隔爆外壳的设计(供参考).doc

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1、防爆电器丛书隔爆外壳的设计刘让编著二零零七年八月浙江乐清隔爆外壳的设计刘让编著一概述防爆产品的外壳设计，特别是隔爆型外壳的设计已有许多方法，本文想从理论基础说起，尽量避免繁琐的高等数学的计算，并简化计算以达到实用性强、易掌握的目的。使防爆产品的质量有更大的提高。本文主要针对从事防爆产品设计和防爆外壳工艺的技术人员，并具有中专学历以上的人员学习，隔爆外壳的设计包括两个方面的内容：1.隔爆参数的设计；2.外壳强度的设计。外壳的隔爆参数主要是指隔爆结合面的形式、隔爆面间隙和结合面的宽度以及结合面的粗糙度等，这些参照GB3836的有关

2、内容正确选择就可以。近年来，随着技术的发展，方壳和快开门结构使用越来越多，外壳主腔使用螺钉紧固逐渐减少(但在厂用防爆产品中仍用的较多)，矿用产品螺钉紧固方式大多用于接线箱和一些小产品中，因此新的结合面紧固方式也是外壳设计的主要部分。外壳的强度设计，是如何用最少的材料设计出强度足够的隔爆外壳，这也是许多专家研究的课题，至今尚未见到一种成熟而又精确的计算方法，设计中采用经验数据较多，有的通过试验来验证，浪费材料和裕度过大是常见的。二外壳设计的理论基础1虎克定律公式△杆受拉力纵向伸长△L=L1－L(图1)单位长度杆的纵向伸长(线应变

3、)：ε=P轴向力A杆的横截面E弹性模量MPaEA杆的抗拉(压)刚度这样虎克定律的另一表达式ε=σ=杆中的正应力(拉为正，压为负)2低碳钢试件的拉伸图（1）标准试样(图2)L工作段在这一长度内任何横截面上的应力均相同L=10d或L=5dL=11.3.或L=5.65（2）低碳钢试样的拉伸图(图3)Ⅰ弹性阶段△。Ⅱ屈服阶段试件长度急剧变化，但负载变动小。Ⅲ强化阶段要继续伸长，所需要克服试件中不断增长的抗力，材料在塑性变形中不断发生强化所致，这阶段塑性变形。Ⅳ局部变形阶段试件伸长到一定程度后，负载读数反而逐渐降低，出现”颈缩”现象，横

4、截面急剧减小，负载读数降低，一直到试件拉断。（3）卸载规律在强化阶段如果终止加载，在终止加载过程中，负载与伸长量之间遵循直线关系，此直线bc和弹性阶段内的直线oa近似平行，这过程为卸载，并将卸载时负载与试件的伸长量之间遵循的直线关系的规律称为材料的卸载规律。(图4)由此可见，在强化阶段中，试件的变形实际上包括了弹性变形△Le和塑性变形△Ls两部分，在卸载过程中，弹性变形逐渐消失，只留下塑性变形。若重新加载，仍从c点开始，一直到b点，然后沿原来的曲线。若对试件预先施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载，则再加负载时，试件在弹性

5、范围内所能承受的最大负载将增大，这称为材料的冷作硬化现象，这可用来提高材料在弹性范围内所能承受的最大负载。（4）应力—应变曲线或σ—ε曲线(图5)比例极限：A点以下，应力和应变成正比，符合虎克定律σp弹性极限：弹性阶段最高点B，是卸载后不发生塑性变形的极限σeσp与σe数值相差不多，可统称弹性极限。屈服极限：屈服阶段σ有幅度不大的波动，最高点C应力为屈服高限，D点为屈服低限。从试验结果可知，屈服低限较为稳定，故称为屈服极限σs强度极限：强化阶段的G点为最高点，此点应力达到最大值，称为强度极限σb对低碳钢来讲，极限应力：σs，σ

6、b是衡量材料强度的两个重要指标。延伸率：(L＝10d时)L1拉断后的杆长；L原长材料名称牌号EGPaσsMPaσbMPaδ5%(L＝5d时)低碳钢Q235200-21024040025-27中碳钢4520936061016低合金钢16Mn200290-350480-52019-21泊桑比μ横向线应变ε/，在应力不超过比例极限σp时，它与纵向线应变的绝对值之比为一常数。μ＝︱︱3术语和公式(1)挠度：轴线上的点在垂直于X轴方向的线位移υ称为该点的挠度。横截面绕其中性轴转动的角度θ称为该截面的转角。(图6)(2)梁(把钢板当成两端

7、被固定支撑的梁)在弯曲时，在横截面上既有拉应力也有压应力，在中性轴为对称轴时，拉压应力在数值上相等。(3)弯应力：σmax＝对圆形截面抗弯矩WZ＝πd3对矩形截面抗弯矩WZ＝bh2(图7)三经验公式外壳的强度问题，归根结底是外壳壁厚的计算，按照GB3836的有关规定，爆炸压力若以静压力考虑，对Ⅰ类ⅡA和ⅡB产品的外壳为1MPa；ⅡC为1.5MPa。受内压操作的筒体外壳壁厚的计算：式中：δ：筒壁厚mmP：容器工作压力MPaDe：容器内径mmφ：焊缝强度系数De＝400-500mm采用人工单面焊接取φ＝0.7De≥600mm采用人

8、工双面焊接取φ＝0.95[σ]：许用拉伸应力[σ]＝σb/nσb材料的强度极限σb＝380-400MPa(Q235)n：安全系数取3.5C：为弥补钢板负公差所增加的厚度钢板厚度在20mm以下取C＝1；厚于20mm取C＝0这一公式是大容器的经验公式，在防爆电器中壁厚大于20mm