防爆电气设备电缆引入装置夹紧试验装置的研制*

蒋漳河，柯研，张迎新

(广州特种机电设备检测研究院，广东广州 510180)

0 引言

防爆电气设备最常用的电缆引入装置结构是使用压紧螺母或压盘压紧的密封圈式橡套电缆引入装置，电缆引入装置是允许将一根或多根电缆或光缆引入防爆电气设备内部并能保证其防爆性能的装置［1，2］，是防爆电气设备常用的重要部件［3，4］。其夹紧性能是防爆性能的主要标志之一。防爆电气设备电缆和引入装置主体之间需采用弹性密封圈或者金属(复合)密封圈或者填料的措施来夹紧电缆，以防止电缆受到的拉力或扭矩 传 到 连 接 件 上［5］。 GB 3836.1—2010 和GB 12476.1—2013标准规定了电缆引入装置的夹紧试验要求与规定，通过在电缆(或模拟电缆的芯轴)上施加一定时间的规定拉力后，以用电缆(或芯轴)的位移量来判定引入装置夹紧能力是否合格。设计、研制的试验装置适用于密封圈夹紧的电缆引入装置、填料夹紧的电缆引入装置、带夹紧装置的电缆引入装置和通过密封套内装置夹紧铠装层的铠装电缆引入装置。

1 试验要求与设计

1.1 试验要求

模拟引入装置夹紧电缆，在电缆(或模拟电缆的芯轴)上施加与电缆直径或周长成比例的与电缆轴向平行的外力，经过一段时间之后，通过电缆的位移量来判断引入装置夹紧能力是否合格。

依据 GB 3836.1、GB 12476.1 试验要求，对电缆或芯轴施加以下拉力(N)［1，2］。

(1)非铠装电缆、带编织覆盖层电缆:施加的拉力为20倍芯轴或电缆直径(以mm为单位，电缆引入装置设计为圆形电缆)，或6倍电缆周长(以mm为单位，电缆引入装置设计为非圆形电缆)。在环境温度为(20±5)℃条件下，施加规定拉力6h，如果芯轴或电缆样品位移量不超过6mm，引入装置的夹紧作用为合格。

(2)铠装电缆(通过密封套内装置夹紧铠装层的电缆引入装置)，施加的拉力为80倍电缆直径(以mm为单位，I类电气设备用铠装电缆)，或20倍电缆直径(以mm为单位，II类或III类电气设备用铠装电缆)。在环境温度为(20℃ ±5℃)条件下，施加规定拉力(120±10)s，如果铠装部位的位移可忽略不计，引入装置的夹紧作用为合格。

1.2 试验装置设计思路

试验装置首先能紧固试样，其次能产生可调、稳定、方向准确的外力，还要能精确读出电缆在外力作用下的位移值。此外，在功能齐全的同时应尽量减少试验机的制造成本，降低结构复杂程度，提高拉力加载系统的稳定性及检测系统的准确性，设计出经济、轻便、稳定、准确、可靠的引入装置夹紧试验装置。

2 试验装置设计方案

2.1 主要结构

夹紧试验装置主要包括样品装夹与拉力两大系统，具体包括底座、X轴向试验台、Y轴向试验台、X旋向试验台、试样紧固台、摇杆转轮、各向丝杆、配重台、载重台、支撑架、定滑轮组件、显示箱、拉力机、百分表等，如图1所示。该试验装置有水平、垂直两个检测系统;试验台通过控制平台X轴、Y轴方向移动和试验紧固面0°～90°垂直可调。较小被试样品在试验装置平台上测试，较大被试样品在地面基座上测试。

图1 夹紧试验装置主要结构

2.2 试样装夹系统

试样装夹系统由X轴向试验台、Y轴向试验台、X旋向试验台、试样紧固台及各向丝杆等组成，丝杆由转盘连接手动旋转驱动，选用丝杆型号分别为M30 ×3.5，M30 ×3.5，M25 ×3。X 轴向试验台与基座间通过梯形槽实现连接与限位定向滑动;Y轴向试验台与X轴向试验台间则通过T型槽实现连接与限位定向滑动;X轴旋向试验台通过旋转副连接在Y轴旋向试验台上，并经丝杆带动连接杆摆动实现X轴旋向试验台的水平度调节。试样与试样紧固台的连接由紧固台上的紧固圆盘上的T型卡位槽与紧固螺栓螺母实现，如图2所示。

图2 试样装夹系统

2.3 水平度调节功能设计

图3为X旋向试验台组成结构，当丝杆旋转，连接杆下端随丝杆进给移动，通过上端旋转副改变试样紧固台的角度，右侧与滑槽配合的连杆起到辅助支撑作用，并保护丝杆免受拉力影响，简化图如图4所示。

