防爆電氣設(shè)備電纜引入裝置夾緊試驗裝置的研制*

蔣漳河，柯研，張迎新

(廣州特種機電設(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標準規(guī)定了電纜引入裝置的夾緊試驗要求與規(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、研制的試驗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 試驗要求與設(shè)計

1.1 試驗要求

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，引入裝置的夾緊作用為合格。

1.2 試驗裝置設(shè)計思路

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

2 試驗裝置設(shè)計方案

2.1 主要結(jié)構(gòu)

夾緊試驗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軸向試驗臺、Y軸向試驗臺、X旋向試驗臺、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、百分表等，如圖1所示。該試驗裝置有水平、垂直兩個檢測系統(tǒng);試驗臺通過控制平臺X軸、Y軸方向移動和試驗緊固面0°～90°垂直可調(diào)。較小被試樣品在試驗裝置平臺上測試，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軸向試驗臺、Y軸向試驗臺、X旋向試驗臺、試樣緊固臺及各向絲桿等組成，絲桿由轉(zhuǎn)盤連接手動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，選用絲桿型號分別為M30 ×3.5，M30 ×3.5，M25 ×3。X 軸向試驗臺與基座間通過梯形槽實現(xiàn)連接與限位定向滑動;Y軸向試驗臺與X軸向試驗臺間則通過T型槽實現(xiàn)連接與限位定向滑動;X軸旋向試驗臺通過旋轉(zhuǎn)副連接在Y軸旋向試驗臺上，并經(jīng)絲桿帶動連接桿擺動實現(xiàn)X軸旋向試驗臺的水平度調(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

圖3為X旋向試驗臺組成結(jié)構(gòu)，當絲桿旋轉(zhuǎn)，連接桿下端隨絲桿進給移動，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，但在夾緊實驗中足以滿足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)濟實用等特點，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特點，試驗需檢測試樣位移量(以6mm為判斷標準)，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度以及在拉力方向上具有較大的剛度，所以設(shè)計方案選用6x19+IWS型鋼芯鋼絲繩(如圖5所示)，該鋼絲繩共有7股133繩。試驗機使用HP-3K型數(shù)顯式推拉力計測量及記錄試驗拉力數(shù)值，準確度0.5 級，最小讀數(shù)達0.001N，精度 ±0.5%。

圖5 6x19+IWS型鋼芯鋼絲繩

2.5 使用方法

在夾緊試驗裝置上開展電纜引入裝置夾緊試驗時，按標準規(guī)定選取試驗芯軸或電纜，將引入裝置試樣裝夾在試樣緊固臺上，以數(shù)顯式推拉力計連接試樣及鋼絲繩。通過左側(cè)配重臺添置砝碼，同時通過調(diào)整X軸向試驗臺、Y軸向試驗臺、X旋向試驗臺調(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，拉力傳導到拉力計及試樣上，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)，并開始計時，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，則將被試樣機擺放在拉力試驗機旁邊的試驗位置上。

3 試驗與結(jié)果分析

3.1 試驗步驟

試驗步驟如下:

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

(2)調(diào)整試驗機工作平臺在三個方向的位置，使芯棒中心線垂直水平面，用鉛垂線驗證;

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

(4)將砝碼托盤放在托架上，接通拉力計電源，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，當拉力計顯示值為20倍芯棒直徑(mm)時停止增加砝碼;

(6)移動位于試驗機頂部的滑塊，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)將拉力計與芯棒分離，砝碼放回原位，切斷拉力計電源，取出試樣，拉力試驗完畢。

3.2 試驗結(jié)果

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

表1 夾緊拉力試驗試驗數(shù)據(jù)

圖6 夾緊拉力試驗位移量比較圖

百分表實驗前后讀數(shù)之差即為試樣實驗中的位移量，易知4組試驗試樣中，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裝置在試驗功能得到保障的前提下綜合考慮了經(jīng)濟性能，采用了砝碼配重、鋼絲繩傳導拉力的方案，基于絲桿進給的水平度及空間位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)提升了試驗結(jié)果的準確性。由夾緊拉力試驗試驗結(jié)果可知，該試驗裝置可穩(wěn)定、準確、可靠工作，符合GB 3836.1、GB 12476.1標準試驗規(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［J］.電氣防爆，2008，(3):15-18.

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