Структура шкафа и технологические характеристики низковольтного коммутационного оборудования

I. Введение

Конструкция шкафа является основой низковольтного коммутационного оборудования, что делает технологию производства шкафов фундаментом всех фундаментов. Как конструктивное ограждение, шкаф должен не только удовлетворять требованиям функциональной интеграции различных электрических блоков (например, стандартизированных типов, модульных комбинаций и функционального распределения), но и отвечать собственным требованиям к шкафу (например, прочности, надежности, аккуратному внешнему виду и легкости регулировки). Поскольку требования к конструкции шкафа и производственные возможности различных производителей различаются, производственные процессы не могут быть жестко стандартизированы. Однако существуют определенные универсальные и важные технологические характеристики в производстве шкафов. Ниже кратко представлены эти ключевые особенности в сочетании с выбором конструкции шкафа.

II. Конструкция шкафа и технологические характеристики

Конструкции шкафов и их производственные процессы, как правило, различаются по форме конструкции, методам соединения и выбору материалов.

1. Классификация по форме конструкции

(1) Фиксированный тип:

Эта конструкция обеспечивает надежную фиксацию каждого электрического компонента на его назначенном месте внутри шкафа. Форма шкафа обычно прямоугольная (например, панельная или коробчатая), хотя также используются трапециевидные формы (например, консольный тип). Такие шкафы могут быть расположены как отдельные единицы или в ряд.

Для обеспечения точности размеров и геометрии компоненты, как правило, собираются поэтапно — обычно сначала формируются две боковые панели или лево-правые секции, затем они собираются в полный шкаф, или сначала выполняются внешние размерные требования, а затем последовательно соединяются внутренние компоненты. Длина частей, образующих края шкафа, должна быть точно правильной (с допусками, взятыми как отрицательные значения), чтобы обеспечить общую геометрию и внешний вид. Для двух боковых панелей не должно быть выпуклостей в середине, чтобы обеспечить правильное выравнивание при размещении.

С точки зрения установки, базовая поверхность не должна иметь провисаний. При выравнивании и установке необходим ровный фундамент, но как сам фундамент, так и шкаф имеют собственные допуски. При выравнивании боковые отклонения должны быть минимальными и не допускаться их накопление, так как накопленные ошибки могут вызвать деформацию шкафа, повлиять на соединения шин, привести к неправильной установке компонентов, создать концентрацию напряжений и даже сократить срок службы электрического оборудования. Поэтому при выравнивании следует использовать самую высокую точку фундамента в качестве эталона, а последующие единицы постепенно выравниваются и расширяются. Когда плоскость основания идеальна и предсказуема, можно также использовать расширение от центра к периферии, чтобы равномерно распределить накопленные ошибки.

Для облегчения регулировки и компенсации накопления допусков, допуски ширины шкафа обычно задаются как отрицательные значения. После сборки всех компонентов шкафа может потребоваться формирование для соответствия размерным и геометрическим требованиям. Для стандартизованного или массового производства шкафов следует полностью учитывать использование соответствующих приспособлений и оснастки, чтобы обеспечить структурную согласованность. Опорная поверхность оснастки должна быть, по возможности, базовой поверхностью шкафа, а блоки позиционирования внутри оснастки должны быть расположены для удобства доступа и работы. Внешние двери и подобные части, которые склонны к деформации при транспортировке и установке, обычно регулируются равномерно во время окончательной установки.

(2) Выдвижной (ящичный) тип:

Выдвижное коммутационное оборудование состоит из фиксированного корпуса шкафа и выдвижного блока, содержащего основные электрические компоненты, такие как автоматические выключатели. Выдвижной блок должен легко перемещаться при вставке и вынимании, надежно устанавливаться при монтаже и быть взаимозаменяемым с другими блоками того же типа и спецификации. Часть шкафа выдвижного коммутационного оборудования изготавливается аналогично фиксированным шкафам. Однако, из-за требований взаимозаменяемости, шкаф должен иметь более высокую точность, а связанные структурные элементы должны позволять достаточную регулировку.

Технологические особенности производства выдвижного низковольтного коммутационного оборудования включают: (1) фиксированные и подвижные части должны иметь общий эталонный размер; (2) связанные компоненты должны регулироваться до оптимальных положений с использованием специализированного стандартного инструментария, включая стандартные рамы шкафов и стандартные ящики; (3) критические размеры не должны превышать допустимых допусков; (4) взаимозаменяемость одинаковых типов и спецификаций ящиков должна быть надежной.

2. Классификация по методу соединения

(1) Сварная конструкция:

Преимущества включают легкость обработки, высокую прочность и надежность. Недостатки — большие допуски, склонность к деформации, сложность регулировки, низкая эстетика и невозможность предварительного гальванического покрытия заготовок. Кроме того, сварочные приспособления имеют специфические требования:

• Высокая жесткость, не подверженная влиянию деформации заготовки;

• Незначительно больше номинальных размеров заготовки, чтобы компенсировать усадку после сварки;

• Плоские, простые и удобные в эксплуатации, минимизация вращающихся механизмов, чтобы избежать повреждений;

• Опоры должны быть тщательно выбраны, чтобы предотвратить коррозию сварочных швов и обеспечить легкость контроля и регулировки, добавляя антикоррозийные прокладки там, где это необходимо.

