防爆電氣設(shè)備電纜引入裝置夾緊試驗(yàn)裝置的研制*

蔣漳河，柯研，張迎新

(廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測研究院，廣東廣州 510180)

0 引言

防爆電氣設(shè)備最常用的電纜引入裝置結(jié)構(gòu)是使用壓緊螺母或壓盤壓緊的密封圈式橡套電纜引入裝置，電纜引入裝置是允許將一根或多根電纜或光纜引入防爆電氣設(shè)備內(nèi)部并能保證其防爆性能的裝置［1，2］，是防爆電氣設(shè)備常用的重要部件［3，4］。其夾緊性能是防爆性能的主要標(biāo)志之一。防爆電氣設(shè)備電纜和引入裝置主體之間需采用彈性密封圈或者金屬(復(fù)合)密封圈或者填料的措施來夾緊電纜，以防止電纜受到的拉力或扭矩 傳 到 連 接 件 上［5］。 GB 3836.1—2010 和GB 12476.1—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電纜引入裝置的夾緊試驗(yàn)要求與規(guī)定，通過在電纜(或模擬電纜的芯軸)上施加一定時(shí)間的規(guī)定拉力后，以用電纜(或芯軸)的位移量來判定引入裝置夾緊能力是否合格。設(shè)計(jì)、研制的試驗(yàn)裝置適用于密封圈夾緊的電纜引入裝置、填料夾緊的電纜引入裝置、帶夾緊裝置的電纜引入裝置和通過密封套內(nèi)裝置夾緊鎧裝層的鎧裝電纜引入裝置。

1 試驗(yàn)要求與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)要求

模擬引入裝置夾緊電纜，在電纜(或模擬電纜的芯軸)上施加與電纜直徑或周長成比例的與電纜軸向平行的外力，經(jīng)過一段時(shí)間之后，通過電纜的位移量來判斷引入裝置夾緊能力是否合格。

依據(jù) GB 3836.1、GB 12476.1 試驗(yàn)要求，對電纜或芯軸施加以下拉力(N)［1，2］。

(1)非鎧裝電纜、帶編織覆蓋層電纜:施加的拉力為20倍芯軸或電纜直徑(以mm為單位，電纜引入裝置設(shè)計(jì)為圓形電纜)，或6倍電纜周長(以mm為單位，電纜引入裝置設(shè)計(jì)為非圓形電纜)。在環(huán)境溫度為(20±5)℃條件下，施加規(guī)定拉力6h，如果芯軸或電纜樣品位移量不超過6mm，引入裝置的夾緊作用為合格。

(2)鎧裝電纜(通過密封套內(nèi)裝置夾緊鎧裝層的電纜引入裝置)，施加的拉力為80倍電纜直徑(以mm為單位，I類電氣設(shè)備用鎧裝電纜)，或20倍電纜直徑(以mm為單位，II類或III類電氣設(shè)備用鎧裝電纜)。在環(huán)境溫度為(20℃ ±5℃)條件下，施加規(guī)定拉力(120±10)s，如果鎧裝部位的位移可忽略不計(jì)，引入裝置的夾緊作用為合格。

1.2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)思路

試驗(yàn)裝置首先能緊固試樣，其次能產(chǎn)生可調(diào)、穩(wěn)定、方向準(zhǔn)確的外力，還要能精確讀出電纜在外力作用下的位移值。此外，在功能齊全的同時(shí)應(yīng)盡量減少試驗(yàn)機(jī)的制造成本，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，提高拉力加載系統(tǒng)的穩(wěn)定性及檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、輕便、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠的引入裝置夾緊試驗(yàn)裝置。

2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案

2.1 主要結(jié)構(gòu)

夾緊試驗(yàn)裝置主要包括樣品裝夾與拉力兩大系統(tǒng)，具體包括底座、X軸向試驗(yàn)臺、Y軸向試驗(yàn)臺、X旋向試驗(yàn)臺、試樣緊固臺、搖桿轉(zhuǎn)輪、各向絲桿、配重臺、載重臺、支撐架、定滑輪組件、顯示箱、拉力機(jī)、百分表等，如圖1所示。該試驗(yàn)裝置有水平、垂直兩個(gè)檢測系統(tǒng);試驗(yàn)臺通過控制平臺X軸、Y軸方向移動(dòng)和試驗(yàn)緊固面0°～90°垂直可調(diào)。較小被試樣品在試驗(yàn)裝置平臺上測試，較大被試樣品在地面基座上測試。

