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低压成套开关设备的结构设计


Vol 15 No 4 2002-12

机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION

第 15 卷 第 4 期 2002 年 12 月

低压成套开关设备的结构设计 *
李正正
(天水长城控制电器厂, 甘肃 天水 摘 741018)

/>要: 对国内外低压配电设备结构作了比较说明, 并进行了优缺点分析。提出了柜体型材 “刚柔” 并济的选用原则。 文献标识码: B 文章编号: ( 1007-4414 2002) 04-0056-02

关键词: 配电柜; 结构; 形变; 型材;刚柔” “ 并济 中图分类号: TM59

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满足了主开关分合时功能室刚性的要求。在供配电的干 回路中一般都使用较大容量的断路器, 这些断路器性能的发 挥还受安装框架的影响, 常规使用中, 为达到强度和刚度的要 求, 一般采取加筋的办法予以处理。 满足了灵活安装元件的要求。配电结构的设计都是以典 型配电方案, 且元件选定的情况下做出的, 而工程中配电方案 繁杂, 元件种类多。目前, 主骨架、 立柱的模数化设计很好 梁、 的适应了各种配电方案和不同元件的安装。需要注意的是: 模数化的型材精度必须得到很好的保证, 否则, 累积的误差将 产生极大的影响。如移动功能单元不能灵活动作、 柜体歪斜、 门缝与并柜缝隙大且不均匀等。这一点要求制造者在加工中 就应充分考虑到分散误差的工艺手段。 国内外成套开关设备从结构形式上看, 它们基本上处于 同一档次, 而加工工艺、 加工精度却随加工手段和管理而不 同。满足上述要求的同时, 成套开关设备结构还应能耐受物 流全过程中产生冲击和应力。

柜体结构在低压配电行业和自动化成套控制设备中占有 重要的地位, 可以说, 它的改进、 变化影响了同一时期低压配 电产品的进步和新产品诞生。 综观近年来低压配电成套产品的发展, 就充分地体现了 这一点。如各阶段主导配电市场的 PGL 低压配电柜、 GGD 低 压配 电 柜、 到 GCK 低 压 抽 出 式 配 电 柜、 现 在 市 场 上 流 行 的 其进步性就表现在结构的改 GCS、 MNS 低压抽出式配电柜等, 进上。 (它们从元件的使用上, 基本都能适应, 对元件性能均 无苛刻要求) 。结构从焊接式到半组装式、 再到全组装式, 元 件从独立安装到模数化设计的这一发展过程使结构更能适应 配电方案的要求, 方便了工程设计、 生产制造。 西门子公司新近开发了 SIVACON 8PT 低压配电柜, 其结 构的设计思路也体现了模数化、 型材化这一特点, 较其原来产 品更突出了骨架型材的横截面变小。从而给主母线的灵活安 置留出了尽可能大的空间。由于面板和骨架紧密相连, 故柜 体整体刚度较好, 因为骨架型材横断面较小, ( 骨架仍保持一 定的柔性) 。外观质量因为螺钉的出现则显得较为粗糙。 “ 型材发 ABB 公司的低压配电产品的结构主要围绕 KB” 展, 又将工程塑料更多地用来作为其功能件, 进一步提高了其 配电系统的安全性、 可靠性。 KB” “ 型材的横截面较小, 组装方 式灵活, 对母线和元件的灵活安置留有足够余地, 且外观档次 较高。 国内外配电行业都在不断的改进结构设计、 以期能更进 一步地适应工程方案的多样性、 设备运行的安全性、 物流方式 多样性以及工程周期短的要求。分析各家对低压成套开关设 备结构的改进, 现阶段低压配电产品结构设计主要突出了以 下几个方面。 更进一步提高了配电系统运行的安全性、 可靠性。各功 能单元之间的分隔更细化, 封闭等级更高, 并大量采用工程塑 料产品作为结构的功能件。 提高了对配电设备母线系统的适应性。随着母线槽产品 的广泛应用, 和配电柜连接的母线上进上出、 上进侧出的情况 大幅增加, 为适应这一现象, 配电设备的结构必需在适当的位 置留出足够大的无装配空间, 供进出母线转向、 搭接。在柜体 尺寸和配电方案确定的情况下, 选用横断面较小的骨架型材、 并尽可能使所留空间连续, 这一做法收到了较好的效果。

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可以肯定地说: 模数化、 型材化、 组装式是现阶段低压成 套设备柜体设计、 制造的主题。然而, 问题也随之产生: 生产 制造的合格产品, 到用户往往出现了并柜问题、 配电单元互换 性问题、 柜体吊角等。这些问题的产生造成了大规模的售后 服务, 人力、 物力大量浪费, 效益大打折扣。 从深层次分析这些问题的产生, 可以发现其往往是片面 地追求了骨架型材本身的刚度、 强度造成。下面就此进行分 析。

