Estructura del Gabinete y Características del Proceso de los Aparatos de Baja Tensión
I. Introducción
La estructura del gabinete forma la base fundamental de los equipos de conmutación de baja tensión, lo que hace que la tecnología de fabricación de gabinetes sea la base de todas las bases. Como un recinto estructural, el gabinete no solo debe cumplir con los requisitos de integración funcional de diversas unidades eléctricas (como tipos estandarizados, combinaciones modulares y distribución funcional), sino también satisfacer los requisitos inherentes del gabinete (como robustez, confiabilidad, apariencia ordenada y facilidad de ajuste). Debido a las variaciones en los requisitos estructurales del gabinete y las capacidades de fabricación entre diferentes productores, los procesos de fabricación no pueden ser rígidamente estandarizados. Sin embargo, existen ciertas características tecnológicas universalmente aplicables y críticas en la producción de gabinetes. A continuación, se presentan brevemente estas características clave en relación con la selección de la estructura del gabinete.
II. Estructura del Gabinete y Características Tecnológicas
Las estructuras de gabinetes y sus procesos de fabricación generalmente se pueden diferenciar por la forma estructural, los métodos de conexión y la selección de materiales.
1. Clasificación por Forma Estructural
(1) Fijo:
Este diseño asegura la fijación confiable de cada componente eléctrico en su posición designada dentro del gabinete. Las formas de los gabinetes son típicamente cúbicas (por ejemplo, tipo panel o caja), aunque también se utilizan formas trapezoidales (por ejemplo, tipo consola). Estos gabinetes pueden ser arreglados como unidades individuales o en filas.
Para garantizar la precisión dimensional y geométrica, los componentes generalmente se ensamblan en etapas, típicamente formando primero dos paneles laterales o secciones izquierda-derecha, luego ensamblando estos en el gabinete completo, o cumpliendo primero con los requisitos dimensionales externos y luego conectando secuencialmente los componentes internos. La longitud de las piezas que forman los bordes del gabinete debe ser exactamente correcta (con tolerancias consideradas como valores negativos) para garantizar las dimensiones geométricas totales y la apariencia externa. Para los dos paneles laterales, no debe haber abombamiento en el centro para permitir una alineación adecuada durante el arreglo.
Desde una perspectiva de instalación, la superficie de base no debe presentar hundimientos. Durante la alineación e instalación, es esencial una base nivelada, pero tanto la planitud de la base como el gabinete mismo tienen tolerancias inherentes. Durante la alineación, las desviaciones laterales deben minimizarse y no acumularse, ya que los errores acumulados pueden causar deformación del gabinete, afectar las conexiones de barras colectoras, llevar a una instalación mal alineada de componentes, crear concentración de esfuerzos y acortar la vida útil del equipo eléctrico. Por lo tanto, durante la alineación, se debe utilizar el punto más alto de la base como referencia, y las unidades subsecuentes deben nivelarse y extenderse gradualmente. Cuando la planitud de la base es ideal y predecible, también se puede utilizar la expansión desde el centro hacia afuera para distribuir uniformemente los errores acumulados.
Para facilitar el ajuste y compensar la acumulación de tolerancias, las tolerancias de ancho del gabinete generalmente se especifican como valores negativos. Después de ensamblar todos los componentes del gabinete, puede ser necesario darle forma para cumplir con los requisitos dimensionales y geométricos. Para la producción de gabinetes estandarizados o de alto volumen, se debe considerar plenamente el uso de herrajes y dispositivos apropiados para garantizar la consistencia estructural. La superficie de referencia del dispositivo idealmente debe ser la base del gabinete, y los bloques de posicionamiento dentro del dispositivo deben estar dispuestos para un fácil acceso y operación. Las puertas externas y partes similares, que son propensas a la deformación durante el transporte e instalación, generalmente se ajustan uniformemente durante la instalación final.