圖1 夾緊試驗(yàn)裝置主要結(jié)構(gòu)

2.2 試樣裝夾系統(tǒng)

試樣裝夾系統(tǒng)由X軸向試驗(yàn)臺、Y軸向試驗(yàn)臺、X旋向試驗(yàn)臺、試樣緊固臺及各向絲桿等組成，絲桿由轉(zhuǎn)盤連接手動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，選用絲桿型號分別為M30 ×3.5，M30 ×3.5，M25 ×3。X 軸向試驗(yàn)臺與基座間通過梯形槽實(shí)現(xiàn)連接與限位定向滑動(dòng);Y軸向試驗(yàn)臺與X軸向試驗(yàn)臺間則通過T型槽實(shí)現(xiàn)連接與限位定向滑動(dòng);X軸旋向試驗(yàn)臺通過旋轉(zhuǎn)副連接在Y軸旋向試驗(yàn)臺上，并經(jīng)絲桿帶動(dòng)連接桿擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)X軸旋向試驗(yàn)臺的水平度調(diào)節(jié)。試樣與試樣緊固臺的連接由緊固臺上的緊固圓盤上的T型卡位槽與緊固螺栓螺母實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 試樣裝夾系統(tǒng)

2.3 水平度調(diào)節(jié)功能設(shè)計(jì)

圖3為X旋向試驗(yàn)臺組成結(jié)構(gòu)，當(dāng)絲桿旋轉(zhuǎn)，連接桿下端隨絲桿進(jìn)給移動(dòng)，通過上端旋轉(zhuǎn)副改變試樣緊固臺的角度，右側(cè)與滑槽配合的連桿起到輔助支撐作用，并保護(hù)絲桿免受拉力影響，簡化圖如圖4所示。

圖3 水平度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖4 水平度調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能簡圖

2.4 拉力系統(tǒng)

拉力加載方式有螺桿式加力法、定滑輪式加力法、杠桿式加力法、齒輪式加力法及液壓缸式加力法等多種可供選擇。通過分析對比可知，定滑輪式加力法所加載配重是由標(biāo)稱砝碼組合所得，在加載分辨率上有所不足，無法設(shè)定過于精確的加載值，但在夾緊實(shí)驗(yàn)中足以滿足F要求，所供拉力由砝碼質(zhì)量m與重力加速度g影響，具有供力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，無需供液加壓裝置，操作也更為簡單。拉力傳遞所用繩需考慮試驗(yàn)特點(diǎn)，試驗(yàn)需檢測試樣位移量(以6mm為判斷標(biāo)準(zhǔn))，拉繩需要保持配重與試樣連接6h，這就要求拉繩必須具備較高的抗拉強(qiáng)度以及在拉力方向上具有較大的剛度，所以設(shè)計(jì)方案選用6x19+IWS型鋼芯鋼絲繩(如圖5所示)，該鋼絲繩共有7股133繩。試驗(yàn)機(jī)使用HP-3K型數(shù)顯式推拉力計(jì)測量及記錄試驗(yàn)拉力數(shù)值，準(zhǔn)確度0.5 級，最小讀數(shù)達(dá)0.001N，精度 ±0.5%。

