畢業(yè)設計--一種礦用隔爆濾波型變頻器隔爆柜子的結構分析

1、<p>　　一種礦用隔爆濾波型變頻器隔爆柜子的結構分析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著計算機技術的高速發(fā)展，有限元技術在現(xiàn)代設計中應用越來越廣泛。有限元技術具有計算速度快，精度高的特點。通過有限元分析計算，設計人員在設計階段就能了解到構件的應力、應變及位移，同時可以方便的對構件反復修改，達到優(yōu)化結構的目的。</p&g

2、t;<p>　　礦用隔爆濾波型變頻器隔爆柜子是放在煤礦井下的電機控制柜。箱體必須有足夠的強度和剛度，以防止變頻器發(fā)生爆炸時，能承受其瞬間產(chǎn)生的強大爆炸力。箱體在傳統(tǒng)設計中，多采用類比法或憑經(jīng)驗設計，這樣設計出來的產(chǎn)品，其受力情況設計者心中無數(shù)，往往造成產(chǎn)品不合格或材料浪費現(xiàn)象。增加了制造成本，延長了制造周期。因此，在某種有限元的支持下，對變頻器箱體進行受力分析，檢驗其強度和剛度是否滿足要求，對提高變頻器箱體的技術水平，快速

3、響應市場，降低成本具有十分重要的意義。</p><p>　　在此背景下，本文以山西防爆電機有限公司電設計的礦用隔爆濾波型變頻器防爆柜作為研究對象，對其柜體進行有限元分析。完成的主要工作包括：（1）認真學習研究煤炭安全標準；（2）利用三維建模軟件Solidworks對箱體進行實體建模；（3）利用有限元分析軟件Simulation對箱體進行靜態(tài)分析，通過分析計算，顯示出箱體的變形情況，同時可以得出箱體任意位置的應力值

4、和位移值。并針對每次計算結果，對箱體進行適時改進。</p><p>　　關鍵詞：防爆柜；有限元；應力；應變；優(yōu)化；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of computer technology, the Finite Element Method(F

5、EM) 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

6、to modify and optimize the structure.</p><p>　　Mining flame-proof filtering type transducer explosion-proof cabinet is used in coal mine. The explosion-proof cabinet should have enough strength and stiffne

7、ss, and should be able to endure the tremendous blast-force during the moment gas blasts. Traditionally, the explosion-proof cabinet design always relies on analogy and experience. The designer can’t know the deformatio

8、n of the the explosion-proof cabinet, and which may make the product disqualification, or wasting material or high deve</p><p>　　This paper investigated the explosion-proof cabinet designed by Shan Xi Explo

9、sion proof motor company . The cabinet was analyzed by FEM. The major works completed mainly included: (1) The fundamentals on FEM were discussed; (2) The solid model of the cabinet was created by 3D design software Soli

10、dWorks. (3) The Nonlinear Finite Element model was built and calculated by FEM software Simulation. Through calculation and analysis, the deformation of the transformer cabinet was obtained. Meanwhile, t</p><p

11、>　　Key Words: Explosion-proof cabinet ; the Finite Element Method; Stress; Strain ；Optimization ；</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　第1章 有限

12、元簡介2</p><p>　　1.1 有限元的發(fā)展歷程2</p><p>　　1.2 有限元法的基本思路2</p><p>　　1.3 有限元法的理論基礎3</p><p>　　1.4 有限元的解題步驟：5</p><p>　　1.5 有限元的發(fā)展趨勢7</p><p>　

13、　第2章 防爆技術的應用與意義9</p><p>　　第3章 變頻器的工作原理9</p><p>　　3.1 變頻器簡介9</p><p>　　3.2 諧波對供電線路的影響10</p><p>　　第4章 變頻柜設計時應注意的問題11</p><p>　　4.1 機械負載與電機轉矩特性種類11&

14、lt;/p><p>　　4.2 電氣設計工程師的設計12</p><p>　　4.3 電氣工藝設計13</p><p>　　4.4 柜體鈑金工藝設計13</p><p>　　第5章 防爆柜設計的技術要求14</p><p>　　第6章 變頻調速系統(tǒng)結構設計15</p><p>　

15、　6.1 柜體的布局和器件配置15</p><p>　　6.2 變頻調速系統(tǒng)變頻柜設計15</p><p>　　6.3 變頻控制柜內部基本布局16</p><p>　　6.4 變頻器散熱及制作17</p><p>　　第7章 防爆柜的三維實體模型18</p><p>　　7.1 Solidwork

16、s軟件介紹18</p><p>　　7.2 三維建模步驟19</p><p>　　第8章 焊接技術19</p><p>　　第9章 有限元分析與Simulation在隔爆柜結構分析中的應用21</p><p>　　9.1 Simulation簡介21</p><p>　　9.2 Simulation

17、對防爆柜的結構分析步驟21</p><p><b>　　總結29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p>　　附錄A 山西防爆電機公司防爆柜參考圖33</p><p><b>　　致謝34</b></p><p&g

18、t;<b>　　引言</b></p><p>　　隨著煤礦供電系統(tǒng)不斷完善升級, 隔爆型干式變壓器作為井下的重要供電設備已得到廣泛應用。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械強度, 又要有良好的冷卻效果, 隔爆殼體的設計、制造水平直接影響到隔爆變壓器的技術性能和使用壽命。</p><p>　　礦用隔爆型外殼是電氣設備的一種防爆型式,能夠承

19、受通過外殼任何接合面或結構間隙滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞, 并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性環(huán)境的點燃。根據(jù) GB 3836. 2 -2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第2部分:隔爆型“D”》[3]第15.1條規(guī)定, 箱殼設計必須經(jīng)過壓力為 1 MPa, 加壓時間為10+ 20s 的靜壓試驗, 試驗時若外殼既未發(fā)生損壞,也未發(fā)生永久變形, 則認為試驗合格, 此外, 在接合面的任何部位都不應有永久性的

