CN102367123A - 一种防爆电梯控制柜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防爆控制柜结构设计技术领域、几何建模技术领域，具体是一种防爆电梯控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm～180mm之间，本发明有优秀的防爆功能，性价比比起现有技术有显著的提升，为防爆控制柜的设计提供了一种崭新的思路。
Description
[技术领域]
本发明涉及防爆控制柜结构设计技术领域、几何建模技术领域，具体是一种防爆电梯控制柜。
[背景技术]
防爆电梯***在运行的过程中，在电气方面存在可能点燃***气体混合物的点燃源主要有：电气火花、静电火花、电弧火花、电晕放电等。如各种继电器、接触器、安全开关(限位开关、极限开关、急停开关、工作状态转换开关等)、呼梯按钮、电气接线盒、分线盒、接地、接零装置等电气线路可能引发这些火花，形成点燃源。
控制柜是电梯的控制中枢，内有控制继电器、接触器、变压器、计数器、PLC、防爆安全栅、接线端子等多种电气线路。来自电梯井道、机房、轿厢的各种信号指令通过各电缆进入电梯的控制柜之中并在柜内汇集。控制柜规定了电梯的各种动作程序，确定了电梯的工作状态、运行方向、信号显示、电路保护等功能控制柜防爆性能须符合GB3836.1、GB3836.2和GB3836.4等标准，外壳防护应不低于IP44等级，绝缘电阻、绝缘介电强度应符合GB1497《低压电器基本标准》的规定，密封圈引入装置应满足GB3836.2标准中第21条密封性能及机械强度要求，密封圈及垫应采用邵氏硬度45～55度之间且经老化试验合格的橡胶制品，接线盒(腔)内带电部件之间及其与金属外壳之间电气间隙应大于8mm，爬电距离不小于10mm，接线盒(腔)内接线应安装牢固，端子能承受GB3836.1中第23条的连接件扭转试验要求，接线盒(腔)内壁和主空腔内壁应涂耐弧漆，须有内外接地及接地标牌，内接地螺栓不小于M6，外接地螺栓不小于M8，接地螺栓应做防锈处理，壳体上明显部位应有Ex标牌、铭牌及“断电源后开盖”等警告牌。
隔爆与本安是两类最通用的防爆控制柜形式。隔爆型产品是一种强度型的防爆产品，常适用于强电***的防爆，其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部***而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的***性环境的点燃。本质安全型产品是一种能量安全型的防爆产品，常适用于弱电***的防爆，其电路在正常工作和规定的故障条件下产生的任何火花或热效应均不能点燃规定的***性气体环境。隔爆技术和本安技术结合在同一产品上是两种防爆形式优势互补的共同体，采用隔爆与本安复合型的防爆电梯，在现场具有更强的可操作性，使用灵活，维护方便且成本低廉。
隔爆型防爆控制柜壳体可采用铸造或用钢板焊接，一般分为主腔和接线盒(腔)。有些防爆控制柜在设计时将主腔又分为上下(或左右)两主腔，每一主腔各有一接线盒，一个主腔可置本安电路的关联电路及PLC等弱电电器，另一个主腔可置变压器、继电器、接触器等强电电器。所以电梯电气线路的主要点燃源一般都在主腔里面。电缆在进防爆接线盒(腔)时，应采用隔爆密封式，即电缆的截面为圆形，且防护套表面即阻燃橡胶密封圈不应有凸凹、老化等缺陷，确保防爆功能。隔爆壳体表面应不聚集静电，无裂纹，无机械变形，其隔爆接台面间隙应符合技术要求(一般为0.1～0.2mm)，隔爆接台面不能锈蚀，须有防锈措施，电镀、涂敷薄层防锈油保护(如置换型204-1型不干性防锈油)禁用油漆或黄油之类。因为隔爆接台面的锈蚀或涂敷油漆均将隔爆接台面间隙变小或阻死，很难保证隔爆性能。
本案防爆技术是近些年来出现的最安全最可靠的防爆技术，它的防爆原理是限制电路的能量，使电路电气产生的电压电流乘积不会点燃周围的可燃性混合气体并引爆。采取本安型防爆措施，可以使防爆控制回路安全、简洁、可靠。
