EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计 - 图文

EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

摘 要

电动防爆叉车作为特种物料搬运工具中最为特殊的一个产品，越来越得到市场的认可和日益增长的需求。目前在国内市场上电动防爆叉车多以防爆改装电动叉车为主，电动叉车的防爆改装设计是目前电动防爆叉车制造行业的重大课题。

本文以JUNGHEINRICH EJC112型电动叉车为例，对电动叉车电气控制系统的防爆改装设计及电气控制系统中焊接隔爆型电气箱的设计做了研究，阐述了电动叉车防爆改装设计流程、普通电动叉车中存在的潜在危险因素及潜在危险因素分类和各潜在危险因素防爆改装方案的确定等内容。

在本次电气控制系统的防爆改装设计中采用主动防护技术与防爆技术相结合，增加了监控、报警功能，使防爆叉车更具有人性化。在本次焊接隔爆型电气箱的设计中以弹性力学理论为工具，对焊接隔爆箱箱体进行强度设计（以小挠度理论为工具）和箱体法兰进行刚度设计，合理确定了焊接隔爆箱壳体参数，提高了设计的可靠性，节省了材料，降低了成本，解决了一直以来隔爆型电气箱采用类比法、经验法设计，隔爆腔体笨重、不可靠的问题，具有很好的现实意义。

关键词：电动防爆叉车，电气控制系统，防爆改装设计，隔爆型电气箱

I

EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

THE ELECTRICAL CONTROL SYSTEM’S EXPLOSIVE-PROOF CONVERSION OF THE EJC112

ELECTRIC FORKLIFT

ABSTRACT

As one of the most special product used for carrying the special goods, the explosive-proof type electric forklift is more and more popular. In the domestic market, most of the explosive-proof type electric forklifts are the explosive-proof conversion type electric forklift. It becomes the most important question that how to convert the normal type electric forklift into the explosive-proof type electric forklift in the line of the explosive-proof forklift.

In this paper, it’s used as an example that JUNGHEINRICH EJC112 pedestrian electric stacker to study how to convert the electrical system into the explosive-proof type and how to design the weld flameproof enclosure for the electrical system. It shows that the conversion procedure, the potential hazardous factors that lies in the normal electric forklift, how to divide these potential hazardous factors into different group, and how to convert all the potential hazardous factors, and so on.

The auto-protect technology and explosive-proof technology are used together in the paper. The monitor function and the alarm function are added in this design. It makes the forklift easier and friendlier to the user. The theory of elastic strength is used as a tool to calculate the weld flameproof enclosure box’s thickness and the flange’s thickness. It makes the parameters of the weld flameproof enclosure more reliable and saves some materials and lowers the cost. It solves this problem that the weld flameproof enclosure always designed by the engineer with experience that always makes the flameproof enclosure heavier, more bigly and without enough reliability.

Key words: Electric explosive-proof type forklift, design for converting into the

explosive-proof type, explosive-proof conversion of the electrical system, weld flameproof enclosure

II

EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

目 录

第一章 绪论----------------------------------------------------------------------------------------------------1

1.1 电动防爆叉车的地位-------------------------------------------------------------------------1 1.2 国内电动防爆叉车的技术现状和发展趋势------------------------------------------------------1

1.2.1国内电动防爆叉车的技术现状-------------------------------------------------------------------1 1.2.2国内电动防爆叉车的发展趋势-------------------------------------------------------------------2 1.2.3目前国内电动防爆叉车的制造现状-------------------------------------------------------------2 1.3 本文的研究目标和研究任务---------------------------------------------------------------------------2 1.3.1研究目标----------------------------------------------------------------------------------------------3 1.3.2研究任务----------------------------------------------------------------------------------------------3 第二章 EJC112型电动叉车防爆改装分析----------------------------------------------------------------------4

2.1 EJC112型电动叉车简介----------------------------------------------------------------------------------4

2.1.1 EJC112型电动叉车外形及主要技术数据------------------------------------------------------4 2.1.2 EJC112型电动叉车控制电路---------------------------------------------------------------------5 2.2防爆改装要求-----------------------------------------------------------------------------------------------8

2.2.1 防爆改装要求分析---------------------------------------------------------------------------------8 2.1.2 EJC112型电动叉车存在的潜在点燃危险因素分析------------------------------------------8 2.3 EJC112型电动叉车存在的潜在危险因素防爆改装方案------------------------------------------10 2.3.1电动叉车常见的潜在危险因素防爆改装方案-----------------------------------------------10 2.3.2 EJC112型电动叉车电气控制系统防爆改装方案-------------------------------------------11 第三章 EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计-----------------------------------------------14

3.1防爆改装中增加的电气控制元件----------------------------------------------------------------------14 3.2电气控制系统元件防爆改装设计----------------------------------------------------------------------15 3.2.1电气控制系统元件分类----------------------------------------------------------------------------15 3.2.2电气控制系统元件防爆改装设计----------------------------------------------------------------15 第四章 EJC112型电动叉车隔爆型电气箱的设计-----------------------------------------------------------21

4.1 隔爆型电气箱外形尺寸的确定------------------------------------------------------------------------21 4.2 隔爆型电气箱壳体参数的确定------------------------------------------------------------------------24 4.2.1主电气箱箱体壁板的强度设计-----------------------------------------------------------------24 4.2.2主电气箱箱体法兰的刚度设计-----------------------------------------------------------------26 4.2.3螺栓规格的确定-----------------------------------------------------------------------------------28 4.2.4电气箱箱盖厚度的确定--------------------------------------------------------------------------28 第五章 结论---------------------------------------------------------------------------------------------------------29 附录-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------------------46 谢辞-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------47

III

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第一章 绪论

1.1电动防爆叉车的地位[1] [2]

防爆叉车作为特种物料搬运工具中最为特殊的一个产品，近年来得到长足发展，得益于

叉车这个行业飞速而迅猛的发展。近年来叉车不仅是产量大幅度增长，规格品种也在不断增加，技术水平逐渐提高。根据中国工程机械工业协会机动工业车辆分会的统计显示，物料搬运设备连续几年保持稳定的增长势头，增幅平均在30%左右。不论是燃料叉车、电动叉车、手动叉车的国内市场销售，还是主机和配套件的出口，都得到快速的发展，至2007年中国已成为超过日本的第二大叉车消费市场，达到了10万台，而生产量突破了15万台。面对全球不容忽视的能源和环保的挑战，电动叉车越来越受人们关注。在日益提倡和谐、安全、健康和环保的中国，电动防爆叉车因其特殊的作用和使命越来越得到市场的认可和日益增长的需求。

1.2国内电动防爆叉车的技术现状和发展趋势

1.2.1国内电动防爆叉车的技术现状[3]

电动防爆叉车技术的应用始于60年代并主要在少数几个欧美发达国家，一方面是由于发达国家受到生态环保压力的日益增大，以及能源资源的影响，另一方面是由于安全生产意识的增强，因而防爆叉车首先在经济发达国家得到了起步和发展。国内电动防爆叉车的发展起步较晚，国内最早的电动防爆叉车技术是在1985年从西欧引进的，通过二十几年的实际应用，国内电动防爆叉车经历了三个阶段的发展。

1、第一阶段国内电动防爆叉车的技术特征：

（1）系统由三个电机构成基本运行回路，即：行走电机回路、提升电机回路、转向电机回路，其运行原理是每个回路由各个开关控制行走接触器、提升接触器、转向接触器吸合使电机接通电源达到工作状态。