(2) Extraíble (Tipo Cajón):
El equipo de conmutación extraíble consta de un cuerpo de gabinete fijo y una unidad extraíble que contiene los principales componentes eléctricos, como interruptores. La unidad extraíble debe ser fácil de manejar durante la inserción y extracción, estar bien posicionada cuando se instala y ser intercambiable con otras unidades del mismo tipo y especificación. La parte del gabinete del equipo de conmutación extraíble se fabrica de manera similar a los gabinetes fijos. Sin embargo, debido a los requisitos de intercambiabilidad, el gabinete debe tener mayor precisión, y las partes estructurales relacionadas deben permitir suficiente ajuste.
Las características de fabricación de los equipos de conmutación extraíbles de baja tensión son: (1) las partes fijas y móviles deben compartir un mismo dato de referencia; (2) los componentes relacionados deben ajustarse a posiciones óptimas utilizando herramientas estándar dedicadas, incluyendo marcos de gabinetes estándar y cajones estándar; (3) las dimensiones críticas no deben exceder las tolerancias permitidas; (4) la intercambiabilidad de tipos y especificaciones de cajones idénticos debe ser confiable.
2. Clasificación por Método de Conexión
(1) Construcción Soldada:
Las ventajas incluyen facilidad de procesamiento, alta resistencia y confiabilidad. Las desventajas son grandes tolerancias, susceptibilidad a la deformación, dificultad de ajuste, mala estética y la imposibilidad de prechapar las piezas. Además, los herrajes de soldadura tienen requisitos específicos:
Alta rigidez, no fácilmente afectada por la deformación de la pieza;
Ligeramente mayores que las dimensiones nominales de la pieza para compensar la contracción post-soldadura;
Planos, simples y fáciles de operar, minimizando mecanismos rotatorios para evitar daños;
Los soportes deben seleccionarse cuidadosamente para prevenir la corrosión de la soldadura y permitir una fácil inspección y ajuste, agregando almohadillas anticorrosivas donde sea necesario.
La deformación por soldadura ocurre debido a la expansión térmica de las moléculas en la zona de soldadura, causando un desplazamiento microscópico durante el enfriamiento que resulta en estrés residual. Para mitigar la deformación, se deben considerar procesos de conformado. Los métodos comunes incluyen:
Predecir el rango de deformación mediante pruebas y predeformar la pieza en dirección opuesta antes de la soldadura;
Corregir el sobreadjuste después de la soldadura;
Golpear o presionar las áreas relativamente contraídas para equilibrar los esfuerzos;
Calentar las áreas relativamente abultadas después de la soldadura para lograr una contracción uniforme;
Realizar un tratamiento térmico general cuando sea necesario.
Además, la selección de puntos de soldadura, la orientación de la costura, el orden de soldadura y la colocación de la soldadura por puntos influyen en la deformación post-soldadura. Un manejo adecuado puede reducir la deformación, aunque esto depende de las condiciones específicas.
(2) Conexión por Elementos de Fijación:
Las ventajas incluyen la idoneidad para piezas prechapadas, facilidad de ajuste y acabado estético, diseño de componentes estandarizado, inventario previo a la producción y pequeñas tolerancias dimensionales en el marco. Las desventajas incluyen menor resistencia en comparación con la soldadura, requisitos de precisión más altos para los componentes y costos de fabricación relativamente más altos. Los elementos de fijación son generalmente piezas estándar, incluyendo tornillos comunes, tuercas, remaches, remaches ciegos, tuercas de agarre ajustables, tuercas de pre-tensión y tornillos autorroscantes. También están disponibles elementos de fijación especializados (como los utilizados en muchos gabinetes de baja tensión importados).