由于采取了本安型防爆措施的控制柜箱体(如放置了弱电控制电路的主腔箱体)不需要特别的防爆防护结构，因此与普通控制器箱体没有结构上的本质区别。本报告的研究主要是针对隔爆型的控制柜箱体结构(比如没有采用本安型防爆措施的主腔，或放置了强电电器的控制柜主腔)，因为隔爆型控制柜的箱体结构一定要经过特殊的防爆设计才能起来良好的防爆效果。
虽然防爆电梯的隔爆型控制柜的基本功能和结构型式比较简单，但由于各个厂商设计特点的不同，目前市场上存在隔爆型控制柜的具体结构存在很大的差别。本报告以某款典型的防爆电梯用隔爆型控制柜为研究对象，建立控制柜主腔箱体的有限元模型，研究隔爆箱体在最大***压力之下的强度与刚度特点，探讨箱体的尺寸、结构和材料等对于箱体防爆性能的影响，以期找出其中具有规律性的东西，为隔爆型防爆控制箱的设计、选材，以及相关技术规范的制定提供技术支持。
[发明内容]
本发明的目的是解决现有技术的不足，在选材，控制柜功能与结构上做具体的测试与限定，从而设计防爆控制柜结构与选材的最优技术方案，提供一种同时满足防爆、本质安全、结构合理的防爆电梯控制柜。
经过试验可得以下结论：(1)可以看出，三个方向的应力最大值都发生在箱盖与箱体法兰的螺纹连接处。(2)主腔宽度方向接合面的间隙出现在相邻的两个螺纹连接之间，且最大值出现在接近宽度的中点的地方，最大值约0.014mm。(3)主腔箱体在***压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少，不同的材质所需要的箱体厚度是不同的，需要根据屈服极限和箱体应力曲线得到，具体数据见具体实施例。
根据试验所得数据，并解决现有技术的不足设计一种用于防爆电梯的控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm～180mm之间。
所述的主腔箱体钢板材料采用ZL104铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于21mm。
所述的主腔箱体钢板材料采用屈服极限高的ZL201铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于14mm。
所述的主腔箱体采用普通碳素结构钢Q235制成，主腔箱体的壁厚大于16mm。
所述的主腔箱体采用低淬透性渗碳钢20Cr制成，主腔箱体的壁厚大于10mm。
所述的箱体在***压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；箱体在***压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加。
本发明同现有技术相比，根据严格的计算机几何建模，并通过模拟***情况，最后设计出一套完整的技术方案和结构，使控制柜能够有优秀的防爆功能，对于不同材料进行测试，以达到最优的厚度使其的性价比能够大大的提升。可以说，这些数据需要复杂的计算和模拟，模型的建立与简化需要排除许多因素，付出创造性的劳动，为防爆控制柜的设计提供了一种崭新的思路。
[附图说明]
图1是一般防爆电梯用控制柜箱体结构；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是防爆电梯用控制柜主腔箱体模型的关键点和面；
图4是防爆电梯用控制柜主腔箱体的几何模型；
图5是防爆电梯用控制柜的有限元模型；
图6是控制柜主腔螺纹连接在ANSYS软件中的实现；
图7是主腔***压力波形图；
图8是X向位移变形云图(单位：m)；
图9是X向旋转变形云图(单位：rad)；
图10是Y向位移变形云图(单位：m)；
图11是Y向旋转变形云图(单位：rad)；
图12是Z向位移变形云图(单位：m)；
图13是Z向旋转变形云图(单位：rad)；
图14是各节点的合成位移变形云图(单位：m)；
图15是各节点的合成旋转变形云图(单位：rad)；
图16控制柜主腔箱体的变形图；
图17是X向单元应力云图；(单位：Pa)；
图18是Y向单元应力云图(单位：Pa)；
图19是Z向单元应力云图(单位：Pa)；