图3 水平度调节系统

图4 水平度调节系统功能简图

2.4 拉力系统

拉力加载方式有螺杆式加力法、定滑轮式加力法、杠杆式加力法、齿轮式加力法及液压缸式加力法等多种可供选择。通过分析对比可知，定滑轮式加力法所加载配重是由标称砝码组合所得，在加载分辨率上有所不足，无法设定过于精确的加载值，但在夹紧实验中足以满足F要求，所供拉力由砝码质量m与重力加速度g影响，具有供力稳定、结构简单、经济实用等特点，无需供液加压装置，操作也更为简单。拉力传递所用绳需考虑试验特点，试验需检测试样位移量(以6mm为判断标准)，拉绳需要保持配重与试样连接6h，这就要求拉绳必须具备较高的抗拉强度以及在拉力方向上具有较大的刚度，所以设计方案选用6x19+IWS型钢芯钢丝绳(如图5所示)，该钢丝绳共有7股133绳。试验机使用HP-3K型数显式推拉力计测量及记录试验拉力数值，准确度0.5 级，最小读数达0.001N，精度 ±0.5%。

图5 6x19+IWS型钢芯钢丝绳

2.5 使用方法

在夹紧试验装置上开展电缆引入装置夹紧试验时，按标准规定选取试验芯轴或电缆，将引入装置试样装夹在试样紧固台上，以数显式推拉力计连接试样及钢丝绳。通过左侧配重台添置砝码，同时通过调整X轴向试验台、Y轴向试验台、X旋向试验台调节试样紧固台水平度。旋转升降杆提升载重台使其与配重台分离，此时钢丝绳绷直，钢丝绳与试样方向沿水平面法线方向，拉力传导到拉力计及试样上，通过观测显示箱拉力示数调节砝码重量(即钢丝绳拉力)。拉力示数稳定后读取百分表初始示数，并开始计时，6h后读取拉力示数与百分表读数。百分表顶针与跟钢丝绳连接的滑板接触，顶针移动量即为钢丝绳沿拉力方向的位移量即是试样位移量。若试样直径较大，试样紧固平台不能满足试样的紧固空间需求，则将被试样机摆放在拉力试验机旁边的试验位置上。

3 试验与结果分析

3.1 试验步骤

试验步骤如下:

(1)把试样用压块固定在拉力试验机的可移动平台上(较大的被试样件摆放在拉力试验机旁边的试验位置上，依靠自身重力固定);

(2)调整试验机工作平台在三个方向的位置，使芯棒中心线垂直水平面，用铅垂线验证;

(3)调整钢丝绳与托架位置，使拉力计接近芯棒，使托架与砝码托盘点底部相聚约5cm;

(4)将砝码托盘放在托架上，接通拉力计电源，清零。将芯棒、拉力传感器与钢丝绳串联在一起;

(5)逐渐增加砝码，读取数值，当拉力计显示值为20倍芯棒直径(mm)时停止增加砝码;

(6)移动位于试验机顶部的滑块，使其轻触百分表;

(7)拧紧滑块，读取百分表初始值。6h后记录百分表终止值，松开滑块;

(8)将拉力计与芯棒分离，砝码放回原位，切断拉力计电源，取出试样，拉力试验完毕。

3.2 试验结果

试验选取了4组密封圈夹紧的电缆引入装置试样按照试验要求进行夹紧拉力试验，经6h不间断拉力作用后，所得实验数据见表1。

表1 夹紧拉力试验试验数据

图6 夹紧拉力试验位移量比较图

百分表实验前后读数之差即为试样实验中的位移量，易知4组试验试样中，1～3号试样位移量均小于6mm，为合格产品;4号试样位移大于6mm，为不合格产品。

4 结语

该电缆引入装置夹紧试验装置在试验功能得到保障的前提下综合考虑了经济性能，采用了砝码配重、钢丝绳传导拉力的方案，基于丝杆进给的水平度及空间位置调节系统提升了试验结果的准确性。由夹紧拉力试验试验结果可知，该试验装置可稳定、准确、可靠工作，符合GB 3836.1、GB 12476.1标准试验规定，可用于检测评定防爆电气设备电缆引入装置夹紧的合格性。

［1]GB 3836.1—2010爆炸性环境设备 第1部分:通用要求［S］.

［2]GB 12476.1—2013可燃性粉尘环境用电气设备 第1部分:通用要求［S］.

［3]张海鸥.防爆电气设备电缆引入装置设计探讨［J］.电气防爆，2012，(1):11-14.

［4]张海鸥.防爆电气设备密封圈式橡套电缆引入装置的设计［J］.电气防爆，2008，(3):15-18.

［5]王殿友.Ex电缆引入装置结构及性能特点分析［J］.防爆电机，2002，(4):21-22