（2）整机为直流系统，行走电机的励磁方式为串励，提升电机和转向电机的励磁方式为复励。

（3）电气系统采用隔爆技术处理，蓄电池为增安型接线箱接线固定无法调换蓄电池工作，整机绝缘性能靠人工维护处理，无过载、限流保护。

以上技术特征导致电动防爆叉车系统线路复杂可控点多，整机运行电流大、温升高、电器易损坏。

二十一世纪，电动防爆叉车技术进入第二阶段，国内电动叉车的整机制造水平和国产配套件制造水平不同程度的得到了提高，直流系统的技术形成了多样化、智能化，防爆技术也得到了提升，国内防爆标准也较完善，与国际标准对接的工作进展较快。

2、第二阶段国内电动防爆叉车的技术特征：

（1）整机为直流系统由行走控制器和泵控制器各控制一个行走电机和一个泵电机构成基本运行回路，智能化程度得到提高，对过载限流可以设定保护，可以根据工况设定控制器程序参数控制电机有效的运行。

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（2）它励系统具备有限的能源再生功能，和防下滑制动功能，蓄能时间得到了一定提升。

（3）整机由隔爆型、本安型、增安型防爆技术构成，由于一些防爆电器元件的技术发展，不仅体积小而且使用安装方便，这样使得整机造型设计更加合理美观。

以上技术特征仍然存在系统运行电流较大、温升高的缺陷，而且使用制动蹄片式制动易产生火花和温升高。

近两年国内防爆电动叉车进入了第三阶段即防爆交流控制系统技术阶段，由于交流控制系统具有良好的动力性能及特性优势，更加适用于电动防爆车辆，国内防爆技术标准较大程度上与国际接轨，使防爆电动叉车技术得到了很大提升。

3、第三阶段国内电动防爆叉车的技术特征：

（1）交流控制系统由于具有低速恒转矩控制和高速恒功率控制，使其具有良好的动力性能，并具有能量回收功能、坡道防下滑功能、减速功能等。

（2）交流电机在结构上不使用触点和碳刷，所以不需要清理和更换碳刷具有免维护性，这使得防爆安全性提高。

（3）通过防爆交流电机内的两种温度传感与控制系统的控制，使防爆叉车具有热升和热降两种控制运行工况，既提高了防爆叉车的温升控制能力，又较大程度地保证整机的正常运行。

以上技术特征具有传动效率高、电流小、温升低、电机免维护且制动性能好、无火花、稳升低等特点，提高了整机性能，也相对保证了整机在防爆环境下较长时间的工作。

1.2.2国内电动防爆叉车的发展趋势[3]

国内电动防爆叉车的发展趋势表现在三个方面：

（1）随着交流永磁技术的发展，运行控制系统将向交流永磁化方向发展，由于其无碳刷具有免维护性，避免了因为清除碳刷粉和更换碳刷而打开隔爆体所造成的安全隐患。在动力性能上低速可以实现恒转矩控制，高速可以恒功率控制运行效率高，并具有多种工况的能量回收、防下滑等功能，使电动防爆叉车具有低电流、低噪音、传动效率高、安全性强、低温升的特点优势。

（2）电动防爆叉车将运用先进的电子技术不断提高整机的防护水平，使其在高智能控制下具有自动防护能力，将防爆电子元件智能化、集成化、微型化。

（3）在总体设计上更具人性化，提高驾驶人员舒适性、方便可操纵性，减轻驾驶人员的劳动强度，在保证整机倾翻安全性能的前提下，达到造型美观的效果。

1.2.3目前国内电动防爆叉车的制造现状

由于电动防爆叉车是一个非常特殊的产品，其技术含量和附加值非常高，产品向市场推出之前必须获得相关权威机构的认证，行业门坎非常高。目前在国内市场上电动防爆叉车多以防爆改装电动叉车为主，防爆叉车改装公司给叉车的制造商配套改装电动叉车，防爆叉车改装公司只提供防爆、安全和环保解决方案等改装技术，因此电动叉车的防爆改装设计是目前电动防爆叉车制造行业的重大课题。

1.3本文的研究目标和研究任务

我公司接到JUNGHEINRICH公司的订单，要求改装一台其公司研发设计生产的 EJC112型步进式电动托盘堆剁叉车。JUNGHEINRICH是物料运搬设备、仓储及物流技术领域世界最大的供应商之一，总部位于德国汉堡。EJC112型叉车为该公司生产的一款步进式电动托盘

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堆垛车，该款步进式电动托盘堆垛车在短途搬运及3.6米提升高度范围内的堆垛表现相当出色，成为步进式电动托盘堆垛叉车系列中广受欢迎的一款。

1.3.1研究目标

要求防爆改装后不减少原车现有功能，且满足以下指标：

使用场所：IIA、IIB类，燃点≥135℃的爆炸性气体混合物形成的Zone2场所； 电动防爆叉车电瓶容量范围：24v/120～150Ah。

1.3.2研究任务

本文的主要任务：

（1）根据EJC112电动叉车的使用场所，确定要达到的防爆要求； （2）找出EJC112电动叉车上存在的潜在点燃源； （3）对潜在点燃源进行分类；

（4）根据潜在点燃源的类型结合电动叉车原车实际情况分析、比较、确定其改装方案； （5）确定防爆改装需要增加的电气控制元件，且与原车的电气控制元件一起进行分类，分别进行防爆改装设计；

（6）以弹性力学理论为工具，设计电气控制系统焊接隔爆型电气箱，对焊接隔爆箱箱体进行强度设计（以小挠度理论为工具）和箱体法兰进行刚度设计，合理确定焊接隔爆箱壳体参数。

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第二章 EJC112型电动叉车防爆改装分析

2.1 EJC112型电动叉车简介

2.1.1 EJC112型电动叉车外形及主要技术参数

一、EJC112型电动叉车外形图

EJC112型电动叉车外形图如图2-1所示。

① ② ③

图2-1 EJC112电动叉车外形图

图2-1中，①为操作手柄；②为前盖板；③为货叉。马达、蓄电池、各控制元件等都安装在车体内，打开前盖板即可看见（将在2.3中详细介绍）。

二、EJC112型电动叉车技术数据

EJC112电动叉车技术数据见附录一。其主要技术参数有：

（1）额定负载：1.2t； （2）最大提升高度：3.6m； （3）行进速度：6 km/h； （4）蓄电池：24V/200Ah；

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（5）蓄电池重量：185kg；

（6）行驶马达：～3×14V/1KW； （7）泵马达（提升马达）：24VDC/1.9KW； （8）电动叉车自重：655kg（不含蓄电池）；

2.1.2 EJC112型电动叉车控制电路

EJC112电动叉车电路图见附录二，其主要控制电路如下： 一、动力单元控制电路

图2-2 EJC112动力单元控制电路

其中：G2为蓄电池充电机，用于蓄电池充电； G1为蓄电池，型号为24V/200Ah，为整车提供动力；

M1为行驶马达，型号为AF4D4-L1-1/～3×14V/1KW/65A，提供整车的前进、后退等行走功能；

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M2为泵马达，型号为ISKRA AMJ5779 24VDC/1.9KW/115A，实现货物提升的功能； U8为行使/提升组合控制器，实现整车的所有控制功能。 二、外部控制元件控制电路

图2-3 EJC112外控元件控制电路

其中：1B7为电阻式温度传感器，型号为T10B/150℃，安装在行驶马达的外壳上为行驶马达提供温度保护，以免行驶马达长期工作时过热使马达损坏；

7Y3为电磁式刹车，型号为IQ BFK457-08/24VDC/25W/12Nm，安装在行驶马达转轴上，当7Y3工作时，靠摩擦片的摩擦力使行驶马达转子停止转动，实现刹车功能；

7S22为滚轮式行程开关，型号为DC-13/24VDC/5A，安装在手柄转轴处，在电动叉车的工作过程中当叉车手柄触到行程开关的滚轮时，U8控制器X6.10端子断电，叉车立即停车，可以起到紧急停车的作用；