图20是单元合成应力云图(单位：Pa)；
图21是又一单元合成应力云图(单位：Pa)；
图22是沿控制柜宽度方向接合面的间隙；
图23沿控制柜高度方向接合面的间隙；
图24主腔箱体厚度与最大应力的关系；
图25箱盖厚度对于接合面间隙的影响；
图26主腔箱体材料(钢材)对于控制柜防爆性能的影响；
图27主腔箱体材料(铸铝)对于控制柜防爆性能的影响；
图28连接螺栓间距与接合面间隙的关系；
[具体实施方式]
结合附图对本发明做进一步说明：
防爆电梯用控制柜箱体的示意图与外形参数如图1所示。其中，整个箱体分为主腔和接线腔两大部分。由于主腔和接线盒(腔)之间由封闭的隔板分隔开，这两部分空间在平时的使用中也是相对独立的，取绝对容积较大、存在潜在的点燃源的主腔作为研究对象，建立主腔部分箱体的有限元模型，研究主腔部分相关链接和结构强度的防爆性能。
控制柜主腔部分的具体参数如下：主腔内腔尺寸(mm)：365×600×822；箱体钢板厚度(mm)：16；箱体法兰厚度(mm)：20；箱体法兰宽度(mm)：50；箱盖钢板厚度(mm)：20；箱体、箱盖和法兰材料：Q235；箱体、箱盖和法兰的屈服极限(MPa)：235；联接螺栓规格：M12×40；联接螺栓中心距(mm)：60。
建立几何模型：防爆电梯用控制柜箱体主腔总体上来说，是由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与缸盖的连接，最终形成一个闭合的立方体空间。将主腔箱体的各角点作为几何建模时的关键点，并根据图1所示的控制柜主腔的具体尺寸确定这些关键点的坐标如表1所示。本文采用如下定义的笛卡尔坐标系：X向为屏幕所在平面的水平方向，Y向为屏幕所在平面的竖直方向，Z向为垂直于屏幕所在平面的方向。用一下坐标点作为建模的关键点：
| KeyPoint | X | Y | Z |
| 1 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| 2 | 0.000 | 0.000 | 0.361 |
| 3 | 0.000 | 0.838 | 0.000 |
| 4 | 0.000 | 0.838 | 0.361 |
| 5 | 0.616 | 0.838 | 0.000 |
| 6 | 0.616 | 0.838 | 0.361 |
| KeyPoint | X | Y | Z |
| 7 | 0.616 | 0.000 | 0.000 |
| 8 | 0.616 | 0.000 | 0.361 |
| 9 | -0.042 | 0.000 | 0.561 |
| 10 | -0.042 | 0.880 | 0.561 |
| 11 | 0.658 | 0.880 | 0.561 |
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| 20 | 0.658 | 0.000 | 0.361 |
这20个关键点的具***置如图3所示。其中关键点9、10、11和12是为生成主腔箱盖而定义的点，其余关键点为生成主腔箱体和法兰而定义的点。图2中还定义了主腔箱体的六个面，用A1～A6表示。其中A1表示箱盖所在的面，A2～A6表示主腔箱体除与箱盖联接的开口面外的其余五个面。
根据上表和图3中的关键点坐标和位置，可以建立防爆电梯用控制柜主腔箱体的几何模型如图4所示。需要说明的是：(1)为了便于区分，在图3中主腔箱体和箱盖被分别建模，联接法兰与箱体被作为一个整体来考虑；(2)本报告默认所有螺纹联接都采用标准部件，并被按照相关规定可靠拧紧，因此在保证足够精度的前提下，为了避免整个模型过于复杂，图4中未包含螺纹联接的模型。关于因螺纹联接而带来的应力与变形的耦合作用效果，将在下节中的有限元建模的过程中实现；(3)假设箱盖和箱体法兰的接合面完全光滑，接合面可靠紧密，忽略任何因表面的不平度而引起的接合面间隙。