20、增大。因此外殼必須有足夠的強度和剛度。根據(jù)箱體法蘭形狀來看,箱體大多為矩形和圓形, 而以矩形類設計對殼體強度校核計算較為復雜。很多結構設計工程師多采用結構比較法或憑經(jīng)驗進行模糊設計, 但是這種粗放型設計對隔爆類產(chǎn)品結構無法進行優(yōu)化, 不可避免地造成材料浪費或強度不夠造成產(chǎn)品失爆。隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展和科技的進步, 對隔爆型產(chǎn)品的設計質量要求越來越高, 產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來越快, 這就要求設計人員掌握更加科學的工程設計方法和設計工具,

21、以適應新的設計要求。在此提出Simulation 軟件對矩形類隔爆箱體強度</p><p>　　目前，生產(chǎn)變頻柜的廠家有很多。例如：北京鼎盛恒巨自動化技術有限公司生產(chǎn)的變頻柜就不錯，上海凱威電氣設備有限公司，北京宇恒恒業(yè)電氣自動控制有限公司。南陽凱達防爆電機電器有限公司位于我國防爆電氣技術科研生產(chǎn)基地--河南南陽，專業(yè)從事防爆電機、防爆電器科研、開發(fā)和生產(chǎn)。公司依托南陽防爆行業(yè)的資源優(yōu)勢，集全國知名防爆電機電氣專

22、家技術實力于一身，開發(fā)生產(chǎn)各種防爆電機、防爆電器、防爆儀表、防爆電氣控制柜及其他防爆電氣設備，同時承接各類防爆電器設備及成套系統(tǒng)的設計開發(fā)和橫向技術合作。</p><p>　　第1章 有限元簡介</p><p>　　1.1 有限元的發(fā)展歷程</p><p>　　有限元法的發(fā)展歷程可以分為提出(1943)、發(fā)展(1944一1960)和完善(1961-二十世紀九十年

23、代)三個階段。有限元法是受內外動力的綜合作用而產(chǎn)生的。1943年，柯朗發(fā)表的數(shù)學論文《平衡和振動問題的變分解法》和阿格瑞斯在工程學中取得的重大突破標志著有限元法的誕生。</p><p>　　有限元法早期(1944一1960)發(fā)展階段中，得出了有限元法的原始代數(shù)表達形式，開始了對單元劃分、單元類型選擇的研究，并且在解的收斂性研究上取得了很大突破。1960年，克勞夫第一次提出了“有限元法”這個名稱，標志著有限元法早期

24、發(fā)展階段的結束。</p><p>　　有限元法完善階段(1961一二十世紀九十年代)的發(fā)展有國外和國內兩條線索。在國外的發(fā)展表現(xiàn)為: 第一，建立了嚴格的數(shù)學和工程學基礎;第二，應用范圍擴展到了結構力學以外的領域;第三，收斂性得到了進一步研究，形成了系統(tǒng)的誤差估計理論;第四，發(fā)展起了相應的商業(yè)軟件包。</p><p>　　在國內，我國數(shù)學家馮康在特定的環(huán)境中獨立于西方提出了有限元法。1965

25、年，他發(fā)表論文《基于變分原理的差分格式》，標志著有限元法在我國的誕生。馮康的這篇文章不但提出了有限元法，而且初步發(fā)展了有限元法。他得出了有限元法在特定條件下的表達式，獨創(chuàng)了“馮氏大定理”并且初步證明了有限元法解的收斂性。雖然馮康創(chuàng)造的有限元法不成熟，但他能在當時的條件下獨立提出有限元法已十分不易。對于他的這項成就，國內外專家學者和國家領導人都有很高的評價。</p><p>　　1.2 有限元法的基本思路<

26、/p><p>　　有限元法的基本思路是將計算域劃分為有限個互不重疊的單元,在每個單元內,選擇一些合適的節(jié)點作為求解函數(shù)的插值點,將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導數(shù)的節(jié)點值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達式,借助于變分原理或加權余量法,將微分方程離散求解。采用不同的權函數(shù)和插值函數(shù)形式,便構成不同的有限元方法。</p><p>　　有限元方法最早應用于結構[1]力學,后來隨著計算機的發(fā)展逐

27、漸用于流體力學的數(shù)值模擬。在有限元方法中,將計算域離散剖分為有限個互不重疊且相互連接的單元,在每個單元內選擇基函數(shù),用單元基函數(shù)的線形組合來逼近單元中的真解,整個計算域上總體的基函數(shù)可以看作是由每個單元基函數(shù)組成的，則整個計算域內的解可以看作是由所有單元上的近似解構成。</p><p>　　1.3 有限元法的理論基礎</p><p>　　（1）模型的選取力學</p><

28、;p>　　平面問題，平面應變問題，平面應力問題，軸對稱問題，空間問題，板，梁，桿或組合體等，對稱或反對稱等。</p><p><b>　　例如 圖1.1：</b></p><p><b>　　圖1.1 力學模型</b></p><p>　　圖1.2 1/4模型</p><p>　　由于是對稱模

29、型，所以只需要選取其1/4模型進行分析（圖1.2）。對于對稱結構，選取一部分分析，可以減少數(shù)據(jù)的計算量，節(jié)約時間和電腦資源。</p><p>　?。?）單元的選取、結構的離散化</p><p>　　根據(jù)題目的要求，可選擇適當?shù)膯卧呀Y構離散化。對于平面問題可用三角元，四邊元等。</p><p><b>　　例如 圖1.3：</b></p&

30、gt;<p>　　圖1.3 劃分單元</p><p>　?。?）選擇單元的位移模式</p><p>　　結構離散化后，要用單元內結點的位移通過插值來獲得單元內各點的位移。在有限元法中，通常都是假定單元的位移模式是多項式，一般來說，單元位移多項式的項數(shù)應與單元的自由度數(shù)相等。它的階數(shù)至少包含常數(shù)項和一次項。至于高次項要選取多少項，則應視單元的類型而定。</p>

31、<p>　?。?）單元的力學特性分析</p><p>　　把（1-1）式代入幾何方程可推導出用單元結點位移表示的單元應變表達式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　再把（1－２）式代入物理方程，可導出用單元結點位移列陣表示的單元應力表達式：</p><p><b>　　式

32、中：</b></p><p>　　最后利用彈性體的虛功方程建立單元結點力陣與結點位移列陣之間的關系，即形成單元的剛度方程式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　（5）建立整體結構的剛度方程</p><p>　　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

