防爆电机机座强度试验保压系统设计

张佳兴 董宏程 孙彬

摘  要：根据GB“爆炸性气体环境用电气设备检查和试验”规定，防爆型电气设备外壳需进行强度试验，由制造厂逐件进行。强度试验有两种方法：动态强度试验和静态强度试验。动态强度试验用于检验单位，也可以作为制造厂逐件试验用;静态强度试验只适用于制造厂，可以用水或其他适用的介质进行。该文通过对防爆电机机座水压试验所涉及的试验设备——水压机，在设计过程中注意事项予以阐述，并得到实践中验证。

关键词：水压试验  防爆电机  水压机

防爆电机机座的强度试验须在精加工后进行，同时要尽可能保证其模拟实际装配状态固定，试验压力须不小于：（1）当防爆等级别为Ⅰ、ⅡA、ⅡB时为1.0MPa;（2）当防爆等级别为ⅡC时1.5MPa，并保持1min以上，试验结果在10s以内不允许有滴水现象为合格[3]。试验中如发现有GB 1336-77《防爆电气设备制造检验规程》的附录四《防爆电气设备隔爆面缺陷处理的规定》中所允许的缺陷，可补焊。补焊后要求按上述规定进行水压试验，并保持4min。

根据工艺提出技术要求，需对防爆等级别为ⅡC隔爆型电机机座进行强度实验，强度实验机座号为180～355区间。依据国家标准“爆炸性气体环境用电气设备检查和试验”的相关规定[3]，我们采用加有防锈剂和清洗剂的水溶液作为试验介质，利用水压机和水压工装模拟零部件实际装配状态进行强度试验。

YB2-355L型隔爆电机机座最大外观尺寸为外径φ716mm、内径φ590mm、高度H795mm、机座总长L1220m、内部空腔体积为0.334m3，重量780kg;YB2-180L型隔爆电机机座最大外观尺寸为外径φ355mm、内径φ290mm、高度H415mm、机座总长L400mm、内部空腔体积为0.026m3，重量52.5kg。参照以上技术尺寸及标准要求，确定试验压力保证方式、装夹形式、密封腔内密封性和设备相观尺寸。

1  试验压力的保证

液压系统和水压系统是保证试验压力的两大重要组成部分，两部分完善协调配合，是水压试验系统完成保持压力和时间持续4min关键[1]。

主机采用上、下液压缸立式结构，将工件立置安放于上、下液压缸中间，依靠上、下液压缸运动将工件夹紧，两液压缸夹紧力不允许将工件造成永久变形或破裂，然后向工件腔体内充入一定压力的水。需要密封之处，工件两端口及出线盒，不允许有压力水泄漏。为保证工件装卸操作方便及生产效率，采用自动上下料机构。因此，液压系统密封性能，夹紧力大小，上、下液压缸运动速度，将直接影响整个系统的保压效果。

选取机座号YB2-355L隔爆电机机座为例，向机座密封腔体内注入1.5MPa压力水，保压时间5min。根据F=P×A粗略计算，液压缸受力F≈65000kg，若保证腔体内压力达到1.5MPa，而且液压缸不产生回弹，这就需要液压缸对试件的夹紧力F≥65000kg。若F≤65000kg，会产生液压缸回弹现象，造成密封胶圈压缩量不足，至使电机机座腔体内密封失败，达不到试验要求。这就要求在设计水压试验设备中，要考虑工件的装夹形式、压力大小调节的精准性、密封腔体内的密封性等因素。

（1）液压系统设计。

为避免速度过快，产生较大冲击力，利用两位三通电磁实现快进，利用调速阀控制油缸夹紧过程中的慢进速度。为了降低高压回油产生油温，利用两位两通电磁阀与溢流阀卸荷高压油。完成整个系统工况由快速下行至慢下，在进行压紧维持保压时间，然后快速返回过程的需求，保证水压试验要求。若把原来的普通调速阀和溢流阀更换为电液比例阀，通过系统电流大小控制系统流量和压力，这样不但避免操作人员操作不便和调整精度[2]。

（2）液压缸设计。

根据下式可确定液压缸活塞直径D和活塞杆直径d大小：

为降低系统压力，避免或减少各液压控制阀体及液压缸体内泄，若其结构允许的情况下，设计液压缸直径时，尽量选取略大一点的数值。

（3）水压系统设计。

水压系统的作用是为机座腔体内注入一定压力的水，并在一定时间内保持压力不变。用时间继电器和电接点压力表结合，控制水泵电机与电动球阀开启与闭合，同时也保证了机座腔体内的压力及维持时间。

2  试验过程试件夹紧方式与密封的保证

（1）机座上、下端口密封与装夹。

试件依靠上、下液压缸托盘将工件夹紧，上、下托盘接触面内装有密封胶圈，用来密封机座内腔体空腔。托盘与油缸活塞杆连接要采用球面连接形式，这样可保证托盘接触面始终处于自由调整状态。

（2）出线口端面的密封。

以YB2-180L隔爆等级别为IIC系列隔爆电机机座为例，可利用快速装卸机构，如拉爪形式，挂在机座出线口凸台上，通过转动螺杆，摘下或压紧密封堵板。堵板与出线口端面之间垫有密封橡胶板，达到出线口的密封作用。这样操作简便，装拆效率高。

（3）工件在工作机台装卸形式。

机座重量在52.5～780kg范围内，重量体积都较大，水压机主机结构采用龙门框架式结构，人工直接搬卸或吊车直接吊卸工件都存在劳动强度大、不易操作、装卸效率低等缺點。考虑试验时工件装卸方便，采用电动台车运装工件形式，这样装卸工件时，可以躲开主机龙门框架空间的限制[3]。

3  其他注意事项

（1）密封圈及密封沟槽选择。

机座端口密封的方式，是保持腔体内压力恒定的重要保障之一。密封胶圈的性能和结构要有通用性，以适应不同机座号的口径需求，同时也要考虑其压缩性能。密封胶圈压缩量过大或过小对其密封效果和使用寿命不利。根据经验值，橡胶密封圈单位面积压力下压缩量ε值的选取，可参见表1选择。

设计密封沟槽的深度h和宽度b时，要考虑密封胶圈的压缩率。压缩率×100%，其中，δ为密封胶圈厚度。沟槽深度h越小，压缩率ε相对可压缩量越大;沟槽深度h越大，压缩率ε相对可压缩量越小。

电机机座端口密封，属于平面挤压密封。它是依靠预压缩后产生的回弹力，给密封接触面以一定的压力，达到密封效果。

（2）油管道敷设。

油缸至液压站管路要采用无缝钢管连接，避免因管路因受压微量膨胀变化致使系统保压功能丧失。管路敷设尽量减少弯头使用，弯头处不要用直角弯，避免管路压力损失和油温升高。

参考文献

[1] 尤大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 章宏甲，黄谊.液压传动[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] GB/T 3836.1-2000，爆炸性气体环境用电气设备[S].北京：国家质量技术监督局，2000.