有限元模型的建立：由于虽然防爆电梯控制柜主腔箱体的壁厚较普通电梯控制柜的壁厚要大，但仍然远小于控制柜的整体尺寸。因此，在ANSYS中建立控制柜的有限元模型时，选择壳单元来建模。这样既避免了实体建模中由于过多的单元数量而造成的计算时间的大幅增加，又保证了计算结果具有足够的精度。
由于控制柜主腔箱体主要由存在一定弹性的钢板组成，具有大应变、大变形等特点。因此，在构建控制柜主腔箱体的有限元模型时，选择Shell93壳体单元。该壳体单元为8节点壳体，尤其适用于模拟弯曲壳体。每个节点六个自由度：x，y，z三个方向和绕x，y，z轴三个转向。该壳体单元在平面内的各方向变形都为二次，且具有塑性，应力强化，大变形，扭转能力等特点。
同时，考虑到控制柜主腔箱体的材质，在有限元分析中使用如下物理常数：弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.3。
建立电梯控制柜模型的有限元模型并划分网格之后的结果如图5所示。其中，共包含72737个节点和24037个单元。
由于在实际的控制柜箱体当中，箱体与箱盖之间是通过螺栓和螺母连接在一起的。为了在有限元模型中实现这种螺纹连接的关系，在ANSYS中进行如下操作：
(1)根据控制柜主腔图纸中的具体尺寸和位置，在图5箱体有限元模型中的螺纹连接处定义节点。箱盖和法兰螺纹连接处的节点被分别定义。
(2)选择实际构成螺纹连接关系的箱盖上的节点和法兰上的节点，建立这两个节点之间的耦合关系，即将这两个节点的六个自由度(x，y，z三个方向和绕x，y，z轴三个转向)关联在一起。
最终控制柜主腔螺纹连接在ANSYS中的实现效果如图6所示，即用节点之间的耦合关系来代替实际当中的螺纹连接。实际图纸当中箱体与箱盖之间有几组螺纹连接，模型中就需要几组耦合节点。通过这种方式，可以避免建立过于复杂的螺纹连接模型，大大地减小了模型的建模和计算工作量，并且对于本文的研究目的和研究效果并不会有太大的影响。
另外，需要说明的是，因为在有限元模型中建立了箱体法兰与箱盖之间的特殊节点的耦合关系(螺纹连接)，因此在计算中箱体与箱盖之间的绝对位置已不再重要，即计算结果并不依赖于箱体与箱盖之间的位置关系。因此，为了建模的方便，也为了使建模和计算结果更清楚地显示，箱体和箱盖在建模时被拉开一定的距离，如图5和图6所示。
约束和载荷：由于控制柜主腔是控制柜箱体的一个组成部分，而整个控制柜箱体一般是置于地面上的。因此，在对其进行有限元分析时，采用如下的约束施加方式：仅仅约束控制柜下面四个角点(关键点)的位移，而对于其他三个方向的旋转自由度不予约束。具体约束情况如下表所示。
| KeyPoint | X向 | Y向 | Z向 | X向旋转 | Y向旋转 | Z向旋转 |
| 1 | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
| 2 | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
| 7 | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
| 8 | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
(注：●为有约束，○为没有约束)
由于***是在控制柜主腔内部进行的，且***压力对控制柜箱体和箱盖各个表面的影响基本是相同的。因此，在进行有限元分析时，施加于控制柜箱体和箱盖上的载荷应为压力，方向为从控制柜内向控制柜外，且在六个箱体和箱盖表面上受到的压力大小相同。
再按照GB3836.2-2000《***性气体环境用电梯设备第2部分：隔爆型“d”》进行控制柜主腔的耐压防爆试验时，测得动态试验***压力最大值为0.72MPa。(如图7所示)因此，在本报告中，以此值作为具体的施加载荷值，进行控制柜主腔防爆性能的研究。
解决***时整体变形问题：由于控制器主腔的箱体由弹性的钢板构成，在受到***冲击时，会产生弹性的变形。利用上节中所建立的控制器主腔箱体的有限元模型，可以计算出在最大***压力(0.72MPa)作用下，各节点在六个自由度下的变形云图如图8～图13所示，节点的合成变形云图如图14所示，主腔箱体的变形图如图11所示。