1S4为货叉提升高度限位开关，型号为D4V-8104Z，实现货叉提升高度限位功能； 2Y37为货叉提升电磁阀，型号为S-CE/24VDC/18W，实现货物的提升功能； 2Y29为下降电磁阀，型号为SY5120-5G-01/24VDC/10W，实现货物的降落功能； S7为操作手柄，集合了行驶开关、慢速行使开关、提升按键、下降按键、喇叭按键及防撞车保护按键等功能。

三、显示、报警元件控制电路

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图2-4 EJC112显示、报警元件控制电路

其中：6P4为显示器，可显示电量、工作时间及故障代码；4H1为喇叭，当按下手柄喇叭按键时喇叭可起到报警作用。

四、电气元件清单 电气元件清单见表2-1。

表2-1 EJC112电动叉车电气元件清单

序号 代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 F1 F15 6F1 1B7 K1 U8 名称和规格 控制回路总保险丝10A 行使和提升保险丝200A 放电指示器保险丝2A 行驶电机温度传感器T10B 150℃ 总接触器1 C100/120 24RX05004 Us=24VDC Ith=100A 行使/提升组合控制器 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 手柄按键 备注 2Y29 下降电磁阀 SY5120-5G-01 24VDC 10W 2Y37 提升电磁阀 S-CE 24VDC 18W 7Y3 1S2 2S1 4S1 电磁摩擦式刹车 IQ BFK457-08 24VDC/25W/12Nm 行驶开关 提升按键 喇叭按键 7S19 防撞车保护按键 2S15 下降按键 第 7页 共47 页

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续表2-1

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 表2-1中的元件均为用电设备，在使用过程中或故障状态下都有可能产生电弧、火花或危险高温等点燃源，点燃爆炸性危险场所中的可燃性物质，引发爆炸，如果不采取措施直接使用在爆炸性危险场所，后果不堪设想。

1S3 4H1 慢速行使开关 喇叭 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7S22 刹车开关 DC-13 24VDC/5A 1M1 行驶马达 AF 4D4-L1-1 ～3×14V/1KW/65A 2M1 泵马达ISKRA AMJ5779 24VDC/1.9KW/115A G1 1S4 S2 6P4 6R2 电瓶24V/2PzB150 货叉提升高度限位开关D4V-8104Z 钥匙开关 T2KSS 显示器（运行记时和蓄电池电量指示） CAN总线端接电阻 X200 Service通讯端口 2.2防爆改装要求

2.2.1防爆改装要求分析

1、改装要求

防爆改装后不减少原车现有功能，且满足以下指标：

（1）使用场所：IIA、IIB类，燃点≥135℃的爆炸性气体混合物形成的Zone2场所； （2）电动防爆叉车电瓶容量范围：24v/120～150Ah。 2、分析

（1）由Zone2可知，改装后的防爆叉车使用于爆炸性气体环境2区，属于3G级防爆车辆，在改装设计时可使用爆炸性气体环境电气设备各种防爆型式进行设计；

（2）由IIA、IIB可知，改装后的防爆叉车使用于爆炸性气体环境中爆炸性气体级别≤IIB的场所中，如使用隔爆型电气设备时必须注意按IIB隔爆接合面参数设计；

（3）由燃点≥135℃的爆炸性气体混合物形成的爆炸性环境可知，防爆叉车最高表面温度不得高于135℃，在改装设计时依此选择温度传感器。

2.2.2 EJC112型电动叉车存在的潜在点燃危险因素分析

众所周知，爆炸的产生必须满足三个条件，点燃源、易爆易燃物质及空气。电动叉车的防爆改造设计宗旨是找出电动叉车上存在的所有潜在点燃源，根据电动叉车使用的爆炸性环境的性质结合原车的实际情况对各潜在点燃源分别采取合适的防爆措施，从而达到使其不能点燃危险场所引发爆炸的目的，因此防爆改装设计的第一步就是找出电动叉车上存在的所有潜在点燃源。

国标GB19854-2005《爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》规定了3G级电动防爆叉车必须满足的安全要求和采取的安全措施。3G级电动防爆叉车必须满足的安全要求和采取的安全措施见附录三内容。

电动防爆叉车必须满足安全要求和采取安全措施的部位也正是普通电动叉车上存在潜在危险点燃源的部位，因此可以对照国标要求逐项分析普通电动叉车上存在的潜在点燃危

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险因素。

EJC112型电动叉车存在的潜在点燃危险因素如下表：

表2-2 EJC112电动叉车存在的潜在点燃危险因素

国标条款 4.1 3G车辆 4.1.1热表面 4.1.2机械火花和机械间隙 4.1.3静电 4.1.3.1电位平衡 4.1.3.2接地 4.1.3.3皮带 4.1.4动力装置 4.1.4.1往复式内燃机 4.1.4.2蓄电池组 4.1.5电气安装 4.1.6电气设备 潜在点燃危险因素 行驶马达及摩擦式刹车的表面温度、泵马达的表面温度及电气元件的表面温度 货叉与货物或与地面的碰撞可能产生火花 车辆上有大于100cm2的金属部件 车辆上有金属部件 无此项内容 无此项内容 蓄电池 有电气安装 蓄电池、行驶马达及刹车、泵马达、控制器、接触器、保险丝、断电开关、显示器、喇叭、位置传感器、操作手柄及电磁阀 无此项内容 无此项内容 无此项内容 行驶马达摩擦刹车片 行驶马达摩擦刹车片 无此项内容 货叉 无此项内容 4.1.7离合器 4.1.7.1液压离合器 4.1.7.2机械离合器 4.1.7.3摩擦离合器 4.1.8制动器 4.1.8.1概述 4.1.8.2摩擦制动器 4.1.8.3停车制动器 4.1.9负载装卸装置 4.1.10液压系统

综上，EJC112电动叉车存在以下几类潜在点燃危险因素： （1）用电设备

所有的用电设备本身可能产生火花、电弧，其不规范的安装和故障也均有可能产生危险火花、电弧；

（2）热表面

行驶马达及摩擦式刹车片、泵马达的壳体表面，工作时可能形成热表面； （3）摩擦

摩擦式刹车片，工作时可产生火花； （4）机械碰撞

货叉，工作时可能与货物或可能与地面碰撞产生火花； （5）静电

2

车辆上的金属部件（面积大于100cm的金属部件），可能存在电位不平衡。

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2.3 EJC112型电动叉车存在的潜在危险因素防爆改装方案

2.3.1电动叉车常见的潜在危险因素防爆改装方案

电动叉车的防爆改装方案经常受到原车实际情况的限制，因此制定防爆改装方案时必须结合电动叉车的实际情况，尽可能利用原车的现有资源，在现有资源的基础上进行防爆改装设计，达到节约成本的目的。

1、用电设备

电动叉车上的用电设备有蓄电池、马达及电气控制系统元件，在进行防爆改装设计时，分别对应为防爆电源装置的设计、防爆马达的设计及电气控制系统的防爆改装设计。

（1）防爆电源装置的设计

根据国标对3G级电动防爆叉车的要求，蓄电池必须符合GB3836.3-2000的有关要求，GB3836.3-2000是爆炸性气体环境用增安型电气设备的标准，因此采用增安型防爆蓄电池，考虑到蓄电池需要经常充电，电池插头需要经常拔插，因此电池插头必须采用隔爆型插头，防止插头插接不可靠时产生火花，且电池插头上必须设置防止正负极误插的结构。

（2）防爆马达的设计

原车马达可以采用隔爆型或增安型防爆型式进行防爆改装，改装时采用的防爆型式由原车马达的电源特性决定。直流马达必须采用隔爆型结构，这是因为直流马达有碳刷，工作时有火花产生。交流马达无碳刷，因此可采用隔爆型或增安型结构均可，但采用增安型结构简单，制造加工容易，制造成本低，维护方便，建议采用增安型结构。