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实践证明, 型材柜在吊装、 运输和安装过程中, 产生形变 概率最高、 而且最难修复的位置几乎都在柜角上, 一般我们把 它叫做角变形。图 1 是 KS” “ 型材制作的低压成套开关柜的柜 角图。 该柜体在意外跌落或吊装拉斜时将受到剧烈的冲击, 且 最终都由柜角来承受。分析该柜结构可发现在对角线方向有 一条贯通的焊缝, 从而出现了一条应力影响区, 使该区域材料 强度大幅下降。当柜角受到由柜体传来的任意方向冲击力矩 时, 该焊缝所在的断面正好是其危险断面。 (图中仅以与图示 位置成 45 度方向的冲击力矩为例) 。从而造成了下图 2 示不 可修复的形变。

2002-09-20 * 收稿日期: 作者简介: 李正正 (1968-)男, , 甘肃秦安人, 工程师, 现从事电器控制技术开发工作。

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第 15 卷 第 4 期 2002 年 12 月

机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION

Vol 15 No 4 2002-12

当其受到与前述相同情况的冲击时, 其最后承力点也转 移到柜角处。但因为此结构的柜角联接是通过有定位的夹板 和骨架型材联接的, 故基本没有材料本体的工艺缺陷, 而且, 局部受力最恶劣、 最易失稳的尖点附近有里外两层夹板夹持, 破坏只能产生在靠近柜角的立柱上。形变产生的具体位置如 图 4 所示。

图 1 “KS” 型材制作的低压成套开关柜的柜角图示

图4

形变产生的具体位置

另外, “KB” 由于 型材刚度相对 KS” “ 型材的刚度小, 故当柜 体受到远离柜角的冲击时, “KB” 由于 型材在全长上的回弹, 使
图2 柜体的形变图示

得作用到柜角处的破坏应力大幅减小。这就是在物流的全过 程中, 型材制造的低压配电柜较 KS 型材制造的低压配电 KB 柜柜角形变事故少的主要原因。

该形变另一方面的因素是: 立柱型材本身的刚度较大, 则 柜体上受到的冲击力反应到柜角过程中的衰减较小, 柜角承 受的冲击力矩将更大, 破坏力更强。实际事故情况也充分地 证明了这一点。 图 3 是用 KB” “ 型材制作的低压成套开关柜的柜角图。

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根据以上分析, 配合实际情况, 我们发现: 骨架型材本身 强度与刚度的不同对柜角的抗变形能力有影响;型材柜柜角 的结构形式与柜角抵抗角变形的能力有关;型材柜柜角的联 接工艺对其抵抗角变形有较大的影响。骨架型材断面大时往 往也给母线系统的安排造成困难。 因此, 我们结构设计人员进行结构设计时, 在把握: 柜体 有足够的强度; 结构零部件有强的通用性; 柜体有良好的组装 工艺性的同时, 还应把握: 设计选用横断面尽可能小、 “刚 且 柔” 并济的骨架型材; 柜角处不采用热加工, 或有抵抗角变形 产生的结构措施, 以简化制造者的制造工艺、 更减少或避免工 程中由于柜体形变而产生的经济、 生产损失。

图3

用 “KB” 型材制作的低压成套开关柜的柜角图

(上接第 47 页)

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结论
该系统最终实现了凸轮的设计、 廓线图纸及数控

方法和工具。

参考文献:
[1] 牧野洋 [曰]自动机械机构学 [M]北京: 科学技术出版社, . . . 1980 [2] 石永刚, 徐振华 . 凸轮机构设计 [M] 上海: 上海科学技术出版 . 社, . 1995 [3] 伏尔默 [德]凸轮机构 [M]北京: 机械工业出版社, . . . 1983 [4] 刘雄伟 . 数控加工理论与编程技术 [M] 北京: 机械工业出版社, . 1990 . [5] 吉晓民 . 平面轮廓插补的新方法及其数控加工编程 [J] 西安: 陕 . 西机械学院学报, ( : 1992, 3)10-13 . 8

代码的自动生成, 初步完成了具有复杂廓线凸轮轮廓 的计算机辅助设计及制造。充分利用 VC + + 友好 的界面及其强大的计算功能来计算理论廓线坐标, 利 用 Auto CAD 的命令组文件自动生成凸轮理论和实际 廓线, 利用 Auto LISP 提取实际廓线的坐标数据再在 从而为具有复杂廓线 VC + + 中进行自动 NC 编程, 的共轭凸轮机构设计及制造提供了一种简便有效的

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