图8、图9为与X轴相关的各节点变形结果，其中图8为沿X向的位移，图9)为绕X轴的旋转。从图8中可以看出，X向位移的最大值出现在主腔箱体两个侧面(A4和A6)中靠近箱体底面(A2)处，绕X向旋转的最大角度出现在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的上半部中心和下半部中心处。
图10、图11为与Y轴相关的各节点变形结果，其中图10为沿Y向的位移，图11为绕Y轴的旋转。从图8中可以看出，Y向位移的最大值出现在主腔箱体上下两个面(A3和A5)的中心处，绕Y向旋转的最大角度出现在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的左半部中心和右半部中心处。
图12、图13为与Z轴相关的各节点变形结果，其中图12为沿Z向的位移，图13为绕Z轴的旋转。从图12、13中可以看出，Z向位移的最大值出现在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的中心处，绕Z向旋转的最大角度出现在主腔箱体上下两个面(A3和A5)的左半部中心和右半部中心处。
比较图8～图13可知，Z向的变形最大值远大于X向和Y向变形的最大值，这主要是由于主腔箱体前后两个面(A1和A2)的面积较其他四个面大的原因。同样，表现在这两个面的节点转角也是较大的。
图14、图15为与各节点变形的合成云图，其中图14为合成位移云图，图15为合成旋转云图。从图14、15中可以看出，节点位移的最大值(3.617mm)出现在主腔箱体底面(A2)的中心处，节点旋转的最大角度(0.0174rad)出现在主腔箱体底面(A2)的左半部中心和右半部中心处。另外，缸盖(A1)上相应位置的节点变形和节点旋转也较大。
图16为控制器主腔箱体的变形图，其中主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)向外凸，其余四个面略微内凹。
应力分析：利用所建立的控制器主腔箱体的有限元模型，计算在最大***压力(0.72MPa)作用下，各单元的应力云图如图17～图21所示。
图17、18、19为控制柜主腔箱体有限元单元在各方向上的应力云图，其中图17为X向的单元应力，图18为Y向的单元应力，图19为Z向的单元应力。可以看出，三个方向的应力最大值都发生在箱盖与箱体法兰的螺纹连接处。除此之外，X向的较大应力值主要发生在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的中心处和箱体的两个侧面(A4和A6)与箱体底面(A2)交接的棱边处；Y向的较大应力值主要发生在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的中心处和箱体的两个侧面(A3和A5)与箱体底面(A2)交接的棱边处；Z向的最大应力值主要发生在箱体的四个侧面(A3、A4、A5和A6)与箱体底面(A2)交接的四条棱边处。
图20、21为根据第四强度理论得到的单元合成应力云图。可以看出，应力的最大值和较大值都发生在箱盖与箱体法兰的螺纹连接处，且最大应力值为1.61GPa。需要说明的是，之所以会出现这么大的局部应力，主要是建模时将螺纹接触简化为节点耦合的结果，实际当中不会出现。并且从图13可知，局部大应力的作用范围很小(大约相当于螺纹连接的作用范围)，并在向外扩散过程中应力快速降低。因此，在默认螺纹连接的强度可靠的情况下，这种简化不会对其他部分的计算结果造成太大的影响。
除了螺纹连接处之外，其它的较大应力主要发生在主腔箱体底面(A2)和缸盖(A1)的中心处和箱体的四个侧面(A3、A4、A5和A6)与箱体底面(A2)交接的四条棱边处。且其中的应力最大值为234MPa，出现在主腔箱体底面(A2)的中心处(如图17～19所示)。查询材料手册可知，控制柜主腔箱体材料Q235在厚度小于等于16mm时的屈服极限为235MPa。而根据控制柜主腔箱体的设计参数进行有限元计算得到的最大应力只有234MPa(除螺栓连接处)，因此设计参数是安全的，不会引起主腔箱体的破坏。
