隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计

1隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计摘要本文阐述了矿用自动风门系统总体方案设计和隔爆兼本质安全型控制箱及水压试验机的设计。矿用自动风门系统的总体方案设计和水压试验机的设计只作为简单介绍。而重点在于介绍隔爆兼本质安全型控制箱的设计，主要阐述了隔爆型电气设备和本质安全型电气设备的隔爆原理、隔爆结构参数、隔爆外壳附件和对隔爆外壳的检验。关键词:风门隔爆控制箱水压试验机AbstractThisthesismainlytodescribethedesignofthesystemofautomaticthrottlewhichareusedinmine.Andthedesignofexplosion-proofenclosureandtheexperimentsmachineusingwaterpressure.Theformeristhesimpleintroduction.Thepointliesintheintroductionofthedesignofexplosion-proofenclosure.It’smainlytotalkabouttheprincipleofexplosion-proofequipmentsandtheintrinsicsafetyequipmentsusedinmine.Keywords:throttleexplosion-proofenclosureexperimentsmachine2目录摘要Abstract第一章绪论1.1课题的目的及意义1.2我国煤矿隔爆外壳的发展状况1.3本次毕业设计的主要内容第二章矿用自动风门系统总体方案设计2.1系统组成2.2门体结构形式2.3传动系统2.4控制箱2.5检测及控制系统2.6系统的工作过程第三章自动风门隔爆兼本质安全型控制箱的设计3.1隔爆型电气设备3.1.1概述3.1.2电气设备外壳内的沼气爆炸3.1.3隔爆原理3.1.4隔爆型电气设备的隔爆结构参数3.1.5隔爆型电气设备的外壳附件3.1.6隔爆型电气设备防爆性能的保证3.1.7隔爆型电气设备的试验3.2本质安全电路和本质安全型电气设备3.2.1本质安全电路的基本知识3.2.2本质安全型电气设备的防爆原理3.2.3本质安全型电气设备的部件3.2.4本质安全型电气设备的结构要求第四章水压试验机的设计4.1水压试验机的组成及工作原理4.2水压试验机的工作过程4.3电机、水泵、管件和阀门的选型设计结论致谢参考文献3第一章绪论1.1课题的目的及意义本毕业设计题目为矿用自动风门系统设计。设计本课题的目的在于通过本课题的设计，可以使我们对矿用自动风门系统有所了解。而对自己所选的专题应该是有全面的了解。为使风流在矿井内得到合理分配和流动,需要设置一系列的装置来引导风流、遮断风流或控制风流，这类装置叫通风构筑物。通风构筑物的选择和维护管理的好坏，在很大程度上决定了矿井通风系统的完善和通风效果。因此，通风构筑物是矿井通风工作中重要的一环。符合于空气动力要求的通风构筑物是具有最小的阻力和允许非常少的漏风。一切通风构筑物可分为两类：1）通过风流的构筑物——扇风机的风峒、风桥、反风装置、调节口；2）遮断风流运动的建筑物——风墙、风门、井盖、双重风门、风闸、阀门、通风井筒的井上密闭建筑物。由于本毕业设计任务是设计矿用自动风门系统，因此这里只介绍一种遮断风流运动的建筑物——风门。风门设在需要隔断风流、平时又需要行人的巷道内。根据巷道宽度不同，风门有一扇的和两扇的。风门可分为临时风门和永久风门两种。风门门窗安在挡风墙门垛的门框上，门扇由木质、金属材料或混合材料制成，按开启方式分为普通风门和自动风门。普通风门用人力开启，一般多用木质构成，门扇与门框呈斜面沿口接触，与水平面成80～85°倾角，接触面用可缩性衬垫，迎风开启。