（3）电气控制系统的防爆改装设计 电气控制系统元件由四个部分组成，一部分为原车的电气控制系统元件，一部分为满足国标的要求增加的对防爆控制点进行控制的电气控制元件，一部分为实现防爆控制点自动监控、自动报警功能的元件，最后一部分为实现方便检修、方便使用的功能元件。

在对电气控制系统元件进行防爆改装设计前，必须先对其进行分类，不同类型的电气元件采用的防爆改装方案不同。电气控制系统的元件可以分为以下几类：

对安装位置有要求的电气元件（电磁阀除外），这些电气元件通常为外部控制元件，如操作手柄的按键、限位开关等，这类元件的安装位置不可能改变，若改变将失去原有功能，这类元件通常为无源信号，属于本安系统中简单设备的范畴，可以根据其信号的类型选择合适的安全栅做本安处理。

对电磁阀通常有两种防爆处理方式，一种为用防爆型电磁阀替代，一种为把电磁阀改装成防爆型（常采用浇封型），前者比后者成本高。

对安装位置无特殊要求的电气元件，如显示器、控制器等，这类元件改造成防爆型不太经济，通常采用装入隔爆型电气箱集中一起做隔爆型处理。

电气安装按照国标GB383.15-2000的规定进行，防止不规范的电气安装引发危险。 2、热表面

行驶马达及摩擦式刹车片、泵马达的壳体热表面可以采用下面两种方式进行防爆处理： （1）限制热表面的形成：

马达是靠壳体散热的，可考虑在马达外壳结构上增设一些特殊结构，如散热筋，增大壳体的散热面积；或强制散热，如在马达外壳附近增设风扇等。采用这种方式对热表面进行防爆处理时，转变成防爆马达壳体的设计问题。

（2）监视热表面的温度：

采用测温仪表监视热表面的温度，当热表面的温度到危险温度时停车，使其温度不能继

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续上升。采用这种方式对热表面进行防爆处理时，转变成测温仪表的选型，测温仪表的防爆改装设计问题，即转化为电气控制系统中元件的防爆改装设计问题。

3、摩擦

摩擦式刹车片，也可采取两种方式进行防爆处理：

（1）因摩擦式刹车片是直接装在行驶马达上的，当行驶马达设计成隔爆型马达时，可将摩擦式刹车片一起放入隔爆腔，做隔爆处理，采用这种方式时摩擦式刹车片本身不需要处理，转化为防爆马达壳体的设计问题。

（2）更换摩擦式刹车片，采用不含金属成分的刹车片。若摩擦式刹车片不含金属成分，可直接使用在危险场所中。

4、机械碰撞

货叉碰撞会产生火花因为其材料中含碳量太高，可更换成含碳量低的材料制成的货叉，或采用包覆含碳量低的材料的方式，但通常情况下考虑到成本的因素，常采用货叉包覆含碳量低的材料的方式。

5、静电

2

车辆上加装漏电检测卡或车辆上的金属部件（面积大于100cm的金属部件），用黄绿接地线与车体硬连接，且车体加装接地连接条。

2.3.2 EJC112型电动叉车电气控制系统防爆改装方案

EJC112电动叉车原车布局如图2-5：

① ② ③ ④ ⑤

图2-5 EJC112电动叉车原车布局（除去前盖板）

其中：①操作手柄；②原车行驶马达及摩擦式刹车片（详见原车行驶马达布局图，图2-3）；③原车泵马达；④原车主要控制元件；⑤原车蓄电池。

1、蓄电池的防爆改装方案

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蓄电池采用2.3.1节防爆电源装置设计方案，考虑到增安型蓄电池结构与原车蓄电池结构不同，且增安型蓄电池对其单体有特殊要求，因此采用定制防爆蓄电池的方式。

2、行驶马达的防爆改装方案

行驶马达上存在两类危险因素：热表面及用电设备可能产生的危险，行驶马达型号为AF 4D4-L1-1，3相交流鼠笼形马达。原车行驶马达布局图如下：

原车行驶马达（周围空间非常有限）

原车摩擦式刹车片

图2-6 原车行驶马达布局图

从原车行驶马达布局图可知，行驶马达周围的空间非常有限，热表面不可能采用限制热表面的形成方式（2.3.1节热表面的防爆处理方案a）进行防爆处理，因此采用温度监控装置（2.3.1节热表面的防爆处理方案b）对行驶马达的热表面进行防爆处理。

原车行驶马达为3相交流鼠笼形马达，工作中无火花产生，采用增安型结构即可。因此行驶马达采用温度监控装置加增安型结构进行防爆改装。

3、摩擦式刹车片的防爆改装方案

摩擦式刹车片型号为IQ BFK457-08 24VDC/25W/12Nm，刹车片厂商提供了该型号刹车片材料报告，不含金属成分，因此可以直接使用在危险场所中（2.3.1节摩擦防爆处理方案b）。

4、泵马达的防爆改装方案

泵马达的防爆改装分析与行驶马达的防爆改装分析方法相同，因泵马达为直流马达，有碳刷，工作时会产生火花，因此采用隔爆型结构，另外，对其热表面采用温度监控装置（2.3.1节热表面的防爆处理方案b）进行防爆处理。

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原车泵马达

图2-7 原车泵马达布局图

5、电气控制系统元件的防爆改装方案

电气控制系统元件的防爆改装根据2.3.1节电气控制元件的防爆改装方案进行。首先确定防爆改装中需增加的电气元件，这些元件一部分为满足国标的要求增加的对防爆控制点进行控制的电气控制元件，一部分为实现防爆控制点自动监控、自动报警功能的元件，另一部分为实现方便检修、方便使用的功能元件；其次，与原车电气控制元件一起进行分类，分别进行防爆处理。

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第三章 EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

电气控制系统元件的防爆改装根据2.3.2节电气控制元件的防爆改装方案进行，首先确定防爆改装中需增加的电气元件，这些元件一部分为满足国标的要求增加的对防爆控制点进行控制的电气控制元件，一部分为实现防爆控制点自动监控、自动报警功能的元件，另一部分为实现方便检修、方便使用的功能元件；其次与原车电气控制元件一起进行分类，分别进行防爆处理。电气控制系统的元件可以分为以下几类：

对安装位置有要求的电气元件（电磁阀除外），如操作手柄的按键、限位开关等，这类元件的安装位置不可能改变，若改变将失去原有功能，这类元件通常为无源信号，属于本安系统中简单设备的范畴，可以根据其信号的类型选择合适的安全栅集中做本安处理；

对电磁阀上的带电部件采用环氧树脂胶封，做浇封型处理；

对安装位置无特殊要求的电气元件，如显示器、控制器等，采用装入隔爆型电气箱集中一起做隔爆型处理。

3.1防爆改装中增加的电气控制元件

1 温度监控元件

根据2.3.2节对热表面的防爆改装方案内容增安型行驶马达表面、隔爆型泵马达表面和隔爆型电气箱的表面均须加装温度传感器来监控表面温度，因此需要配置温度传感器3只。根据防爆改装要求分析内容该防爆叉车上的最高表面温度不得高于135℃，且选择温度传感器的温度值时不可直接选用135℃的温度传感器，必须留有一定的安全裕度，在本次设计中选择动作温度为85℃微型开关量信号的温度传感器。

2 漏电监控元件

根据2.3.2节内容，为防止车体上金属部件的电位不平衡，在本次设计中加装了一块漏电检测卡，以检测电源正、负极与车体的电阻，若发生电源正极或负极与车体之间发生短路现象，即发生漏电，漏电检测卡立即动作使整车停车。在本次设计中选择本公司生产的SD漏电检测卡。