33、列陣{R}，形成總體結構的剛度方程：</p><p>　　（6）求解修改后的整體結構剛度方程</p><p>　　考慮整體結構的約束情況，修改整體剛度方程之后，（1-6）式就變成以結點位移為未知數(shù)的代數(shù)方程組。解此方程組可求出結點位移。</p><p>　?。?）由單元的結點位移列陣計算單元應力</p><p>　　解出整體結構的結點位移列陣

34、　　后，再根據(jù)單元結點的編號找出對應于單元的位移列陣，將代入（1-3）式就可求出各單元的應力分量值。</p><p><b>　　（8）計算結果輸出</b></p><p>　　求解出整體結構的位移和應力后，可有選擇地整理輸出某些關鍵點的位移值和應力值，特別要輸出結構的 變形圖、應力圖、應變圖、結構仿真變形過程動畫圖及整體結構的彎矩、剪力圖等等。</p>

35、<p>　　1.4 有限元的解題步驟：</p><p>　　有限元分析包括三個步驟：前處理，求解，后處理。 前處理包括產(chǎn)生一個有限元模型的幾何體的全過程，輸入物理特性，描述邊界條件和載荷，以及檢查模型。 求解過程在模型求解模塊中進行，或在一個外部有限元分析程序中進行。求解能夠解答線性和非線性的，靜態(tài)的，動態(tài)的，屈曲，熱傳導和勢位能分析問題。至于其它類型的分析，有限元模型信息 對于一

36、個外部有限元求解問題可寫成所要求的格式。 后處量包括標繪出偏移和應力，利用失效準則，諸如允許的最大偏移，材質的靜態(tài)和疲勞強度等等來比較這些結果，假如我們僅僅想知道零件是否能經(jīng)受住載荷試驗。所有我們需要看到的只是一個是或否的答案，這不是通常那種情況。我們喜歡有能力去看到不同形式顯示的結果，這樣我們以判斷力來判斷為什么零件失效和怎樣去改進設計。 在你的模型中，可能有許多錯誤的根源，例如，有限元網(wǎng)格的粗糙，所用單元的類型，或材

37、料性質的不準確性。這就是為什么后期處理將包括檢查那些在建立模型時不可能發(fā)覺的錯誤。你必須進行的一個基本的檢查是用某些人工的計算法使你確信在譬如在輸入材料性質時，小數(shù)點的位置不會發(fā)生任何顯著的錯誤，也建議你在觀察應力前標</p><p>　　采用有限元法進行工程分析的一般流程如圖1.4所示：</p><p>　　圖1.4 有限元法工程分析的一般流程 </p><p>

38、;　　1.5 有限元的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著有限元技術應用的不斷擴大,其發(fā)展呈現(xiàn)如下特點:</p><p>　?。?）單一場計算向多物理耦合場問題的求解發(fā)展</p><p>　　有限元分析技術應用在裝備產(chǎn)品的設計制造中,主要是求解線性的結構問題,但根據(jù)火電、風電、核電等裝備產(chǎn)品的極端性、復雜性、多場性特點,結構非線性,流體動力學和耦合場問題的應用迫在眉

39、睫,如汽輪機葉片、風機槳葉的流體動力學問題、流固耦合問題,重型裝備產(chǎn)品熱加工過程的熱、結構、電磁多場耦合的問題。隨著有限元技術的深層次應用,需要解決的工程問題也越來越復雜,耦合場的計算求解必定成為有限元軟件開發(fā)的發(fā)展方向。</p><p>　?。?）由求解線性問題發(fā)展到求解非線性問題</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，線性理論已經(jīng)遠遠不能滿足設計的要求，許多工程問題如材料的破壞與失效

40、、裂紋擴展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進行非線性分析求解，例如薄板成形就要求同時考慮結構的大位移、大應變（幾何非線性）和塑性（材料非線性）；而對塑料、橡膠、陶瓷、混凝土及巖土等材料進行分析或需考慮材料的塑性、蠕變效應時則必須考慮材料非線性。眾所周知，非線性問題的求解是很復雜的，它不僅涉及到很多專門的數(shù)學問題，還必須掌握一定的理論知識和求解技 巧，學習起來也較為困難。為此國外一些公司花費了大量的人力和物力開發(fā)非線性求解分析軟件，如AD

41、INA、ABAQUS等。它們的共同特點是具有高效的非線性求解器、豐富而實用的非線性材料庫，ADINA還同時具有隱式和顯式兩種時間積分方法。</p><p>　　(3) 與CAD/CAM等軟件的集成</p><p>　　有限元分析軟件的一個發(fā)展趨勢是與通用計算機輔助工程軟件的集成使用,即數(shù)據(jù)信息在整個產(chǎn)品設計制造過程中的無縫多向流通,實現(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)中三維設計、有限元分析優(yōu)化、數(shù)控加工等過程的

42、快速響應,滿足工程師快捷地解決復雜工程問題的要求,提高設計水平和效率。</p><p>　　(4) 提高自動化的網(wǎng)格處理能力</p><p>　　應用有限元技術求解問題過程中,產(chǎn)品幾何模型離散后的有限元網(wǎng)格質量直接影響著計算量的大小和分析結果的正確性。各軟件公司在網(wǎng)格處理方面的投入也在加大,劃分網(wǎng)格的效率和質量都有所提高,但在實際工業(yè)生產(chǎn)中,尤其是專業(yè)領域復雜產(chǎn)品的分析中還存在問題,如網(wǎng)格

43、劃分的自動化、網(wǎng)格質量檢查的標準化。要想擺脫裝備產(chǎn)品分析中繁重的網(wǎng)格處理任務,就必須突破自動六面體網(wǎng)格功能的技術瓶頸,實現(xiàn)可循環(huán)的網(wǎng)格自動優(yōu)化功能。</p><p>　　(5) 軟件面向專業(yè)用戶的開放性</p><p>　　有限元軟件應用的技術領域多,用戶需求各不相同,因此開放的軟件環(huán)境對用戶而言至關重要,用戶可根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品的特點對軟件進行二次開發(fā),實現(xiàn)單元屬性、材料參數(shù)、復雜邊界、疲勞壽

