采煤機(jī)電控箱機(jī)械設(shè)計(jì)分析

摘 要：為了使采煤工作更加自動(dòng)化，降低維修工人的工作壓力，提高采煤工作效率，本文主要對(duì)采煤機(jī)電控箱機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。希望通過文章的分析，能夠?qū)ο嚓P(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)電控箱；機(jī)械設(shè)計(jì)；分析

1 采煤機(jī)電控箱的冷卻原理及冷卻方法

1.1 采煤機(jī)電控箱的冷卻原理

（1）電控箱殼體的導(dǎo)熱理論。導(dǎo)熱其實(shí)就是熱量由一個(gè)物體向另一個(gè)物體的轉(zhuǎn)移過程。其實(shí)采煤機(jī)正常工作的情況下，箱體內(nèi)的的溫差變化不大，只是箱體內(nèi)外溫差大。采煤機(jī)箱體的內(nèi)外溫差可利用其穩(wěn)定工作時(shí)產(chǎn)生的熱量而導(dǎo)出。在電控箱穩(wěn)定工作的情況下，其導(dǎo)熱量可由Q=（t1-t2）/Rr來表示。其中t1和t2分別代表箱體兩側(cè)的表面溫度。在選擇溫度時(shí)，注意使t1>t2。Rr代表箱體材料的導(dǎo)熱電阻，Rr=δ/λf=δ/λlb。在此公式中δ代表單層箱體的厚度；b代表單層箱體的寬度；l代表單層箱體的長度；λ代表適宜的導(dǎo)熱系數(shù)。因?yàn)榇蟛糠植擅簷C(jī)電控箱的材料都是普通鐵板，通過查閱資料可得其λ=3.13。由于采煤機(jī)電控箱的工作需要，在其穩(wěn)定工作中，溫度通常控制在60℃左右。由上面的兩個(gè)公式就能得出在采煤機(jī)電控箱穩(wěn)定工作的狀況下產(chǎn)生的熱量。表1為常見金屬的物理性質(zhì)常數(shù)，可供大家參考查閱。

（2）電控箱冷卻水的散熱原理。由于冷卻水的傳熱效果極佳，因此利用冷卻水散熱也是比較常見的一種散熱方式。冷卻水的傳熱量可由傳熱基本方程式表示。Q=KFΔtm，其中F表示冷卻水的換熱面積；Δtm表示冷卻水的平均溫差；K表示冷卻水的傳熱系數(shù)。從表2中可以查出電控箱體幾種常見換熱器的傳熱系數(shù)。例如，若其傳熱系數(shù)為2500，其換熱面積為：0.2m×1.5m=0.3m2，平均溫差為60℃，則可通過公式計(jì)算出冷卻傳遞出來的熱量為4.5×104kcal/h。

1.2 空氣冷卻系統(tǒng)

空氣冷卻系統(tǒng)分為采控箱的室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)，它可顯著降低電控箱的溫度。由于它分為室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩個(gè)位置，因此其作用效果也不相同。顧名思義，室內(nèi)機(jī)是安裝在內(nèi)部的。在工作時(shí)，因電控箱體積較小，因此室內(nèi)機(jī)的主要作用就是使室內(nèi)和室外溫度相平衡。那么它究竟是怎么使室內(nèi)溫度和室外溫度達(dá)到平衡的呢？其實(shí)，當(dāng)開啟空氣冷卻系統(tǒng)后，制冷劑的蒸氣在低壓、低溫的作用下可被壓縮機(jī)吸入。當(dāng)壓縮機(jī)將其壓縮后，制冷劑的蒸氣就從低壓變成了高溫的過熱蒸汽。這種過熱蒸汽到達(dá)冷凝器后，在冷凝器的作用下就變成了高壓液體。高壓液體進(jìn)入電控箱內(nèi)首先通過節(jié)流元件而流入散熱片中，并在此處與外界空氣進(jìn)行交換。