3 故障报警元件

在本次设计中加装LED灯2只分别表征漏电故障和温度故障，为实现上述故障报警功能，另需增加1只中间继电器K2。

4 短路保护元件

提升电磁阀2Y37和下降电磁阀2Y29回路分别增加保险丝一只，熔断电流均为：3.15A。 5 急停开关和检修元件

在本次电路设计中增加了一只按钮1ES，作为整个电路的总电源开关和急停开关，当发生漏电故障及温度故障时，不可在危险区域内直接检修防爆叉车，必须把防爆叉车移到安全场所检修，为在发生故障时能临时启动防爆叉车使其行驶到安全场所，在整机线路中加装了一只复位按钮PR，此复位按钮仅在发生故障时临时使用。

综上，在防爆改装中增加的电气控制系统元件如下表：

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表3-1 防爆改装中增加的电气控制系统元件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 代号 名称和规格 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 备注 MIC MIC MIC Miretti S.p.A TEND TEND IVECO DELIXI DELIXI ALBRIGHT TEND S1M1 行驶马达温度传感器T10A 85℃ S2M1 泵马达温度传感器T10A 85℃ S1B SD D1 D2 K2 F37 F29 1ES PR 电气箱温度传感器T10A 85℃ 漏电检测卡SD 漏电指示灯LW6MP-14M 温度故障指示灯LW6MP-14M 中间继电器IVECO 24VDC 10/20A 提升电磁阀保险丝3.15A 下降电磁阀保险丝3.15A 总电源开关及急停开关ED252AB-2（380V/250A） 复位按钮T2BF-RR1C 3.2电气控制系统元件防爆改装设计[4]

3.2.1电气控制系统元件分类

电气控制系统中元件可分为以下几类： 1、对安装位置有要求的电气元件 （1）开关量信号类元件：

这类信号仅为开关触点，无储能元件，可以通过加装隔离式安全栅（关联元件）做本安处理后，直接使用在危险场所，但关联元件必须使用在安全场所（可以装入隔爆电气箱中），这类信号元件有：S1M1、S2M1、S1B、PR、S2、7S22及1S4。

（2）数字量信号类元件：

这类信号为数字量信号，可以通过加装齐纳式安全栅（关联元件）做本安处理后，直接使用在危险场所，同样关联元件也必须使用在安全场所（可以装入隔爆电气箱中），这类信号元件有：1S2、2S1、7S19、2S15及1S3，均为手柄按键。在防爆改装中喇叭4H1采用气动喇叭代替电动喇叭，安全可靠，经济实惠，因此不使用手柄喇叭按键4S1。

2、电磁阀类

电气控制系统中有2Y29和2Y37两只电磁阀，对电磁阀带电部件采用环氧树脂胶封，做浇封型处理，在电磁阀线路中分别串接一只短路保护保险丝。

3、对安装位置无特殊要求的电气元件

电气控制系统中其余元件对安装位置均无特殊要求，这些电气元件集中装入隔爆型电气箱中做隔爆处理，线路不做任何改动，但电缆引入必须采用隔爆电缆接头，为此电气控制系统需要增加一只隔爆型电气箱1B，隔爆型电气箱的设计见第4章内容。

3.2.2电气控制系统元件防爆改装设计[4]

在本车的电气控制系统中，开关量信号和数字量信号均加装关联装置，做本安处理。构成本安系统。本安系统电缆应采用蓝色本安电缆，且应与其它线路电缆隔离开来。本安系统的组成如下图：

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EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计 现场本质安全设备/连接电缆 关联设备（安全栅） 简单设备/无源元件 危险侧 安全侧 Ui、Ii、Ci、Li、Pi Uo、Io、Co、Lo、Po 图3-1 本安系统组成图

本安系统各配置间必须满足以下条件：

（1）现场本安设备的防爆标志级别、安全栅的防爆标志级别均不得低于本安防爆系统防爆标志级别；

（2）关联设备、现场本安设备及连接电缆必须同时满足： Uo≤Ui Io≤Ii Po≤Pi Co≥Cc+Ci Lo≥Lc+Li

（3）安全栅参数确定原则：在保证系统能正常工作的前提下，根据系统的参数，确定安全栅的参数，齐纳式安全栅主要看工作电压，最高工作电压，端电阻等参数。

一、开关量信号元件的防爆改装设计

1、安全栅及连接电缆的选型

安全栅选择本公司生产的SRC24-6（24V/6channel）隔离式安全栅，连接电缆选择型号为NPI 05VV-F的本安电缆，电缆长度为10m。

2、本安系统配置的验算

本安系统配置的验算见表3-2：

表3-2 开关量信号本安系统配置验算表

安全栅 型号：SCRC24-6 Uo =14.7V Io =100mA Co=25μF Lo=3.7mH 连接电缆 型号：NPI 05VV-F -3长度：10x10km Ck=0.11μF/km Lk= 0.9mH/km -3Cc=1.1x10μF -3Lc=9x10mH 本安设备/简单设备/无源元件 开关信号 Ui=380V Ii=5A Ci=0μF Li=0mH Rmin≤325Ω 验算结果 Uo≤Ui Io≤Ii Po≤Pi Co≥Cc+Ci Lo≥Lc+Li 结论 OK 3、防爆改装设计后的电路图

开关量信号防爆改装设计后的电路图如图3-2：

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图3-2 开关量信号防爆改装设计后的电路图

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二、数字量信号元件的防爆改装设计

1、安全栅及连接电缆的选型

各数字量信号工作时测得手柄端子1、2间电压为24VDC，3、4间电压为5VDC，因此分别选择本公司生产的SMZ28+及SMZ6+齐纳安全栅，两种规格安全栅共用一块SMZ板卡；连接电缆选择型号为NPI 05VV-F的本安电缆，电缆长度为10m。

2、本安系统配置的验算

本安系统配置的验算见表3-3：

表3-3 本安系统配置验算表

安全栅 型号：Miretti S.p.A /MZ6+ 合格证号：CESI 03ATEX121U Exmark:[EExia]IIC Uo=6.5V Io=254mA Po=3351mW Co≤20μF Lo≤0.55mH 型号：Miretti S.p.A /MZ28+ 合格证号：CESI 03ATEX121U Exmark:[EExia]IIC Uo=29.7V Io=115mA Po=3351mW Co≤0.11μF Lo≤2.8mH L/R=43(mH/Ω) 本安电缆 型号：NPI 05VV-F -3长度：10x10km Ck=0.11μF/km Lk= 0.9mH/km -3Cc=1.1x10μF -3Lc=9x10mH 本安设备/简单设备/无源元件 简单设备 模拟量信号 Ui Ii Ci=0μF Li=0mH Rmin≤325Ω 简单设备 模拟量信号 Ui Ii Ci=0μF Li=0mH Rmin≤325Ω 验算结果 结论 Uo≤Ui OK Io≤Ii Po≤Pi Co≥Cc+Ci Lo≥Lc+Li Uo≤Ui OK Io≤Ii Po≤Pi Co≥Cc+Ci Lo≥Lc+Li 型号：NPI 05VV-F -3长度：10x10km Ck=0.11μF/km Lk= 0.9mH/km -3Cc=1.1x10μF -3Lc=9x10mH 3、防爆改装设计后的电路图

数字量信号防爆改装设计后的电路图如图3-3：

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图3-3 数字量信号防爆改装设计后的电路图

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三、附加监控、报警功能电路设计

在此部分电路设计中增加了漏电监控SD卡、故障报警LED指示灯2只分别检视和提示漏电故障和温度故障，功能实现的原理是通过使U8控制器X6.10端子断电使整车断电停车（X6.10端子原由7S22刹车开关控制，现改为SD卡及温度传感器控制）。当漏电发生时，SD卡动作，LED指示灯D1变亮，提示发生漏电故障，同时切断SSI1本安板R12中间继电器的负极电源，中间继电器K2线圈失电，K2常开触点断开，U8控制器X6.10端子失电，叉车断电停车；当发生温度故障时， S1M1、S2M1及S1B组成的回路断电，导致R12线圈失电，D2灯变亮，K2线圈失电，K2常开触点断开，U8控制器X6.10端子失电，叉车断电停车，实现监控、报警功能。