44、命規(guī)律的自定義和產(chǎn)品專家系統(tǒng)的自開發(fā)。</p><p>　　(6) 軟件開發(fā)強強聯(lián)合</p><p>　　根據(jù)有限元軟件在裝備行業(yè)的應用情況,有限元軟件之間的強強聯(lián)合必將更加有效推進有限元技術的應用,隨著數(shù)值模擬軟件的商業(yè)化和軟件公司開發(fā)方向的專業(yè)化,各數(shù)值模擬軟件公司將會出現(xiàn)強強聯(lián)合的局面,以解決復雜裝備產(chǎn)品的設計制造難題。</p><p>　　第2章 防爆技術

45、的應用與意義</p><p>　　隨著我國工業(yè)的發(fā)展，特別是石化、冶金、煤礦工業(yè)的發(fā)展。對隔爆型電柜的設計及制造技術的要求越來越高。國內國外的企業(yè)政府對此都非常重視，因為它涉及到了工人的生命安全，一旦發(fā)生爆炸，后果不堪設想。同時，由于隔爆技術的廣泛應用，它的發(fā)展也得到了很大的提高。</p><p>　　隔爆型防爆電氣設備主要是通過隔爆外殼來達到防爆目的。隔爆外殼既要承受爆炸性氣體混合物所產(chǎn)

46、生的壓力不被損壞，還要防止火焰沿隔爆外殼結合面?zhèn)鞑ブ林車ㄐ詺怏w環(huán)境。隔爆型電氣設備具有良好的隔爆和耐爆性能，被廣泛的應用于煤礦井下等爆炸性環(huán)境場所。隔爆型電氣設備的標志為‘d’，為了實現(xiàn)隔爆外殼耐爆和隔爆性能，對隔爆外殼的形狀、材質、容積，結構等均有特殊的要求。</p><p>　　變頻器的外殼的各隔爆結合面，間隙、長度、表面粗糙度的設計應嚴格按照GB 3836.2—2010的相關規(guī)定進行；隔爆外殼應能承受G

47、B 3836.2—2010[3]規(guī)定的相關實驗；變頻器外殼不應有尖銳的棱角。外邊應涂有能耐受煤礦井下溫度與濕度的CO4-42醇酸磁漆。里邊應涂有1321耐弧漆，且漆層表面美觀，附著牢固。變頻器所選用的原材料，標準緊固件，外購元器件應符合國家有關標準和行業(yè)標準的規(guī)定。變頻器的觀察窗應符合GB 3836.2—2010的規(guī)定。透明件應有抗沖壓性能，能承受GB 3836.1—2010[4]規(guī)定的沖擊能量的沖擊，觀察窗透明件應具有抗溫度急劇變化的

48、能力，應符GB 3836.1—2010的熱巨變規(guī)定。變頻器應設有專門的內接地螺栓，所有螺栓螺母都具有自動放松措施。</p><p>　　第3章 變頻器的工作原理 </p><p>　　3.1 變頻器簡介</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、

49、頻率固定不變的交流電源變成電壓、頻率都可調的交流電源[2]。</p><p>　　現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機[5]。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成的。</p><p>

50、;　　變頻器可分為通用型和專用型，一般的機械負載和要求高過載情況，選擇通用型變頻器。專用型變頻器又可分為風泵專用型、電梯專用型、張力控制專用型等。根據(jù)自身應用環(huán)境加以選擇。</p><p>　　圖3.1 交—直—交變頻器主回路圖</p><p>　　3.2 諧波對供電線路的影響 </p><p>　　變頻器屬于非線性負荷，它從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，

51、它既是一個諧波源，又是一個諧波接收者。作為諧波源，它對各種電氣設備，自動裝置、計算機、計量儀器以及通信系統(tǒng)均有不同程度的影響。對于供電線路來說，由于諧波的作用，惡化了電網(wǎng)質量指標，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設備的壽命。其產(chǎn)生的主要危害有： (1) 增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險性。 (2) 增加附加損耗，輸電及用電設備的效率和設備利用率。 (3) 使電氣設

52、備(旋轉電機、電容器、變壓器等)運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。 (4) 使測量和計量儀器、儀表、自動裝置、計算機系統(tǒng)，以及許多用電設備運轉不正?；蛘卟荒苷幼骰虿僮鳌?(5) 干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設備。 (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和閃變，甚至引起三相電壓不平衡，會危及電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行，并影響電氣設備的正常用電和周邊用戶。

53、要降低諧波的影響程度，可以采取各種措施，但對于變頻器來說</p><p>　　第4章 變頻柜設計時應注意的問題 </p><p>　　4.1 機械負載與電機轉矩特性種類</p><p>　　變頻控制系統(tǒng)設計前，一定要了解系統(tǒng)配制，工作方式，環(huán)境，控制方式，客戶具體要求

54、具體系統(tǒng)分新設計系統(tǒng)還是舊設備改造系統(tǒng)。目前，機械負載與電機轉矩特性有許多種類，常用有三種。1．恒轉矩負載。如傳送帶， 升降機等 用公式表式為 P=T*N/975 P-電機的功率 T-電機轉矩 N-電機轉速對恒轉矩，系統(tǒng)設計應注意：（1） 電機應選變頻器專用電機（2） 變頻柜應加裝專用冷卻風扇（3） 增大電機容量，降低負載特性（4）&#

55、160;增大變頻器的容量（5） 變頻器的容量與電機的容量關系應根據(jù)品牌，一般為1.1~1.5電機的容量2．平方轉矩負載。如風機，水泵類 用公式表式為 T=K1*N2 ，P=K2*N3 P-電機的功率 T-電機轉矩 N-電機轉速一般，風機，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實際證明節(jié)能為40~50%左右，此類應用占變頻器應用30~40%左右。對平方轉矩負載，系統(tǒng)設計應注意

56、：（1） 電機通常選異步交流電機。（2） 根據(jù)環(huán)境需要，選電機防護等級和方式。（3） 大于7.5KW變頻柜,應加裝通風散熱設施 （4） 電機與變頻器容量關系。 3．恒功率負載。如卷揚</p><p>　　4.2 電氣設計工程師的設計</p><p>　　對于每個變頻控制柜，設計是整個系統(tǒng)重點，最能體現(xiàn)產(chǎn)品質量關鍵環(huán)節(jié)。對于變頻控