Деформация сварки происходит из-за теплового расширения молекул в зоне сварки, что вызывает микроскопическое смещение при охлаждении, приводящее к остаточным напряжениям. Для уменьшения деформации необходимо учитывать процесс формирования. Общие методы включают:

• Прогнозирование диапазона деформации через испытания и предварительное деформирование заготовки в противоположном направлении перед сваркой;

• Исправление переустановки после сварки;

• Удары или прессование относительно сжатых областей для балансировки напряжений;

• Обогрев относительно вздутых областей после сварки для достижения равномерной усадки;

• Проведение общей термообработки при необходимости.

Кроме того, выбор точек сварки, ориентация сварных швов, последовательность сварки и позиционирование точечной сварки влияют на деформацию после сварки. Правильное обращение может уменьшить деформацию, хотя это зависит от конкретных условий.

(2) Соединение с помощью крепежных элементов:

Преимущества включают пригодность для предварительно гальванизированных деталей, легкость регулировки и финишной отделки, стандартизацию дизайна компонентов, предварительное изготовление запасов и малые допуски размеров каркаса. Недостатки — меньшая прочность по сравнению со сваркой, более высокие требования к точности компонентов и относительно высокие затраты на производство. Крепежные элементы, как правило, стандартные, включая обычные болты, гайки, заклепки, слепые заклепки, регулируемые зажимные гайки, преднатянутые вытяжные гайки и самонарезающие винты. Также доступны специализированные крепежные элементы (например, используемые во многих импортных низковольтных шкафах).

Технологические характеристики: использование приспособлений для формирования и оснастки для позиционирования. По мере необходимости могут использоваться прокладки. Заклепки обычно требуют предварительного сверления, и необходимо бережно обращаться с гальваническим покрытием предварительно гальванизированных деталей. Для компонентов, обработанных с высокой точностью на ЧПУ-центрах или специализированном оборудовании, если диаметры отверстий для соединения сохраняют небольшой зазор с диаметрами крепежных элементов, сборка может быть выполнена без приспособлений в одном этапе. Для крепления направляющих и позиционирующих компонентов сначала следует установить позицию с помощью специализированных измерительных инструментов, а затем проверить с помощью стандартного инструментария.

(3) Гибридное соединение (сварка и крепеж):

Этот метод объединяет преимущества обоих вышеупомянутых методов. Сварка обычно используется в точках соединения шкафа, а крепежные элементы — для переменных или регулируемых участков. Большие шкафы трудно гальванизировать после сварки, поэтому поверхности часто окрашивают. Для наружных шкафов, изготовленных из предварительно гальванизированных материалов, требующих сварки, сварные области можно обработать термическим металлизированием.

3. Классификация по материалу компонентов

(1) Сортовой металл:

Включает уголок, швеллер, специальные профильные трубы и специальный швеллер. Компоненты, изготовленные из уголка или швеллера, как правило, соединяются сваркой. При обработке концы соединений должны плотно прилегать с минимальными зазорами; в противном случае качество сварки и деформация будут затронуты. 

Специальные профильные трубы могут соединяться как сваркой, так и крепежными элементами. Соединительные части, как правило, требуют специальных фитингов, которые должны быть прочными и точными; в противном случае внешний вид шкафа будет нарушен. Использование унифицированных специальных профильных труб с равномерно расположенными (модульными) отверстиями и стандартными соединителями позволяет выполнять модульную сборку шкафа, упрощая дизайн, подготовку компонентов и планирование производства. Однако этот метод включает много отверстий, большинство из которых остаются неиспользованными, и ограничивает пространственную гибкость.

Технологические характеристики: обеспечение универсальности и точности компонентов и соединителей. Базовая конструкция шкафа часто усиливается панелями. Помимо специальных профильных труб, также используются C-образные каналы или ребристые прямоугольные трубы, изготовленные из листовой стали. C-образные каналы подходят для гальванизации, в то время как ребристые прямоугольные трубы могут ржаветь после гальванизации из-за остаточной кислоты от травления, поэтому выбор должен быть осторожным.

(2) Листовые металлические компоненты (исключая C-каналы и ребристые прямоугольные трубы)

Могут формироваться полностью в соответствии с требованиями, без ограничений, накладываемых предварительно сформированными профилями. Этот конструктивный дизайн требует более высоких инженерных усилий, но после стандартизации вариации минимальны. Основные конструктивные части, как правило, свариваются, а переменные или регулируемые области используют крепежные элементы (например, низковольтные пульты управления и консоли).

Поскольку листовые металлические конструкции, как правило, свариваются и формируются за один раз, необходимо учитывать усадку или вздутие, вызванное сваркой. Точки сварки должны быть равномерно расположены, сварные швы гладкими, после сварки необходимо выполнить формирование, края должны быть прямыми, и середина обеих сторон не должна выступать за передние и задние кромки. Если существуют внутренние перегородки, их следует сваривать после правильного формирования двух сторон.

Консольные пульты управления лучше всего подходят для листовых металлических компонентов. Когда несколько единиц располагаются в ряд, столешница должна выравниваться и позиционироваться только после того, как весь ряд установлен.

III. Заключение

Как было проанализировано выше, выбор конструкции шкафа должен определяться не только функциональными требованиями коммутационного оборудования, но и ограничениями производственных процессов. Уровень производственной технологии напрямую влияет на конструктивный дизайн и выбор материала шкафа.