自动风门是借助于各种动力开启与关闭的一种风门，按其开启动力可分为撞杆式、气动式、电动式和水动式等。自动风门灵活、可靠，可实行载波遥控与集中监视。风门是煤矿主要的通风设施，它一方面起到调度风流的作用，另一方面在灾变时期还起着控制灾害范围的作用，特别是在火灾、瓦斯爆炸时期，利用各种可控制的风门进行风流调度，防止灾害扩大都起到越来越大的作用。为了适应矿井平时及灾变时期对风门的需求，很多单位研制和开发出各种特色的风门，并已获得矿井的应用。以下介绍几种典型的自动风门。（1）光控压风自动风门光控压风自动风门的动力部分由汽缸、电磁阀、压风软管、滑轮、钢丝绳等组成。电磁阀不通电时，汽缸的前腔通入压缩空气，后腔与大气相通。活塞杆缩回，风门处于关闭状态。当电磁阀通电时，切换气路，汽缸前腔与大气连通，后腔通入压缩空气，活塞杆伸出，钢丝绳通过滑轮便打开风门。该风门的特点是自动风门与其它机械风门比较，具有所占空间小，动作灵活、可靠等优点，适用于不能通过风流且需行人和通车的巷道。（2）微波监控电动风门平顶山七矿使用有微波监控自动风门，它主要由控制部分和执行部分组成。此类风门特点是风门与传动装置之间为刚性联接，在正常情况下能真正实现风门开启自动化和风门间的闭锁；结构简单、使用方便、对安装和维护技术要求不高；可靠性好。4（3）压力平衡式自动风门中国煤博四方技术公司开发的FM-CK系列压力平衡式自动风门，由压力平衡式风门、CK防爆兼本安型程控组合开关、霍尔行车传感器、红外门阻传感器及声光信号系统组成。该风门具有以下特点：电脑程控，适用于多种来往通过模式；传感可靠，在泥中、水中均能使用；声光信号，指示人车安全通过；兼容手动，断电时可由人力开启。1.2我国煤矿防爆外壳的发展状况建国以来，我国煤炭工业取得了世界瞩目的成就，一直以较快的速度向前发展。我国煤炭业的发展主要是依靠科学技术的进步。而科学技术的发展主要是提高机械化水平和矿井技术装备水平，不断采用新技术。不断提高矿井的综合生产能力和抗灾能力，改善煤矿的安全生产状况。通过对国外防爆外壳先进技术的多年实践摸索，目前，我国该类产品质量和技术水平已经大大缩短了与国际先进水平的差距，部分产品已经接近或赶上国际先进水平。机械加工工艺提高。多数企业的大部分产品基本上都注意了防爆部位和零部件的机械加工质量，基本能够按照国家标准的规定进行加工，例如：隔爆面的加工精度和长度、紧固螺栓的旋入长度、内外接地装置的直径等。1.3本次毕业设计的主要内容本次毕业设计（论文）题目为矿用自动风门系统设计。所要设计的内容分为四个专题，即：专题一隔爆兼本质安全型电气控制箱及其水压试验机的设计1控制箱总方案设计2隔爆外壳设计3快开门结构设计（左右开门或上下开门）4机械联锁装置设计5水压试验机总体方案设计6电机、水泵选型设计专题二自动控制风门系统电气设计1控制箱总体方案设计2本体总体方案设计3电气控制回路及保护回路设计4电器元件及PLC选型设计专题三风门结构及机械传动系统设计1风门结构总体方案设计2门体、上下导轨、导向轮及张紧装置设计3传动系统总体方案设计1）电机2）采用电液推杆4电机、减速器、联轴器、电液推杆选型设计5摩擦传动结构及手摇机构设计专题四先导式风门结构及驱动系统设计1风门结构总体方案设计52行人便门结构设计3行人便门驱动系统总体方案设计4直线电机的选型设计我所选的是专题一：隔爆兼本质安全型电气控制箱及其水压试验机的设计。设计内容主要有矿用自动风门控制箱（见图00）、左右开门快开门机构（见图01）、水压试验机外观图（见图10）第二章矿用自动风门系统总体方案设计2.1系统组成自动风门是借助于各种动力开启与关闭的一种风门，按其开启动力可分为撞杆式、气动式、电动式和水动式等。但风门系统的组成基本类似。自动风门灵活、可靠，结构简单，使用方便。自动控制风门系统组成如图1所示，由两道门、来车识别装置、状态检测装置、防夹车装置，隔爆兼本安控制箱等部分组成。每道门如图2所示，由两扇门体、道轨组合、滑轮组合、驱动装置、牵引钢丝绳、张紧装置等组成。