57、制柜，電氣設計工程師應在如下設計方面入手。1. 變頻控制系統(tǒng)的原理圖設計2. 電路主路設計。3. 電路控制路設計。</p><p>　　PLC控制接口電路，</p><p>　　變頻器聯(lián)網(wǎng)等。6. 變頻控制柜的工藝設計。包括電氣工藝設計。</p><p>　　7. 柜體板金工藝設計。原理圖設計根據(jù)以上所述的原

58、理規(guī)則，參照變頻控制柜的原理圖，根據(jù)實際需要，畫出原理圖。8. 電路主路設計。按如下順序選擇主回路電器件。（1） 確定機械負載特性：a.功率 b.扭矩 c.轉速（2） 確定電機特性:a.額定電壓 b.額定功率 c.額定電流（3） 根據(jù)以上條件和實際客戶的需要，對下列電器元件取舍:a.TR-變壓器為可選項，根據(jù)電壓等級標準，選配。b.FU-熔斷絲，一般要，選

59、擇為2.5-4倍額定變頻器電流。注意熔斷絲選速熔類。c.QA-空開，一般要選擇為1.2倍額定變頻器電流。</p><p>　　4.3 電氣工藝設計</p><p>　　電氣工程師變頻電路設計出來，下一步就是電氣工藝設計，包括：a. 多大功率變頻器b. 配什么類型電纜c. 多大的線徑d. 配多遠。一般可以查表格或計算。e. 接地

60、配線。f. 抗干擾布線。是非常重要的,一般強電電纜用帶屏蔽電纜，電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝底板上，也有的加裝屏蔽金屬環(huán)，抗干擾。g. 進出線的電纜管接頭配置。</p><p>　　4.4 柜體鈑金工藝設計</p><p>　　應根據(jù)以下原則設計1． 變頻器的環(huán)境溫度：變頻器環(huán)境溫度為-10度-50度，一定要考慮通風散熱。氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體

61、2． 柜體承載重量。3． 運輸方便性。加裝吊裝掛鉤。</p><p>　　搬運安全。5． 柜體的銘牌。</p><p>　　6． 制造商的CI標識。結論：一個質量較高的變頻控制柜，從設計，工藝，制作制造，運輸，包裝，是實際要求較高的產(chǎn)品，要求各個環(huán)節(jié)質量保障，才能作出較高質量和水平的控制柜。</p><p>　　第5章

62、 防爆柜設計的技術要求</p><p>　　1. 投標產(chǎn)品（包括所選用的器件）必須符合中國電工產(chǎn)品認證委員會的安全認證要求，其電氣設備上應帶有安全認證保證；必須符合國家現(xiàn)行技術標準的規(guī)定[12]，并應提供合格證書等。</p><p>　　2. 柜內主要器件采用ABB[7]或者施耐得產(chǎn)品（具體見元器件的技術要求）。</p><p>　　3. 本次投標產(chǎn)品所選用的元器

63、件必須保證是正品、新品。每天工作時間是24h，全年連續(xù)工作。</p><p>　　4. 箱體（柜體）的鋼板厚度不應小于2.0mm的冷軋板；箱體的尺寸要求180（高）*75（寬）*65（厚），盡可能要求規(guī)格尺寸設計，若該尺寸不滿足設計要求，柜體的尺寸可以相應的改動，并報出箱體的實際尺寸，但安裝的固定支架必須嚴格安裝提供的尺寸設計，并提供安裝示意圖。</p><p>　　5. 箱體采用噴塑，箱

64、體顏色采用銀白色，采用相應的防腐蝕措施。</p><p>　　6. 變頻控制柜必須有銘牌。</p><p>　　7. 變頻控制柜的內部布置結構必須嚴格按系統(tǒng)圖，國家標準以及地方規(guī)范執(zhí)行；內部接線應排列整齊，清晰和美觀，綁扎成束或敷于專用塑料槽內卡在安裝架上；配線應考慮足夠的余量。所選用的導線、尼龍扎帶塑料線槽等都為阻燃性。</p><p>　　8. 電箱柜門內側必須

65、貼有電氣系統(tǒng)圖，采用透明膠布防水密封。</p><p>　　9. 中性線母排和接地母排的電流容量必須經(jīng)過計算并且足夠大；箱內電器元件的上方必須標有元件符號，各電路的導線端頭也應標志相應的文字符號。</p><p>　　第6章 變頻調速系統(tǒng)結構設計</p><p>　　6.1 柜體的布局和器件配置</p><p>　　傳統(tǒng)的布局設計方法是以

66、經(jīng)驗總結為基礎，通過長期設計實踐而形成的設計依</p><p>　　據(jù)。傳統(tǒng)的布局設計很大程度上是憑借設計人員的直接的或間接的經(jīng)驗，同時擬訂幾種布局設計方案;然后進行計算、繪圖、比較、返工;最終獲得設計方案。本文采用計算機輔助設計的方法，利用Solidworks軟件生成元器件并布局，建立模型。</p><p>　　(l) 明確設計要求。了解設計任務，應用的環(huán)境、性能指標以及相關的國家標準和

67、設計規(guī)范；</p><p>　　(2) 根據(jù)經(jīng)驗設計多種方案；</p><p>　　(3) 根據(jù)所設計的方案繪出圖紙；</p><p>　　(4) 看所繪出圖紙是否符合GB12668中國調速電氣傳動系統(tǒng)等國家標準；</p><p>　　(5) 是否滿足散熱、排風要求，器件有沒有擋住散熱通道；</p><p>　　(6)

68、 結構設計的緊湊與否，器件之間間隙要合理不要過大；</p><p>　　(7) 導線布置。要考慮在一個平面內的導線布局更要兼顧整個箱體的布局，使主電</p><p>　　路、控制電路以及信號線之間的干擾降低，減小電磁干擾；</p><p>　　(8) 確定方案并制作。</p><p>　　6.2 變頻調速系統(tǒng)變頻柜設計</p>