Características tecnológicas: Se utilizan herrajes para conformar y herramientas para posicionar. Se pueden usar lavadoras de presión según sea necesario. El remachado generalmente requiere preperforación, y se debe tener cuidado de proteger el chapado en piezas prechapadas. Para componentes mecanizados con centros CNC de precisión o equipos dedicados, si los diámetros de los orificios de conexión mantienen un ligero juego con los diámetros de los elementos de fijación, el ensamblaje se puede completar sin herrajes en un solo paso. Para componentes de guía y posicionamiento, se deben establecer primero las posiciones con herramientas de medición dedicadas, seguidas de una inspección con herramientas estándar.
(3) Conexión Híbrida (Soldadura y Fijación):
Este método combina las ventajas de ambos métodos anteriores. La soldadura se utiliza típicamente en los puntos de conexión del gabinete, mientras que los elementos de fijación se usan para secciones variables o ajustables. Los gabinetes grandes son difíciles de chapar después de la soldadura, por lo que las superficies a menudo se pintan. Para gabinetes exteriores hechos de materiales prechapados que requieren soldadura, las áreas soldadas se pueden tratar con pulverización metálica térmica.
3. Clasificación por Material de los Componentes
(1) Materiales en Perfil:
Estos incluyen acero angular, acero en canal, tubos de acero de sección especial y acero en canal especial. Los componentes hechos de acero angular o en canal generalmente se unen por soldadura. Durante el procesamiento, los extremos de conexión deben encajar de manera ajustada con mínimos espacios; de lo contrario, la calidad de la soldadura y la deformación se verán afectadas.
Los tubos de acero de sección especial pueden unirse por soldadura o por elementos de fijación. Las partes de conexión generalmente requieren accesorios dedicados que deben ser fuertes y precisos; de lo contrario, la apariencia del gabinete se verá comprometida. El uso de tubos de acero de sección especial uniformes con orificios uniformemente espaciados (modulares) y conectores estándar permite el ensamblaje modular de gabinetes, simplificando el diseño, la preparación de componentes y la planificación de producción. Sin embargo, este método implica muchos orificios, la mayoría de los cuales permanecen sin usar, y limita la flexibilidad espacial.
Características de fabricación: Asegurar la universalidad y precisión de los componentes y conectores. La estructura básica del gabinete a menudo se refuerza con paneles. Además de los tubos de acero de sección especial, también se utilizan canales en C o tubos rectangulares ribeteados hechos de chapa de acero. Los canales en C son adecuados para el chapado, mientras que los tubos rectangulares ribeteados pueden oxidarse después del chapado debido al ácido residual de la decapación, por lo que su selección debe ser cautelosa.
(2) Componentes de Chapa Metálica (excluyendo canales en C y tubos rectangulares ribeteados)
Estos pueden formarse completamente según los requisitos, sin limitaciones de perfiles preformados. Este diseño estructural implica un mayor esfuerzo de ingeniería, pero una vez estandarizado, las variaciones son mínimas. Las partes estructurales principales generalmente se soldan, mientras que las áreas variables o ajustables utilizan elementos de fijación (por ejemplo, cajas de control de baja tensión y consolas).
Dado que las estructuras de chapa metálica se soldan y conforman en una sola pieza, se debe abordar la contracción o abombamiento inducido por la soldadura. Los puntos de soldadura deben estar uniformemente espaciados, las costuras de soldadura deben ser lisas, se debe realizar un conformado post-soldadura, los bordes deben ser rectos, y el medio de ambos lados no debe sobresalir más allá de los bordes frontal y trasero. Si existen particiones internas, estas deben soldarse después de que los dos lados estén correctamente conformados.
Los gabinetes de control tipo consola son los más adecuados para componentes de chapa metálica. Cuando se arreglan varias unidades en fila, la mesa superior debe alinearse y posicionarse solo después de que toda la fila esté en su lugar.
III. Conclusión
Como se analizó anteriormente, la selección de las estructuras de gabinetes no solo debe determinarse por los requisitos funcionales del equipo de conmutación, sino también por las restricciones de los procesos de fabricación. El nivel de la tecnología de fabricación influye directamente en el diseño estructural y la selección de materiales del gabinete.
