基于弹性力学理论的隔爆壳体计算方法.docVIP

 基于弹性力学理论的隔爆壳体计算方法 张旭东，徐桂云，孔祥波** （中国矿业大学 机电工程学院，江苏徐州 221000） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：在井下复杂的工作环境中，要求隔爆壳体有足够的强度和刚度，保证内部发生爆炸时， 壳体能够承受爆炸产生的冲击力并阻止能量传到外部，点燃环境中的可燃气体。为了寻求一 种简化方法对隔爆壳体进行正确而可靠的设计和计算，在分析工况爆炸压力的基础上，提出 了运用弹性薄板小挠度理论计算壳体的应力和应变。对隔爆壳体进行简化，根据隔爆壳体的 强度刚度要求，得出隔爆结构的具体参数。 关键词：隔爆壳体；弹性力学；计算方法 中图分类号：TD684 Calculation Method of Flamproof Shell Based on the Theory of Elasticity ZHANG Xudong, XU Guiyun, KONG Xiangbo (School of Mechanical and Electrical Engineering ,China University of Mine and Technology, Xuzhou 221000) Abstract: In the underground complex work environment, the flameproof shell requires sufficient strength and stiffness to ensure that when an internal explosion happens, shell can withstand the impact of the explosion and prevent energy to spread to external to ignite the flammable gases in the environment. In order to find a simplified method for flameproof shell for accurate and reliable design and calculation, on the basis of analysis of explosion pressure conditions, proposed the use of small deflection theory of thin elastic to calculate the stress and strain of shell. Simplify the structure of flameproof shell, according the requirements of stiffness and strength to obtain the specific parameters of flameproof shell. Key words: flameproof shell; elasticity; calculation method 0 引言 防爆电器在矿区井下工作时，电器元器件必须装在具有隔爆功能的壳体之中，隔爆壳体 是该产品的关键部件之一。在井下复杂的工作环境中，要求壳体的隔爆结构不能损坏从而保 证电器元器件的正常工作。隔爆壳体还需有足够的强度和刚度，保证磁力起动器内部发生爆 炸时，壳体能够承受爆炸产生的冲击力并阻止能量传到外部，点燃环境中的可燃气体。由于 隔爆壳体结构复杂，很难寻求一种简化方法对其结构进行正确而可靠的设计和计算。因此在 相当长的时间内，矿用隔爆壳体的结构设计主要是经验设计和参数类比设计，通过实验发现 问题再对设计方案进行改进，如此反复，既费时又花费很大的财力物力。因此本文首先对爆 炸压力进行研究，然后对隔爆壳体进行简化，用弹性力学理论对结构设计计算。 1 爆炸压力 爆炸压力一般是指爆炸性气体在发生爆炸的最初瞬间产生的压力。以瓦斯爆炸作为试验 对象，正常的压力和温度试验环境，密闭容器中的瓦斯发生爆炸时，在绝热状态下，温度可 以达到 2150～2650℃[1]。由于密闭容器的容积一定，因为高温而产生高压，由波伊尔-马略 特定律[2]，爆炸压力可以表示为： 作者简介：张旭东（1988-），男，硕士研究生，机械设计及理论 通信联系人：徐桂云（1962-），女，教授，矿山机械设计. E-mail: xgycumt@163.com -1-  P?? P0??  T T0  ?  m n  ?1?? 1? 式中 P——爆炸后气体压力，MPa； 45 50 55 60 65 70 75 P0——爆炸前初始压力，MPa； T——爆炸后气体混合物的绝对温