69、<p>　　在變頻柜設計時主要考慮電磁兼容、在柜子內部電容組和散熱片擺放、布線、通風散熱等，再利用501記works把各個器件裝配到一起時要考慮電氣間隙和爬電距離。</p><p>　　電磁干擾主要有電源產(chǎn)生的干擾，如開關動作時的沖擊電流、電路邏輯狀態(tài)變換時的電流變化和電壓變化、溫度變化時的雷電浪涌、直流脈動、接通或斷開較大負載時線路中產(chǎn)生的沖擊浪涌等;公共配線上的阻抗干擾;接地線線干擾;靜電放電對集

70、成電路器件的干擾;電纜導線較長距離的平行配線產(chǎn)生的串聯(lián)干擾等等。為抑制上述各種干擾，一般應在設計階段就注意輸入輸出線路的隔離和配線方式，注意器件的選擇和布局、地線的敷設方式等問題。對于電源，應該力求穩(wěn)定可靠，并裝設線路濾波器、隔離變壓器和自動電壓調節(jié)器等。還要仔細研究和處理各部分的接地，包括電線電纜的屏蔽層接地。此外，還應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。</p><p>　　變頻

71、柜設計完成后就要安裝配線。在配線配線之前必須檢查各種電纜的線徑，看是否符合國家標準。要將主電路和控制電路的配線分開，而且要走不同的線路，不能長距離平行走線。盡量避免交叉走線，在不能避免交叉時，可以交叉但絕對不要相互并行走線。動力電纜、電源電纜、信號電纜、數(shù)據(jù)電纜要分別排線。按照標準在柜體內的最短距離為20mm，如有必要應采用接地的隔離開關或接地開關。過同一接線口時也要在兩種電纜之間設置隔離壁，以防止動力線的干擾噪聲侵入控制電路，造成變頻

72、器不正常運行。在對控制電路進行布線時應采用屏蔽線或雙絞線以避免因干擾信號造成的誤動作，影響變頻器正常工作。</p><p>　　為了抑制噪聲和防止干擾，實踐證明良好的接地方式在很大程度上可以抑制丙部噪聲的禍合，同時還可以防止外部干擾的侵入，使系統(tǒng)的抗干擾能力提高;另外防止由于變頻器主電路中的半導體開關器件在工作過程中將進行高速的開閉動作使殼體上有漏電電路產(chǎn)生，引起觸電，必須保證變頻器的接地端可靠接地。從安全和降低

73、或者接在電器設備的外殼上。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。為改善變頻器輸出電流，減少電動機噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。在進行接地線的布線時，不可以同動力機械、變壓器等強電設備共用一個接地電纜或接地極，并且接地電纜布線上也應與強電設備的接地電纜分開，盡可能縮短接地電纜的長度。</p><p>　　6.3

74、變頻控制柜內部基本布局</p><p>　　設計變頻控制柜前，既要要考慮變頻柜正常運行條件，還要考慮可能發(fā)生的故障</p><p>　　條件以及隨之引起的故障。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、防護等級等。變頻控制柜的布局及器件配置要合理，符合行業(yè)和國家標準，便于維護保養(yǎng)。</p><p>　?。?） 電源側斷路器</p>&l

75、t;p>　?。?） 電源側真空接觸器</p><p>　?。?） 電源側交流電抗器</p><p>　　（4） 電源側EMI濾波器</p><p>　?。?） 機側EMI濾波器</p><p>　?。?） 電機側交流電抗器</p><p>　　（7） 電機側真空接觸器</p><p>&l

76、t;b>　?。?） 進線開關</b></p><p>　　6.4 變頻器散熱及制作</p><p>　　變頻器的發(fā)熱幾乎都是由內部功率器件的損耗產(chǎn)生的。溫度對任何設備都具有破壞作用，但是變頻器和其他設備不同，因為其他設備的破壞作用常常是比較緩慢的，受破壞時的溫度通常不是很準確地，唯獨變頻器的功率器件管IGBT在溫度超過某一極限值時，會立即導致逆變管直通而損壞。因此，變頻

77、器的散熱問題是非常重要地。</p><p>　　礦用隔爆一體化電機是應用在煤礦井下存在瓦斯和煤粉塵的易爆危險環(huán)境中。所以對于礦用變頻器要求是非常嚴格的，必須具有隔爆及本質安全性能。采用變頻器置于隔爆殼體內可以解決對于礦用設備的隔爆要求，但是由于隔爆殼體內都是密封的，空氣流通性非常小，在自然的情況下與外界的熱交換只有通過殼體的擴散方式來完成。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散發(fā)的。當溫度高于某一

78、臨界值時變頻器將不能正常工作甚至導致?lián)p壞。因此礦用隔爆一體化電機的散熱問題是至關重要地。</p><p>　　變頻器的散熱有很多方式，如風冷、水冷、強制風冷、熱管散熱等。但是由于礦用隔爆變頻器是置于封閉的隔爆殼體內部，所以不能使用風冷散熱，另外熱管散熱的成本非常高?？紤]散熱成本以及要適合隔爆變頻器的應用環(huán)境我設計了一種強制水循環(huán)冷板散熱。</p><p>　　第7章 防爆柜的三維實體模型

79、</p><p>　　7.1 Solidworks軟件介紹</p><p>　　Solidworks是由美國SolidWorks公司開發(fā)的三維機械CAD軟件，問世于1995年。因其強大的功能、易用性和創(chuàng)新性，在于同類軟件的競爭中逐步確立了市場地位。</p><p>　　SolidWorks提供了強大的基于特征的實體建模功能，用戶可以通過拉伸特征、旋轉特征、薄壁特征

80、、抽殼、特征陣列以及打孔等操作實現(xiàn)產(chǎn)品的設計，方便地添加特征、更改特征以及將特征重新排列，對特征和草圖進行動態(tài)修改，并通過拖拽等方式實現(xiàn)實時設計修改。</p><p>　　在進行裝配設計時，可以直接參考其他零件并保持這種參考關系生成新零件可以動態(tài)裝配體的所有運動，并對運動零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢查，還可以應用智能零件技術自動完成重復設計，運用智能化裝配技術完成自動捕捉并定義裝配關系。</p>