1.3 散熱片式冷卻方式

利用散熱片式進(jìn)行冷卻也是傳統(tǒng)冷卻方式的一種。在散熱片的幫助下，風(fēng)機(jī)可對(duì)電控箱箱體進(jìn)行吹風(fēng)，這樣就使箱體內(nèi)的空氣流通加快，這樣箱體內(nèi)的熱空氣就可以被冷空氣所替換。在冷熱空氣的交換過程中，箱體溫度就降低了。下面來舉例說明。例如，在某些采煤機(jī)的電器附件附近安裝同步風(fēng)機(jī)，當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，同步風(fēng)機(jī)就不斷吹風(fēng)。這樣不僅使其工作產(chǎn)生的熱量與外界進(jìn)行了交換，也加快了箱體內(nèi)的空氣流動(dòng)。但這種設(shè)計(jì)思路當(dāng)前還存在一個(gè)設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)，即為了使散熱能力提高，必須要一個(gè)散熱功能強(qiáng)的散熱片，此外還需要一個(gè)工作能力強(qiáng)的風(fēng)扇。

2 采煤機(jī)電控箱的冷卻技術(shù)要求及其設(shè)計(jì)舉例

2.1 采煤機(jī)電控箱的冷卻技術(shù)

采煤機(jī)電控箱所采用的冷卻方法主要是為了確保電控箱內(nèi)的環(huán)境溫度保持在一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，從而確保電器元件的正常工作，提高電器元件的工作壽命。借助空氣冷卻系統(tǒng)能夠?qū)﹄娍叵涞臏囟冗M(jìn)行有效控制，該冷卻系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以劃分為采煤機(jī)電控箱的室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)，即將冷卻機(jī)掛在電控箱的內(nèi)外側(cè)。研究還發(fā)現(xiàn)，冷卻機(jī)的位置不同，其所能起到的效果和作用也存在較大的差異，室內(nèi)機(jī)一般是安裝在電控箱內(nèi)部，由于電控箱體小，因此在工作的過程中，會(huì)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的作用可以保證箱體內(nèi)空氣與外界溫度保持平衡狀態(tài)。

2.2 采煤機(jī)電控箱的設(shè)計(jì)舉例

當(dāng)設(shè)計(jì)采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)時(shí)要遵循以下要求。其電動(dòng)機(jī)的高度和采煤機(jī)的機(jī)身高度相等，電動(dòng)機(jī)的機(jī)身寬度與電控箱機(jī)身寬度的總和等于采煤機(jī)身的寬度。這是由于電動(dòng)機(jī)與電控箱是連在一起的，電控箱在電動(dòng)機(jī)的側(cè)面。從冷卻效果來看，為了達(dá)到理想的冷卻效果，需要對(duì)水道布置的范圍進(jìn)行全面的考慮，水道排布的方向，水道的布局方式以及進(jìn)水口與出水口壓力差等都需要根據(jù)實(shí)際情況確定，如圖1所示。水道兩端分別設(shè)計(jì)出與螺紋孔的安全距離L1、L2、L3在30-40mm，以降低焊接后箱體變形誘發(fā)的加工誤差，從而確保水道避開加工螺紋孔區(qū)域。

3 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展以及新材料的不斷涌現(xiàn)，采煤機(jī)電控箱的機(jī)械設(shè)計(jì)也必然不斷更新。文章主要對(duì)采煤機(jī)電控箱的冷卻原理、冷卻方式、冷卻技術(shù)要求進(jìn)行了闡述。為了更形象生動(dòng)的說明問題，作者列舉了采煤機(jī)電控箱機(jī)械設(shè)計(jì)的例子，希望本篇文章能夠給采煤機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)者帶來有價(jià)值的啟發(fā)與幫助。

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作者簡介：樊帥（1986，11-），男，山西太原人，2011年7月畢業(yè)于西京學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，助理工程師，從事采煤機(jī)電控箱設(shè)計(jì)制造工作。