接合面间隙的的选择：利用所建立的控制器主腔箱体的有限元模型，计算在最大***压力(0.72MPa)作用下，控制柜主腔箱盖与箱体法兰之间的接合面的间隙如图22和图23所示。其中，图22为沿控制柜主腔宽度方向的上部接合面的间隙，图23为沿控制柜主腔高度方向的右部接合面的间隙。由于建模时整个主腔箱体为对称结构，所以主腔下部接合面和左部接合面的间隙应分别与上述两图相同。
从图22中可以看出，在螺纹连接的位置，间隙为零，这与我们对于螺纹连接完全可靠的假设一致。主腔宽度方向接合面的间隙出现在相邻的两个螺纹连接之间，且最大值出现在接近宽度的中点的地方，最大值约0.014mm。从图23中可以看出，在螺纹连接的位置，间隙为零。主腔高度方向接合面的间隙出现在相邻的两个螺纹连接之间，且最大值出现在接近高度的中点的地方，最大值约0.0146mm。
主腔箱体厚度的选择：按照电梯控制柜参数，控制柜主腔箱体的最大应力值为234MPa，小于主腔箱体材料的屈服极限。这样的设计具有一定的冗余度，虽然保证了足够的安全性，但也造成了材料的浪费。本节试图研究控制柜主腔箱体厚度对于最大应力的影响关系，寻求主腔箱体厚度的最佳值。
改变控制柜主腔箱体有限元模型中主腔箱体的厚度参数(其他条件不变)，并对改变之后的结构重新进行计算，得到主腔箱体的最大应力值，并将这个最大值进行记录。最终绘制控制柜主腔箱体厚度与最大应力之间的关系曲线如图24所示。
图24中横坐标表示主腔箱体各个表面的厚度，纵坐标表示在设计***压力下主腔箱体表面的最大应力。带星号“*”的实线表示最大应力值随主腔箱体厚度的变化曲线，图中屈服极限的虚线给出了主腔箱体材料(Q235)的屈服极限。可以看出，在由3.1节中的设计参数确定的控制柜结构下：(1)主腔箱体在***压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；(2)只有当主腔箱体的壁厚大于16mm时，才能保证控制柜主腔箱体具有足够的安全性。
改变控制柜主腔箱体有限元模型中主腔箱盖的厚度参数(其他条件不变，并不考虑强度因素)，并对改变之后的结构重新进行计算，得到主腔箱盖与箱体法兰之间接合面间隙的最大值，并将这个最大值进行记录。最终绘制控制柜主腔箱盖厚度与最大接合面间隙之间的关系曲线如图25所示。
图25中横坐标表示主腔箱盖的厚度变化，纵坐标表示在设计***压力下控制柜主腔箱盖与箱体法兰之间接合面的间隙值。带星号“*”的实线表示最大间隙值随主腔箱盖厚度的变化曲线，图中屈服极限的虚线为GB3836.2给出的防爆等级为IIC级时允许的最大间隙值。可以看出，在不考虑强度因素的情况下，在由2.1节中的设计参数确定的控制柜结构下：(1)主腔箱体在***压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加；(2)只有当主腔箱盖的壁厚大于10mm时，才能保证控制柜主腔箱体具有足够的安全性。
主腔箱体材料的选择：由于材料的力学性能不同，因此当控制柜主腔箱体选用不同的材料的时候，会表现出不同的防爆性能。常识当中，我们理所当然地可以感性地认为当选择屈服极限更高的钢材或者抗拉强度更高的铸铝材料作为主腔箱体材料的时候，主腔箱体的壁厚可以适当减小。但壁厚减少到什么程度就很难把握。通过控制柜主腔箱体有限元模型的计算，可以进一步确定主腔箱体材料与壁厚之间的定量关系。
图26表示了设计参数构造的控制柜主腔箱体结构中，主腔箱体钢板材料与主腔箱体最小厚度之间的关系。可以看出，如选择Q235作为控制柜的主腔箱体，则主腔箱体的壁厚必须大于16mm才能保证足够的安全性；如选择屈服极限更高的20Cr作为控制柜的主腔箱体，则主腔箱体的最小厚度可以减小到10mm。从另一个方面看，如果限定控制柜主腔箱体的壁厚为15mm，则必须选择比25号钢或Q275钢的屈服极限更高的材料才行。