81、<p>　　在進行工程圖設計時，可以自動生成詳細，準確的工程圖樣，且這種工程圖樣是全相關的，即在修改圖樣時，三維模型，各個視圖，裝配體都會自動進行更新。</p><p>　　SolidWorks還提供了功能強大的全相關的鈑金設計和模具設計能力，以及開放的二次開發(fā)工具。</p><p>　　Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 功能強大、易學易用和技

82、術創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 SolidWorks是一款三維機械CAD軟件，具有強大的功能、易用性和創(chuàng)新性。</p><p>　　7.2 三維建模步驟&

83、lt;/p><p>　　通過Solidworks三維軟件來建造變頻器防爆柜的實體。由于防爆柜是一個裝配體，主要由主箱體、兩個接線腔和一個散熱器組成，所以先從零件畫起。主箱體由六塊鋼板焊接而成，每個鋼板厚度為16mm。通過拉伸命令就可以完成，比較簡單。按照尺寸圖把兩個接線腔也畫出來。最后畫出散熱器的零件。新建裝配體，把零件用配合類型裝配到一起。</p><p>　　圖6.1 防爆柜三維模型<

84、;/p><p><b>　　第8章 焊接技術</b></p><p>　　焊接是被焊工件的材質（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，使工件的材質達到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。焊接過程中，工件和焊料融化形成熔融區(qū)域，熔池冷卻凝固后便形成材料之間的連接。這一過程中，通常還需要施加壓力。焊接的能量來源由很多種，包括氣體焰，電弧，激光，電

85、子束，摩擦和超聲波等?！『附拥某霈F(xiàn)迎合了金屬藝術發(fā)展對新工藝手段的需要。而在另一方面，金屬在焊接熱量作用下所產(chǎn)生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現(xiàn)語言的需求。在今天的金屬藝術創(chuàng)作中，焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現(xiàn)語言而著力加以表現(xiàn)。</p><p><b>　　焊接方法</b></p><p>　　焊接技術主要應用在金屬母材上，常用的有電弧焊，氬

86、弧焊，CO2保護焊，氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，塑料等非金屬材料亦可進行焊接。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?！　?lt;/p><p>　　熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。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

87、會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質量和性能。　</p><p>　　壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時，在軸向壓力作用下連接成為一體。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多

88、數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質接頭?！　?lt;/p><p>　　釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬

89、料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法。焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調整焊接條件，焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質量。</p>

90、<p>　　在防爆[11]電頻柜的設計中要用到焊接技術，并且對焊接的質量要求很高。由于變頻柜是由鋼板折疊而成的，所以要用的焊接主要是鋼板之間縫隙的焊接。</p><p>　　第9章 有限元分析與Simulation在隔爆柜結構分析中的應用</p><p>　　9.1 Simulation簡介 </p><p>　　SolidWorks Simula

91、tion 是一個與 SolidWorks 完全集成的設計分析系統(tǒng)。SolidWorks Simulation 提供了單一屏幕解決方案來進行應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析，優(yōu)化分析，非線性分析，線性動態(tài)分析，掉落測試分析，疲勞分析，壓力容器分析。SolidWorks Simulation 憑借著快速解算器的強有力支持，使得您能夠使用個人計算機快速解決大型問題。SolidWorks Simulation 提供了多種捆綁包，可滿足您的分

92、析需要。SolidWorks Simulation 節(jié)省了搜索最佳設計所需的時間和精力，可大大縮短產(chǎn)品上市時間。</p><p>　　9.2 Simulation對防爆柜的結構分析步驟</p><p>　　柜體是電器，電子設備的基礎結構。在煤礦中，爆炸引起的振動，沖擊是導致電子設備失效的重要原因，所以防爆變頻柜的結構設計合理性就相當重要。而Simulation是模擬檢驗設計合理性最好軟件

93、，它可以模擬在外界爆炸力的作用下變頻柜發(fā)生的最大變形和破壞。</p><p>　　Simulation對防爆柜的分析步驟：</p><p>　　1.有限元分析的前處理 完成箱體幾何建模后，就可以將其導入到Simulation有限元分析軟件中，建立它的有限元模型。在建立有限元模型前，先要定義工作文件名，指出分析類型，然后進行定義材料屬性、設定網(wǎng)格類型、施加約束和載荷、劃分網(wǎng)格等前處理，

94、再進行求解。在計算時，對箱體的焊接進行簡化處理，即假設各焊接材料屬性、焊條材料屬性無缺陷，焊接牢固可靠，無虛焊、漏焊、松脫現(xiàn)象，所有焊縫為連續(xù)全焊透，且不考慮焊縫材料特性的變化，認為焊接處的材料特性與相鄰結構的材料特性相同，焊接后殘余應力較小，不足以影響箱體的計算結果。</p><p>　　2.將防爆柜實體簡化 由于只對防爆柜的主體進行有限元分析，可以將兩邊的接線腔和后邊的散熱部件省去。不考慮螺紋孔的受力，

95、將所有螺紋孔壓縮。箱體前門的厚度要比四周鋼板厚許多，因此分析時可以不考慮前門。</p><p>　　圖9.1 簡化后的模型</p><p>　　3 新建算例-無方鋼的防爆柜 點擊算例顧問，選擇新建算例，在名稱中輸入“無方鋼防爆柜”，點擊靜態(tài)，確定。分析類型的選擇是由模型載荷條件及要計算的相應確定的，可以分為靜態(tài)分析、瞬態(tài)分析、諧分析、模態(tài)分析、譜分析、屈曲分析和子結構分析等。箱體按國

96、家標準在高壓狀態(tài)進行密封試驗和防爆試驗，采用的試驗方法是在箱體內逐步緩慢的施加水壓，水壓的最大值為1MPa，并在這壓力下保持10秒鐘。由于施加的水壓比較大，同時結合以前水壓試驗情況，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。因此要考慮塑性變形，采用彈塑性的非線性分析。做水壓實驗時，箱體承受水壓的時間比較長，同碰撞、沖擊、震動、爆炸等載荷狀態(tài)下有著本質的不同，故不能采用動態(tài)分析，視為靜態(tài)分析，即載荷不隨時間變化的系統(tǒng)平衡分析。&