图3-4 附加监控、报警功能电路

防爆改装设计后的电气图见附件四。

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第四章 EJC112型电动叉车隔爆型电气箱的设计

根据3.3.2节防爆改装设计后的电气元件布局图，需在隔爆型电气箱1B内安装以下电气元件：

表4-1 隔爆电气箱1B内安装的电气元件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 代号 U8 K1 F1 F15 6F1 6P4 6R2 X200 1ES SD K2 D1 D2 SSI1 SMZ1 SC F37 F29 行使/提升组合控制器 名称和规格 总接触器1 C100/120 24RX05004 Us=24VDC Ith=100A 控制回路总保险丝10A 行使和提升保险丝200A 放电指示器保险丝2A 显示器（运行记时和蓄电池电量指示） CAN总线端接电阻 Service通讯端口 总电源开关及急停按钮ED252AB-2（380V/250A） 漏电检测卡 中间继电器IVECO 24VDC 10/20A 漏电指示灯LW6MP-14M 温度故障指示灯LW6MP-14M 隔离式安全栅SCRC-6 齐纳安全栅SMZ-6+/28+ 直流稳压器（TRACO TEN 10-2415 24VDC 410mA） 提升电磁阀保险丝3.15A 下降电磁阀保险丝3.15A 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4.1隔爆型电气箱外形尺寸的确定

通常设计隔爆型电气箱时，箱体的尺寸只取决于其内部所装电气元件的数量及所装电气元件的外形尺寸，但防爆改装叉车上的隔爆型电气箱设计时必须考虑叉车上可以安装利用的空间尺寸。如果在设计时忽略了叉车上的空间位置，可能导致加工好的隔爆型电气箱无位置安装，无法使用。防爆叉车上的隔爆型电气箱应尽可能利用叉车上的现有空间，又尽可能不改动其它部件。

1、原叉车上隔爆型电气箱可以利用的空间

在EJC112型电动叉车上可以用来安装隔爆型电气箱的空间如下图所示：

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原车上隔爆型电气箱可使用的空间

图4-1 隔爆型电气箱可使用的空间

EJC112电动叉车上可以安装隔爆型电气箱的空间位置尺寸如下图：

图4-2 隔爆型电气箱可使用的空间尺寸图

2、确定隔爆型电气箱尺寸

隔爆型电气箱内安装的电气元件可以分为以下几类：

（1）安全栅类，这类电气元件有SSI1及SMZ1，这类元件的特点是其线路由本安线路和普通线路两部分组成，根据国标GB3836.15-2000要求，本安线路必须与普通线路隔离开来，不能走同一个线槽，且安全栅SSI1及SMZ1均为板卡结构，为方便接线，考虑将SSI1及SMZ1安装在电气箱箱盖上；

（2）其它板卡/通讯接口/高度尺寸较小的电气元件类，这类电气元件有SD卡、X200

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及SC，为方便接线及售后服务使用，考虑将SD卡、Service通讯口X200及SC直流稳压器安装在电气箱箱盖上；

（3）指示灯及显示器类，如故障报警、提示充电、显示工作小时数，必须使用玻璃视窗使用户观察其工作状态，考虑在电气箱箱盖开玻璃视窗，另外这些元件尺寸较小，为方便观察考虑直接固定在电气箱箱盖上；

（4）需要在外部操作的电气元件类，1ES总电源及急停开关需要用户在外部操作，因其外形尺寸较大考虑开操作孔固定箱体上部；

（5）控制器类，这类电气元件在工作中可能会发热，另外所有的控制线均从控制器中引出，因此需要与其它电气元件隔开且周围需留出较大的空间方便走线；

（6）其它电气元件类，这类元件对安装、使用等无特别要求，可以放在隔爆箱箱体内； 为方便检修考虑将Service通讯口X200、指示灯、显示器及保险丝等单独放在一个腔室内，因此将隔爆型电气箱分成两个腔室。

隔爆型电气箱内电气元件布局如下图：

图4-3 隔爆型电气箱内电气元件布局图

根据电气箱内电气元件的布局、结合电气元件的尺寸且考虑电缆密封接头的位置，决定隔爆型电气箱使用如下外形尺寸：

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图4-4 隔爆型电气箱外形尺寸图

4.2隔爆型电气箱壳体参数的确定[5] [6]

隔爆型电气箱属于隔爆型电气设备，其防爆原理是间隙防爆原理，利用金属间隙阻止爆炸火焰的传播和冷却爆炸产物的温度，达到熄火和减温、抑制爆炸传播的目的，同时能承受内部爆炸压力，因此要求隔爆外壳具有足够的强度和刚度。钢板焊接隔爆型电气箱形状大小可以定制，为充分利用防爆改装叉车上的空间，防爆改装叉车上的隔爆型电气箱通常使用钢

2

板焊接而成。大量的试验表明，当爆炸性气体爆炸时，产生的压力一般在7.17～10.3kg/cm，因此防爆叉车上的隔爆型电气箱属于受内压钢板焊接低压容器的范畴，其失效形式为：强度失效和刚度失效。在实际设计中，隔爆腔体的设计压力p可以取其静态强度试验压力，IIB

2

级为10kg/cm。

隔爆型电气箱检修箱：高170mm，宽195mm，厚125mm，空腔容积：4.15L；主电气箱：高465mm，宽250mm，厚125mm，空腔容积：14.5L。在设计时检修箱与主电气箱选用钢板厚度相同，因前者容积小于后者，而结构又相同，若主电气箱钢板满足刚度、强度要求，检修箱必定满足刚度、强度要求，因此只需对主电气箱进行强度、刚度设计。

4.2.1主电气箱箱体壁板的强度设计

主电气箱箱体是由5块等厚距形薄板焊接而成的腔体，材料为A3钢，因箱体尺寸较小，若使用较厚的钢板焊接时不需焊接加强筋。焊接主电气箱箱体的5块钢板允许有较小的弹性变形，但若要承受内部爆炸压力，强度最为重要，而强度主要取决于钢板的厚度，而在爆炸压强相同的前提下，表面积越大承受的爆炸力越大，越容易发生强度失效。现取箱体的最大表面既箱体的底面来计算箱体的厚度，箱体的底板四周焊接，可以简化为四周简支，受均布载荷p（设计压力）作用。其受力图如图4-5所示：

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图4-5 主电气箱底板受力图

根据弹性力学的小挠度理论知：四周简支板的最大应力在板中央，即

?max?pa2?t2 式中：

β-应力系数，见下表4-2；

p-设计压力，kgf/cm2

； a-板短边长度，cm； t-板厚度，cm。

表4-2 应力系数

b/a 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 ∞ β 0.1374 0.1602 0.1812 0.1968 0.2100 0.2208 0.2208 强度条件： ??Tmax≤[?]=

K 式中：

[?]-板材料的许用应力，kgf/cm2

； K为安全系数；

?T-板材料的屈服极限，kgf/cm2。

由式4-1、4-2，可得：

t≥aK?p? T第 25页 共47 页

4-1）

4-2）

4-3）

（（（

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由b/a=46.5/25=1.86 查表4.1，取β=0.2208

2

p=10kgf/cm(设计压力)

?T=2400kgf/cm2 (钢板材料为A3钢板)