圖5 6x19+IWS型鋼芯鋼絲繩

2.5 使用方法

在夾緊試驗(yàn)裝置上開展電纜引入裝置夾緊試驗(yàn)時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選取試驗(yàn)芯軸或電纜，將引入裝置試樣裝夾在試樣緊固臺上，以數(shù)顯式推拉力計(jì)連接試樣及鋼絲繩。通過左側(cè)配重臺添置砝碼，同時(shí)通過調(diào)整X軸向試驗(yàn)臺、Y軸向試驗(yàn)臺、X旋向試驗(yàn)臺調(diào)節(jié)試樣緊固臺水平度。旋轉(zhuǎn)升降桿提升載重臺使其與配重臺分離，此時(shí)鋼絲繩繃直，鋼絲繩與試樣方向沿水平面法線方向，拉力傳導(dǎo)到拉力計(jì)及試樣上，通過觀測顯示箱拉力示數(shù)調(diào)節(jié)砝碼重量(即鋼絲繩拉力)。拉力示數(shù)穩(wěn)定后讀取百分表初始示數(shù)，并開始計(jì)時(shí)，6h后讀取拉力示數(shù)與百分表讀數(shù)。百分表頂針與跟鋼絲繩連接的滑板接觸，頂針移動(dòng)量即為鋼絲繩沿拉力方向的位移量即是試樣位移量。若試樣直徑較大，試樣緊固平臺不能滿足試樣的緊固空間需求，則將被試樣機(jī)擺放在拉力試驗(yàn)機(jī)旁邊的試驗(yàn)位置上。

3 試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟如下:

(1)把試樣用壓塊固定在拉力試驗(yàn)機(jī)的可移動(dòng)平臺上(較大的被試樣件擺放在拉力試驗(yàn)機(jī)旁邊的試驗(yàn)位置上，依靠自身重力固定);

(2)調(diào)整試驗(yàn)機(jī)工作平臺在三個(gè)方向的位置，使芯棒中心線垂直水平面，用鉛垂線驗(yàn)證;

(3)調(diào)整鋼絲繩與托架位置，使拉力計(jì)接近芯棒，使托架與砝碼托盤點(diǎn)底部相聚約5cm;

(4)將砝碼托盤放在托架上，接通拉力計(jì)電源，清零。將芯棒、拉力傳感器與鋼絲繩串聯(lián)在一起;

(5)逐漸增加砝碼，讀取數(shù)值，當(dāng)拉力計(jì)顯示值為20倍芯棒直徑(mm)時(shí)停止增加砝碼;

(6)移動(dòng)位于試驗(yàn)機(jī)頂部的滑塊，使其輕觸百分表;

(7)擰緊滑塊，讀取百分表初始值。6h后記錄百分表終止值，松開滑塊;

(8)將拉力計(jì)與芯棒分離，砝碼放回原位，切斷拉力計(jì)電源，取出試樣，拉力試驗(yàn)完畢。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)選取了4組密封圈夾緊的電纜引入裝置試樣按照試驗(yàn)要求進(jìn)行夾緊拉力試驗(yàn)，經(jīng)6h不間斷拉力作用后，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 夾緊拉力試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖6 夾緊拉力試驗(yàn)位移量比較圖

百分表實(shí)驗(yàn)前后讀數(shù)之差即為試樣實(shí)驗(yàn)中的位移量，易知4組試驗(yàn)試樣中，1～3號試樣位移量均小于6mm，為合格產(chǎn)品;4號試樣位移大于6mm，為不合格產(chǎn)品。

4 結(jié)語

該電纜引入裝置夾緊試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)功能得到保障的前提下綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性能，采用了砝碼配重、鋼絲繩傳導(dǎo)拉力的方案，基于絲桿進(jìn)給的水平度及空間位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)提升了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。由夾緊拉力試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果可知，該試驗(yàn)裝置可穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠工作，符合GB 3836.1、GB 12476.1標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)規(guī)定，可用于檢測評定防爆電氣設(shè)備電纜引入裝置夾緊的合格性。

［1]GB 3836.1—2010爆炸性環(huán)境設(shè)備 第1部分:通用要求［S］.

［2]GB 12476.1—2013可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分:通用要求［S］.

［3]張海鷗.防爆電氣設(shè)備電纜引入裝置設(shè)計(jì)探討［J］.電氣防爆，2012，(1):11-14.

［4]張海鷗.防爆電氣設(shè)備密封圈式橡套電纜引入裝置的設(shè)計(jì)［J］.電氣防爆，2008，(3):15-18.

［5]王殿友.Ex電纜引入裝置結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)分析［J］.防爆電機(jī)，2002，(4):21-22