图27表示了设计参数构造的控制柜主腔箱体结构中，主腔箱体钢板材料与主腔箱体最小厚度之间的关系。可以看出，如选择ZL104作为控制柜的主腔箱体，则主腔箱体的壁厚必须大于21mm才能保证足够的安全性；如选择屈服极限更高的ZL201作为控制柜的主腔箱体，则主腔箱体的最小厚度可以减小到14mm。从另一个方面看，如果限定控制柜主腔箱体的壁厚为15mm，则必须选择比ZL201或ZL204A的抗拉强度更高的铸铝材料才行。
另外需要说明的是，本节的分析没有考虑材料的经济性和焊接性能。虽然选用机械性能更好的材料(如20Cr或ZL204A等)可以大大减轻主腔箱体的壁厚，减少整个箱体的重量，但由这些材料的成本要远远高于常用的材料(如Q235或ZL104)，且焊接性能也有所下降。所以对于隔爆型控制柜主腔的选材来说，不仅要考虑还要防爆性能，还要结合成本等许多因素，进行综合的考虑和选择。
隔爆型控制箱主腔箱盖与箱体法兰之间一般都是依靠螺栓进行连接，GB3836.2标准中对于这种螺栓连接提出了详细的要求。在保证螺纹连接本身的紧固性和可靠性的情况下，相邻两个螺栓之间间距的长短就可能影响箱盖与法兰之间的接合面在发生***后的缝隙的大小(即箱盖和法兰在接合面处发生相对变形的大小)。
图28表现了设计参数构造的控制柜主腔箱体结构中，连接螺栓间距与接合面间隙的关系。本研究计算了在最大***压力下(0.72MPa)，连接螺栓间距在40mm～180mm之间变化时接合面缝隙的大小，可以发现：接合面的间隙随着连接螺栓间距的增大而增大。因此，如果要保证主腔具有足够的防爆安全性能，连接螺栓的间距必须进行严格限制，不能过大。
最后得到一下结论
(1)控制柜箱体的材料、箱体厚度、箱盖厚度和连接螺栓间距等都有可能对于控制柜在***压力下的强度和变形产生影响，具体为：箱体在***压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；箱体在***压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加；在选用屈服强度或抗拉强度更高的材料时，在同样的结构和***压力下，可以减小箱体的厚度；箱盖与箱体法兰接合面的间隙随着连接螺栓间距的增大而增大。
(2)为保证隔爆型控制柜具有足够的防爆安全性能，需根据机械性能、经济性、焊接性等选择合适的材料，并根据具体结构情况，限定最小的箱体厚度、箱盖厚度和连接螺栓间距。
根据以上步骤，最后制作出防爆电梯控制柜。
Claims (6)
1.一种防爆电梯控制柜，包括主腔和接线腔，其特征在于所述的主腔由五块钢板构成的空间开口立方体结构，并在开口的一面通过法兰与箱盖的连接，形成一个闭合的立方体空间，主腔和接线腔之间由封闭的隔板分隔开，主腔箱体和箱盖采用连接螺栓连接，所述的主腔箱体的壁厚大于16mm，所述的连接螺栓间距在40mm～180mm之间。
2.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体钢板材料采用ZL104铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于21mm。
3.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体钢板材料采用屈服极限高的ZL201铝合金材料制成，主腔箱体的壁厚大于14mm。
4.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体采用普通碳素结构钢Q235制成，主腔箱体的壁厚大于16mm。
5.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的主腔箱体采用低淬透性渗碳钢20Cr制成，主腔箱体的壁厚大于10mm。
6.如权利要求1所述的一种防爆电梯控制柜，其特征在于所述的箱体在***压力下的最大应力值随主腔箱体厚度值的增加而减少；箱体在***压力下的最大接合面间隙值随主腔箱盖厚度值的减小而增加。
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