97、lt;/p><p><b>　　圖9.2 新建算例</b></p><p>　　4.對防爆柜進行材料應用 在材料中選擇普通碳素鋼Q235A，Q235A的材料特性如下：</p><p>　　圖9.3 Q235A材料屬性</p><p>　　5.選擇夾具 由于防爆柜是放在煤礦井下，豎直放置，選擇防爆柜底部進行固定約束

98、。為了保證箱體在外力作用下保持平衡，必須進行約束處理，引入邊界條件。箱體作水壓試驗時，在箱體和水的自重作用下，固定箱體底板，使箱體沿高度方向（Z軸）平動自由度及繞X、Y軸轉動自由度為零；（2）對于對稱面上的所有結點，設置該面上所有結點在其法線方向（Y軸）的平動自由度和繞其他兩軸的轉動自由度為零。</p><p><b>　　圖9.4 夾具</b></p><p>　　

99、6.外部載荷 用1MPa的水壓進行試驗，載荷時由1MPa的水壓和水的自重兩部分組成。1Mpa=1.0×106Pa=10個大氣壓，相當于103.36m的水柱產(chǎn)生的壓強，而此防爆柜的長寬不足1.5m，相對于1MPa的水壓可以忽略不計。因此只對防爆柜的內部五個表面施加1Mpa的面壓力。</p><p>　　有限元的主要目的是檢查結構或構件對一定載荷的影響，因此，在分析中指定合適的在和條件是獲得高精度計算

100、結果非常關鍵的一步。箱體主要受兩個方面的力，即試驗時施加的水壓力和水自重產(chǎn)生的壓力。施加的水壓為1MPa，其方向為垂直于各受力表面：水自重形成的壓強可以通過計算得出，方向也垂直于各受力表面，計算公式為：</p><p><b>　　P=ρgh</b></p><p><b>　　P——壓強</b></p><p>　　ρ—

101、—水的比重，1X103kg/m3</p><p>　　G——重力加速度，9.8N/kg</p><p>　　h——受力位置水的深度</p><p><b>　　圖9.5 外部載荷</b></p><p>　　7.網(wǎng)格劃分 對此防爆柜進行網(wǎng)格劃分，整個防爆柜都是將鋼板焊接起來的，不存在橫梁、薄殼等其他結構，并且焊接的

102、結構效果和鋼板的整體材料效果相同，所以只需將其看成實體進行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格參數(shù)里選擇網(wǎng)格大小為50mm，公差為2.5mm。定義邊界約束和施加載荷后，下一步就是對箱體劃分網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格是建立箱體有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題比較多，需要的工作量比較大，所劃分的網(wǎng)格形式對箱體的計算精度和計算規(guī)模將會產(chǎn)生直接影響，影響計算的主要因素包括網(wǎng)格數(shù)量和網(wǎng)格密度。</p><p>　　網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響箱體計算結

103、果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格劃分的越細，計算精度會有所提高，同時，網(wǎng)格劃的越細，產(chǎn)生的單元數(shù)，結點數(shù)及自由度數(shù)越多，計算變得就越復雜，所需的計算機資源，CPU運行時間也越多。</p><p>　　在有限元分析中，確定單元類型是很重要的。在結構靜立分析中，要用到地典型的單元類型有：線單元、二維單元、三維實體單元等。一般來說，選取單元類型的要點是:采用解決問題所必須的自由度數(shù)目最小的單元類型。當然，單元類

104、型的選舉取決于分析對象的結構類型和幾何形狀，還受到載荷類型和作用方向、變形的假設、應變分布及分析所要的精度等諸多因素的影響。一般原則是：一維單元（桿、粱和彈簧等）用于離散“線”類結構（如桁架、梁結構等）；二維單元（平面應力、平面應變軸對稱和薄殼等）用于離散“面”類結構（如板殼結構）；三維單元（厚殼和實體等）則用于離散“體”類結構（如塊體結構）。這里所謂的一維、二維和三維，并非指單元所適用結構的實際類型，而是它所能得到的結果種類。例如，薄

105、殼單元能離散三維的結構，但其分析的結果卻是二維的。在選取單元時，要特別注意不同類型的單元連接處的處理問題。這些連接處的多余的結點自由度必須采取適當?shù)霓k法加以消除，以保證單元間的協(xié)調。</p><p>　　綜上所述，在本課題中，由于箱體零件少，結構簡單，宜采用3D實體單元類型。</p><p><b>　　圖9.6 網(wǎng)格劃分</b></p><p&g

106、t;　　8.結果運行 點擊運行，獲得應力、應變和位移圖。</p><p><b>　　圖9.7應力圖</b></p><p><b>　　圖9.8 位移圖</b></p><p><b>　　圖9.9 應變圖</b></p><p>　　9.結果分析并進行優(yōu)化 從應

107、力圖中可以明顯看出防爆柜整體的普遍應力都大于普通碳鋼的屈服強度，所以判定為不合格。從位移圖中看出最大位移為6mm，發(fā)生在后板的中間。綜上分析，可以在后板上面焊接一個30X30方鋼來增加后板的強度。</p><p><b>　　優(yōu)化后的結果:</b></p><p><b>　　圖9.10 應力圖</b></p><p>&

108、lt;b>　　圖9.11 位移圖</b></p><p><b>　　圖9.12應變圖</b></p><p>　　10.結果比較 通過加方鋼的防爆柜和不加方鋼的防爆柜計較，可以發(fā)現(xiàn)加方鋼的防爆柜要比不加方鋼的防爆柜所受的應力和位移要小得多，并且滿足屈服強度要求。所以選擇加方鋼的防爆柜這個方案。</p><p><

109、b>　　總結</b></p><p>　　當今世界市場競爭日趨激烈，用戶對產(chǎn)品的性能要求越來越高，同時要求產(chǎn)品的設計和制造周期越來越短。若想在競爭激烈的市場中占有一席之地，依靠傳統(tǒng)的設計方法是行不通的，必須采用先進的三維有限元分析技術，在Simulation軟件的支撐下，可以即時對設計的結構進行受力分析，并針對分析結果提出修改方案，再計算修改，如此反復，以達到優(yōu)化設計的目的。大幅度提高設計制造效