.5g；②安装倾斜度不超过5︒；③电网质量；—输入电压波形为正弦波；—输入电压幅值波动不超过额定值+10%--25%；—电源频率波动不超过额定值的2%。

隔爆型电机软启动的设计

隔爆型电机软启动的设计


ＢＱＤ２３—３１５／１１４０ 磁力启动器的防爆外壳及隔离换相开关， 与 他 们 联 合
设 计 了 新 一 代 软 启 动 器 ＢＱＤ２３—３１５Ｒ／１１４０ 矿 用 隔 爆 型 交 流 电 机 软 启
动器。
１ 结构组成
图 １ 隔爆外壳图
图 ２ 机芯小车图
有主回路进出线插座和远控插头。隔爆门采用快开门结构。开门时， 先用
电平） ， 脉冲分配电路输出六路相序互差 ６０°的双脉冲。输出脉冲可驱动
ＡＢＣ
ＵＶＷ 功率管， 经脉冲变压器触发晶闸管。
由于移相电压经比较电路、积分电路、跟随器等电路 形 成 ７．５ Ｖ～０ Ｖ
连续变化， 故在交流电每周期内都有不同的一系列唯一交相点， 每周期
起动调节
触发控制
控制切换
均有不同时序触发脉冲， 形成晶闸管触发角的连续变化， 故输出电压连 续变化， 实现了交流电动机的无级调压， 实现了软启动功能。
电 动 机 保 护 采 用 上 海 灵 燕 电 器 厂 生 产 的 ＡＢＤ８—３１５Ｆ 综 合 保 护 器 及 配 套 地 专 用 电 流 互 感 器 。该 保 护 器 可 以 实 现 漏 电 闭 锁 、过 流 保 护 、短 路 保 护 、缺 相 保 护 等 功 能 。 ２．２ 软启动控制器原理
软 启 动 控 制 器 主 要 由 控 制 板 和 驱 动 板 组 成 。控 制 板 是 移 相 触 发 控 制 和 各 种 保 护 功 能 控 制 。驱 动 板 是 脉 冲 放 大 和 晶 闸 管 触 发 控 制 。软 启 动 控 制器原理框图见图 ３。
接线端子， 后排为进线接线端子， 前排为出线接线端子， 其间用隔板隔
主 电 路 与 软 启 动 器 的 组 成 器 件 均 装 在 机 芯 小 车 上 。机 芯 小 车 是 本 设