2.2门体结构形式6门体采用轻型槽钢焊接成骨架，用3㎜厚钢板覆盖做门面，骨架及门面板在制造时做防锈处理，在其中的一扇门上设有行人便门，门扇周边采用橡胶带密封。上导轨采用20号槽钢，下导轨采用18公斤道轨。另外门体的高度应与巷道的高度相适应，人行门应不低于1.8～2.0米。为避免列车通过时对风门的碰撞，风门全开时的净宽应为列车最大宽度再加400㎜。2.3传动系统本次毕业设计中采用的传动系统有两类：一类是采用电液推杆；另一类是采用电机。2.4控制箱控制箱是用来放控制元件的部分。控制箱主要由两部分组成，一部分是上面的接线腔，另一部分是下面的箱体。接线腔内主要放有一些接线装置，比如九芯接线柱，螺杆接线柱等。箱体内放有电气控制设备，由于本毕业设计中采用的是可编程控制器输入输出信号，因此箱内还放有可编程控制器及一些其他装置。由于该控制箱是用于煤矿井下，因此要满足煤矿安全规程的要求。在控制箱的设计中主要用了快开门机构和联锁装置。所谓快开门机构是指防爆电气设备外壳上只需解除少量螺栓或不需要解除螺栓，通过简单的操作即可在短时间内打开的门或盖（本设计中是门）。联锁装置可以防止因误操作而产生的明火引爆沼气、人身触电和机电设备事故。联锁装置的目的是为了保证操作顺序，防止误操作。对它的要求是：设备带电时，可拆卸部分不能拆卸；可拆卸部分打开时，该设备送不上电。它还应具有使用一般工具不能解除其联锁功能的结构。另外，为防止电气设备外壳带电而危及人身安全，因此电气设备的金属外壳应设外接地端子，接线盒内应设有内接地端子。接地端子处应标出接地符号。2.5检测及控制系统据目前矿山使用的触发信号，多以电机车架线旁加设附线，其次是光电和轨道接点几种。继电器控制系统，虽然附线式触发信号简单，便宜，并多数采用二段开门双附线也较可靠，但有局限性，即当矿车或人员通过风门时尚需手动。光电式触发信号虽能当矿车或人员通过风门时，均可自动开闭风门，灵敏度也高，但受到矿井尘雾、潮湿影响限制了使用，目前矿用光电管（光敏电阻）易老化，还不理想，尚需改进。轨道触点触发器，易于损坏，受潮湿而失灵，维修量大。以上几种均不理想，今后发展趋势是超声波或激光继电装置，并由继电触发器控制系统过渡到无触点控制或简易顺序控制系统。本次设计中采用的是可编程控制器控制系统。来车检测靠灯光脉冲光照射传感装置，可编程控制器根据传感信号控制电机的启动以打开风门，开门的停止信号来自于开门限位开关；风门的关闭靠可编程定时控制，关门的停止信号同样来自于关门限位开关。在每道门的两侧设有光电开关，检测关门障碍，以防关门时夹车夹人。2.6系统的工作过程整个系统的工作过程如下：1.上行车辆或下行车辆通过车灯脉冲光照射申请开门时，系统均发出申请信号，A，B门申请开门信号以先到者有效，后到者保持。2.A门（或B门）申请信号有效时，执行开门操作，同时有灯光指示，门开后延时15～30秒，此期间若还有申请信号，再延时15秒，在检测无障碍情况下，执行关门操7作。A门（或B门）关闭后，延时2秒，B门（或A门）执行开门操作，同时有灯光指示，门开后延时30秒，在检测无障碍情况下执行关门操作。3.当下行车辆通过B门（或上行车辆通过A门）期间，若有上行车辆申请B门开门信号（或下行车辆申请A门开门信号）则B门（或A门）继续延时30秒，上行车辆（或下行车辆）可进入B门（或A门），然后再执行后续程序。第三章自动风门隔爆兼本质安全型控制箱的设计1.1隔爆型电气设备1.1.1概述很多矿山电气设备都有难以密封的结合面，例如电动机的旋转轴、开关的操纵杆等。当电气设备的外壳存在间隙并且周围沼气浓度超限时，由于气体的扩散作用，设备周围的爆炸性气体混合物就通过设备外壳的间隙进入设备内部，电气设备内部的沼气浓度会逐渐接近外壳外部的沼气浓度。图3-1所示为外壳周围沼气浓度为9.8%时沼气渗入外壳达到的浓度与时间和法兰结合面间隙的关系曲线。由于电气设备通电运行时温度升高和停电时温度降低而产生的“呼吸”作用以及对流作用，更加快了爆炸性气体向电气设备外壳内的扩散。此外，电气设备发生故障，其内部有机绝缘物的分解也会产生大量爆炸性气体。因此，电气设