取安全系数K=1.1； 代入式4-3，则：

t≥a因此取板厚t=8mm。

K?p?T=25

1.1?0.2208?10=0.795cm

24004.2.2主电气箱箱体法兰的刚度设计

当隔爆箱体内腔可燃性气体爆炸，产生高温，高压气体必须通过箱体法兰和箱盖法兰之间的隔爆接合面泄出，因此法兰和隔爆箱体同样承受爆炸压力p，但是，因法兰比较狭窄，且GB3836.2-2000，对隔爆接合面间隙有严格的数值要求，为此，要求法兰具有足够的刚性，因此法兰的厚度比隔爆箱体的壁厚要厚得多，故其强度足够，不必校核，但其刚度必须校核。由隔爆箱体的结构可知，法兰的一边焊在隔爆箱体壁板上，隔爆箱体法兰和箱盖法兰之间用螺栓连接，因此可将法兰简化为两相对边简支（长度为两螺栓之间距离），一边固定（焊在隔爆箱体壁板上的一边），另一边自由的板，在板上作用着设计压力p，见图4-6：

图4-6 主电气箱法兰受力图

由弹性力学知，板的最大挠度在自由边中点，且：

fmax式中：α-挠度系数（见表4.3）；

2

E-材料的弹性模量，kgf/cm； a-法兰两螺栓的间距，cm； b-法兰的宽度，cm； t-法兰的厚度，cm。

pa4??3Et （4-4）

表4-3 挠度系数

b/a α 1 0.24 1.5 0.155 2 0.166 2.5 0.168 3 0.168 4 0.168 5 0.168 6 0.168 ∞ 0.168 刚度条件： fmax≤[f]（许用挠度） （4-5）

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许用挠度和下列因素有关：

（1）GB3836.2-2000中规定的隔爆接合面最大间隙W；

（2）法兰平面在加工过程中，由于平面度误差，对隔爆接合面间隙的影响； （3）由于焊接对法兰刚度的影响，及焊缝系数?； （4）选择合适的安全系数K。 据此可知，许用挠度应为：

W?B)?2[f]≤ （4-6） K(式中：

W-隔爆接合面最大间隙，mm； B-平面度误差，μm； ?-焊缝系数；

K-安全系数。

由式4-4、4-5、4-6，可得：

t?a?3?paKE(0.5W?B)? （4-7）

在设计法兰厚度时，考虑产品在实际使用过程中，如下因素的影响：

（1）法兰隔爆面平面面积大，若遭受碰撞、划伤等产生凹坑而造成的机械损伤，需对隔爆面进行修复，因此留适当维修余量D；

（2）爆炸性环境存在腐蚀因素等C1； （3）钢板负公差C2。

则在实际设计时，法兰厚度：

t?a3?paKE(0.5W?B)?+D+C1+C2 （4-8）

表4-4 焊缝系数?

焊缝种类 双面对接焊 单面对接焊 焊缝全长有垫板 无垫板 探伤范围 100%无损探伤 局部无损探伤 不作无损探伤 1.0 0.9 0.75 表4-5钢板负公差

0.9 0.8 0.7 3.2～4.0 0.25～0.3 4.5～5.5 0.5 0.7 0.65 0.6 8～25 0.8 钢板厚度（mm） C2 2 0.18 2.2 0.19 2.5 0.20 2.5～3.0 0.22 6～7 0.6 根据GB3836.2-2000的规定，当隔爆壳体V≥2L时，可选择隔爆面接合面长度L≥25或25＞L≥12.5，但建议选择L≥25，因为隔爆面接合面长度越长隔爆接合面间隙可以越大，对隔爆面的加工的要求就可以适当降低，有利于加工。此时，选择L≥25，l≥12.5,W≤0.2。

取法兰两螺栓间距a=7.85cm，法兰面宽b=2.5cm； E=2×106kgf/cm2（钢板材料为A3钢板）； p=10kgf/cm2(设计压力)；

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B=0.008； D=0.2cm； C1=0.2cm； C2=0.08cm； K=1.1； ?=0.8；

W=0.02mm。

由a/b=7.85/2.5=3.14，查表4.2，取?=0.168，则代入式4-8可得：

t?a?3?paKE(0.5W?B)?+D+C1+C2

=7.85 30.168?10?7.85?1.1?0.2?0.2?0.08 62?10?(0.5?0.02?0.008)?0.7=1.84cm

因此，取法兰厚度t=18.5mm，法兰宽度25mm，螺栓间距不大于78.5mm。

4.2.3螺栓规格的确定

按螺栓间距不大于78.5mm设计，法兰面上共需要18个螺栓，若选择Q235-A材质螺栓，查手册，8.8级M6螺栓能承受的最大载荷为：1190gf。

若选用M6螺栓，且考虑螺栓紧配合情况，取抗拉安全系数1.3，进行分析计算如下： 爆炸时全部18个螺栓至少需承受拉力：

44.5×22.7×10=10101.5kgf

18个螺栓能承受的最大载荷：

（1190×18）/1.3=16476.92kgf＞10101.5kgf

因此选择8.8级M6螺栓强度足够。

4.2.4电气箱箱盖厚度的确定

在本次设计中，考虑到检修箱箱盖上需要开视窗，主电气箱箱盖上需要固定电气元件，箱盖采用整块钢板制作，箱盖的厚度介于箱体壁厚8mm与箱体法兰厚度18.5mm之间，取箱盖厚度13mm。

隔爆型电气箱图纸见附件五。

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EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

第五章 结论

本文以JUNGHEINRICH EJC112电动叉车为例，对其电气控制系统进行了防爆改装设计。在本次改装设计过程中，阐述了电动叉车防爆改装设计流程、普通电动叉车中存在的潜在危险因素及潜在危险因素分类和各潜在危险因素防爆改装方案的确定等内容。

一、取得的成绩

在本次EJC112电动叉车电气控制系统的防爆改装设计中采用主动防护技术与防爆技术相结合，增加了监控、报警功能，使防爆叉车更具有人性化。

在本次焊接隔爆型电气箱的设计中以弹性力学理论为工具，对焊接隔爆箱箱体进行强度设计和箱体法兰进行刚度设计，合理确定了焊接隔爆箱壳体参数，提高了设计的可靠性，节省了材料，降低了成本，解决了一直以来焊接隔爆型电气箱采用类比法、经验法设计，隔爆腔体笨重、不可靠的问题，具有很好的现实意义。

二、未尽事宜

虽然本次EJC112电动叉车电气控制系统的防爆改装设计已完成，且最后在完成其它部件的防爆改装设计后，通过了国家级防爆电气产品检验中心的现场测试，取得了防爆叉车合格证。但由于本人的能力有限，在本次控制系统的防爆设计中有很多问题存在，如设计的主动监控功能较简单，还有一些其它的可控点未监控， 如对货叉包覆层磨损程度的监控等。对隔爆型电气箱运用弹性力学理论进行强度设计后，未运用CAE软件进行验证，虽然解决了隔爆型焊接电气箱经验、类比设计时对其可靠性不确定而一味地加厚钢板厚度的问题，但可能由于使用简化力学模型计算腔体参数，存在腔体强度储备过剩，材料浪费的问题。

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EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

附录

所有附件都必须粘贴到文章里去，附件1-5都必须各自从新的一页开始，算下来总页数为47。要是不对的话，应更改页脚里面的总页数。目录中的页码也要改。

附件一：EJC112电动叉车技术资料

共3页内容

附件二：EJC112电动叉车电路图

共2页内容

附件三：国标GB19854-2005对3G级防爆叉车的强制性要求

3G级电动防爆叉车的安全要求和安全措施

国标条款 4.1 3G车辆 4.1.1热表面 最高表面温度不应超过车辆使用场所内存在的爆炸性气体的最低点燃温度。为了不超过温度限值，车辆的设计应能保证正常使用时的安全运行，或者，配置监控系统，以保证自动控制车辆停止运行。注意：不应采用隔热措施来降低表面温度。 在正常运行时，考虑到设计容差，旋转部件和其他部件之间的间隙应至少为运动部件最大直径的1/100。如果配合部件的加工能保证尺寸的精度和稳定性，除间隙不需要超过5mm之外，则这个间隙可减小到1mm。无论在哪种情况下这个间隙都不应小于1mm。 车辆上所有大于100cm的金属部件都应连接到车架上，以保持电位平衡。如果这些部件固定牢固，并与车架有良好的金属接触，则不必用单独的导体把这些部件连接到车架上。 为了防止静电电荷积累，车辆上所有的金属部件都应对地有良好的导电性。在对车辆进行绝缘电阻测量时，应确保其充分接地。测量时，把车辆放置在一块钢板上，测量车辆所有金属部件和钢板之间的电阻。车辆和轮胎上金属部件或用于接地的接地片上的测量点，应彻底清洁，应无锈蚀、油脂、12漆或其它污物。在钢板下面放置一块绝缘板；绝缘板的电阻应大于10Ω。绝3缘板应超出钢板边缘至少50mm。如果电阻低于或等于10Ω，则试验电压应采3用直流100V；如果电阻大于10Ω，则试验电压应采用直流500V。所有的测量都应在相对湿度低于60%的条件下进行。如果测得车辆的绝缘电阻不大于610Ω，则认为车辆已充分接地。 车辆上所有的传动皮带的电阻应符合GB/T10715-1989的有关要求。 2标准要求 4.1.2机械火花和机械间隙 4.1.3静电 4.1.3.1电位平衡 4.1.3.2接地 4.1.3.3皮带 4.1.4动力第 30页 共47 页

EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计 装置 4.1.4.1往应符合爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第1部分：可燃性气体复式内燃机 和蒸气环境用II类内燃机GB20800.1-2006；及爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第2部分：可燃性粉尘环境用II类内燃机GB20800.2-2006。 4.1.4.2蓄电池组 4.1.5电气安装 4.1.6电气设备 4.1.7离合器 4.1.7.1液压离合器 4.1.7.2机械离合器 4.1.7.3摩擦离合器 应符合GB3836.3-2000的有关要求。 电气安装应符合GB3836.15-2000的有关要求。当电源电极与车架绝缘（IT系统）时，电气安装应为双极式布线，但绝缘监控装置和本安线路除外。 电气设备应符合GB3836.2-2000、GB3836.3-2000、GB3836.8-2003的要求。符合GB3836.4-2000、GB3836.9-1990要求的电气设备同样适用于3G车辆。 液压离合器、变距器、静压传动和油冷却器的表面温度应符合对热表面提出的要求。 机械离合器的设计应使其在正常运行条件下由摩擦或撞击形成的火花不会散发出来。表面温度应符合对热表面提出的要求。 摩擦离合器摩擦部件所用材料应为非金属和铸铁，或者，非金属和与铸铁具有同样摩擦特性的材料；不应使用轻金属合金。非金属化合物包含的金属重量不应超过40%，这些金属应为颗粒或细丝（颗粒特征值dpnom.≤100μm，dpmax.≤500μm；金属丝直径：φnom.≤100μm，φmax.≤500μm）。摩擦片应铆接或粘接到离合器底板上。摩擦片的摩擦面上不应有小孔或接点。摩擦片的温度不应上升到制造商规定的损坏温度。 制动器应符合对热表面提出的要求。 摩擦制动器摩擦部件所用材料应为非金属和铸铁，或者，非金属和与铸铁具有同样摩擦特性的材料；不应使用轻金属合金。非金属化合物包含的金属重量不应超过40%，这些金属应为颗粒或细丝（颗粒特征值dpnom.≤100μm，dpmax.≤500μm；金属丝直径：φnom.≤100μm，φmax.≤500μm）。摩擦片应铆接或粘接到离合器底板上。摩擦片的摩擦面上不应有小孔或接点。摩擦片的温度不应上升到制造商规定的损坏温度。 停车制动器应使用听觉或视觉警告装置来指示其动作状态。 负载装卸装置接触或可能接触地面或负载的所有表面都应用铜、铜锌合金、不锈钢或类似材料，或者，用非金属材料（例如橡胶或塑料）包覆。 液压系统应符合对热表面提出的要求。 4.1.8制动器 4.1.8.1概述 4.1.8.2摩擦制动器 4.1.8.3停车制动器 4.1.9负载装卸装置 4.1.10液压系统 附件四：防爆改装设计后的电气控制系统图 共4页内容 附件五：隔爆型电气箱图纸 共5页内容

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EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

参考文献

[1]中国防爆叉车的无量前途[J/OL] .中国叉车网. [2008-09-03]. http://www.chinaforklift. com/zt/52/index.html.

[2]防爆叉车前景广阔[J/OL] .中国防爆网.[2006-6-12]. http://www.ex.net.cn/news_show. asp?id=2121.

[3]陈勇.电动防爆叉车的技术水平现状与发展趋势[J/OL].[2008-09-05]. http://www.china- fork-lift.com/news/detail/200809/22313.html.

[4]国家标准化管理委员会,中国标准出版社. GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型“i”[S]. 中国标准出版社,2003.05.

[5] 张丽晓,荣树铎,吴建国,马经纲. 隔爆型电气设备外壳强度及刚度的设计与计算[J].爆炸性环境电气防爆技术,1998年第4期.

[6]万玉明,长方体隔爆外壳的设计[J].电气开关,1995 No.5.

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EJC112型电动叉车电气控制系统的防爆改装设计

谢 辞

两个月的设计时间，非常的短暂，虽然本人对论文质量不甚满意，还有一些未尽事宜，如本人花费了一周的时间做好的UG 3D模型导入ANSYS后无法正确划分网格，以致于无法施加载荷、计算分析，但终于按时完成设计任务。在初选本课题时，以为有很多内容可以写作论文，毕竟本人近几年一直从事防爆行业工作，但无奈由于个人所学不精，每个课题自己都掌握得很肤浅，无法展开，迟迟无法开始设计，后来考虑换其它课题，但又找不到合适的，对此一直非常着急，甚至有了放弃毕业设计的念头，黎明柱老师知道本人的情况后给出了很多建设性的建议，在黎老师的指导下本人终于确定了毕业设计的课题，在后来的设计过程中，黎老师也给出了很多好的建议，在此衷心感谢黎老师的帮助和指导。

感谢我的同事余军、Salvatore Robert对我的防爆改装电气控制系统图提出的建议。 感谢我的家人对我的支持，给我的鼓励，使我能全心投入毕业设计和论文的写作中。 感谢我们班的郭枚、苏科锋同学对我的鼓励和帮助！

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谢 辞

两个月的设计时间，非常的短暂，虽然本人对论文质量不甚满意，还有一些未尽事宜，如本人花费了一周的时间做好的UG 3D模型导入ANSYS后无法正确划分网格，以致于无法施加载荷、计算分析，但终于按时完成设计任务。在初选本课题时，以为有很多内容可以写作论文，毕竟本人近几年一直从事防爆行业工作，但无奈由于个人所学不精，每个课题自己都掌握得很肤浅，无法展开，迟迟无法开始设计，后来考虑换其它课题，但又找不到合适的，对此一直非常着急，甚至有了放弃毕业设计的念头，黎明柱老师知道本人的情况后给出了很多建设性的建议，在黎老师的指导下本人终于确定了毕业设计的课题，在后来的设计过程中，黎老师也给出了很多好的建议，在此衷心感谢黎老师的帮助和指导。

感谢我的同事余军、Salvatore Robert对我的防爆改装电气控制系统图提出的建议。 感谢我的家人对我的支持，给我的鼓励，使我能全心投入毕业设计和论文的写作中。 感谢我们班的郭枚、苏科锋同学对我的鼓励和帮助！

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